1、2022-6-121第三章第三章 沉降與過濾沉降與過濾非均相物系分離：非均相物系分離：沉降沉降（重力沉降、離心沉降）（重力沉降、離心沉降）過濾過濾分散物質（分散相）：處于分散狀態(tài)的物質分散物質（分散相）：處于分散狀態(tài)的物質分散介質（連續(xù)相）：處于連續(xù)狀態(tài)的物質分散介質（連續(xù)相）：處于連續(xù)狀態(tài)的物質分離的目的：分離的目的：1. 回收分散物質回收分散物質;2. 凈化分散介質。凈化分散介質。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述2022-6-122p第二節(jié)第二節(jié) 重力沉降重力沉降一、一、重力沉降速度重力沉降速度（一）球形顆粒的自由沉降（一）球形顆粒的自由沉降重力重力Fg浮力浮力Fb阻力阻力Fd自由沉降自由沉降：顆粒

2、濃度低，分散好，沉降過程中顆粒濃度低，分散好，沉降過程中 互不碰撞、互不影響。互不碰撞、互不影響。,p 顆粒下沉顆粒下沉2022-6-12336gppFmgdg 重重力力：gdFpb 36 浮浮力力：242222uduAFppd 阻阻力力：maFFFdbg 2332366426ppppppudgdgdda 2022-6-124重力沉降速度重力沉降速度: 顆粒受力平衡時，勻速階段顆粒相對顆粒受力平衡時，勻速階段顆粒相對 于流體的運動速度。于流體的運動速度。4()3pptdgu 2022-6-125（二）流體中顆粒運動的阻力（二）流體中顆粒運動的阻力( (曳力曳力) )222242dppuuFAd

3、 阻力系數(shù)阻力系數(shù)（曳力系數(shù)）（曳力系數(shù)）(Re)f Reptdu 、 流體特性流體特性dp、ut顆粒特性顆粒特性2022-6-1262022-6-127球形球形 圓盤形圓盤形2022-6-128（1）層流區(qū)）層流區(qū) 104 Re 2 Stokes 區(qū)區(qū) 24Re （2）過渡區(qū)）過渡區(qū) 2 Re 500 Allen 區(qū)區(qū) 10Re （3）湍流區(qū)）湍流區(qū) 500 Re 2 105 Newton區(qū)區(qū)0.44 （球形）（球形）2022-6-129（三）（三） 沉降速度的計算沉降速度的計算層流區(qū)：層流區(qū)：2()18pptdgu Stokes(斯托克斯斯托克斯)式式過渡區(qū)：過渡區(qū)：1/3224()255

4、ptpgud 湍流區(qū)：湍流區(qū)：3.03()pptdgu 2022-6-1210試差計算法：試差計算法：假設沉降處于某一區(qū)域；假設沉降處于某一區(qū)域；計算計算ut；計算計算Re，校驗區(qū)域；，校驗區(qū)域；若符合，則正確，否則重新假設區(qū)域。若符合，則正確，否則重新假設區(qū)域。2022-6-1211（四）影響沉降速度的其它因素（四）影響沉降速度的其它因素1.干擾沉降干擾沉降自由干擾uu2. 顆粒形狀顆粒形狀Ade2 非非球球形形顆顆粒粒的的表表面面積積面面積積與與顆顆粒粒體體積積相相等等的的球球表表球球形形度度 越小，阻力越大，越小，阻力越大，Re相同時沉降速度越小。相同時沉降速度越小。3. 壁效應壁效應

5、使沉降速度下降。使沉降速度下降。2022-6-1212二、二、 重力沉降設備重力沉降設備（一）降塵室（一）降塵室2022-6-12131. 沉降分離條件沉降分離條件停留時間：停留時間：uL 沉降時間：沉降時間：ttHu 分離條件：分離條件：t ttLHLuuuuH即即或或W2022-6-12142. 生產(chǎn)能力產(chǎn)能力qV降塵室所處理含塵氣體的體積流量降塵室所處理含塵氣體的體積流量VVqqWHuuWHVtqLWu 結論結論：降塵室的生產(chǎn)能力只與沉降面積降塵室的生產(chǎn)能力只與沉降面積WL及顆粒及顆粒 沉降速度沉降速度ut有關，而與高度有關，而與高度H無關。無關。2022-6-1215多層降塵室：多層降

6、塵室：(1)VtqnWLu 若若n個隔板，則個隔板，則缺點：缺點： 清灰難；清灰難； 隔板間距小，隔板間距小，顆粒易被揚起。顆粒易被揚起。2022-6-12163. 臨界顆粒直徑臨界顆粒直徑臨界顆粒直徑臨界顆粒直徑dpC降塵室降塵室理論上理論上能能100%除去的除去的 最小顆粒直徑。最小顆粒直徑。2()18pcptdgu 1818()()Vpctppqdugg WLVtqHuuLWL 層流層流2022-6-1217（二）沉降槽（增稠器）（二）沉降槽（增稠器）1. 懸浮液的沉聚過程懸浮液的沉聚過程2022-6-12182. 沉降槽（增稠器）沉降槽（增稠器）2022-6-1219 第三節(jié)第三節(jié) 離

7、心沉降離心沉降一、離心沉降速度一、離心沉降速度（一）沉降過程（一）沉降過程切向速度切向速度 u徑向速度徑向速度 ur合成合成u合合 合合2022-6-1220離心力：離心力：2236CppuuFmdrr 徑向向外徑向向外 浮力：浮力：（向心力）（向心力）236bpuFdr 指向中心指向中心阻力：阻力：242222rprduduAF 指向中心指向中心 受力平衡時，受力平衡時，徑向速度徑向速度ur為該點的為該點的離心沉降速度離心沉降速度。24()3pptrduur 2022-6-1221重力沉降速度重力沉降速度ut離心沉降速度離心沉降速度ur方向方向 向下，大小不變向下，大小不變 徑向向外，隨徑向

8、向外，隨r變化變化 層流層流2()18pptdgu 22()18pprduur （二）離心分離因數(shù)（二）離心分離因數(shù)2crCtgFuuKugrF離心分離因數(shù)離心分離因數(shù)KC同一顆粒在同種介質中所受離心同一顆粒在同種介質中所受離心力與重力之比。力與重力之比。2022-6-1222二、二、 離心沉降設備離心沉降設備（一）旋風分離器（一）旋風分離器1. 結構與工作原理結構與工作原理 KC為為52500，可分離，可分離氣體中氣體中575 m的顆粒。的顆粒。2022-6-12232. 臨界顆粒直徑臨界顆粒直徑uib假設：假設： 切向速度切向速度ut=進口速度進口速度ui 顆粒沉降的最大距離顆粒沉降的最大

9、距離b 層流層流rm平均旋轉半徑平均旋轉半徑2022-6-1224n旋轉圈數(shù)旋轉圈數(shù)沉降時間：沉降時間：2218()mrrppibrbudu 停留時間：停留時間：2mir nu 沉降分離條件：沉降分離條件： r沉降速度：沉降速度：22()18ppirmduur 2022-6-1225臨界顆粒直徑：臨界顆粒直徑：3()pcipbdnu 討論：討論：（1）b dpc D 旋風分離器越大，分離效果越不好旋風分離器越大，分離效果越不好所以生產(chǎn)能力較大時，一般采用多個小旋風分所以生產(chǎn)能力較大時，一般采用多個小旋風分離器并聯(lián)。離器并聯(lián)。（2）ui dc 分離效果好分離效果好流動阻力大流動阻力大smui/2

10、512 2022-6-12263. 氣體通過旋風分離器的壓力降氣體通過旋風分離器的壓力降22iup 一般一般 p= 0.32 kPa 進、排氣與筒壁之間的摩擦損失；進、排氣與筒壁之間的摩擦損失； 進入時突然擴大的局部阻力；進入時突然擴大的局部阻力； 旋轉中動能損失旋轉中動能損失造成氣體壓力降：造成氣體壓力降：由于由于:2022-6-1227( (二二) ) 旋液分離器旋液分離器2022-6-1228( (三三) ) 沉降式離心機沉降式離心機管式離心機管式離心機碟式離心機碟式離心機螺旋式離心機螺旋式離心機2022-6-1229第四節(jié)第四節(jié) 過過 濾濾一、懸浮液的過濾一、懸浮液的過濾推動力：壓力差

11、，離心力，重力推動力：壓力差，離心力，重力阻阻 力：濾餅、過濾介質阻力力：濾餅、過濾介質阻力過濾介質過濾介質濾 餅濾 餅濾 漿濾 漿濾 液濾 液2022-6-1230（一）兩種過濾方式（一）兩種過濾方式1. 濾餅過濾濾餅過濾2022-6-12312. 深層過濾深層過濾2022-6-1232（二）過濾介質（二）過濾介質類別：類別： 織物介質織物介質 多孔性固體介質多孔性固體介質 堆積介質堆積介質 多孔膜：多孔膜：高聚物膜、無機膜高聚物膜、無機膜2022-6-1233（三）濾餅的可壓縮性與助濾劑（三）濾餅的可壓縮性與助濾劑不可壓縮濾餅：空隙不隨壓力變化不可壓縮濾餅：空隙不隨壓力變化 可壓縮濾餅：空

12、隙隨壓力增加而減小可壓縮濾餅：空隙隨壓力增加而減小 （四）過濾過程物料衡算（四）過濾過程物料衡算加助濾劑加助濾劑（1）濕濾渣密度）濕濾渣密度11CpCC Ckg濕渣濕渣/kg干渣干渣2022-6-1234（2）干渣質量與濾液體積之比）干渣質量與濾液體積之比(1)/XwCX cwCv Xkg固體固體/kg懸浮液懸浮液kg干渣干渣/m3濾液濾液（3）濕渣質量與濾液體積之比）濕渣質量與濾液體積之比（4）濕渣體積與濾液體積之比）濕渣體積與濾液體積之比wCkg濕渣濕渣/m3濾液濾液m3濾餅濾餅/m3濾液濾液2022-6-1235二、過濾速率基本方程式二、過濾速率基本方程式（一）過濾速率（一）過濾速率過濾

13、速率：過濾速率：3/dVmsd 過濾速度：過濾速度：/dVmsAd 設為設為層流流動層流流動223232d ppull d2022-6-1236孔道長度孔道長度AVlc 孔道中流速與過濾速度的關系孔道中流速與過濾速度的關系 AddVu 232cCpdVAdVdA 過濾速度過濾速度2022-6-1237令令232dr CdVpVAdrA 濾餅的比阻濾餅的比阻過濾速度過濾速度濾餅阻力濾餅阻力CcVVRrr vAA過濾介質阻力過濾介質阻力emVRr vA v獲得單位體積濾液所形成濾餅的體積，獲得單位體積濾液所形成濾餅的體積， m3濾餅濾餅/m3濾液；濾液；2022-6-1238（二）過濾基本方程（二

14、）過濾基本方程濾餅層：濾餅層：1pdVAdR 過濾介質層：過濾介質層：2epdVAdR 12()/()eeeppdVppAAdRRr v VVAr v VV p p1 p2濾液濾液2022-6-12392()edVpAdr v VV 過濾速率過濾速率過濾基本方程過濾基本方程 2pKrv 令令22()edVKAdVV 則則2022-6-1240三、恒壓過濾三、恒壓過濾K為常數(shù)為常數(shù)22()edVKAdVV 200()2VeKVV dVA d 222eVVVKA 恒壓過濾方程式恒壓過濾方程式（一）濾液體積與過濾時間的關系（一）濾液體積與過濾時間的關系2022-6-124123/,mmAVqAVqe

15、e 令令22eqqqK Vo 1V1A2022-6-1242(二二) 過濾常數(shù)的測定過濾常數(shù)的測定22eqqqK 12eqqqKK q/qeqK2K1斜率 /qq 為直線關系，為直線關系， 其斜率為其斜率為 ，截距為，截距為eqK2K12022-6-1243三、三、過濾設備及操作過濾設備及操作（一）板框過濾機（一）板框過濾機2022-6-12442022-6-1245橫穿洗滌法橫穿洗滌法 卸渣、清洗、組裝卸渣、清洗、組裝特點：特點：同部位、不同時間進行不同的操作。同部位、不同時間進行不同的操作。 過濾：過濾： 洗滌：洗滌：濾液排出：明流、暗流濾液排出：明流、暗流2022-6-1246（二）轉筒

16、真空過濾機（二）轉筒真空過濾機1.結構與操作結構與操作過濾區(qū)：過濾區(qū)：14吹、卸濾渣區(qū)：吹、卸濾渣區(qū)： 1112吸干洗滌區(qū)：吸干洗滌區(qū)： 5105111410813212特點：特點：同時間、不同部位進行不同的操作。同時間、不同部位進行不同的操作。2022-6-1247設轉筒的轉速設轉筒的轉速為為N (1/s)操作周期：操作周期：360 轉筒總表面積轉筒總表面積轉筒浸沒面積轉筒浸沒面積 浸液率：浸液率：（浸沒分數(shù)）（浸沒分數(shù)）N1N 有效過濾時間：有效過濾時間：FN 2. 生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力2022-6-1248恒壓過濾恒壓過濾：2222eeeeVKAVVKAVVN 222eVVVKA 生產(chǎn)能力：生產(chǎn)能力：) ) 223(/ )eeVQNVNKAVVmsN 當過濾介質阻力忽略時當過濾介質阻力忽略時: 23(/ )QNKAA