1、第三章 沉降與過濾1第一節(jié) 概述2分散物質(zhì)（分散相）：處于分散狀態(tài)的物質(zhì)分散介質(zhì)（連續(xù)相）：處于連續(xù)狀態(tài)的物質(zhì)自然界混合物：黃沙空氣，煙，霧，洪水一、非均相物系的分離3 分離的目的1. 回收分散物質(zhì)(母液中的固體成品或半成品)2. 凈化分散介質(zhì)(凈制原料氣或原料液、分離廢氣和 廢液中所含的有害物質(zhì)等)4 非均相物系分離的理論基礎(chǔ) 要實現(xiàn)分離，必須使分散相和連續(xù)相之間發(fā)生相對運動。因此，非均相物系的分離操作遵循流體力學(xué)的基本規(guī)律。流體與固體顆粒之間有相對運動時，將發(fā)生動量傳遞。5 非均相物系的分離原理根據(jù)兩相物理性質(zhì)(如密度等)的不同而進(jìn)行的分離。因此常采用機械方法進(jìn)行分離。6 按兩相運動方式的

2、不同，機械分離大致分為沉降（ 重力沉降，離心沉降）和過濾兩種操作。例：非均相物系的分離方法7 液態(tài)均相混合物的分離蒸餾氣態(tài)均相混合物的分離吸收均相物系的分離8二、 顆粒與流體相對運動時所受的阻力 當(dāng)流體相對于靜止的固體顆粒流動時，或者固體顆粒在靜止流體中移動時，由于流體的粘性，兩者之間會產(chǎn)生作用力，這種作用力通常稱為曳力（drag force)或阻力。 曳力妨礙流體的流動，或固體顆粒的相對運動。 9圖 流體繞過顆粒的流動uFdFd與顆粒運動的方向相反只要顆粒與流體之間有相對運動，就會產(chǎn)生阻力。對于一定的顆粒和流體，只要相對運動速度相同，流體對顆粒的阻力就一樣。爬流(Creeping flow)

3、：來流速度很小，流動很緩慢，顆粒迎流面與背流面的流線對稱。10流體中顆粒運動的阻力(曳力)阻力系數(shù)（曳力系數(shù)）、流體特性dp、ut顆粒特性11（1）層流區(qū) 104 Re 2 Stokes 區(qū) （2）過渡區(qū) 2 Re 500 Allen 區(qū) （3）湍流區(qū) 500 Re 2105 Newton區(qū)（球形）（準(zhǔn)確）（近似）（近似）1213球形度ss 球形度S 顆粒的表面積，m2Sp 與顆粒體積相等的圓球的表面積，m214第二節(jié) 重力沉降15p一、重力沉降速度（一）球形顆粒的自由沉降重力Fg浮力Fb阻力Fd自由沉降：顆粒濃度低，分散好，沉降過程中 互不碰撞、互不影響。顆粒下沉1617重力沉降速度（終端速

4、度）顆粒受力平衡時，勻速階段顆粒相對于流體的運動速度。18（二） 沉降速度的計算層流區(qū)（Re 2)（Stokes定律區(qū)）過渡區(qū) (2Re500)（Allen區(qū)）湍流區(qū) (500 Re 20 m 5200 m 0.5 m達(dá)90%灰塵含塵氣體凈化氣體灰塵灰塵重力沉降室旋風(fēng)分離器袋濾器離心風(fēng)機53旋風(fēng)分離器：是利用離心力作用凈制氣體的設(shè)備。 其結(jié)構(gòu)簡單，制造方便分離效率高可用于高溫含塵氣體的分離特點：三、旋風(fēng)分離器545556uib含塵氣體切線進(jìn)入；沿內(nèi)壁作旋轉(zhuǎn)流動：顆粒的離心力較大，被甩向外層，氣流在內(nèi)層。氣固得以分離；在圓錐部分，氣流與顆粒作下降螺旋運動；在圓錐的底部附近，氣流轉(zhuǎn)為上升旋轉(zhuǎn)運動，

5、最后由上部出口管排出；顆粒沿內(nèi)壁落入灰斗。構(gòu)造與工作原理構(gòu)造：外圓筒、內(nèi)圓筒、錐形筒5758旋風(fēng)分離器的尺寸LHSbDdhui59臨界粒徑：能夠100除去的最小粒徑。根據(jù)旋風(fēng)分離器的尺寸，以及離心沉降速度式分離變量，積分求得沉降時間； 臨界粒徑60ui 進(jìn)口氣流的流速，m/sb入口寬度，mn 氣流旋轉(zhuǎn)的圈數(shù), 計算時通常取n=5。沉降時間 顆粒旋轉(zhuǎn)n圈（平均半徑rm)的停留時間：61討論：（1）b dpc D 旋風(fēng)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(fēng)分離器并聯(lián)。（2）ui dc 分離效果好流動阻力大62 進(jìn)、排氣與筒壁之間的摩擦損失； 突然擴大(縮小）的局部阻力；

6、旋轉(zhuǎn)中動能損失造成氣體壓力降：由于:壓力損失63圓筒直徑一般為200800mm，系列尺寸進(jìn)口速度一般為1520m/s壓力損失約為12kPa分離的顆粒直徑約為5 m主要技術(shù)參數(shù)64旋風(fēng)分離器的選用例3-3：溫度為20，壓力為0.101MPa，流量為2.5m3/s的含空氣，用標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器除塵。粉塵密度為2500kg/m3，最大允許壓力損失為2.0kPa, 試求：（1）分離器尺寸；（2）臨界粒徑。65解：阻力系數(shù)的計算（僅與其型號有關(guān)）66（1）67（2）20，0.101MPa時空氣的物性：=1.21kg/m3, m =1.8110-5Pas，68四、旋液分離器（懸浮液的分離） 溢流 懸浮液 底流

7、沉降速度較低69管式離心機內(nèi)徑75-150mmN=15000 r/minKc104105五、沉降式離心機（乳濁液分離）懸浮液 清液重液702. 碟式離心機（懸浮液的分離） 懸浮液清液重液Kc700713. 螺旋式離心機懸浮液清液重液轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)鼓螺旋輸送器Kc60072第四節(jié)過 濾73一、懸浮液的過濾 以某種多孔物質(zhì)為介質(zhì)，在外力的作用下，使懸浮液中的液體通過介質(zhì)的孔道，而固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而實現(xiàn)固液分離的單元操作。74過濾介質(zhì): 多孔性材料濾漿（料漿）: 所處理的懸浮液濾液: 通過多孔通道的液體濾餅或濾渣: 被截留的固體物質(zhì)75推動力：壓力差，離心力，重力阻 力：濾餅、過濾介質(zhì)阻力過濾介質(zhì)

8、濾 餅濾 漿濾 液76（一）兩種過濾方式1. 濾餅過濾“架橋現(xiàn)象”必要！餅層過濾適于處理固體含量較高的懸浮液77 過濾過程： 剛開始：有細(xì)小顆粒通過孔道，濾液混濁。 開始后：迅速發(fā)生“架橋現(xiàn)象”，顆粒被攔截，濾液澄清。 所以，在濾餅過濾時真正起過濾作用的是濾餅本身，而非過濾介質(zhì)。782. 深層過濾（澄清過濾、深床過濾）適于處理顆粒很小、含量很小（1）kg濕渣 / kg干渣87（2）干渣質(zhì)量與濾液體積之比 w= kg干渣/m3濾液X （質(zhì)量比1）kg濕渣 / kg干渣r（密度） kg濾液 / m3濾液已知（相當(dāng)于濾液中固體的密度）8889（3）濕渣質(zhì)量與濾液體積之比（4）濕渣體積與濾液體積之比=

9、 kg濕渣/m3濾液= m3濕渣/m3濾液90例題3-4已知1kg懸浮液中含0.04kg的固體顆粒(X=0.04)c=1400 kg/m3 ，p=2600kg/m3，=1000kg/m3（1）濕濾渣與其中所含干渣的質(zhì)量比C（2）干渣質(zhì)量與濾液體積的比值w (3) 濕濾渣體積與濾液體積的比值v919293過濾速率: (m3/s) 單位時間內(nèi)獲得的濾液體積: 過濾速度: (m3/m2s，or m/s) 單位時間內(nèi)通過單位過濾面積的濾液體積二、過濾速率基本方程式（一）過濾速率94濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液過濾操作示意圖(濾餅過濾)p1p2 ppm pc L95 dpd 對于顆粒層中不規(guī)則的通道，可以簡化成

10、由一組當(dāng)量直徑為d的毛細(xì)孔道，而毛細(xì)孔道的當(dāng)量直徑可由床層的空隙率和顆粒的比表面積來計算。濾液通過餅層的流動毛細(xì)孔道尺寸？當(dāng)量直徑化96濾液的流動，設(shè)為層流，參照哈根方程：則：濾液在毛細(xì)孔道內(nèi)（當(dāng)量直徑d ) 的流速：97孔道長度孔道中流速u與過濾速度的關(guān)系過濾速度：（濾餅層）98過濾速度 任一瞬間的過濾速度與濾餅兩側(cè)的壓力差成正比，與當(dāng)時的濾餅厚度，粘度，濾餅的比阻成反比。 99 單位過濾面積上濾餅為1m3（Vc/A=1）時的阻力 反映了顆粒特性對濾液流動的影響濾餅的比阻（1/m2)反映濾餅的特性:100濾餅阻力過濾介質(zhì)阻力 v獲得單位體積濾液所形成濾餅的體積， m3濾餅/m3濾液Rm獲得當(dāng)

11、量濾液量Ve時所形成濾餅層的阻力Ve為當(dāng)量濾液量（二）過濾基本方程101pp1p2濾液102過濾速率：過濾基本方程則K過濾常數(shù) m2/s103瞬時過濾速率：與面積、壓力差（推動力）成正比，與粘度、比阻、濾餅厚度（含過濾介質(zhì)）成反比。提高過濾速率的途徑？過濾的種類: 恒速、恒壓104105恒壓過濾: 在恒壓條件下操作特點： 推動力p 恒定濾餅不斷變厚(阻力增加),過濾速率逐漸變小三、恒壓過濾106K為常數(shù)恒壓過濾方程式（一）濾液體積與過濾時間的關(guān)系107qo1q1A108(二) 過濾常數(shù)的測定q/q /qq 為直線關(guān)系， 其斜率為 ，截距為109濾餅比阻的計算：110例 3-5 含有CaCO3

12、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.9 %的水懸浮液，用板框過濾機在20下進(jìn)行過濾適用。過濾面積為0.1m2。實驗數(shù)據(jù)列于附表中，試求過濾常數(shù) K 與qe例 3-5 附表壓差 / Pa 濾液量 V/dm3 過濾時間（/s）3.43104 2.92 146 7.80 88810.3104 2.45 50 9.8 660111用實驗值（V和 ）分別計算出對每一個壓力，將兩點聯(lián)立方程組（或求斜率，截距），即可求得過濾常數(shù)K 與qe。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著壓力（推動力）的增大， K 也會增大112例題3-6 求3-5中濾餅的比阻力v單位濾液體積所得濕渣體積質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.9 %的懸浮液: X=0.1381kg濕渣含水0.37kg (p1):C1=1/(1-0.37)=1.59kg濕渣/kg干渣w單位濾液體積所得干渣質(zhì)量113例題3-7,同3-5，已知壓力降，時間3小時得到濾液量6m3求：過濾面積和濕渣體積？解：q中包含有面積因素，所以求出q即可求出過濾面積解方程，q=0.408 m3/m2, A=V/q=6/0.408=14.7m2114結(jié)果 Dp qe v r3.43104 7.6210-6 4.46 10-3 0.171 5.26 1013 10.3104 1.5710-5 3.7410-3 0.147 8.921013 115116四、 過濾設(shè)備操作方式板框壓濾機轉(zhuǎn)筒真空過濾機