1、第三章 沉降與過(guò)濾,學(xué)習(xí)目標(biāo) 了解非均相混合物的特點(diǎn)，沉降、過(guò)濾、離心分離的基 本概念，在工業(yè)生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)。 掌握沉降分離、過(guò)濾分離的基本原理，有關(guān)計(jì)算及設(shè)備 選用，能夠分析解決實(shí)際問(wèn)題。,第一節(jié) 概述,沉降與過(guò)濾是分離非均相物系常用的兩種操作，尤其 在水污染控制與大氣污染控制中得到廣泛的應(yīng)用。,混合物分類,均相混合物 - 物系內(nèi)不存在相界面,非均相混合物 -物系內(nèi)部存在相界面,非均相物系類型,氣態(tài)非均相物系 - 含塵、含霧氣體等,液態(tài)非均相物系 - 乳濁液、懸浮液、泡沫液等,一、機(jī)械分離 原理：非均相物系中分散相和連續(xù)相具有不同的物理性 質(zhì)，所以可以采用機(jī)械方法使相間相對(duì)

2、運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)分離。 機(jī)械分離的操作方式： 沉降 在外力作用下使顆粒相對(duì)于流體（靜止或運(yùn)動(dòng)） 運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)分離的過(guò)程。 過(guò)濾 流體相對(duì)于固體顆粒床層運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)固液分離 的 過(guò)程。,二、機(jī)械分離方法在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 氣態(tài)非均相物系 - 采用重力沉降、和離心沉降。 液態(tài)非均相物系 - 可采用重力沉降、離心沉降、過(guò)濾操作。 機(jī)械分離方法在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用： 收集分散物質(zhì) 凈化分散介質(zhì) 環(huán)境保護(hù),第二節(jié) 重力沉降及設(shè)備,沉降操作是靠重力的作用，利用分離物質(zhì)與分散介質(zhì)的 密度差異，使之發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而分離的過(guò)程。 一、重力沉降速度 1. 球形顆粒的自由沉降 沉降顆粒的受力情況與分析 ,自由沉降：顆粒濃度低，分散

3、好， 沉降過(guò)程中互不碰撞、互不影響。,顆粒下沉,沉降顆粒的受力情況,重力: 浮力： 阻力： ,顆粒沉降過(guò)程分析 沉降過(guò)程可分為兩個(gè)階段: 第一階段為加速運(yùn)動(dòng)， 第二階段為勻速運(yùn)動(dòng)。 沉降速度的通式 2.阻力系數(shù) Ret=,Ut =,Ut顆粒的自由沉降速度，m/s,流體的粘度，Pa.s,-Ret關(guān)系曲線,（1）滯流區(qū) （Stokes區(qū)）104 Re 1,（2）過(guò)渡區(qū) （Allen 區(qū)） 1 Re 103,（3）湍流區(qū)（Newton區(qū)） 103 Re 2105,=,=,=0.44,球形顆粒在相應(yīng)各區(qū)的沉降速度公式:,滯流區(qū)：,過(guò)渡區(qū)：,湍流區(qū)：,Ut =,Ut =,Ut=0.27,Ut=0.27,

4、Ut=1.74,Ut=1.74,3. 沉降速度的計(jì)算 試差法 步驟： 假設(shè)沉降流型，選用相應(yīng)的沉降速度計(jì)算公式計(jì)算 U t； 用求出的Ut計(jì)算Ret值。檢驗(yàn)Ret值是否在原假設(shè)的流型區(qū)內(nèi)，如果與原假設(shè)一致，則計(jì)算的U t有效。,用無(wú)因次數(shù)群K值判斷流型 根據(jù)無(wú)因次數(shù)群K 值判別沉降區(qū)，然后選用相應(yīng)的沉降 速度公式計(jì)算U t。 Ret= 斯托克斯定律區(qū) K2.62 艾侖定律區(qū) 2.6269.1,K=d,二、重力沉降設(shè)備 1.降塵室 利用重力沉降原理從氣流中分離出固體塵粒的設(shè)備稱為降塵室。,停留時(shí)間：,沉降時(shí)間：,分離條件：,降塵室生產(chǎn)能力 氣體在降塵室內(nèi)的水平通過(guò)速度為 結(jié)論：對(duì)于一定尺寸的顆粒

5、或U t，理論上降塵室的生產(chǎn)能力只與寬度b和長(zhǎng)度l有關(guān)，而與降塵室高度H無(wú)關(guān)。,多層降塵室： 隔板間距一般為40100nm 降塵室內(nèi)設(shè)置n層水平隔板， 生產(chǎn)能力：,2.沉降槽 沉降槽又稱增濃器或澄清器，是利用重力沉降來(lái)提高懸 浮液濃度并同時(shí)得到澄清液的設(shè)備。,連續(xù)沉降槽,3.普通沉淀池 平流式沉淀池,設(shè)鏈帶刮泥機(jī)的平流沉淀池,平流式沉淀池的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，效果良好，工作性能穩(wěn)定，但排泥較為困難。,豎流式沉淀池 優(yōu)點(diǎn)：排泥容易，不需要機(jī)械刮泥設(shè)備，便于管理。 缺點(diǎn)：是單池容量小，當(dāng)水量較大時(shí)，池?cái)?shù)過(guò)多。,輻流式沉淀池 輻流式沉淀池一般采用機(jī)械排泥，適用范圍廣，既可做 為初次沉淀池，也可做二次沉淀

6、池。,4.平流式沉砂池,第三節(jié) 離心沉降及設(shè)備,依靠慣性離心力的作用而實(shí)現(xiàn)的沉降過(guò)程稱為離心沉降。 一、離心沉降速度 Ur = 離心沉降同樣存在三種沉降流型 滯流沉降區(qū)： Ur = 離心沉降速度與重力沉降速度的比值為 =Kc,二離心沉降設(shè)備 1.旋風(fēng)分離器 旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)與操作原理,標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器,氣體在旋風(fēng)分離器內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況,旋風(fēng)分離器的性能 性能指標(biāo)： 臨界粒徑 是指理論上在旋風(fēng)分離器中能被完全分離出來(lái)的最小顆粒直徑，用dc表示。 dc= 分離效率 分離效率又稱除塵效率，可直接反映旋風(fēng)分離器的除塵能力。 表示方法：總效率或稱綜合效率，用0表示； 分效率或稱粒級(jí)效率，用 表示。 0= 10

7、0,p與di的對(duì)應(yīng)關(guān)系可用曲線表示，稱為粒級(jí)效率曲線。 d50是粒級(jí)效率恰好為50的顆粒直徑，稱為分割直徑： d50 0.27 0,粒級(jí)效率曲線,標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器的p-d/d50曲線,壓力降 原因：.進(jìn)氣管和排氣管及主體器壁所引起的摩擦阻力 .局部阻力 .氣體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能損失 d =,旋風(fēng)分離器的壓降一般為5002000Pa,旋風(fēng)分離器類型與選用 CLT/A型 采用傾斜螺旋面進(jìn)口的 旋風(fēng)分離器。,CLT/A型,CLP型 CLP型是帶有半螺旋 線和螺旋線的旁路分離室 的旋風(fēng)分離器。,CLP/B型,擴(kuò)散式 它主要的特點(diǎn)是圓筒以 下部分的直徑逐漸擴(kuò)大，底 部有一刀錐體形、頂部有口 的反射屏，下

8、沿有縫隙與集 灰斗相通。,擴(kuò)散式旋風(fēng)分離器,2.旋液分離器 利用離心沉降原理從懸浮液中分離固體顆粒的設(shè)備,第四節(jié) 過(guò) 濾,過(guò)濾是在外力作用下，使懸浮液中的液體通過(guò)多孔介質(zhì) 的孔道，而固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而實(shí)現(xiàn)固、液分離 的操作。,過(guò)濾操作示意圖,推動(dòng)力：壓力差，離心力， 重力 阻 力：濾餅、過(guò)濾介質(zhì) 阻力,一、過(guò)濾操作的基本概念 1.過(guò)濾介質(zhì) （1）織物介質(zhì)（又稱濾布） 這類介質(zhì)能截流顆粒的最小直徑為565m。 （2）堆積介質(zhì) 多用于深床過(guò)濾。 （3）多孔固體介質(zhì) 能攔截13m 的微細(xì)顆粒。 （4）多孔膜 用于膜過(guò)濾的各種有機(jī)高分子膜和無(wú)機(jī)材料膜。,2. 濾餅的壓縮性及助濾劑 濾餅分類：

9、不可壓縮濾餅 - 空隙不隨壓力變化 可壓縮濾餅 - 空隙隨壓力增加而減小 助濾劑 -可以改善餅層的性能，質(zhì)地堅(jiān)硬而能形成疏 松餅層的固體顆?；蚶w維狀物質(zhì)。 助濾劑的基本要求： 應(yīng)能形成多孔餅層的剛性顆粒。 應(yīng)具有化學(xué)穩(wěn)定性。 具有不可壓縮性。,二、過(guò)濾基本方程式 1.濾液通過(guò)餅層的流動(dòng)特性 餅層形成不規(guī)則的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)； 過(guò)濾操作時(shí)，濾餅厚度增加而流動(dòng)阻力逐漸加大，過(guò)濾屬于不穩(wěn)定操作； 濾液通過(guò)餅層的流動(dòng)屬于滯流流動(dòng)。,2. 過(guò)濾速率,通常，濾布與濾餅的面積相同，所以兩層中的速率應(yīng)相等，則,或,3.過(guò)濾基本方程式 不可壓縮濾餅的過(guò)濾基本方程式 可壓縮濾餅的過(guò)濾基本方程式,三、恒壓過(guò)濾 過(guò)濾操作是在

10、恒定壓力差下進(jìn)行的，則稱為恒壓過(guò)濾。 1.恒壓過(guò)濾方程式 k 過(guò)濾物料特性的常數(shù),2.過(guò)濾常數(shù)的測(cè)定 過(guò)濾常數(shù)K、q e、e的測(cè)定 壓縮性指數(shù)s的測(cè)定,四、過(guò)濾設(shè)備 1.快濾池 基本構(gòu)造 濾料層 墊料層 排水系統(tǒng),普通快速濾池的構(gòu)造,普通快濾池的過(guò)濾工藝過(guò)程 過(guò)濾工藝過(guò)程： .過(guò)濾 -截留污染物 .反洗 -從濾料層中洗去被截留的污染物 從過(guò)濾開(kāi)始到結(jié)束所延續(xù)的時(shí)間稱為濾池的工作周期， 一般應(yīng)大于8小時(shí)，最長(zhǎng)可達(dá)48小時(shí)以上。從過(guò)濾開(kāi)始到反 洗結(jié)束稱為一個(gè)過(guò)濾循環(huán)。,2.壓力濾池,壓力濾池,3.轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī),轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)裝置示意圖,轉(zhuǎn)筒及分配頭的結(jié)構(gòu),4.微濾機(jī),微濾機(jī)總圖,5.袋式除塵器

11、袋式除塵器的結(jié)構(gòu)型式 濾袋形狀 ： 圓袋 扁袋 氣流進(jìn)入方向： 內(nèi)濾式 外濾式 進(jìn)氣方式： 下進(jìn)氣 上進(jìn)氣 清灰方式 機(jī)械振動(dòng)清灰 逆氣流清灰 吹灰圈清灰 脈沖清灰,典型清灰機(jī)理示意圖,機(jī)械清灰式除塵器,脈沖清灰袋式除塵器,袋式除塵器的選擇 濾布的選擇,過(guò)濾速度的確定,第五節(jié) 離心機(jī),一、基礎(chǔ)知識(shí) 離心機(jī) -利用離心力以分離非均相混合物的設(shè)備。 按分離的方式分類： （1）過(guò)濾式離心機(jī) （2）沉降式離心機(jī) （3）分離式離心機(jī) 按分離因數(shù)的大小分類： 常速離心機(jī) （Kc3103，一般為6001200）， 高速離心機(jī)（Kc=31035103）， 超速離心機(jī)（ Kc5104）。,二離心機(jī)的類型 1.三足式離心機(jī),三足式離心機(jī),2.管式高速離心機(jī),管式高速離心機(jī),3.碟片式高速離心機(jī),碟片式高速離心機(jī),第六節(jié) 氣體的其他凈制設(shè)備,一、中心噴霧式旋風(fēng)洗滌器,中心噴霧旋風(fēng)洗滌器,二、文丘里洗滌器,PA型文丘里洗滌器,三、泡沫除塵器,泡沫式洗滌器,四、靜電除塵器 1.靜電除塵器的分類 按集塵器的型式分類 - 圓管型 平板型 按荷電和放電空間布置 - 一段式 二段式 按氣流方向 - 臥式 立式 按清灰方式 - 干式 濕式,圓管型,平板型,雙區(qū)型,2.靜電除塵器的結(jié)構(gòu),平板形干式電除塵器的本體結(jié)構(gòu),電暈電極,各