沉淀過濾分離操作技術(shù)PPT課件

1、沉降沉降 非均相混合物的特點是體系內(nèi)包含一個以上的相，相界面兩側(cè)物質(zhì)的性質(zhì)完全不同，如由固體顆粒與液體構(gòu)成的懸浮液、由固體顆粒與氣體構(gòu)成的含塵氣體等。這類混合物的分離就是將不同的相分開，通常采用機械的方法。 沉降：沉降：懸浮在流體中的固體顆粒借助于外場作用力產(chǎn)生定向運動，從而實現(xiàn)與流體相分離，或者使顆粒相增稠、流體相澄清的一類操作。沉降與沉降操作技術(shù)沉降與沉降操作技術(shù)1第第1頁頁/共共24頁頁重力沉降重力沉降 重力沉降：重力沉降：利用流體中的固體顆粒受重力作用而自然沉降的原理，將顆粒和流體分離的過程。 由于顆粒與流體密度不同、所受的重力大小不一樣，因此顆粒會在重力方向上產(chǎn)生加速度；而一旦顆粒與

2、流體之間發(fā)生相對運動，顆粒在運動方向上必定受到流體的曳力。 重力沉降分離中，顆粒沉降速度的大小決定了流-固兩相分離的難易程度。當顆粒與流體的密度差不大、粒徑也不大時，沉降速度會很小，故低密度的細顆粒就很難分離。 第第2頁頁/共共24頁頁自由沉降：自由沉降：流體中單顆粒的沉降。干擾沉降：干擾沉降：流體中顆粒的含量較大時，顆粒沉降時彼此相互影響。液-固重力沉降分離中更為突出。沉降速度的通式：沉降速度的通式：43stdgu其中：ut-顆粒的自由沉降速度； d-顆粒的直徑； s-顆粒的密度； -流體的密度； -阻力系數(shù)；第第3頁頁/共共24頁頁重力沉降設(shè)備：重力沉降設(shè)備： 利用重力沉降從氣流中分離出塵

3、粒的設(shè)備。 假設(shè)：氣體通過速度為 u，塵粒沉降速度為 ut。 若設(shè)顆粒的水平移動速度與氣流速度相同，則顆粒通過長度為 L 的降塵段的時間(停留時間)為 t = L/u，而粒徑為 dp、沉降速度為 ut 的顆粒從高度為 H 的頂部降至底部所需時間為 t = H/ut 。 使粒徑為 dp 的顆粒在降塵室內(nèi)全部沉降的條件為 t = t，即 tLHuu設(shè)備最大生產(chǎn)能力(即最大處理氣體流量)為 ： 降塵室的生產(chǎn)能力理論上正比于顆粒的沉降速度和沉降方向上的截面積、即降塵室底面積，而與沉降室的高度無關(guān)。tVuHBu LB1、沉降室、沉降室沉降離心機沉降離心機第第4頁頁/共共24頁頁沉降室的沉降室的 討論：討

4、論：氣體在降塵室內(nèi)流通截面上的均布非常重要，分布不均必須有部分氣體在室內(nèi)停留時間過短，其中所含顆粒來不及沉降而被帶出室外。為使氣體均布，降塵室進出口通常都做成錐形。為防止操作過程中已被除下的塵粒又被氣流重新卷起，降塵室的操作氣速往往很低；另外，為保證分離效率，室底面積也必須較大。因此，降塵室是一種龐大而低效的設(shè)備，通常只能捕獲大于50的粗顆粒。要將更細小的顆粒分離出來，就必須采用更高效的除塵設(shè)備。 第第5頁頁/共共24頁頁2、沉降槽、沉降槽 沉降槽也稱增濃器或澄清器，是用來提高懸浮液濃度并同時得到澄清液的重力沉降設(shè)備。其可以分為間歇操作和連續(xù)操作。 間歇沉降槽通常為帶有錐底的圓槽，需要處理的懸

5、浮液料漿在槽內(nèi)靜置足夠時間以后，增濃的沉渣由槽底排出，清液則由上部排出管抽出。 連續(xù)沉降槽是底部略微成錐狀的大直徑淺槽。設(shè)計連續(xù)操作的重力沉降槽，應(yīng)根據(jù)工藝要求和物系的干擾沉降性質(zhì)，恰當?shù)卮_定位于液面以下料漿的進口位置以使料漿均勻、緩和地分散到橫截面上而不致引起大的擾動。 連續(xù)沉降過程固-液兩相的運動規(guī)律與間歇過程并不完全相同，利用間歇試驗數(shù)據(jù)進行放大設(shè)計時應(yīng)參考有關(guān)設(shè)計手冊選取安全系數(shù)。第第6頁頁/共共24頁頁離心沉降離心沉降 顆粒在重力或離心力場中都可發(fā)生沉降過程。利用離心力比利用重力要有效得多，因為顆粒的離心力由旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生，轉(zhuǎn)速越大，則離心力越大；而顆粒所受的重力卻是固定的。因此，利用離

6、心力作用的分離設(shè)備不僅可以分離出比較小的顆粒，而且設(shè)備的體積也可縮小很多。 離心沉降速度離心沉降速度 仿照重力沉降速度的推導方法，可得到顆粒在徑向上相對于流體的運動速度。243sTrduuR其中：ur-顆粒的離心沉降速度； uT-切向速度； d-顆粒的直徑； s-顆粒的密度； -流體的密度； -阻力系數(shù)；離心沉降機離心沉降機第第7頁頁/共共24頁頁離心沉降設(shè)備離心沉降設(shè)備旋風分離器旋風分離器 旋風分離器是利用離心沉降原理從氣流中分離出顆粒的設(shè)備。上部為圓筒形、下部為圓錐形；含塵氣體從圓筒上側(cè)的矩形進氣管以切線方向進入，藉此來獲得器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運動。氣體在器內(nèi)按螺旋形路線向器底旋轉(zhuǎn)，到達底部后折而向

7、上，成為內(nèi)層的上旋的氣流，稱為氣芯，然后從頂部的中央排氣管排出。氣體中所夾帶的塵粒在隨氣流旋轉(zhuǎn)的過程中，由于密度較大，受離心力的作用逐漸沉降到器壁，碰到器壁后落下，滑向出灰口。第第8頁頁/共共24頁頁分離效率：分離效率： 旋風分離器的分離效率有兩種表示方法，即總效率0及分效率或粒級效率i。 總效率（0）：被旋風分離器除掉的總的顆粒質(zhì)量占進口含塵氣體中全部顆粒質(zhì)量的分率。1201ccc其中：c1、c2 分別為進、出口氣體中顆粒的質(zhì)量濃度(g/cm3) 分效率（粒級效率）（i）：入口氣體中某一粒級的顆粒被旋風分離器除掉的分率。121iiiiccc0iix其中：ci1、 ci2 分別為進、出口氣體中

8、平均粒徑為 di 的顆粒的質(zhì)量濃度其中：xi 為進口氣體中粒徑為 di 的顆粒的質(zhì)量分率 第第9頁頁/共共24頁頁壓降：壓降： 氣體經(jīng)過旋風分離器時，由于進氣管和排氣管及主體器壁所引起的摩擦阻力、流動時的局部阻力以及氣體旋轉(zhuǎn)運動所產(chǎn)生的能量損失等，都將造成氣體的壓力降。旋風分離器的壓降大小是評價其性能好壞的重要指標。氣體通過旋風分離器的壓降應(yīng)盡可能小。通常壓降用入口氣體動能的倍數(shù)來表示： 22iup旋風除塵器旋風除塵器第第10頁頁/共共24頁頁旋風分離器的結(jié)構(gòu)類型旋風分離器的結(jié)構(gòu)類型 旋風分離器分類繁多，分類方法也各有不同。 按結(jié)構(gòu)形式可分為：長錐體、圓筒體、擴散式以及旁通式。 我國已定型了多

9、種旋風分離器，制定了標準系列，常用的有XLT、XLT/A、XLP/A、XLP/B 以及 XLK 型等。 對各種型號的旋風分離器一般以圓筒直徑 D 來表示其各部分的比例尺寸，詳細尺寸及性能指標可查閱有關(guān)資料手冊。1DDBSAH2H1S2XLP/B 型旋風分離器型旋風分離器第第11頁頁/共共24頁頁PVPV型粗旋風分離器型粗旋風分離器PVPV型單級旋風分離器型單級旋風分離器PVPV型外置旋風分離器型外置旋風分離器PVPV型一、二級型一、二級 旋風分離器旋風分離器第第12頁頁/共共24頁頁過濾過濾1、過濾：、過濾： 是在外力作用下，使懸浮液中的液體通過多孔介質(zhì)的孔道，而懸浮液中的固體顆粒被截留在介質(zhì)

10、上，從而實現(xiàn)固、液分離的操作。過濾操作的基本概念過濾操作的基本概念過濾及過濾設(shè)備操作過濾及過濾設(shè)備操作2過濾操作示意圖過濾操作示意圖懸浮液(濾漿)濾餅過濾介質(zhì)濾液第第13頁頁/共共24頁頁2、餅層過濾：、餅層過濾： 懸浮液中顆粒的尺寸大多都比介質(zhì)的孔道大。過濾時懸浮液置于過濾介質(zhì)的一側(cè)，在過濾操作的開始階段，會有部分小顆粒進入介質(zhì)孔道內(nèi)，并可能穿過孔道而不被截留，使濾液仍然是混濁的。隨著過程的進行，顆粒在介質(zhì)上逐步堆積，形成了一個顆粒層，稱為濾餅。在濾餅形成之后，它便成為對其后的顆粒起主要截留作用的介質(zhì)。因此，不斷增厚的濾餅才是真正有效的過濾介質(zhì)，穿過濾餅的液體則變?yōu)槌吻宓囊后w。 第第14頁頁

11、/共共24頁頁3、深層過濾：、深層過濾： 此時，顆粒尺寸比介質(zhì)孔道的尺寸小得多，顆粒容易進入介質(zhì)孔道。但由于孔道彎曲細長，顆粒隨流體在曲折孔道中流過時，在表面力和靜電力的作用下附著在孔道壁上。因此，深層過濾時并不在介質(zhì)上形成濾餅，固體顆粒沉積于過濾介質(zhì)的內(nèi)部。這種過濾適合于處理固體顆粒含量極少的懸浮液。第第15頁頁/共共24頁頁織物介質(zhì) 最常用的過濾介質(zhì)，工業(yè)上稱為濾布(網(wǎng))，由天然纖維、玻璃纖維、合成纖維或者金屬絲編織而成?？山亓舻淖钚☆w粒視網(wǎng)孔大小而定，一般在幾到幾十微米范圍。多孔材料 制成片、板或管的各種多孔性固體材料，如素瓷、燒結(jié)金屬或玻璃、多孔性塑料以及濾紙和壓緊的氈與棉等。此類介質(zhì)

12、較厚，孔道細，能截留13mm的微小顆粒。固體顆粒床層 由沙、木炭之類的固體顆粒堆積而成的床層，稱作濾床，用作過濾介質(zhì)使含少量懸浮物的液體澄清。多孔膜 由特殊工藝合成的聚合物薄膜，最常見的是醋酸纖維膜與聚酰胺膜。膜過濾屬精密過濾或超濾(ultrafiltration)，可以分離5nm的微粒。4、過濾介質(zhì)：、過濾介質(zhì)：第第16頁頁/共共24頁頁過濾基本方程式過濾基本方程式單位時間內(nèi)獲得的濾液體積稱為過濾速率：1、過濾速率和過濾速度：、過濾速率和過濾速度：dVuAdAddVu 單位過濾面積上的過濾速率稱為過濾速度：保安過濾器保安過濾器第第17頁頁/共共24頁頁2、不可壓縮濾餅的過濾基本方程式、不可壓

13、縮濾餅的過濾基本方程式 濾餅層的體積為AL，它應(yīng)該與獲得的濾液量成正比，設(shè)比例系數(shù)為v，于是AL=vV?？芍獀的物理意義是獲得單位體積的濾液量能得到的濾餅體積。同理，對過濾介質(zhì)可以得到，LeA=Vev。（Ve是過濾介質(zhì)的當量濾液體積或稱虛擬濾液體積）2edVApdrv VVV-濾液體積，m3；A-過濾面積，m2；-過濾時間，s； r-濾餅的比阻，即單位厚度濾餅的阻力，1/m2； v-濾餅體積與濾液體積之比，m3/m3； -濾液的粘度，Pa.s；第第18頁頁/共共24頁頁3、可壓縮濾餅的過濾基本方程式、可壓縮濾餅的過濾基本方程式 可壓縮濾餅的比阻是兩側(cè)壓強差的函數(shù)。通常用下面的經(jīng)驗公式來估算壓強

14、差改變時可壓縮濾餅比阻的變化，即：s)p( rrNoImage式中：r-單位壓強差下濾餅的比阻，1/m2； s-濾餅的壓縮性指數(shù)，無因次。一般情況 下，s=01。對于不可壓縮濾餅，s=0?？蓧嚎s濾餅的過可壓縮濾餅的過濾基本方程式濾基本方程式)VV( vr)p(AddVes12第第19頁頁/共共24頁頁過濾設(shè)備過濾設(shè)備板框壓濾機板框壓濾機結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：由交替排列的濾板、濾框與夾于板框之間的濾布疊合組裝壓緊而成。板框數(shù)視工藝要求在機座長度范圍內(nèi)可靈活調(diào)節(jié)。組裝后，在板框的四角位置形成連通的流道，由機頭上的閥門控制懸浮液、濾液及洗液的進出。板框式壓濾機板框式壓濾機第第20頁頁/共共24頁頁框 板 框 板洗滌板非洗滌板懸浮液濾液板非洗滌板過濾操作：過濾操作：過濾階段懸浮液從通道進入濾框，濾液在壓力下穿過濾框兩邊的濾布、沿濾布與濾板凹凸表面之間形成的溝道流下，既可單獨由每塊濾板上設(shè)置的出液旋塞排出，稱為明流式；也可匯總后排