第三章沉降與過(guò)濾

2023/2/11第三章沉降與過(guò)濾非均相物系分離：沉降（重力沉降、離心沉降）過(guò)濾第一節(jié)概述均相物系：在連續(xù)相和分散相之間沒(méi)有相界面。分離較難，如水-乙醇。2023/2/122023/2/132023/2/14一、非均相物系的分離含塵或含霧的氣體屬于氣態(tài)非均相物質(zhì)。懸浮液、乳濁液及泡沫液屬于液態(tài)非均相物質(zhì)。懸浮液-----固-液混合物乳濁液-----液-液混合物含塵氣體----氣-固混合物含霧氣體----氣-液混合物2023/2/15分離的目的：回收分散物質(zhì);2.凈化分散介質(zhì)。3.勞動(dòng)保護(hù)和環(huán)境衛(wèi)生要求。2023/2/162023/2/17分離方法有沉降法與過(guò)濾法。沉降分離法：氣體或液體中的固體顆粒受重力、離心力或慣性力作用而沉降。過(guò)濾分離法：利用氣體或液體能通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)而固體顆粒不能穿過(guò)過(guò)濾介質(zhì)的性質(zhì)進(jìn)行分離，如袋濾法，此外，對(duì)于含塵氣體，還有液體洗滌除塵法和電除塵法。液體洗滌除塵法是使含氣體與水或其他液體接觸，洗去固體顆粒的方法。電除塵法是使含塵氣體中的顆粒在高壓電場(chǎng)內(nèi)受電場(chǎng)力的作用而沉降分享的方法。這兩種方法及過(guò)濾法均可用于分離1μm以下的顆粒的氣體。缺點(diǎn)：液體除塵法產(chǎn)生大量污水。電除塵法設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)高。2023/2/18二、顆粒與流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力兩種阻力：流體繞過(guò)固體顆粒流動(dòng)時(shí)對(duì)顆粒的反作用力，固體顆粒在靜止流體中移動(dòng)時(shí)，液體對(duì)顆粒有作用力。2023/2/192023/2/110p第二節(jié)重力沉降一、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(guò)程中互不碰撞、互不影響。顆粒下沉2023/2/1112023/2/1122023/2/113重力沉降速度:顆粒受力平衡時(shí)，勻速階段顆粒相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度。前提，加速階段忽略不計(jì)。2023/2/114（二）流體中顆粒運(yùn)動(dòng)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2023/2/1152023/2/1162023/2/117（1）層流區(qū)10－4<

Re<2Stokes區(qū)

（2）過(guò)渡區(qū)2<Re<500Allen區(qū)

（3）湍流區(qū)500<Re<2105Newton區(qū)（球形）2023/2/118（三）沉降速度的計(jì)算層流區(qū)：——Stokes(斯托克斯)式過(guò)渡區(qū)：湍流區(qū)：2023/2/119試差計(jì)算法：假設(shè)沉降處于某一區(qū)域；計(jì)算ut；計(jì)算Re，校驗(yàn)區(qū)域；若符合，則正確，否則重新假設(shè)區(qū)域。例3-12023/2/120（四）影響沉降速度的其它因素1.干擾沉降2.顆粒形狀越小，阻力越大，Re相同時(shí)沉降速度越小。3.壁效應(yīng)使沉降速度下降。2023/2/121二、重力沉降設(shè)備（一）降塵室2023/2/1221.沉降分離條件停留時(shí)間：沉降時(shí)間：分離條件：W2023/2/1232.生產(chǎn)能力qV——降塵室所處理含塵氣體的體積流量結(jié)論：降塵室的生產(chǎn)能力只與沉降面積WL及顆粒沉降速度ut有關(guān)，而與高度H無(wú)關(guān)。代入前式2023/2/124多層降塵室：若n個(gè)隔板，則缺點(diǎn)：清灰難；隔板間距小，顆粒易被揚(yáng)起。2023/2/1253.臨界顆粒直徑臨界顆粒直徑dpC——降塵室理論上能100%除去的最小顆粒直徑。層流2023/2/1264.降塵室的形狀降塵室宜做成扁平狀有利于降塵。5.降塵室的計(jì)算主要分為以下3類(lèi)。計(jì)算WL計(jì)算氣體處理量qVs計(jì)算臨界粒徑dpc例3-22023/2/1272023/2/128注意!!

降塵室內(nèi)氣體流速不應(yīng)過(guò)高，以免將已沉降下來(lái)的顆粒重新?lián)P起。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，多數(shù)灰塵的分離，可取u<3m/s，較易揚(yáng)起灰塵的，可取u<1.5m/s。2023/2/1292023/2/130（二）沉降槽（增稠器）1.懸浮液的沉聚過(guò)程2023/2/1312.沉降槽（增稠器）用于分離出液-固混合物與降塵室一樣，沉降槽的生產(chǎn)能力是由截面積來(lái)保證的，與其高度無(wú)關(guān)。故沉降槽多為扁平狀。2023/2/132特點(diǎn)：屬于干擾沉降愈往下沉降速度愈慢-----愈往下顆粒濃度愈高，其表觀粘度愈大，對(duì)沉降的干擾、阻力便愈大；沉降很快的大顆粒又會(huì)把沉降慢的小顆粒向下拉，結(jié)果小顆粒被加速而大顆粒則變慢。有時(shí)顆粒又會(huì)相互聚結(jié)成棉絮狀整團(tuán)往下沉，這稱(chēng)為絮凝現(xiàn)象，使沉降加快。這種過(guò)程中的沉降速度難以進(jìn)行理論計(jì)算，通常要由實(shí)驗(yàn)決定。因固-液密度相差不是很懸殊，故較難分離，因此，連續(xù)沉降槽的直徑可以大到100m以上，高度卻都在幾米以?xún)?nèi)。2023/2/133第三節(jié)離心沉降一、離心沉降速度（一）沉降過(guò)程切向速度u徑向速度ur合成u合

合設(shè)為球形顆粒。2023/2/134離心力：徑向向外浮力：（向心力）指向中心阻力：指向中心受力平衡時(shí)，徑向速度ur為該點(diǎn)的離心沉降速度?；?023/2/135重力沉降速度ut離心沉降速度ur方向向下，大小不變徑向向外，隨r變化層流（二）離心分離因數(shù)離心分離因數(shù)KC——同一顆粒在同種介質(zhì)中所受離心力與重力之比。說(shuō)明:評(píng)價(jià)離心分離設(shè)備的重要指標(biāo)

KC越大，分離效能越高。離心沉降速度ur：隨顆粒旋轉(zhuǎn)半徑r變化。二、離心沉降設(shè)備工業(yè)上應(yīng)用的兩種型式：旋流器和離心沉降機(jī)。旋流器：設(shè)備靜止，流體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；離心沉降機(jī)：設(shè)備本身和液體一起旋轉(zhuǎn)。2023/2/137（一）旋風(fēng)分離器1.結(jié)構(gòu)與工作原理

KC為5~2500，可分離氣體中5~75m的顆粒。上部為圓筒形，下部為圓錐形。2023/2/138含塵氣體以切線方向進(jìn)入，速度為12～25ms-1，按螺旋形路線向器底旋轉(zhuǎn)，接近底部后轉(zhuǎn)而向上，成為氣芯，然后從頂部的中央排氣管排出。氣流中所夾帶的塵粒在隨氣流旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中逐漸趨向器壁，碰到器壁后落下，自錐形底落入灰斗（未繪出）。原理：2023/2/1392.臨界顆粒直徑uib假設(shè)：切向速度ut=進(jìn)口速度ui

顆粒沉降的最大距離b

層流rm——平均旋轉(zhuǎn)半徑2023/2/140n——旋轉(zhuǎn)圈數(shù)沉降時(shí)間：停留時(shí)間：沉降分離條件：沉降速度：2023/2/141臨界顆粒直徑：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(shí)，一般采用多個(gè)小旋風(fēng)分離器并聯(lián)。（2）ui

dc

分離效果好流動(dòng)阻力大結(jié)論：旋風(fēng)分離器越細(xì)、越長(zhǎng)，dpc越小。2023/2/1423.氣體通過(guò)旋風(fēng)分離器的壓力降一般p=0.3~2kPa進(jìn)、排氣與筒壁之間的摩擦損失；進(jìn)入時(shí)突然擴(kuò)大的局部阻力；旋轉(zhuǎn)中動(dòng)能損失造成氣體壓力降：由于:2023/2/143例3-3③常見(jiàn)旋風(fēng)分離器的形式

1）進(jìn)口方式

切向進(jìn)口：切向進(jìn)口方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，較常用。旋風(fēng)分離器切向進(jìn)口B螺旋面進(jìn)口：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)制造不方便。蝸殼形進(jìn)口：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，減小阻力。軸向進(jìn)口：常用于多管式旋風(fēng)分離器。2023/2/146(二)旋液分離器特點(diǎn)：與旋風(fēng)分離器相比，直徑小、錐形部分長(zhǎng)。旋液分離器

●分離液-固非均相混合物；●結(jié)構(gòu)與工作原理與旋風(fēng)分離器類(lèi)似；●特點(diǎn)：形狀細(xì)長(zhǎng)、直徑小、圓錐部分長(zhǎng)；

●優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，體積小、處理量大；

●缺點(diǎn)：產(chǎn)生較大阻力；造成設(shè)備嚴(yán)重磨損。2023/2/148(三)沉降式離心機(jī)管式離心機(jī)碟式離心機(jī)螺旋式離心機(jī)2023/2/149第四節(jié)過(guò)濾一、懸浮液的過(guò)濾推動(dòng)力：壓力差，離心力，重力阻力：濾餅、過(guò)濾介質(zhì)阻力過(guò)濾目的：從懸浮液中分離出固體顆粒。過(guò)濾原理：在外力的作用下，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下來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)固、液分離。過(guò)濾術(shù)語(yǔ)：

濾漿：過(guò)濾操作所處理的懸浮液

過(guò)濾介質(zhì)：所用的多孔物質(zhì)（過(guò)濾介質(zhì)是織物時(shí)，稱(chēng)為濾布)；

濾液：通過(guò)介質(zhì)孔道的液體；

濾餅（濾渣）：被截留的物質(zhì)2023/2/151（一）兩種過(guò)濾方式1.濾餅過(guò)濾2023/2/1522.深層過(guò)濾特點(diǎn)：固體顆粒的沉積發(fā)生在較厚的粒狀過(guò)濾介質(zhì)內(nèi)部，過(guò)濾介質(zhì)表面上無(wú)顆粒層形成。特點(diǎn)：固體顆粒呈餅層狀沉積于過(guò)濾介質(zhì)的上游一側(cè)，形成濾餅層。適用：處理顆粒含量較高的懸浮液，是化工生產(chǎn)中的主要過(guò)濾方式。適用：懸浮液中顆粒尺寸甚小而且含量甚微的場(chǎng)合。懸浮液過(guò)濾介質(zhì)濾液深層過(guò)濾清液過(guò)濾介質(zhì)懸浮液濾餅濾餅過(guò)濾2023/2/154（二）過(guò)濾介質(zhì)要求：具有多孔性，足夠的機(jī)械強(qiáng)度。①絲織物品：棉、麻、合纖、金屬網(wǎng)(濾布、濾紙)；②多孔性固體介質(zhì)：多孔塑料；③堆積介質(zhì)：砂、木炭、石棉粉等。2023/2/155（三）濾餅的可壓縮性與助濾劑不可壓縮濾餅：空隙不隨壓力變化可壓縮濾餅：空隙隨壓力增加而減小——加助濾劑助濾劑目的：減小過(guò)濾阻力；使用方法：預(yù)涂法、預(yù)混法。

要求：助濾劑應(yīng)能較好地懸浮于料液中，顆粒大小合適，助濾劑中還不應(yīng)含有可溶于濾液的物質(zhì)。注意：當(dāng)濾餅是產(chǎn)品時(shí)不能使用助濾劑。（四）過(guò)濾過(guò)程物料衡算（1）濕濾渣密度C——kg濕渣/kg干渣C為濕濾渣與其中所含干渣的質(zhì)量比。2023/2/157（2）干渣質(zhì)量與濾液體積之比X——kg固體/kg懸浮液kg干渣/m3濾液（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——kg濕渣/m3濾液m3濾餅/m3濾液2023/2/158二、過(guò)濾速率基本方程式（一）過(guò)濾速率過(guò)濾速率：過(guò)濾速度：設(shè)為層流流動(dòng)2023/2/159濾餅孔道長(zhǎng)度濾餅孔道中流速與過(guò)濾速度的關(guān)系過(guò)濾速度Vc為濾餅體積2023/2/160令——濾餅的比阻過(guò)濾速度濾餅阻力過(guò)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；2023/2/161（二）過(guò)濾基本方程濾餅層：過(guò)濾介質(zhì)層：pp1p2濾液2023/2/162過(guò)濾速率——過(guò)濾基本方程則2023/2/163三、恒壓過(guò)濾K為常數(shù)——恒壓過(guò)濾方程式（一）濾液體積與過(guò)濾時(shí)間的關(guān)系2023/2/164Vo1V1Aq為單位過(guò)濾面積獲得的濾液體積，qe為過(guò)濾常數(shù)，為單位過(guò)濾面積獲得的虛擬濾液體積。2023/2/165(二)過(guò)濾常數(shù)的測(cè)定q/q/q～q為直線關(guān)系，其斜率為，截距為例3-5，3-6，3-72023/2/166三、過(guò)濾設(shè)備及操作（一）板框過(guò)濾機(jī)2023/2/1672023/2/168——橫穿洗滌法卸渣、清洗、組裝特點(diǎn)：同部位、不同時(shí)間進(jìn)行不同的操作。過(guò)濾：洗滌：濾液排出：明流、暗流2023/2/1