第三章沉降與過(guò)濾

第三章沉降與過(guò)濾HeterogeneousFlowandSeparation2023/2/41概述重力沉降離心沉降過(guò)濾2023/2/42第三章沉降與過(guò)濾第一節(jié)

概述自然界的混合物分為兩大類：homogeneoussystem(均相物系)non-homogeneoussystem(非均相物系)homogeneoussystem均相混合物。物系內(nèi)部各處均勻且無(wú)相界面。如：溶液和混合氣體都是均相物系。non-homogeneoussystem非均相混合物。物系內(nèi)部有隔開(kāi)不同相的界面存在，且界面兩側(cè)的物料性質(zhì)有顯著差異。如：懸浮液、乳濁液、泡沫液屬于液態(tài)非均相物系，含塵氣體、含霧氣體屬于氣態(tài)非均相物系。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)2023/2/46非均相物系的組成回收分散物質(zhì)；凈化分散介質(zhì)；勞動(dòng)保護(hù)和環(huán)境衛(wèi)生。2023/2/47分離的目的根據(jù)兩相物理性質(zhì)(如密度等)的不同而進(jìn)行的分離。2023/2/48非均相物系的分離原理要實(shí)現(xiàn)分離，必須使分散相和連續(xù)相之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。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。2023/2/49非均相物系分離的理論基礎(chǔ)沉降（重力沉降、離心沉降）過(guò)濾2023/2/410非均相物系分離的方法重力沉降速度降塵室懸浮液的沉聚2023/2/411第二節(jié)重力沉降2023/2/412p一、重力沉降速度（一）球形顆粒的自由沉降(freesettling)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2023/2/4132023/2/414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。2023/2/415（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2023/2/4162023/2/417——球形

圓盤形2023/2/418（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）2023/2/419（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)：2023/2/420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。2023/2/421（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。2023/2/422二、重力沉降設(shè)備（一）降塵室(Settlingchamber)2023/2/4231.沉降分離條件停留時(shí)間：沉降時(shí)間：分離條件：W2023/2/4242.

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)。2023/2/425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。2023/2/4263.

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2023/2/427（二）沉降槽（增稠器）1.

懸浮液的沉聚過(guò)程2023/2/4282.

沉降槽（增稠器）第三節(jié)離心沉降2023/2/4292023/2/430一、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2023/2/431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。2023/2/432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。2023/2/433二、離心沉降設(shè)備（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。2023/2/4342.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2023/2/435n——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：2023/2/436臨界顆粒直徑：討論：（1）bdpc

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）uidc分離效果好流動(dòng)阻力大2023/2/4373.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:2023/2/438(二)旋液分離器2023/2/439(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)第四節(jié)過(guò)濾2023/2/4402023/2/441一、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2023/2/442（一）兩種過(guò)濾方式1.濾餅過(guò)濾2023/2/4432.

深層過(guò)濾2023/2/444（二）過(guò)濾介質(zhì)類別：織物介質(zhì)多孔性固體介質(zhì)堆積介質(zhì)

多孔膜：高聚物膜、無(wú)機(jī)膜2023/2/445（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2023/2/446（四）過(guò)濾過(guò)程物料衡算（1）濕濾渣密度C——kg濕渣/kg干渣2023/2/447（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2023/2/448二、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)2023/2/449孔道長(zhǎng)度孔道中流速與過(guò)濾速度的關(guān)系過(guò)濾速度2023/2/450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；2023/2/451（二）過(guò)濾基本方程濾餅層：過(guò)濾介質(zhì)層：pp1p2濾液2023/2/452過(guò)濾速率——過(guò)濾基本方程則2023/2/453三、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2023/2/454Vo1V1A2023/2/455(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2023/2/456三、過(guò)濾設(shè)備及操作（一）板框過(guò)濾機(jī)2023/2/4572023/2/458——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2023/2/459（二）轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)1.結(jié)構(gòu)與操作過(guò)濾區(qū)：1－4吹、卸濾渣區(qū)：

11－12吸干洗滌區(qū)：

5－105111410813212特點(diǎn)：同時(shí)間、不同部位進(jìn)行不同的操作。2023/2/460（二）轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)1.結(jié)構(gòu)與操作過(guò)濾區(qū)：1－4吹、卸濾渣區(qū)：

11－12吸干洗滌區(qū)：