第三章沉降與過(guò)濾

第三章沉降與過(guò)濾第1頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三基本要求重點(diǎn)：過(guò)濾和沉降的基本理論、基本方程難點(diǎn)：過(guò)濾基本方程的應(yīng)用、過(guò)濾設(shè)備第2頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、非均相物系的分離非均相物系：氣態(tài)非均相物系 液態(tài)非均相物系分散物質(zhì)或分散相分散介質(zhì)或連續(xù)相非均相物系分離的目的 回收分散物質(zhì) 凈制分散介質(zhì) 勞動(dòng)保護(hù)和環(huán)境衛(wèi)生概述第3頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三非均相物系的分離的分類1、沉降法

使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的方法;2、過(guò)濾法 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 分離的方法。第4頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三自由沉降是指在沉降過(guò)程中，任一顆粒的沉降不因其他顆粒的存在而受到干擾。即流體中顆粒的濃度很低，顆粒之間距離足夠大，并且容器壁面的影響可以忽略。單個(gè)顆粒在大空間中的沉降或氣態(tài)非均相物系中顆粒的沉降以及顆粒濃度很低的液態(tài)非均相物系中顆粒的沉降都可視為自由沉降。自由沉降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，在重力的作用下，發(fā)生的沉降過(guò)程稱為重力沉降。重力沉降第5頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(2)浮力重力場(chǎng)離心力場(chǎng)(3)阻力顆粒與流體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)表皮阻力與形體阻力微元面所受力在垂直于流動(dòng)方向上的分量沿顆粒表面的積分繞流，形成邊界層(1)重力重力離心力第6頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第7頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2．沉降速度與阻力系數(shù)（1）重力沉降速度u0

重力-浮力-阻力=顆粒質(zhì)量×加速度

重、浮一定，u，阻力，加速度加速度=0時(shí)，u=u0——沉降速度第8頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）離心沉降速度

—顆粒實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度在徑向上的分量—方向：由圓心指向外；—軌跡：逐漸擴(kuò)大的螺旋線，顆粒在旋轉(zhuǎn)流體中的運(yùn)動(dòng)第9頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（3）公式成立假定條件—其它因素對(duì)u0的影響①顆粒為球形；

②顆粒沉降時(shí)彼此相距較遠(yuǎn)，互不干擾

③容器壁對(duì)沉降的阻滯作用可以忽略④顆粒直徑不能小到受流體分子運(yùn)動(dòng)的影響（4）阻力系數(shù)因次分析第10頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三阻力系數(shù)~Re0關(guān)系圖第11頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三①層流區(qū)(Stokes區(qū))

—Stokes公式—可以從理論上推導(dǎo)出—可以近似用到Re0=2表皮阻力占主導(dǎo)地位不發(fā)生邊界層分離第12頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三②過(guò)渡區(qū)(Allen區(qū))

開(kāi)始發(fā)生邊界層分離顆粒后部形成旋渦——尾流尾流區(qū)壓強(qiáng)低形體阻力增大第13頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三③湍流區(qū)(牛頓區(qū))

形體阻力占主導(dǎo)地位，表皮阻力可以忽略阻力u2阻力系數(shù)與Re0無(wú)關(guān)阻力系數(shù)驟然下降層流邊界層湍流邊界層分離點(diǎn)后移，尾流區(qū)收縮，形體阻力突然下降近似取=0.1④Re0>2105第14頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（5）沉降公式使用方法

①事前能夠確認(rèn)流動(dòng)區(qū)域，直接用對(duì)應(yīng)公式

②流動(dòng)區(qū)域不能確定，采用試差法

假定流動(dòng)處于層流區(qū)，Stokesu0

Re0(？<2)，yes結(jié)束no換用相應(yīng)區(qū)域公式u0

Re0判斷，修正③通過(guò)實(shí)驗(yàn)整理數(shù)據(jù)得到(Re0<2105)第15頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三重力沉降分離設(shè)備1．降塵室

第16頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（1）工作原理

氣體入室減速顆粒的沉降運(yùn)動(dòng)&隨氣體運(yùn)動(dòng)沉降運(yùn)動(dòng)時(shí)間<氣體停留時(shí)間分離說(shuō)明①d，容易除去②氣量V，容易除去（2）能(100%)被除去的最小顆粒直徑

100%去除——室頂?shù)绞业椎?7頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三所需沉降時(shí)間=H/u0在室內(nèi)停留時(shí)間=L/u分離滿足的條件：分離所需最胝沉降速度最低沉降速度~能被分離的最小顆徑第18頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三離心沉降設(shè)備重力沉降的不足與離心沉降的優(yōu)勢(shì)設(shè)備體積小而分離效率高1．旋風(fēng)分離器

（1）構(gòu)造與工作原理

圓筒、圓錐、矩形切線入口氣流獲得旋轉(zhuǎn)向下錐口向上，氣芯頂部中央排氣口顆粒器壁滑落第19頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）分離性能估計(jì)能被分離出的最小顆粒直徑——臨界直徑dc假定

Ut保持不變，ui穿越最大氣層厚=B相對(duì)運(yùn)動(dòng)為層流Stokes公式可用將g換為rm-平均旋轉(zhuǎn)半徑顆粒沉降速度第20頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三假設(shè)沉降時(shí)間氣芯前圈數(shù)=N運(yùn)行距離有效停留時(shí)間某一粒徑能(100%)被分離出的條件其穿越B所需時(shí)間〈停留時(shí)間第21頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一般?。危剑礵c～氣體性能、結(jié)構(gòu)、處理量假定勉強(qiáng)，粗略估計(jì)分離效率

粒級(jí)效率

:混合物經(jīng)旋風(fēng)分離器后某一(范圍的)粒徑被分離出來(lái)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)d>dc的顆粒=1如顆粒入器時(shí)均布，與器壁距離<B‘的所有顆粒所占分率第22頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三d<dc的入器時(shí)如其B’<B，也可以被(100%)分離由前式，能被(100%)分離顆粒的dB1/2——入器時(shí)距離<B‘的，直徑為d的都能被(100%)分離所占分率為總效率O：被分離出來(lái)的顆粒點(diǎn)全部顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)第23頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三O與i壓降能量損失——進(jìn)氣管、排氣管、器壁、各各局部，氣旋常表示為阻力系數(shù)實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)第24頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三過(guò)濾一過(guò)濾基本原理1過(guò)濾固液混合，外力驅(qū)動(dòng)，多孔介質(zhì)，顆粒截留，液體通過(guò)說(shuō)明：名詞：過(guò)濾介質(zhì)；濾漿；濾渣(餅)；濾液過(guò)程推動(dòng)力：重力；壓力(差)；離心力濾餅過(guò)濾與深層過(guò)濾操作目的：固體或清凈的液體洗滌——回收濾餅中殘存的濾液或除去其雜質(zhì)第25頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三—要求流動(dòng)阻力小，機(jī)械強(qiáng)度高①織物介質(zhì)—濾布(織物、網(wǎng))，5-65m，工業(yè)應(yīng)用廣泛②堆積介質(zhì)—固體顆?；蚶w維等堆積，—深層過(guò)濾

③多孔固體介質(zhì)：具有微細(xì)孔道的固體，1-3m④多孔膜：有機(jī)膜、無(wú)機(jī)膜。1m以下

3．濾餅的可壓縮性和助濾劑

濾餅受壓，，流動(dòng)阻力助濾劑——加入，使濾餅疏松而堅(jiān)硬2.過(guò)濾介質(zhì)—支撐濾餅或截留顆粒，通過(guò)濾液第26頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二過(guò)濾設(shè)備1．板框過(guò)濾機(jī)

第27頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三橫穿洗滌：洗滌液由總管入板濾布濾餅濾布非洗滌板排出洗滌面=(1/2)過(guò)濾面積洗滌液行程與濾液相同。洗滌面=過(guò)濾面置換洗滌：濾漿由總管入框框內(nèi)形成濾餅濾液穿過(guò)餅和布經(jīng)每板上旋塞排出(明流)從板流出的濾液匯集于某總管排出(暗流)過(guò)濾第28頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第29頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2．轉(zhuǎn)筒過(guò)濾機(jī)

（1）結(jié)構(gòu)與工作原理

第30頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三水平轉(zhuǎn)筒分為若干段，濾布蒙于側(cè)壁段—管—分配頭轉(zhuǎn)動(dòng)盤(多孔)——分配頭固定盤(凹槽2、凹槽1、凹槽3)—三個(gè)通道的入口濾液真空管洗水真空管吹氣管工作過(guò)程—跟綜一段①當(dāng)浸入濾漿中時(shí)，對(duì)應(yīng)濾布—對(duì)應(yīng)管—轉(zhuǎn)動(dòng)盤孔—凹槽2—濾液真空管—濾液通道—過(guò)濾第31頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三②當(dāng)位于水噴頭下，對(duì)應(yīng)濾餅、濾布—對(duì)應(yīng)管—轉(zhuǎn)動(dòng)盤孔—凹槽1—洗水真空管—洗水通道—洗滌③吹氣管—凹槽3—轉(zhuǎn)動(dòng)盤孔—對(duì)應(yīng)管—濾布—濾餅—壓縮空氣通道—吹松④遇到刮刀—卸渣⑤兩凹槽之間的空白處：沒(méi)有通道——停工—兩區(qū)不致串通第32頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三過(guò)濾基本理論

1.顆粒床層的物理模型與基本參數(shù)顆粒床層一組平行細(xì)管—流體通道①細(xì)管內(nèi)表面=床層顆粒的全部表面②細(xì)管的總體積=床層空隙體積基本參數(shù)①空隙率：床層的空隙體積/床層的總體積②比表面積S0：顆粒表面積/顆粒體積③孔道(細(xì)管)平均長(zhǎng)度l：床層厚度，即l=K0L第33頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三③孔道(細(xì)管)當(dāng)量直徑de：④濾液流速u1:第34頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.過(guò)濾速度及其表達(dá)(1)定義A—濾餅層總截面積；—過(guò)濾時(shí)間；V—濾液體積說(shuō)明u1與u的關(guān)系(2)過(guò)程推動(dòng)力——濾漿側(cè)和濾液側(cè)的壓差濾餅壓降介質(zhì)壓降第35頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

(3)

p1的表達(dá)——Hagen-Poiseuille方程(4)濾餅層的阻力l(L)，如p不變，則u—瞬時(shí)速度恒壓降速，恒速升壓說(shuō)明其中——濾餅的比阻第36頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三u=濾餅層推動(dòng)力/濾餅層阻力。濾餅阻力~濾餅層的性質(zhì)及L；濾液的。說(shuō)明(5)過(guò)濾介質(zhì)的阻力近似：阻力~厚度為L(zhǎng)e的一層濾餅(6)總推動(dòng)力與總阻力第37頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3(恒壓)過(guò)濾方程式

積分形式1c、r、~與時(shí)間無(wú)關(guān)Ve、A、p常數(shù)——過(guò)濾常數(shù)（m2/s）第38頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三四過(guò)濾計(jì)算

1．間歇過(guò)濾機(jī)的計(jì)算

（1）操作周期與生產(chǎn)能力

操作周期總時(shí)間總時(shí)間過(guò)濾時(shí)間洗滌時(shí)間卸渣、清理、裝合設(shè)計(jì)和操作計(jì)算要基于C生產(chǎn)能力：一個(gè)操作周期中，單位時(shí)間內(nèi)得到的濾液或?yàn)V餅體積第39頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三已知K，qe，由過(guò)濾方程，F(xiàn)VFQ（2）洗滌速率和洗滌時(shí)間

一般認(rèn)為：洗滌液量濾液量，即假定：洗滌液粘度與濾液相同；洗滌壓力與過(guò)濾時(shí)相同

洗滌速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)濾餅層的洗滌液體積第40頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三①葉濾機(jī)的洗滌速率和洗滌時(shí)間——置換洗滌

洗滌速率恒定濾餅厚度不變②板框壓濾機(jī)的洗滌速度和洗滌時(shí)間——橫穿洗滌

第41頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三洗滌時(shí)間（3）最佳操作周期在一個(gè)操作周期中R—一般固定F，V，但上升幅度，Q可能F

，V，且下降幅度，Q可能第42頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三存在一個(gè)最優(yōu)的過(guò)濾時(shí)間，使Q最大可以證明：F+W=R，則Q可達(dá)最大2．連續(xù)過(guò)濾機(jī)的計(jì)算

(1)操作周期與過(guò)濾時(shí)間間歇過(guò)濾機(jī)：部分時(shí)間，全部面積—過(guò)濾連續(xù)過(guò)濾機(jī)：部分面積，全部時(shí)間—過(guò)濾轉(zhuǎn)筒過(guò)濾機(jī)，每秒n周，則C=1/n—每圈用時(shí)轉(zhuǎn)筒表面浸入分?jǐn)?shù)：第43頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一個(gè)周期中全部面積經(jīng)歷過(guò)濾時(shí)間部分面積，全部時(shí)間—全部面積，部分時(shí)間CA（2）生產(chǎn)能力

第44頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三當(dāng)濾布阻力可以忽略Q~A，，n說(shuō)明，過(guò)濾面積，其它面積，操作不便n，F(xiàn)，L，難以卸渣，功率消耗第45頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期三離心分離簡(jiǎn)介

旋風(fēng)(液)分離器利用混合物中不同成分所受離心力Fr不同——Fr