環(huán)境工程原理-沉降與過(guò)濾課件

第一節(jié) 概述1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。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)部存在相界面混合物分類｛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)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)分離。機(jī)械分離的操作方式：⑴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。⑵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。2二、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：⑴收集分散物質(zhì)⑵凈化分散介質(zhì)⑶環(huán)境保護(hù)3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⑴沉降顆粒的受力情況與分析自由沉降：顆粒濃度低，分散好，沉降過(guò)程中互不碰撞、互不影響。顆粒下沉沉降顆粒的受力情況4重力:浮力：阻力：∴5⑵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)。⑶沉降速度的通式Ut

=Ut——顆粒的自由沉降速度，m/s2.阻力系數(shù)Ret=μ——流體的粘度，Pa.s6ζ-Ret關(guān)系曲線7（1）滯流區(qū)（Stokes區(qū)）10－4<Re<1（2）過(guò)渡區(qū)（Allen

區(qū)）1<

Re

<

103ζ=8ζ=（3）湍流區(qū)（Newton區(qū)）

103<Re<2×105ζ=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=0.27Ut=01.774Ut=1.7493.沉降速度的計(jì)算10⑴試差法步驟：①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；②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。⑵用無(wú)因次數(shù)群K值判斷流型斯托克斯定律區(qū)K≤2.62艾侖定律區(qū)2.62<K<69.1牛頓定律區(qū)K>69.1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=K=d11二、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。12停留時(shí)間：沉降時(shí)間：分離條件：13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)。14多層降塵室：隔板間距一般為40～100nm

降塵室內(nèi)設(shè)置n層水平隔板，生產(chǎn)能力：152.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163.普通沉淀池⑴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。17⑵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。18⑶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，也可做二次沉淀池。194.平流式沉砂池20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=Kc21二．離心沉降設(shè)備1.旋風(fēng)分離器⑴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22氣體在旋風(fēng)分離器內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況⑵旋風(fēng)分離器的性能性能指標(biāo)：①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=②

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η0表示；分效率或稱粒級(jí)效率，用 表示。η0=

×100％23ηp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

≈

0.27η0＝粒級(jí)效率曲線標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器的ηp-d/d50曲線24③壓力降原因：ⅰ.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Δ

d

=

ζ旋風(fēng)分離器的壓降一般為500～2000Pa25⑶旋風(fēng)分離器類型與選用①CLT/A型采用傾斜螺旋面進(jìn)口的旋風(fēng)分離器。CLT/A型26?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27③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，下沿有縫隙與集灰斗相通。擴(kuò)散式旋風(fēng)分離器282.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29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)濾操作示意圖30一、過(guò)濾操作的基本概念311.過(guò)濾介質(zhì)這類介質(zhì)能截流顆粒（1）織物介質(zhì)（又稱濾布）的最小直徑為5～65μm。（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1～3μm

的微細(xì)顆粒。用于膜過(guò)濾的各種有機(jī)高分子膜和無(wú)（4）多孔膜機(jī)材料膜。2.濾餅的壓縮性及助濾劑濾餅分類：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：①應(yīng)能形成多孔餅層的剛性顆粒。②應(yīng)具有化學(xué)穩(wěn)定性。③具有不可壓縮性。32二、過(guò)濾基本方程式1.濾液通過(guò)餅層的流動(dòng)特性①餅層形成不規(guī)則的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；②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；③濾液通過(guò)餅層的流動(dòng)屬于滯流流動(dòng)。332.

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343.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35三、恒壓過(guò)濾過(guò)濾操作是在恒定壓力差下進(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)362.過(guò)濾常數(shù)的測(cè)定⑴過(guò)濾常數(shù)K、q

e、θe的測(cè)定⑵壓縮性指數(shù)s的測(cè)定37四、過(guò)濾設(shè)備1.快濾池⑴基本構(gòu)造①濾料層②墊料層③排水系統(tǒng)普通快速濾池的構(gòu)造38⑵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)。392.壓力濾池壓力濾池403.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41轉(zhuǎn)筒及分配頭的結(jié)構(gòu)424.微濾機(jī)微濾機(jī)總圖435.袋式除塵器⑴袋式除塵器的結(jié)構(gòu)型式①濾袋形狀：圓袋 扁袋②氣流進(jìn)入方向：內(nèi)濾式 外濾式③進(jìn)氣方式：下進(jìn)氣 上進(jìn)氣④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44典型清灰機(jī)理示意圖45機(jī)械清灰式除塵器46脈沖清灰袋式除塵器⑵袋式除塵器的選擇①濾布的選擇纖維機(jī)械強(qiáng)度最高使用溫度（℃）耐腐蝕特性一般應(yīng)用酸堿有機(jī)溶劑棉織物強(qiáng)80差中好低費(fèi)用低溫粉塵作業(yè)毛料中95中差好低費(fèi)用冶煉爐聚酰胺（尼龍）強(qiáng)100中好好易清灰低溫破碎粉塵作業(yè)聚脂（滌綸）強(qiáng)135好中好易清灰冶煉爐、化工廠、電弧爐四氟乙烯中260好好好昂貴化工廠玻璃纖維強(qiáng)280中中好耐磨性差冶煉爐、電弧爐、炭黑廠尼龍強(qiáng)230好中好抗?jié)裥圆钜睙捈半娀t

47②過(guò)濾速度的確定粉塵種類清

灰

方

式振打與逆氣流聯(lián)合脈沖噴吹反吹風(fēng)炭黑①、氧化硅（白炭黑），鉛①、鋅的升華物以及起它在氣體中由于冷凝和化學(xué)反應(yīng)而形成的氣溶膠，化妝粉、去污粉、奶粉、活性炭、由水泥窯排出的水泥①等0.45－0.50.8－2.00.33－0.45鐵①及鐵合金①的升華物、鑄造塵、氧化鋁①、由水泥磨排出的水泥①、碳化爐升華物①、石灰①、剛玉、安福粉及其它肥料、塑料、淀粉0.5－0.751.5－2.50.45－0.55滑石粉、煤、噴砂清理塵①、飛灰①、陶瓷生產(chǎn)的粉塵①、炭黑（二次加工）、顏料、高嶺土、石灰石①、礦塵①、鋁土礦、水泥（來(lái)自冷卻器）①、搪瓷①0.7－0.82.0－3.00.6－0.9石棉、纖維塵①、石膏、珠光石、橡膠生產(chǎn)中的粉塵①、鹽、面粉、研磨工藝中的粉塵①0.3－1.12.5－4.5——煙草、皮革粉、混合飼料、木材加工中的粉塵、粗植物纖維（大麻、黃麻等）0.9－2.02.5－6.6——48第五節(jié) 離心機(jī)49一、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：過(guò)濾式離心機(jī)沉降式離心機(jī)分離式離心機(jī)按分離因數(shù)的大小分類：常速離心機(jī)

（Kc<3×103，一般為600～1200），高速離心機(jī)（Kc=3×103～5×103），超速離心機(jī)（

Kc＞5×104）。二．離心機(jī)的類型1.三足式離心機(jī)三足式離心機(jī)502.管式高速離心機(jī)管式高速離心機(jī)513.碟片式高速離心機(jī)碟片式高速離心機(jī)52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53二、文丘里洗滌器PA型文丘里洗滌器54三、泡沫除塵器泡沫式洗滌器55四、靜電除塵器561.靜電除塵器的分類⑴按集塵器的型式分類

---圓管型 平板型一段式 二段式⑵按荷電和放電空間布置

---⑶按氣流方向

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臥式 立式⑷按清灰方式

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干式 濕式圓管型