第三章 沉降與過濾

第三章

沉降與過濾第一節(jié)概述一、非均相物系的分離混合物——均勻混合物（均相物系）例：水與乙醇不均勻混合物（非均相物系）例：氣溶膠，懸浮液，乳濁液其中，固體顆粒稱為分散相，氣、液相稱為連續(xù)相或分散介質(zhì)分離方法均相物系——蒸餾、吸收、萃取、結(jié)晶等非均相物系——沉降、過濾、膜分離等二、學習內(nèi)容沉降——重力沉降、離心沉降過濾——壓力過濾三、學習目的掌握幾種操作的原理及應用計算了解理論的建立過程及幾種典型設(shè)備自來水廠水的凈化分三步，第一步是絮凝過程，也可以叫反應過程。在流動中使水中的雜質(zhì)顆粒絮凝長大；第二步是沉降。沉降池是使大顆粒得以除去。第三步是砂濾。砂濾池，進一步用900mm厚砂層，將小顆粒雜質(zhì)濾去。自來水廠的主要流程廣州水廠全貌

圖中蘭色粗管是來自珠江的原料水，條形池子是絮凝池，左側(cè)池是沉降池。

這是沉降池。圖為絮凝之后的水，是從沉降池底部流入，到池子上部水已很清了。水廠沉降池

第二節(jié)重力沉降一、沉降速度1、球形顆粒在流體中的自由沉降自由沉降：當顆粒在流體中只受重力和浮力，不受其它因素影響而發(fā)生沉降時，稱為自由沉降。顆粒受力：重力、浮力和阻力。設(shè)顆粒從靜止開始運動，沉降時，阻力方向與運動方向相反FbFdmg顆粒在運動過程中，F(xiàn)bFdmg2、阻力Fd與阻力系數(shù)ζ（2）過渡區(qū)（1）層流區(qū)（3）湍流區(qū)3、沉降速度計算（1）層流區(qū)，斯托克斯定律（2）過渡區(qū)，阿侖定律（3）湍流區(qū)，牛頓定律計算時，采用試差法：步驟：假設(shè)流型→采用對應公式計算→校核及流型Re(2)

顆粒的體積濃度濃度較高時，便發(fā)生干擾沉降(3)

器壁效應當容器直徑較小時，便發(fā)生受阻沉降4．影響沉降速度的因素(1)

顆粒形狀對非球形顆粒，其沉降得慢一些。1．沉降室結(jié)構(gòu)二、重力沉降的應用——降塵室沉降時間為：顆粒水平分速度與氣體的流速u相等，則：停留時間為：分離條件：

顆粒從入口到出口的停留時間大于或等于沉降時間2、分離過程3、臨界粒徑dpc顆粒在降塵室內(nèi)的流速：則，沉降速度：當某種顆粒滿足的條件，此粒徑為降塵室能100%除去的最小粒徑，稱為臨界粒徑dpc，在斯托克斯定律區(qū)，4、應用計算（1）顆粒粒徑一定時，求最大處理量（2）處理量一定時，求最小分離粒徑（臨界粒徑）解：由公式可知，降塵室能完全除去的最小顆粒的沉降速度為：

假定在層流區(qū)，得：

【例】

某除塵室高2m、寬2m、長5m，用于礦石焙燒爐的爐氣除塵。礦塵的密度為4500kg·m-3，其形狀近于圓球。操作條件下氣體流量為，氣體密度為、粘度為3×10

-5

Pa·s。試求理論上能完全除去的最小礦粒直徑。25000m3/h0.6kgkg/m3層流區(qū),得：

連續(xù)沉降槽動畫沉降除塵室動畫

煙道除塵動畫

湍球塔除塵動畫

靜電除塵器動畫

二、離心沉降旋風分離器動畫

文丘里除塵器動畫

第四節(jié)過濾一、過濾基本概念過濾：利用重力或壓差使懸浮液通過多孔性過濾介質(zhì)，將固體顆粒截留，從而實現(xiàn)固-液分離的單元操作。多孔介質(zhì)濾液（液體）濾餅（濾渣）過濾介質(zhì)懸浮液（濾漿）

（2）濾餅過濾

固體物質(zhì)沉積于過濾介質(zhì)表面而形成濾餅層的操作，真正發(fā)揮截留顆粒作用的主要是濾餅本身，因此稱作餅層過濾。餅層過濾主要用于含固量較大（>1%）的場合。濾餅過濾深層過濾濾液1、工業(yè)常用過濾方法—深層過濾、濾餅過濾（1）深層過濾

固體顆粒并不形成濾餅，而是沉積于較厚的粒狀對濾介質(zhì)床層內(nèi)部的過濾操作。深床過濾主要用于凈化含固量很少（<0.1%）流體，如水凈化等。2、過濾介質(zhì)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。可截留的最小顆粒的直徑為5-65微米。多孔固體介質(zhì)具有很多微細孔道的固體材料，如多孔陶瓷、多孔金屬及多孔性塑料制成的管或板，能截留1-3μm的微小顆粒。堆積介質(zhì)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

用于膜過濾的各種有機分子膜和無機材料膜。3、助濾劑某種質(zhì)地堅硬、粒度均勻的顆粒硅藻土

珍珠巖

石棉炭粉、紙漿粉濾餅可壓縮濾餅不可壓縮濾餅堅硬、不易變形隨壓力增大，顆粒變形（1）作用：防止濾餅壓縮及細小顆粒堵塞過濾介質(zhì)的孔隙。（2）使用方法：在懸浮液中加入助濾劑后一起過濾。先把助濾劑配成懸浮液并過濾，形成助濾劑層后，才正式過濾。（3）要求能形成多孔餅層剛性顆粒物理、化學性質(zhì)穩(wěn)定

具有不可壓縮性（在使用的壓力范圍內(nèi)）4、懸浮液量、固體量、濾液量及濾渣的關(guān)系懸浮液濕濾渣，ρc濾液，ρ，V液體干渣，ρp（1）濕濾渣密度，ρc（2）懸浮液濕濾渣質(zhì)量，CX濾液質(zhì)量，1-CX液體干渣，X固體顆粒，X（4）（3）二、過濾速率基本方程式1、過濾速率與過濾速度過濾速度：單位時間內(nèi)過濾面積A上獲得的濾液體積過濾速率：單位時間單位過濾面積上獲得濾液體積2、濾液通過濾餅層的流動（過濾過程分析）1122濾液在管內(nèi)層流，則在1-1，2-2截面之間存在阻力→存在壓力降ΔP3、過濾速率方程過濾——恒壓過濾，壓力為定值，速率減慢