1、2022-5-201第三章第三章 沉降與過濾沉降與過濾非均相物系分離：非均相物系分離：沉降沉降（重力沉降、離心沉降）（重力沉降、離心沉降）過濾過濾分散物質（分散相）：處于分散狀態的物質分散物質（分散相）：處于分散狀態的物質分散介質（連續相）：處于連續狀態的物質分散介質（連續相）：處于連續狀態的物質分離的目的：分離的目的：1. 回收分散物質回收分散物質;2. 凈化分散介質。凈化分散介質。第一節第一節 概述概述2022-5-202p第二節第二節 重力沉降重力沉降一、一、重力沉降速度重力沉降速度（一）球形顆粒的自由沉降（一）球形顆粒的自由沉降重力重力Fg浮力浮力Fb阻力阻力Fd自由沉降自由沉降：顆粒

2、濃度低，分散好，沉降過程中顆粒濃度低，分散好，沉降過程中 互不碰撞、互不影響。互不碰撞、互不影響。,p顆粒下沉顆粒下沉2022-5-20336gppFmgdg 重重力力：gdFpb 36 浮力：浮力：242222uduAFppd 阻力：阻力：maFFFdbg 2332366426ppppppudgdgdda2022-5-204重力沉降速度重力沉降速度: 顆粒受力平衡時，勻速階段顆粒相對顆粒受力平衡時，勻速階段顆粒相對 于流體的運動速度。于流體的運動速度。4()3pptdgu 2332366426ppppppudgdgdda02022-5-205（二）流體中顆粒運動的阻力（二）流體中顆粒運動的阻

3、力( (曳力曳力) )222242dppuuFAd 阻力系數阻力系數（曳力系數）（曳力系數）(Re)f Reptdu 、 流體特性流體特性dp、ut顆粒特性顆粒特性2022-5-2062022-5-207球形球形 圓盤形圓盤形2022-5-208（1）層流區）層流區 104 Re 2 Stokes 區區 24Re （2）過渡區）過渡區 2 Re 500 Allen 區區 10Re （3）湍流區）湍流區 500 Re 2 105 Newton區區0.44 （球形）（球形）2022-5-209（三）（三） 沉降速度的計算沉降速度的計算層流區：層流區：2()18pptdgu Stokes(斯托克斯斯

4、托克斯)式式過渡區：過渡區：1/3224()255ptpgud 湍流區：湍流區：3.03()pptdgu 2022-5-2010試差計算法：試差計算法：假設沉降處于某一區域；假設沉降處于某一區域；計算計算ut；計算計算Re，校驗區域；，校驗區域；若符合，則正確，否則重新假設區域。若符合，則正確，否則重新假設區域。2022-5-2011（四）影響沉降速度的其它因素（四）影響沉降速度的其它因素1.干擾沉降干擾沉降自由干擾uu2. 顆粒形狀顆粒形狀Ade2 非球形顆粒的表面積非球形顆粒的表面積面積面積與顆粒體積相等的球表與顆粒體積相等的球表球形度球形度 越小，阻力越大，越小，阻力越大，Re相同時沉降

5、速度越小。相同時沉降速度越小。3. 壁效應壁效應 使沉降速度下降。使沉降速度下降。2022-5-2012二、二、 重力沉降設備重力沉降設備（一）降塵室（一）降塵室2022-5-20131. 沉降分離條件沉降分離條件停留時間：停留時間：uL 沉降時間：沉降時間：ttHu 分離條件：分離條件：t ttLHLuuuuH即即或或W2022-5-20142. 生產能力產能力qV降塵室所處理含塵氣體的體積流量降塵室所處理含塵氣體的體積流量VVqqWHuuWHVtqLWu結論結論：降塵室的生產能力只與沉降面積降塵室的生產能力只與沉降面積WL及顆粒及顆粒 沉降速度沉降速度ut有關，而與高度有關，而與高度H無關

6、。無關。2022-5-2015多層降塵室：多層降塵室：(1)VtqnWLu若若n個隔板，則個隔板，則缺點：缺點： 清灰難；清灰難； 隔板間距小，隔板間距小，顆粒易被揚起。顆粒易被揚起。2022-5-20163. 臨界顆粒直徑臨界顆粒直徑臨界顆粒直徑臨界顆粒直徑dpC降塵室降塵室理論上理論上能能100%除去的除去的 最小顆粒直徑。最小顆粒直徑。2()18pcptdgu 1818()()Vpctppqdugg WLVtqHuuLWL層流層流2022-5-2017（二）沉降槽（增稠器）（二）沉降槽（增稠器）1. 懸浮液的沉聚過程懸浮液的沉聚過程2022-5-20182. 沉降槽（增稠器）沉降槽（增稠

7、器）2022-5-2019 第三節第三節 離心沉降離心沉降一、離心沉降速度一、離心沉降速度（一）沉降過程（一）沉降過程切向速度切向速度 u徑向速度徑向速度 ur合成合成u合合 合合2022-5-2020離心力：離心力：2236CppuuFmdrr 徑向向外徑向向外 浮力：浮力：（向心力）（向心力）236bpuFdr 指向中心指向中心阻力：阻力：242222rprduduAF 指向中心指向中心 受力平衡時，受力平衡時，徑向速度徑向速度ur為該點的為該點的離心沉降速度離心沉降速度。24()3pptrduur 2022-5-2021重力沉降速度重力沉降速度ut離心沉降速度離心沉降速度ur方向方向 向

8、下，大小不變向下，大小不變 徑向向外，隨徑向向外，隨r變化變化 層流層流2()18pptdgu 22()18pprduur （二）離心分離因數（二）離心分離因數2crCtgFuuKugrF離心分離因數離心分離因數KC同一顆粒在同種介質中所受離心同一顆粒在同種介質中所受離心力與重力之比。力與重力之比。2022-5-2022二、二、 離心沉降設備離心沉降設備（一）旋風分離器（一）旋風分離器1. 結構與工作原理結構與工作原理 KC為為52500，可分離，可分離氣體中氣體中575 m的顆粒。的顆粒。 結構尺寸由直徑結構尺寸由直徑 D 決定決定 含塵氣體以切線方向進入，速度含塵氣體以切線方向進入，速度為

9、為1225 m s-1，按螺旋形路線向器，按螺旋形路線向器底旋轉，接近底部后轉而向上，成為底旋轉，接近底部后轉而向上，成為氣芯，然后從頂部的中央排氣管排出。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的氣流中所夾帶的塵粒在隨氣流旋轉的過程中逐漸趨向器壁，碰到器壁后落過程中逐漸趨向器壁，碰到器壁后落下，自錐形底落入灰斗。下，自錐形底落入灰斗。2022-5-20232. 臨界顆粒直徑臨界顆粒直徑uib假設：假設： 切向速度切向速度ut=進口速度進口速度ui 顆粒沉降的最大距離顆粒沉降的最大距離b 層流，斯托克斯定律層流，斯托克斯定律rm平均旋轉半徑平均旋轉半徑2bDrm2022

10、-5-2024n旋轉圈數旋轉圈數沉降時間：沉降時間：2218()mrrppibrbudu 停留時間：停留時間：2mir nu 沉降分離條件：沉降分離條件： r沉降速度：沉降速度：22()18ppirmduur n值與進口氣速有關，對常用形式的旋風分離器，風速值與進口氣速有關，對常用形式的旋風分離器，風速12 25 m s-1范圍內，一般可取范圍內，一般可取n =3 4.5，風速愈大，風速愈大，n也愈大。也愈大。 2022-5-2025臨界顆粒直徑：臨界顆粒直徑：3()pcipbdnu 討論：討論：（1）b dpc D 旋風分離器越大，分離效果越不好旋風分離器越大，分離效果越不好所以生產能力較大

11、時，一般采用多個小旋風分所以生產能力較大時，一般采用多個小旋風分離器并聯。離器并聯。（2）ui dpc 分離效果好分離效果好流動阻力大流動阻力大smui/2512 2022-5-20263. 氣體通過旋風分離器的壓力降氣體通過旋風分離器的壓力降22iup 一般一般 p= 0.32 kPa 進、排氣與筒壁之間的摩擦損失；進、排氣與筒壁之間的摩擦損失； 進入時突然擴大的局部阻力；進入時突然擴大的局部阻力； 旋轉中動能損失旋轉中動能損失造成氣體壓力降：造成氣體壓力降：由于由于:2022-5-2027( (二二) ) 旋液分離器旋液分離器2022-5-2028( (三三) ) 沉降式離心機沉降式離心機

12、1. 管式離心機管式離心機2. 碟式離心機碟式離心機3. 螺旋式離心機螺旋式離心機2022-5-2029第四節第四節 過過 濾濾一、懸浮液的過濾一、懸浮液的過濾推動力：壓力差，離心力，重力推動力：壓力差，離心力，重力阻阻 力：濾餅、過濾介質阻力力：濾餅、過濾介質阻力過濾介質過濾介質濾 餅濾 餅濾 漿濾 漿濾 液濾 液2022-5-2030（一）兩種過濾方式（一）兩種過濾方式1. 濾餅過濾濾餅過濾-推動力：重力、壓力、離心力推動力：重力、壓力、離心力 2022-5-20312. 深層過濾深層過濾 這種過濾是在過這種過濾是在過濾介質內部進行的濾介質內部進行的，介質表面無濾餅，介質表面無濾餅形成。過

13、濾用的介形成。過濾用的介質為粒狀床層或素質為粒狀床層或素燒（不上釉的）陶燒（不上釉的）陶瓷筒或板。瓷筒或板。 此法適用于從液此法適用于從液體中除去很小量的體中除去很小量的固體微粒，例如飲固體微粒，例如飲用水的凈化。用水的凈化。2022-5-2032（二）過濾介質（二）過濾介質類別：類別： 織物介質織物介質 多孔性固體介質多孔性固體介質 堆積介質堆積介質 多孔膜：多孔膜：高聚物膜、無機膜高聚物膜、無機膜濾漿濾餅過濾介質濾液濾餅過濾濾餅過濾（三）濾餅的可壓縮性與助濾劑（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可壓縮濾餅

14、：空隙隨壓力增加而減小 加助濾劑加助濾劑2022-5-2033（四）過濾過程物料衡算（四）過濾過程物料衡算（1）濕濾渣密度）濕濾渣密度11CpCC Ckg濕渣濕渣/kg干渣干渣 使用時，可預涂，也可以混入待濾的濾漿中一起過濾。使用時，可預涂，也可以混入待濾的濾漿中一起過濾。 助濾劑能形成結構疏松、而且幾乎是不可壓縮的濾餅。可改善助濾劑能形成結構疏松、而且幾乎是不可壓縮的濾餅。可改善原濾餅的可壓縮性和過于致密的缺點。原濾餅的可壓縮性和過于致密的缺點。 助濾劑：助濾劑：-是顆粒細小、粒度分布范圍較窄、堅硬而懸是顆粒細小、粒度分布范圍較窄、堅硬而懸浮性好的顆粒狀或纖維浮性好的顆粒狀或纖維固體，如硅藻

15、土、纖維粉固體，如硅藻土、纖維粉末、活性炭、石棉。末、活性炭、石棉。懸浮液懸浮液濾濾 液液濾渣量濾渣量干干 渣渣2022-5-2034（2）干渣質量與濾液體積之比）干渣質量與濾液體積之比(1)/XwCX cwCv Xkg固體固體/kg懸浮液懸浮液kg干渣干渣/m3濾液濾液（3）濕渣質量與濾液體積之比）濕渣質量與濾液體積之比（4）濕渣體積與濾液體積之比）濕渣體積與濾液體積之比wCkg濕渣濕渣/m3濾液濾液m3濾餅濾餅/m3濾液濾液2022-5-2035二、過濾速率基本方程式二、過濾速率基本方程式（一）過濾速率（一）過濾速率過濾速率：過濾速率：3/dVmsd 過濾速度：過濾速度：/dVmsAd p

16、 p1 p2濾液濾液 L le u de u 流體在固定床內流動的簡化模型 2022-5-2036孔道長度孔道長度AVlc 孔道中流速與過濾速度的關系孔道中流速與過濾速度的關系 AddVu 232cCpdVAdVdA 過濾速度過濾速度設為設為層流流動層流流動223232d ppull dAVpdAddVcc3222022-5-2037令令232dr CdVpVAdrA 濾餅的比阻濾餅的比阻過濾速度過濾速度濾餅阻力濾餅阻力CcVVRrr vAA過濾介質阻力過濾介質阻力emVRr vA v獲得單位體積濾液所形成濾餅的體積，獲得單位體積濾液所形成濾餅的體積， m3濾餅濾餅/m3濾液；濾液；2022-

17、5-2038（二）過濾基本方程（二）過濾基本方程濾餅層：濾餅層：1pdVAdR 過濾介質層：過濾介質層：2epdVAdR 12()/()eeeppdVppAAdRRr v VVAr v VV p p1 p2濾液濾液2022-5-20392()edVpAdr v VV 過濾速率過濾速率過濾基本方程過濾基本方程 2pKrv 令令22()edVKAdVV 則則K為過濾系數為過濾系數2022-5-2040三、恒壓過濾三、恒壓過濾K為常數為常數22()edVKAdVV 200()2VeKVV dVA d 222eVVVKA 恒壓過濾方程式恒壓過濾方程式（一）濾液體積與過濾時間的關系（一）濾液體積與過濾時

18、間的關系 2pKrv 令令2022-5-204123/,mmAVqAVqee 令令22eqqqK Vo 1V1A2022-5-2042(二二) 過濾常數的測定過濾常數的測定22eqqqK 12eqqqKK q/qeqK2K1斜率 /qq 為直線關系，為直線關系， 其斜率為其斜率為 ，截距為，截距為eqK2K12022-5-2043三、三、過濾設備及操作過濾設備及操作（一）板框過濾機（一）板框過濾機2022-5-2044橫穿洗滌法橫穿洗滌法 卸渣、清洗、組裝卸渣、清洗、組裝特點：特點：同部位、不同時間進同部位、不同時間進行不同的操作。行不同的操作。 過濾：過濾： 洗滌：洗滌：濾液排出：明流、暗流濾液排出：明流、暗流洗洗板板板框壓濾機板框壓濾機框框非非洗洗板板洗洗板板洗滌液流出洗滌液流出洗洗滌滌液液入入口口2022-5-2045過濾區過濾區吹干區吹干區卸濾渣區卸濾渣區洗滌區洗滌區特點：特點：同時間、不同部位進行不同的操作。同時間、不同部位進行不同的操作。（二）轉筒真空過濾機（二）轉筒真空過濾機1.結構與操作結構與操作2022-5-2046設轉筒的轉速設轉筒的轉速為為N (1/s)操作周期：操作周期：360 轉筒總表面積轉筒總表面積轉