第三章沉降與過濾

第三章沉降與過濾第一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四基本要求重點(diǎn)：過濾和沉降的基本理論、基本方程難點(diǎn)：過濾基本方程的應(yīng)用、過濾設(shè)備第二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四一、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) 勞動保護(hù)和環(huán)境衛(wèi)生概述第三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四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、過濾法 利用氣體或液體能通過過濾介質(zhì)而固 體顆粒不能穿過過濾介質(zhì)的性質(zhì)進(jìn)行 分離的方法。第四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四自由沉降是指在沉降過程中，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)生相對運(yùn)動而分離的過程，在重力的作用下，發(fā)生的沉降過程稱為重力沉降。重力沉降第五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四(2)浮力重力場離心力場(3)阻力顆粒與流體的相對運(yùn)動表皮阻力與形體阻力微元面所受力在垂直于流動方向上的分量沿顆粒表面的積分繞流，形成邊界層(1)重力重力離心力第六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四第七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四2．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，u=u0——沉降速度第八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四（2）離心沉降速度

—顆粒實(shí)際運(yùn)動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)動第九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四（3）公式成立假定條件—其它因素對u0的影響①顆粒為球形；

②顆粒沉降時彼此相距較遠(yuǎn)，互不干擾

③容器壁對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)動的影響（4）阻力系數(shù)因次分析第十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四阻力系數(shù)~Re0關(guān)系圖第十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四①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)生邊界層分離第十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四②過渡區(qū)(Allen區(qū))

開始發(fā)生邊界層分離顆粒后部形成旋渦——尾流尾流區(qū)壓強(qiáng)低形體阻力增大第十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四③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第十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四（5）沉降公式使用方法

①事前能夠確認(rèn)流動區(qū)域，直接用對應(yīng)公式

②流動區(qū)域不能確定，采用試差法

假定流動處于層流區(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通過實(shí)驗整理數(shù)據(jù)得到(Re0<2105)第十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四重力沉降分離設(shè)備1．降塵室

第十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四（1）工作原理

氣體入室減速顆粒的沉降運(yùn)動&隨氣體運(yùn)動沉降運(yùn)動時間<氣體停留時間分離說明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)绞业椎谑唔摚菜氖隧?，編輯?023年，星期四所需沉降時間=H/u0在室內(nèi)停留時間=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十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四離心沉降設(shè)備重力沉降的不足與離心沉降的優(yōu)勢設(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十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四（2）分離性能估計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相對運(yùn)動為層流Stokes公式可用將g換為rm-平均旋轉(zhuǎn)半徑顆粒沉降速度第二十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四假設(shè)沉降時間氣芯前圈數(shù)=N運(yùn)行距離有效停留時間某一粒徑能(100%)被分離出的條件其穿越B所需時間〈停留時間第二十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四一般取Ｎ＝５dc～氣體性能、結(jié)構(gòu)、處理量假定勉強(qiáng)，粗略估計分離效率

粒級效率

:混合物經(jīng)旋風(fēng)分離器后某一(范圍的)粒徑被分離出來的質(zhì)量分?jǐn)?shù)d>dc的顆粒=1如顆粒入器時均布，與器壁距離<B‘的所有顆粒所占分率第二十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四d<dc的入器時如其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：被分離出來的顆粒點(diǎn)全部顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)第二十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四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)測經(jīng)驗第二十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四過濾一過濾基本原理1過濾固液混合，外力驅(qū)動，多孔介質(zhì)，顆粒截留，液體通過說明：名詞：過濾介質(zhì)；濾漿；濾渣(餅)；濾液過程推動力：重力；壓力(差)；離心力濾餅過濾與深層過濾操作目的：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)第二十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四—要求流動阻力小，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)—固體顆粒或纖維等堆積，—深層過濾

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、無機(jī)膜。1m以下

3．濾餅的可壓縮性和助濾劑

濾餅受壓，，流動阻力助濾劑——加入，使濾餅疏松而堅硬2.過濾介質(zhì)—支撐濾餅或截留顆粒，通過濾液第二十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四二過濾設(shè)備1．板框過濾機(jī)

第二十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四橫穿洗滌：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)過濾面積洗滌液行程與濾液相同。洗滌面=過濾面置換洗滌：濾漿由總管入框框內(nèi)形成濾餅濾液穿過餅和布經(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)過濾第二十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四第二十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四2．轉(zhuǎn)筒過濾機(jī)

（1）結(jié)構(gòu)與工作原理

第三十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四水平轉(zhuǎn)筒分為若干段，濾布蒙于側(cè)壁段—管—分配頭轉(zhuǎn)動盤(多孔)——分配頭固定盤(凹槽2、凹槽1、凹槽3)—三個通道的入口濾液真空管洗水真空管吹氣管工作過程—跟綜一段①當(dāng)浸入濾漿中時，對應(yīng)濾布—對應(yīng)管—轉(zhuǎn)動盤孔—凹槽2—濾液真空管—濾液通道—過濾第三十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四②當(dāng)位于水噴頭下，對應(yīng)濾餅、濾布—對應(yīng)管—轉(zhuǎn)動盤孔—凹槽1—洗水真空管—洗水通道—洗滌③吹氣管—凹槽3—轉(zhuǎn)動盤孔—對應(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：沒有通道——停工—兩區(qū)不致串通第三十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四三過濾基本理論

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)平均長度l：床層厚度，即l=K0L第三十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四③孔道(細(xì)管)當(dāng)量直徑de：④濾液流速u1:第三十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四2.過濾速度及其表達(dá)(1)定義A—濾餅層總截面積；—過濾時間；V—濾液體積說明u1與u的關(guān)系(2)過程推動力——濾漿側(cè)和濾液側(cè)的壓差濾餅壓降介質(zhì)壓降第三十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四

(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—瞬時速度恒壓降速，恒速升壓說明其中——濾餅的比阻第三十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四u=濾餅層推動力/濾餅層阻力。濾餅阻力~濾餅層的性質(zhì)及L；濾液的。說明(5)過濾介質(zhì)的阻力近似：阻力~厚度為Le的一層濾餅(6)總推動力與總阻力第三十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四3(恒壓)過濾方程式

積分形式1c、r、~與時間無關(guān)Ve、A、p常數(shù)——過濾常數(shù)（m2/s）第三十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四四過濾計算

1．間歇過濾機(jī)的計算

（1）操作周期與生產(chǎn)能力

操作周期總時間總時間過濾時間洗滌時間卸渣、清理、裝合設(shè)計和操作計算要基于C生產(chǎn)能力：一個操作周期中，單位時間內(nèi)得到的濾液或濾餅體積第三十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四已知K，qe，由過濾方程，F(xiàn)VFQ（2）洗滌速率和洗滌時間

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；洗滌壓力與過濾時相同

洗滌速率：單位時間內(nèi)通過濾餅層的洗滌液體積第四十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四①葉濾機(jī)的洗滌速率和洗滌時間——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間——橫穿洗滌

第四十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四洗滌時間（3）最佳操作周期在一個操作周期中R—一般固定F，V，但上升幅度，Q可能F

，V，且下降幅度，Q可能第四十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四存在一個最優(yōu)的過濾時間，使Q最大可以證明：F+W=R，則Q可達(dá)最大2．連續(xù)過濾機(jī)的計算

(1)操作周期與過濾時間間歇過濾機(jī)：部分時間，全部面積—過濾連續(xù)過濾機(jī)：部分面積，全部時間—過濾轉(zhuǎn)筒過濾機(jī)，每秒n周，則C=1/n—每圈用時轉(zhuǎn)筒表面浸入分?jǐn)?shù)：第四十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四一個周期中全部面積經(jīng)歷過濾時間部分面積，全部時間—全部面積，部分時間CA（2）生產(chǎn)能力

第四十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四當(dāng)濾布阻力可以忽略Q~A，，n說明，過濾面積，其它面積，操作不便n，F(xiàn)，L，難以卸渣，功率消耗第四十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期四離心分離簡介

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