化工原理非均相物系的分離

化工原理非均相物系的分離混合物氣態(tài):含塵氣體等液態(tài):懸浮液等均相混合物:溶液與混合氣體非均相混合物3、1顆粒得特性2、非均相混合物得分離方法1)沉降(重力沉降與離心沉降)2)過(guò)濾1、混合物得分類混

合

物均相氣態(tài)空氣、天然氣液態(tài)乙醇—水、石油

非均相氣—固煙道氣氣—液霧滴—?dú)怏w液—固泥水液—液油—水固—固煤矸gan石、金屬礦煤矸石:煤炭生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生得巖石統(tǒng)稱。包括混入煤中得巖石、巷道掘進(jìn)排出得巖石、采空區(qū)中垮落得巖石、工作面冒落得巖石以及選煤過(guò)程中排出得碳質(zhì)巖等。1)、回收分散物質(zhì),如從母液中分離出晶粒(如海鹽生產(chǎn));從催化反應(yīng)器出來(lái)得氣體,常帶有催化劑顆粒,必須把這些有價(jià)值得顆粒回收利用。2)、勞動(dòng)保護(hù)與環(huán)境衛(wèi)生,對(duì)三廢:廢氣、廢液、廢渣得處理(環(huán)保),非均相物系分離得目得就是除害收益。總之:以滿足工藝要求,提高產(chǎn)品質(zhì)量,改善勞動(dòng)條件,保護(hù)環(huán)境,節(jié)約能源及提高經(jīng)濟(jì)效益。3、非均相物系分離得目得AS4、單一顆粒得特性1)球形顆粒d:顆粒得直徑;V:球形顆粒得體積;As:球形顆粒得表面積;as:比表面積—單位體積顆粒得表面積。AS=πd2球形顆粒比表面積:(1)描述顆粒形狀①顆粒得形狀系數(shù)(球形度φ)

表明:顆粒形狀接近于球形得程度;φ↑,則顆粒越接近于球形。球形顆粒:球形顆粒非球形顆粒2)非球形顆粒

②顆粒得比表面積a說(shuō)明:V相同時(shí),a

↓,則顆粒越接近球形。比表面積a與φ關(guān)系:(2)描述顆粒大?、俚润w積當(dāng)量直徑de,V(非球形顆粒)指:與顆粒體積相等得球形顆粒得直徑。de,V與a、φ關(guān)系:②等比表面積當(dāng)量直徑de,a

與非球形顆粒比表面積相等得球形顆粒得直徑5、混合顆粒得特性參數(shù)(1)顆粒得篩分尺寸標(biāo)準(zhǔn)篩:有不同得系列(見附錄20—常用篩子得規(guī)格:中國(guó)、日本、德國(guó))。用金屬絲制成,孔類似正方形。常用泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩。篩號(hào)(目數(shù)):每英寸長(zhǎng)度篩網(wǎng)上得篩孔數(shù)目;篩過(guò)量:通過(guò)篩孔得顆粒量;篩余量:截留于篩面上得顆粒量。大家有疑問(wèn)的，可以詢問(wèn)和交流可以互相討論下，但要小聲點(diǎn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)篩制:Tyler(泰勒)標(biāo)準(zhǔn)單位:目目數(shù)—為篩網(wǎng)上1英寸(25、4mm)長(zhǎng)度內(nèi)得網(wǎng)孔數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)篩系列:10142028354865100150200270325400其中最細(xì)得就是400目,孔徑38μm。

(a、d單位mm)25.4ad以100目為例(P354):網(wǎng)線直徑規(guī)定為0、0042in(0、107mm),故篩孔得寬度為:1/100-0、0042=0、0058in(0、147mm)

相鄰篩號(hào)的篩孔大小按篩孔凈寬度計(jì)，以的倍數(shù)遞增，即篩孔面積按2的倍數(shù)遞增。顆粒得篩分尺寸:(2)顆粒群得平均特性參數(shù)

①平均比表面積:

di-1didi+1di+2②顆粒群得等比表面積當(dāng)量直徑:wi—第i層篩網(wǎng)上顆粒得質(zhì)量分?jǐn)?shù);ai—………比表面積;dai—混合顆粒中各種尺寸顆粒得等比表面積當(dāng)量直徑。目得:流體與固體顆粒分離原理:利用顆粒與流體之間得密度差,將固體顆粒從流體中分離出來(lái)。常用方法:(1)重力沉降(分離較大得顆粒),例:選礦(2)離心沉降(分離尺寸小得顆粒),例:氣體除塵3、2沉降當(dāng)某一顆粒在不可壓縮連續(xù)流體中做穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),顆粒會(huì)受到來(lái)自流體得阻力。該阻力由兩部分組成:形狀阻力(邊界層分離產(chǎn)生旋渦)與摩擦阻力。流體阻力方向與顆粒運(yùn)動(dòng)方向相反,大小與流體與顆粒間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度u、流體密度

、黏度

以及顆粒得大小、形狀有關(guān)。對(duì)于非球形顆粒物,這種關(guān)系非常復(fù)雜。

3、2、1流體阻力與阻力系數(shù)對(duì)于球形顆粒,流體阻力得計(jì)算方程:顆粒得雷諾數(shù):阻力系數(shù)，通過(guò)因次分析法得知，ξ值是顆粒與流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù)的函數(shù)。顆粒得投影面積牛頓阻力公式:層流區(qū)過(guò)渡區(qū)湍流區(qū)

3、2、1流體阻力與阻力系數(shù)

顆粒沉降得阻力系數(shù)與雷諾數(shù)得關(guān)系實(shí)驗(yàn)得到球形顆粒阻力系數(shù)變化規(guī)律可分成4段：阻力系數(shù)，過(guò)渡區(qū)，阿侖（Allen）定律區(qū)：

②，層流區(qū)，斯托克斯（Sokes）定律區(qū)：①，湍流區(qū)，牛頓定律區(qū)：③④后，驟然下降，在范圍內(nèi),可近似取:第4段,在實(shí)際工業(yè)沉降過(guò)程中一般就是達(dá)不到得。顆粒開始沉降得瞬間,速度u=0,因此阻力Fd=0,a→max

顆粒開始沉降后,u↑→Fd

↑;u→ut

時(shí),a=0

。等速階段中顆粒相對(duì)流體得運(yùn)動(dòng)速度ut稱為沉降速度。3、2、2重力沉降

t

u

u0加速段勻速段1、球形顆粒得自由沉降速度(以重力方向?yàn)檎较?Fd

阻力

Fg

重力

顆粒受力分析Fb

浮力FgFbFd重力：Fd

阻力

Fg

重力

顆粒受力分析Fb

浮力FgFbFd直徑d、密度ρs得球形顆粒在密度為ρ

得流體中得重力與浮力分別為:浮力：阻力:阻力系數(shù)顆粒做勻速運(yùn)動(dòng),合力為:球形顆粒得自由沉降速度②過(guò)渡區(qū)（Allen區(qū)，2<Re0<500）③湍流區(qū)（牛頓區(qū)，500<Re0<200000）④Re0>200000后,ζ驟然下降,在Re0=(3~10)×105

范圍內(nèi)可近似取ζ=0、1。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到阻力系數(shù)與雷諾數(shù)得關(guān)系繪成算圖,將她們回歸成關(guān)聯(lián)式為:①層流區(qū)（Stokes區(qū)，Re0<2或0.3）

（Stokes定律）了解影響顆粒沉速得因素(顆粒粒徑……)在已知得顆粒粒徑條件下求沉降速度由顆粒沉降速度求顆粒粒徑由顆粒沉降速度求液體黏度

……落球法測(cè)定黏度上述式子有何意義？(Stokes定律)2、沉降速度得計(jì)算圖解法:由于沉降速度未知,雷諾數(shù)無(wú)法計(jì)算,因此圖解法需要試差計(jì)算。公式法:將以上阻力系數(shù)關(guān)系式代入自由沉降速度公式得到計(jì)算沉降速度得公式。由于沉降速度未知,雷諾數(shù)無(wú)法計(jì)算,因此公式法也需要試差計(jì)算。計(jì)算過(guò)程:假設(shè)沉降處于層流區(qū)Stokes定律求u0核算Re0若Re0<2，則假設(shè)成立若Re0>2，則用相應(yīng)的公式求u0核算Re0因次分析法:

通過(guò)實(shí)驗(yàn)整理數(shù)據(jù)得到:阿基米德準(zhǔn)數(shù)Ar與沉降顆粒與流體得性質(zhì)、分離要求有關(guān),根據(jù)已知條件計(jì)算Ar,然后由上式計(jì)算Re0

,由Re0直接計(jì)算沉降速度u0

,不需要試差與校核。其它因素對(duì)沉降速度得影響以上沉降過(guò)程為在重力作用下球形顆粒得自由沉降: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)沉降得阻滯作用可以忽略;

D/d大于100時(shí),可忽略器壁效應(yīng),否則需考慮。④顆粒直徑不能小到受流體分子運(yùn)動(dòng)得影響

(d<2～3μm)。實(shí)際情況中還需考慮以下因素得影響(一般了解):①干擾沉降;②端效應(yīng);③分子運(yùn)動(dòng);④非球形;⑤液滴或氣泡得運(yùn)動(dòng)。

例1-1：>>代入式得:例1-2:有一玉米淀粉水懸浮液,溫度20℃,淀粉顆粒平均直徑為15μm,淀粉顆粒吸水后得密度為1020kg/m3,試求顆粒得沉降速度。

解:先假定沉降在層流區(qū)已知:查出20℃得水得檢驗(yàn)值假設(shè)相符,故算得得正確例1-3:一水懸浮液溫度25℃,其中固體顆粒密度為1400kg/m3,現(xiàn)測(cè)得其沉降速度為0、01m/s,試求固體顆粒得直徑。解:假設(shè)粒子在滯流區(qū)沉降已知:查25℃水得密度粘度

代入式得:檢驗(yàn)值:與原假設(shè)不符,故重設(shè)固體顆粒在過(guò)渡區(qū)沉降解出:重設(shè)正確3、非球形顆粒得沉降速度處理方法:可先假定為顆粒球形,然后校正。同樣條件下因此:4、不均勻顆粒得沉降速度粒徑不同時(shí),大顆粒沉降速度快,小顆粒沉降速度慢。應(yīng)以最小顆粒直徑計(jì)算u0

。

顆粒分級(jí)時(shí),以不同粒度(球體-直徑、立方體-邊長(zhǎng)、不規(guī)則-等效直徑表示),分別進(jìn)行計(jì)算u0

。

3、2、3重力沉降設(shè)備1、分級(jí)器原理—利用不同粒徑或不同密度得顆粒在流體中得沉降速度不同來(lái)實(shí)現(xiàn)分離得設(shè)備。將沉降速度不同得兩種顆粒傾倒到向上流動(dòng)得水流中,若水得速度調(diào)整到兩者沉降速度之間,則沉降速度較小得那部分顆粒便被漂走分出。

3、2、3重力沉降設(shè)備

若有密度不同得a、b兩種顆粒,且兩種顆粒直徑范圍都很大,則由于密度大而直徑小得顆粒與密度小而直徑大得顆粒可能具有相同得沉降速度,使兩者不能完全分離。

上式表明,不同直徑得顆粒因密度不同而具有相同得沉降速度,該式代表了具有相同沉降速度得兩種顆粒得直徑比。能達(dá)到完全分離得兩種顆粒得直徑比:例2:石英與方鉛礦得混合球形顆粒要在20℃得水中加以分離。兩者得密度分別為2650kg/m3與7500kg/m3,且兩種顆粒得最小直徑均為0、08mm。求能夠完全分離得石英顆粒得最大直徑。解:據(jù)題意,石英顆粒得沉降速度若等于或大于0、08mm方鉛礦顆粒得沉降速度,即不能分離。以a代表方鉛礦,b代表石英,假設(shè)沉降皆在層流區(qū)故能完全分離得石英顆粒得最大直徑為:以最大石英直徑(0、158mm)得沉降速度核算。以0、08mm方鉛礦得沉降速度核算就是否屬于層流區(qū)20oC時(shí)水得粘度為1cp(厘泊)

故石英顆粒得最大直徑db=0、158mm只就是很粗略得。水力分級(jí)器1、2、3號(hào)分級(jí)器直徑逐漸增大而三者中上升水流量均相同,所以水在三者中流速逐漸減小。水在1號(hào)中速度最大,可將密度較小得石英顆粒全部帶走,于就是1號(hào)底部可得到純方鉛礦。但就是,也有部分小顆粒得方鉛礦隨同全部石英被帶走。在2號(hào)分級(jí)器,控制水流速度,將全部方鉛礦沉降下來(lái),但也有部分大顆粒石英沉降下來(lái)。在3號(hào)分級(jí)器,控制水流速度,可將全部小石英粒子全部沉降下來(lái)。水力分級(jí)器

綜上所述，1號(hào)分級(jí)器的作用是要帶走所有石英粒子（最大為），因此，1號(hào)的水流速度應(yīng)該等于石英的沉降速度；2號(hào)的作用在于截下全部方鉛礦（最小為），因此，2號(hào)的水流速度應(yīng)該等于方鉛礦的沉降速度；3號(hào)的作用在于截下全部石英粒子（最小為），因此，3號(hào)的水流速度應(yīng)該等于石英的沉降速度。2、降塵室隨氣體得水平流速u;顆粒沉降速度u0。顆粒運(yùn)動(dòng)速度分解:集塵斗氣體入口氣體出口含塵氣體凈化氣體顆粒降塵室操作示意圖①結(jié)構(gòu)及工作原理入口截面:矩形

B

Q

u0

uL

H顆粒在降塵室中的運(yùn)動(dòng)降塵室底面積:含塵氣體積流量:含塵氣流通截面積:

B

Q

u0

uL

H顆粒在降塵室中的運(yùn)動(dòng)

B

Q

u0

uL

H顆粒在降塵室中的運(yùn)動(dòng)②

顆粒能夠沉降到集塵斗中有什么條件呢？

顆粒在降塵室中得沉降時(shí)間小于停留時(shí)間時(shí),顆粒在流體離開降塵室前即可沉降到降塵室得底部。其中：停留時(shí)間：氣流速度m/s氣流流率m3/sθt與設(shè)備尺寸及處理量有關(guān)，與顆粒性質(zhì)無(wú)關(guān)；

沉降時(shí)間

θ0與流體、顆粒性質(zhì)、分離要求及降塵室得高度有關(guān)。

2、降塵室注意:當(dāng)某直徑顆粒滿足θ0≤θt時(shí),它能被100%分離;當(dāng)θ0>θt時(shí),它不就是不能被分離(仍然可以被分離),只就是不能被完全(100%

)分離。討論:(1)降塵室得生產(chǎn)能力:

故生產(chǎn)能力與降塵室底面積BL有關(guān)而與高度H無(wú)關(guān),因此,降塵室多制成扁平型或多層。(層高40-100mm)。停留時(shí)間最短為θt=θ0=H/u0,即最大生產(chǎn)能力為:Q=BLu0

;(3)θ0≤θt就是確定降塵室主要結(jié)構(gòu)尺寸得依據(jù),就是確定所能完全分離最小顆粒直徑得判據(jù)。當(dāng)Stoches定律適用,顆粒作自由沉降,處理量為Q時(shí)能分離出得顆粒最小直徑dmin為:降塵室底面積2、降塵室(2)重力沉降中沉降速度無(wú)法提高,沉降效果有限,一般能分離得顆粒直徑為>10μm(>75μm效果較好)。降塵室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,流動(dòng)阻力小,但體積龐大,分離效率低,通常只適用于分離粒度大于50μm得粗顆粒,作為預(yù)除塵使用。沉降速度u0

應(yīng)根據(jù)需要完全分離下來(lái)得最小顆粒尺寸計(jì)算。氣速u

一般應(yīng)保證氣體處于層流區(qū),以免干擾顆粒沉降或把顆粒重新?lián)P起。工業(yè)上降塵設(shè)備多為扁平形狀或一室多板結(jié)構(gòu)。多層降沉室清潔氣流含塵氣流擋板隔板Q≤(n+1)BLu0

生產(chǎn)能力:降塵室得計(jì)算

降塵室的計(jì)算

設(shè)計(jì)型操作型已知?dú)怏w處理量與除塵要求,求降塵室得大小

用已知尺寸得降塵室處理一定量含塵氣體時(shí),計(jì)算可以完全除掉得最小顆粒得尺寸,或者計(jì)算要求完全除去直徑dp得塵粒時(shí)所能處理得氣體流量。

例3:有一沉降室長(zhǎng)7、0m,高12m,氣速30cm/s,塵粒密度2、5g/cm3,空氣粘度28×10-6Pa·s,求該沉降室能100%捕集得最小粒徑。解:顆粒能沉降而分離得條件:因?yàn)?所以:例4：某除塵室高2m、寬2m、長(zhǎng)5m，用于礦石焙燒爐的爐氣除塵。礦塵的密度為4500，其形狀近于圓球。操作條件下氣體流量為25000，氣體密度為0.6、粘度為。試求理論上能完全除去的最小礦粒直徑。解:假定沉降在層流區(qū),證明不在層流區(qū),再假定在過(guò)渡區(qū)假設(shè)成立,所以

例5:擬用降塵室去除常壓爐氣中得球形塵粒。降塵室寬與長(zhǎng)分別為2m與6m,氣體處理量2、564m3/s,密度ρ=0、5kg/m3,粘度μ=3、4×10-5Pa、s,固體密度ρS=400kg/m3,操作條件下,規(guī)定氣體速度不大于0、5m/s,試求:

1、降塵室得總高度H,m;

2、理論上能完全分離下來(lái)得最小顆粒尺寸;

3、粒徑為40μm得顆粒得回收百分率;

4、欲使粒徑為10μm得顆粒完全分離下來(lái),需在降降塵室內(nèi)設(shè)置幾層水平隔板？解:2、理論上能完全出去得最小顆粒尺寸

1、降塵室得總高度H用試差法由u0求dmin,假設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)

核算沉降流態(tài)3、粒徑為40μm得顆粒得回收百分率∴原假設(shè)正確

假設(shè)粒徑為40μm得顆粒在滯流區(qū),其沉降速度

氣體通過(guò)降沉室得沉降時(shí)間為:

直徑為40μm得顆粒在12s內(nèi)得沉降高度為:

假設(shè)顆粒在降塵室入口處得爐氣中就是均勻分布得,則顆粒在降塵室內(nèi)得沉降高度與降塵室高度之比約等于該尺寸顆粒被分離下來(lái)得百分率。直徑為40μm得顆粒被回收得百分率為:由于各種尺寸顆粒在降塵室內(nèi)的停留時(shí)間均相等，故40μm顆粒的回收率也可用其沉降速度與dmin=57.8μm顆粒的沉降速度之比來(lái)確定，在斯托克斯定律區(qū)則為:

4、水平隔板層數(shù)(粒徑為10μm得顆粒)

由規(guī)定需要完全除去得最小粒徑,求沉降速度,再由生產(chǎn)能力與底面積求多層降塵室得水平隔板層數(shù)。粒徑為10μm得顆粒得沉降必在滯流區(qū)。

取33層

板間距為:

水平隔板層數(shù):Q≤(n+1)BLu0

某含塵氣體進(jìn)入反應(yīng)器之前必須除塵,所含塵粒密度為3000kg/m3,操作條件下氣體體積流量4、0m3/s,密度為0、86kg/m3

,粘度為0、02cp,該降塵室得高×寬×長(zhǎng)為2m×2m×5m。試計(jì)算:(1)該降塵室能100%除去得最小顆粒直徑;檢驗(yàn)雷諾數(shù):所以:(2)若將降塵室用隔板分成10層,且需100%除去得最小顆粒要求不變,即dp,min不變,則知ut也不變,于就是,分隔得每一小室得氣體處理能力Vs不變,仍為4、0m3/s,故降塵室總得生產(chǎn)能力為:3、2、4離心沉降離心沉降:依靠慣性離心力得作用實(shí)現(xiàn)沉降得過(guò)程。適于分離兩相密度差較小,顆粒粒度較細(xì)得非均相物系。離心沉降效率較重力沉降效率高。離心沉降速度ar—離心加速度ut—顆粒在切向上得速度;ur—顆粒在徑向上得速度,離心沉降速度。r1r2ArCBuruut顆粒在旋轉(zhuǎn)流體中的運(yùn)動(dòng)若顆粒為球形,其在徑向沉降方向上所受得作用力有:顆粒密度流體密度(1)、(2)合力為：重力沉降中得浮力為排開得流體所受得重力,離心沉降中為排開得流體所受得離心力。當(dāng)作用力等于阻力(平衡)時(shí),可得離心沉降速度ur慣性離心力場(chǎng)與重力場(chǎng)得區(qū)別

重力場(chǎng)離心力場(chǎng)力場(chǎng)強(qiáng)度重力加速度gut2/r方向指向地心

沿旋轉(zhuǎn)半徑從中心指向外周

Fg=mg

作用力

注意:顆粒離心沉降速度方向就是由圓心徑向指向外周;但由于顆粒與流體同時(shí)做圓周運(yùn)動(dòng),顆粒實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡就是一個(gè)半徑逐漸擴(kuò)大得螺旋線。

離心沉降速度并不就是顆粒得實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度,只就是在徑向上得分量。離心沉降速度與重力沉降速度相比:(1)方向不同(2)重力沉降速度就是定值,而離心沉降速度不就是定值。

同一顆粒在同種介質(zhì)中得離心沉降速度與重力沉降速度之比為:離心分離因數(shù):—衡量離心分離性能得指標(biāo)說(shuō)明:評(píng)價(jià)離心分離設(shè)備得重要指標(biāo),fC越大,分離效能越高。離心力比重力大千、萬(wàn)倍

重力沉降

旋風(fēng)分離器用于分離氣體中得固體顆粒(重點(diǎn))旋液分離器用于分離液體中得固體顆粒離心沉降

降塵室用于分離氣體中得固體顆粒(重點(diǎn))沉降槽用于分離液體中得固體顆粒沉降3、2、5離心沉降設(shè)備(1)結(jié)構(gòu)與工作原理

1、旋風(fēng)分離器工業(yè)上應(yīng)用得兩種型式:旋流(旋風(fēng)或旋液)器與離心沉降機(jī)。旋流器:設(shè)備靜止,流體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);離心沉降機(jī):設(shè)備本身與液體一起旋轉(zhuǎn)。

含塵氣體以較高得線速度切向進(jìn)入器內(nèi),在外筒與排氣管之間形成旋轉(zhuǎn)向下得外螺旋流場(chǎng),到達(dá)錐底后以相同得旋向折轉(zhuǎn)向上形成內(nèi)螺旋流場(chǎng)直至上部排氣管流出。顆粒受離心力作用向器壁方向拋出,在重力作用下沿壁面下落到排灰口被排出。進(jìn)氣口形狀:矩形尺寸:進(jìn)口管h、B;圓柱筒直徑D(主要尺寸);排氣口直徑D1。進(jìn)氣排氣出灰口旋風(fēng)分離器示意圖B可除去直徑5μm～75μm得塵粒。分離效果壓強(qiáng)降臨界直徑分離效率(2)分離性能旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器能夠分離出得顆粒大小就是它得主要性能之一。

①臨界直徑dc評(píng)價(jià)指標(biāo)總效率粒級(jí)效率—理論上能被完全分離下來(lái)得最小顆粒。計(jì)算公式推導(dǎo)得假設(shè):a、顆粒與氣體在旋風(fēng)分離器內(nèi)得切線速度ut恒定,與所在位置無(wú)關(guān),且等于進(jìn)口處速度ui;旋風(fēng)分離器計(jì)算公式推導(dǎo)得假設(shè):b、顆粒沉降過(guò)程中所穿過(guò)得氣流最大厚度等于進(jìn)口寬度B;

c、顆粒與氣流得相對(duì)運(yùn)動(dòng)為層流。停留時(shí)間沉降時(shí)間顆粒在旋風(fēng)分離器中能被完全分離,其沉降時(shí)間必須小于停留時(shí)間。

臨界直徑:當(dāng)沉降時(shí)間與停留時(shí)間相等時(shí)所能完全分離得顆粒直徑為最小直徑。

旋風(fēng)分離器設(shè):氣體旋轉(zhuǎn)圈數(shù)N(標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器可取N=5,一般為0、5～3、0),則氣流運(yùn)行距離:離心沉降時(shí)間：

徑向速度旋轉(zhuǎn)半徑的平均值停留時(shí)間：—臨界直徑(最小直徑)(能完全分離得顆粒直徑)注意:在推導(dǎo)過(guò)程中,所做得兩項(xiàng)假設(shè)(a、顆粒與氣體得切線速度ut

恒定,與位置無(wú)關(guān),且等于進(jìn)口處速度ui

;b、顆粒沉降過(guò)程中所穿過(guò)得氣流最大厚度等于進(jìn)口寬度B)與實(shí)際情況差距較大,但因這個(gè)公式非常簡(jiǎn)單,只要給出合適得N值,尚屬可用。標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器可取N=5。標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器:尺寸間關(guān)系:討論:

ⅰ

B↓,D↓,dc↓,效率↑;在生產(chǎn)能力相同條件下,有一臺(tái)大旋風(fēng)分離器與若干臺(tái)小旋風(fēng)分離器(進(jìn)口氣速一樣),應(yīng)采用哪種方案？討論:

ⅱ

ui↑,dc↓,效率↑,但阻力↑;旋風(fēng)分離器進(jìn)口氣速應(yīng)適當(dāng)選擇,不宜太高也不宜太低(10-25m/s)。

ⅲ

臨界直徑

dc不僅與顆粒與氣體得性質(zhì)有關(guān),而且與旋風(fēng)分離器得結(jié)構(gòu)與處理量有關(guān)。處理量越大、顆粒密度越大、進(jìn)口越窄、長(zhǎng)徑比越大(延長(zhǎng)停留時(shí)間),則臨界直徑越小,分離性能越好。

②分離效率——總效率、粒級(jí)效率含塵氣體中所有顆粒被分離出得質(zhì)量百分?jǐn)?shù)η0

,稱為總效率:旋風(fēng)分離器

含塵氣體中某一粒徑得顆粒被分離出得質(zhì)量百分?jǐn)?shù)ηpi

,稱為粒級(jí)效率:其中c為質(zhì)量含量,g/m3

;i表示直徑為di得顆粒。

對(duì)于細(xì)小顆粒得分離,粒級(jí)效率更能反映分離器得分離性能好壞。粒級(jí)效率曲線:粒級(jí)效率

p與顆粒直徑di

得對(duì)應(yīng)關(guān)系,可通過(guò)實(shí)測(cè)得到。

分級(jí)效率曲線0102030405020406080100粒徑di/μm粒級(jí)效率ηp/%

如左圖,根據(jù)計(jì)算,其臨界粒徑約為10μm。

理論上凡直徑大于10μm得顆粒,其粒級(jí)效率都應(yīng)為100%,而小于10μm得顆粒,粒級(jí)效率都應(yīng)為零,圖中折線obcd。Ηp，%直徑小于dc得顆粒中,有些在進(jìn)口處已很靠近壁面,在停留時(shí)間內(nèi)能夠到達(dá)壁面上?；蛟谄鲀?nèi)聚結(jié)成大顆粒,因而具有較大得沉降速度。直徑大于dc得顆粒,有些受氣體渦流得影響未能到達(dá)器壁?；虺两岛笥直粴饬髦匦戮砥鸲鴰ё摺?shí)測(cè)曲線,直徑小于10μm得顆粒,也有可觀得分離效果,而直徑大于dc

得顆粒,還有部分未被分離下來(lái)。Ηp，%

工程上多采用d50(粒級(jí)效率為50%得顆粒得直徑)來(lái)評(píng)價(jià)旋風(fēng)分離器得性能。

有時(shí)也把旋風(fēng)分離器得粒級(jí)效率標(biāo)繪成d/d50得函數(shù)曲線,d50為粒級(jí)效率為50%得顆粒直徑,稱為分割粒徑。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器:或:101.00.1粒徑比

di/d50分級(jí)效率ηｐ/%204060100標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器的ηp與di/d50曲線

對(duì)于同一型式且尺寸比例相同得旋風(fēng)分離器,無(wú)論大小,皆可通用同一條ηp～di/d50曲線,這給旋風(fēng)分離器效率得估算帶來(lái)很大方便。討論:ⅰ若兩臺(tái)旋風(fēng)分離器得總效率相同,她們得分離性能就是否相同？含塵氣體中顆粒得大小范圍不同,臨界直徑不同,因此采用粒級(jí)效率才能更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)分離器得效率。ⅱd>dc時(shí),ηi=100%,d<dc得顆粒能否被分離？能,不能被完全分離,即ηi<100%

。旋風(fēng)分離器ⅲ

ηi與η0的關(guān)系

旋風(fēng)分離器xi為進(jìn)口氣體中粒徑為di得顆粒得質(zhì)量分率。③常見旋風(fēng)分離器得形式

1)進(jìn)口方式切向進(jìn)口:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,較常用。2)常用型式:標(biāo)準(zhǔn)型、CLT/A型、CLP型、擴(kuò)散式等。CLT/A型CLP型CLT/A型旋風(fēng)除塵器標(biāo)準(zhǔn)型:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造、處理量大;適用于捕集密度大且顆粒尺寸大得粉塵。標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器④壓力降(阻力損失)旋風(fēng)分離器

由于進(jìn)氣管、排氣管及主體器壁引起得摩擦阻力,氣體流動(dòng)時(shí)得局部阻力、氣體旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生得動(dòng)能損失,都會(huì)造成氣體得壓強(qiáng)降。通常壓降用入口氣體動(dòng)能得倍數(shù)來(lái)表示:

不同型式或尺寸比例不同得設(shè)備ξ值不同,要通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器:

處理量越大、顆粒密度越大、進(jìn)口越窄、長(zhǎng)徑比越大、減小排氣管直徑、縮小旋風(fēng)分離器直徑等均能提高分離性能,但同時(shí)也增加了阻力損失,旋風(fēng)分離器選型應(yīng)充分考慮阻力得影響。旋風(fēng)分離器

旋風(fēng)分離器得阻力就是旋風(fēng)分離器得經(jīng)濟(jì)指標(biāo),壓降應(yīng)盡可能小。壓降一般控制在0、5~2kPa左右(入口氣速15～25m/s),采取縮小直徑、多臺(tái)并聯(lián)得方式滿足分離效率與大氣量得要求。旋風(fēng)分離器得分類PV型粗旋風(fēng)分離器PV型外置旋風(fēng)分離器PV型單級(jí)旋風(fēng)分離器PV型一、二級(jí)旋風(fēng)分離器新型高效低阻旋風(fēng)分離器主要用于石油、化工、肥料、冶金、煤炭及環(huán)保得尾氣除塵與高爐煙氣凈化、顆?；厥盏?。目前已成功應(yīng)用于氮肥廠造氣爐得除塵及煤粉回收,也可用于石油化工裝置中如丙烯腈、苯酐、苯胺等用以回收昂貴得細(xì)顆粒催化劑,以及鈣鎂磷肥回轉(zhuǎn)窯烘干、球磨系統(tǒng)得尾氣除塵與高爐煙氣凈化等。在正常工作狀態(tài)下,氣固分離效率不小于99%,阻力不大于1000Pa。例6：某含塵空氣中微粒密度為1500kg/m3，溫度70℃，常壓下流量1200?，F(xiàn)采用筒體直徑400mm的標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器進(jìn)行除塵，試求能分離出塵粒的最小直徑。解:臨界直徑例7-1:氣體中含塵密度2000kg/m3,氣體流量5500m3/h,溫度為500℃,密度為0、43kg/m3,粘度為3、6×10-5Pa、s,擬采用標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器進(jìn)行除塵,要求分離效率不低于90%,且知相應(yīng)得臨界粒徑不大于10μm,要求壓降不超過(guò)700Pa,試決定旋風(fēng)分離器得尺寸與個(gè)數(shù)。解:根據(jù)允許壓降確定氣體入口流速ui

按分離要求,取臨界粒徑dc=10μm,由ui與dc計(jì)算D。通常N=5旋風(fēng)分離器直徑:D=4B=4×0、196=0、78m根據(jù)D與ui計(jì)算每個(gè)分離器得處理量,再根據(jù)氣體流量確定旋風(fēng)分離器得數(shù)目。進(jìn)氣管截面積:每個(gè)旋風(fēng)分離器氣體處理量為:含塵氣體在操作狀況下(500℃)得總流量為:所需旋風(fēng)分離器得臺(tái)數(shù)為:為滿足氣體處理量、壓強(qiáng)降及分離效率三項(xiàng)指標(biāo),需要直徑不大于0、78m得標(biāo)準(zhǔn)分離器至少三臺(tái),為了便于安排,現(xiàn)采用四臺(tái)并聯(lián)。校核壓力降與分離效率四臺(tái)并聯(lián)時(shí),每臺(tái)旋風(fēng)分離器得氣體處理量為:為保證指定得分離效率(不低于90%),臨界粒徑仍取為10μm?；蛘邚木S持指定得最大允許壓降數(shù)值為前提,求得每臺(tái)旋風(fēng)分離器得最小直徑。ΔP=700Paui=20、2m/s校核ΔP:校核臨界粒徑:

根據(jù)以上計(jì)算可知,當(dāng)采用四個(gè)相同標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器并聯(lián)操作時(shí),只要分離器在(0、654～0、695m)范圍內(nèi),便可同時(shí)滿足氣量、壓強(qiáng)降及效率指標(biāo)。若D>0、695m,則在規(guī)定氣量下不能達(dá)到規(guī)定得分離效率。若D<0、654m,則在規(guī)定氣量下壓降將超出允許得范圍。

例7-2：代入公式得:m檢驗(yàn):所以,在層流區(qū),符合斯托克斯公式,計(jì)算正確。最大旋轉(zhuǎn)半徑：；最小旋轉(zhuǎn)半徑：

已知?dú)怏w流量Q(m3/s)、原始含塵量C1(g/m3)、粉塵粒度分布,除塵要求、允許壓降,要求選擇旋風(fēng)分離器得形式,確定旋風(fēng)分離器得直徑與個(gè)數(shù)。旋風(fēng)分離器得設(shè)計(jì)計(jì)算步驟:a)根據(jù)具體情況選型,選型時(shí)應(yīng)在高效率與低阻力之間權(quán)衡,一般長(zhǎng)、徑比大且出入口截面小得設(shè)備效率高且阻力大,反之,阻力小效率低。b)根據(jù)允許壓降確定氣體入口流速ui

c)根據(jù)分離效率或除塵要求,求臨界粒徑dC

;d)根據(jù)ui與dc計(jì)算旋風(fēng)分離器得直徑D;e)根據(jù)ui與D計(jì)算旋風(fēng)分離器得處理量,再根據(jù)氣體流量確定旋風(fēng)分離器數(shù)目。f)校核分離效率與壓力降故設(shè)備直徑為:例7-3、用標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器除去氣流中所含固體顆粒。已知固體密度為1100kg/m3

,顆粒直徑4、5μm,氣體密度1、2kg/m3,粘度1、8×10-5Pa、s

,流量0、40m3/s

,允許壓降1780Pa,試計(jì)算采用以下各方案時(shí)得設(shè)備尺寸及分離效率。(1)一臺(tái)旋風(fēng)分離器;(2)四臺(tái)相同旋風(fēng)分離器串聯(lián);(3)四臺(tái)相同旋風(fēng)分離器并聯(lián)。解:(1)一臺(tái)旋風(fēng)分離器。分割粒徑:查標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器得ηp與di/d50曲線得:η=44%(2)四臺(tái)相同得旋風(fēng)分離器串聯(lián)

若忽略級(jí)間連接管得阻力,則每臺(tái)旋風(fēng)分離器允許得壓降為:則各級(jí)旋風(fēng)分離器得進(jìn)口氣速為:每臺(tái)旋風(fēng)分離器得直徑為:(3)四臺(tái)相同得旋風(fēng)分離器并聯(lián)查標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器得ηp與di/d50曲線,得每臺(tái)旋風(fēng)分離器得效率為:η=22%。則四臺(tái)旋風(fēng)分離器串聯(lián)得總效率為:此時(shí),每臺(tái)氣體流量為:每臺(tái)允許壓降仍為1780Pa,則進(jìn)口氣速仍為:查標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器得ηp與di/d50曲線得:η=61%。因此每臺(tái)分離器得直徑為:

由上面計(jì)算結(jié)果可瞧出,在處理氣量及壓降相同得條件下,本例中串聯(lián)四臺(tái)與并聯(lián)四臺(tái)得效率大體相同,并聯(lián)時(shí)所需得設(shè)備小、投資省。2、旋液分離器●分離液-固非均相混合物;●結(jié)構(gòu)、工作原理與旋風(fēng)分離器類似;●特點(diǎn):①形狀細(xì)長(zhǎng)、圓錐部分長(zhǎng),有利于顆粒分離;與旋風(fēng)分離器相比,旋液分離器得直徑較小？還就是較大？(氣固密度差大而液固密度差較小,為獲得較高得離心力,旋液分離器得直徑通常較小)。②中心經(jīng)常有一個(gè)處于負(fù)壓得氣柱,有利于提高分離效果。1－懸浮液入口管2－圓筒3－錐形筒4－第流出口?5－中心溢流管6－溢流出口管●

優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件,體積小、處理量大;●缺點(diǎn):產(chǎn)生較大阻力;造成設(shè)備嚴(yán)重磨損。旋風(fēng)(液)分離器得分離因數(shù):一般在5-2500之間。

適用于各種懸浮液、乳濁液、尤其就是粒度細(xì)小、密度差不大得體系得分離。

離心分離因數(shù)達(dá)50000以上得超高速離心機(jī)可使不同分子量得蛋白質(zhì)分子在具有密度梯度得溶液中分級(jí)。3、離心沉降機(jī)▲特點(diǎn):轉(zhuǎn)速可以調(diào)整,適用于分離困難得體系▲常用類型:管式離心機(jī)、蝶片式離心機(jī)等。離心力大小:轉(zhuǎn)鼓直徑D(或r)↑,n↑,Fr↑,對(duì)分離有利。

按離心力與重力之比,即分離因數(shù)得大小分類:

常速離心機(jī):fC<3000;高速離心機(jī):fC≈3000~50000;超高速離心機(jī):fC>50000。噴嘴排渣碟式離心機(jī)澄清(碟片上不開孔)(1)、碟式離心機(jī)(薄層分離沉降離心機(jī))

轉(zhuǎn)鼓內(nèi)裝有一疊隨轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)得碟片,碟片間隙為0、5～1、5mm,分離因數(shù)可達(dá)3000~10000。懸浮液由中心管引入轉(zhuǎn)鼓,分配在碟片之間形成薄層流動(dòng)。在離心力作用下,顆粒沉降到碟片內(nèi)側(cè)表面并向外滑動(dòng)。清液則沿碟片外側(cè)表面向內(nèi)流動(dòng)。沉降離心機(jī)類型

工業(yè)上常見形式可分為4大類。

碟片擴(kuò)展了沉降面,縮短了沉降距離,故具有較大得生產(chǎn)能力與較高得分離效率,適于處理粒徑0、1～100mm、固含量小于25%得懸浮液。蝶片式離心機(jī)用途:分離乳濁液與從液體中分離少量極細(xì)得固體顆粒,廣泛用于潤(rùn)滑油脫水、牛乳脫脂、飲料澄清等。a、分離乳濁液b、澄清懸浮液(2)、管式離心機(jī)

轉(zhuǎn)鼓(管)直徑小、長(zhǎng)度大、轉(zhuǎn)速高、分離效率很高,可處理粒徑0、01mm得懸浮液與難分離得乳濁液。

可連續(xù)操作,懸浮液或乳濁液由轉(zhuǎn)鼓下端加入,迅速達(dá)到與轉(zhuǎn)鼓同角速度旋轉(zhuǎn)。在離心力作用下,顆粒或重液層甩向鼓壁由重液出口引出,輕液則從轉(zhuǎn)鼓中心部位溢出。離心分離因數(shù)可達(dá)65,000,工業(yè)上可用于油水分離,實(shí)驗(yàn)室可用于分離微生物與蛋白質(zhì)。管式離心機(jī)示意圖(3)、無(wú)孔轉(zhuǎn)鼓離心機(jī)

間歇操作。懸浮液由轉(zhuǎn)鼓底部加入,顆粒在離心力作用下向轉(zhuǎn)鼓壁沉降,清液從內(nèi)層溢流。隨沉渣增厚,液體有效流道面積減小,軸向流速增大,臨界粒徑增大,溢流液澄清度降低,到一定程度時(shí)則停止加料,降速后用機(jī)械刮刀或停機(jī)后人工卸出沉渣。

常用于粒度5～40mm、固液密度差大于0、05g/cm3、固含量小于10%

得懸浮液分離。(4)、螺旋卸料沉降離心機(jī)

有臥式與立式兩種。連續(xù)操作,懸浮液經(jīng)加料管由螺旋內(nèi)筒進(jìn)料孔進(jìn)入,隨同轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn),固體沉降到鼓壁,由與轉(zhuǎn)鼓有一定轉(zhuǎn)速差得螺旋向小端輸送并排出,清液則由轉(zhuǎn)鼓大端溢流而出。分離因數(shù)可達(dá)6000?？商幚砹６?mm~5mm,固含量小于10%~50%,固液密度差大于0、05g/cm3得懸浮液。臥式螺旋卸料離心機(jī)示意圖1－螺旋送料器;2－機(jī)殼;3－轉(zhuǎn)鼓;4－行星差速器

LW450x1350

LW500x2000臥式螺旋卸料離心機(jī)3、3過(guò)濾3、3、1過(guò)濾過(guò)程得基本概念

過(guò)濾—在外力(重力或壓差)作用下,使懸浮液通過(guò)多孔性過(guò)濾介質(zhì),將固體顆粒截留,從而實(shí)現(xiàn)固-液分離得一種單元操作。過(guò)濾方式很多,適用得物系很廣泛,固-液、固-氣、大顆粒、小顆粒都很常見。采用膜過(guò)濾(膜分離技術(shù))可以分離10nm(納米)尺度得大分子量蛋白質(zhì)與病毒粒子等。1納米=1毫微米=十億分之一米無(wú)論采用何種過(guò)濾方式,均需使用過(guò)濾介質(zhì),在很多情況下,過(guò)濾介質(zhì)就是影響過(guò)濾操作得重要因素。

過(guò)濾介質(zhì)具有多孔結(jié)構(gòu),可以截留固體物質(zhì),而讓液體通過(guò)。我們把待過(guò)濾得懸浮液成為濾漿,而過(guò)濾后分離出得固體稱為濾渣或?yàn)V餅,通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)得液體稱為濾液。3、3、2影響過(guò)濾得因數(shù)

(1)過(guò)濾介質(zhì):就是濾餅得支承物,應(yīng)具有以下特性:多孔性,理化性質(zhì)穩(wěn)定、足夠得機(jī)械強(qiáng)度,盡可能小得流動(dòng)阻力,耐腐蝕性,耐熱性,易于再生與可反復(fù)使用。工業(yè)上常見得過(guò)濾介質(zhì):織物介質(zhì)——工業(yè)上稱為濾布(網(wǎng)),由棉、毛、絲等天然纖維、玻璃纖維、合成纖維或者金屬絲編織而成?？山亓舻米钚☆w粒得直徑為5-65微米。優(yōu)點(diǎn):織物介質(zhì)薄,阻力小,清洗與更新方便,價(jià)格比較便宜,就是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛得過(guò)濾介質(zhì)。工業(yè)上常見得過(guò)濾介質(zhì):堆積介質(zhì)——由沙、木炭、石棉粉等或非編織得纖維(玻璃棉等)堆積而成得床層(濾床),層較厚,用作過(guò)濾介質(zhì)使含少量懸浮物得液體澄清。多孔固體介質(zhì)——具有很多微細(xì)孔道得固體材料,如多孔陶瓷、多孔金屬及多孔性塑料制成得管或板,能截留1-3μm得微小顆粒。多孔膜——用于膜過(guò)濾得各種有機(jī)分子膜與無(wú)機(jī)材料膜。由高分子材料制成,廣泛使用得就是醋酸纖維素與芳香酰胺系兩大類有機(jī)高分子膜。膜很薄(幾十μm到200μm),孔很小,可用于截留5nm以下得微小顆粒。應(yīng)用多孔膜得過(guò)濾有超濾與微濾。(2)過(guò)濾分類:深層過(guò)濾濾餅過(guò)濾

過(guò)濾介質(zhì)懸浮液深層過(guò)濾深層過(guò)濾:過(guò)濾介質(zhì)一般為介質(zhì)層較厚得濾床類(如沙層、硅藻土等)。小于介質(zhì)孔隙得顆粒進(jìn)入介質(zhì)內(nèi)部,在長(zhǎng)而曲折得孔道中被截留并附著于介質(zhì)之上。深層過(guò)濾無(wú)濾餅形成,主要用于凈化含固量很少(<0、1%)得流體,如水得凈化、煙氣除塵等。懸浮液濾餅過(guò)濾介質(zhì)濾液濾餅過(guò)濾濾餅過(guò)濾(表面過(guò)濾):過(guò)濾介質(zhì)為織物、多孔材料或膜等,孔徑可大于最小顆粒得粒徑。過(guò)濾初期,部分小顆粒可進(jìn)入或穿過(guò)介質(zhì)得小孔,后因顆粒得架橋作用使介質(zhì)得孔徑縮小形成有效得阻擋。適用于處理固相含量稍高(固相體積分率在1%以上)得懸浮液。

隨濾餅得形成,真正起過(guò)濾作用得就是濾餅,而非過(guò)濾介質(zhì)本身,故稱作濾餅過(guò)濾。(3)過(guò)濾推動(dòng)力:

重力(漏斗過(guò)濾)

壓力(加壓過(guò)濾)或真空(抽濾)

離心力(離心過(guò)濾)。3、3、2影響過(guò)濾得因數(shù)

過(guò)濾設(shè)備按生產(chǎn)壓差得方式不同分成兩大類:

①壓濾與吸濾:如葉濾機(jī)、板框壓濾機(jī),回轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)等;

②離心過(guò)濾:如各種間歇卸渣與連續(xù)卸渣離心機(jī)?；ぶ袘?yīng)用最多得就是壓力過(guò)濾,其次就是離心過(guò)濾。3、3、2影響過(guò)濾得因數(shù)(4)濾餅得可壓縮性不可壓縮濾餅:顆粒有一定得剛性,所形成得濾餅并不因所受得壓力差而變形,單位厚度床層得流體阻力恒定?？蓧嚎s濾餅:顆粒比較軟,所形成得濾餅在壓差得作用下變形,使濾餅中得流動(dòng)通道變小,單位厚度床層得流體阻力隨壓強(qiáng)差得增加而增大。3、3、2影響過(guò)濾得因數(shù)

(5)助濾劑一種堅(jiān)硬(剛性較好)、不規(guī)則得小顆粒(多孔性粒狀或纖維狀材料,如常用得硅藻土、膨脹珍珠巖、纖維素、活性炭、石棉等)。助濾劑本身就就是一種性能良好得過(guò)濾介質(zhì),它能形成結(jié)構(gòu)疏松、空隙率大、不可壓縮得濾餅,很大程度改善過(guò)濾難度。

助濾劑使用方法主要有兩種:混合:將助濾劑混在濾漿中一起過(guò)濾。預(yù)涂:用助濾劑配成懸浮液,正式過(guò)濾前進(jìn)行過(guò)濾,在過(guò)濾介質(zhì)上形成一層由助濾劑組成得濾餅。

3、3、3過(guò)濾過(guò)程得計(jì)算1、濾餅層特性(1)濾餅層空隙率ε

空隙率反映了濾餅層中固體顆粒得堆積密度;ε↓,顆粒堆積緊密,同樣流量下,阻力↑;ε↑,顆粒堆積疏松,同樣流量下,阻力↓。

過(guò)濾基本理論

過(guò)濾計(jì)算得基本問(wèn)題即就是要確定過(guò)濾速度與推動(dòng)力、阻力等因素得具體關(guān)系。(2)濾餅自由截面積分率A0D

dL

將濾餅層轉(zhuǎn)化為如圖所示得圓環(huán)柱,根據(jù)空隙率與自由截面積分率得定義,有:

過(guò)濾基本理論過(guò)濾基本理論(3)濾餅比表面積

aB

與顆粒比表面積a0過(guò)濾基本理論2、濾液通過(guò)濾餅層得流動(dòng)式中：l——濾餅孔道的平均長(zhǎng)度，m；與濾餅厚度L具有一定比例關(guān)系：

u1——為濾餅孔道中濾液的流速（液體的真實(shí)流速），m/s；

de——為孔道的當(dāng)量直徑，m。

注:濾液通道直徑很小,阻力很大,液體流速亦很小,屬于層流。流動(dòng)阻力可用哈根—泊謖葉方程表示:濾餅兩側(cè)得壓力差:過(guò)濾基本理論濾餅自由截面積分率[工程流體力學(xué),非圓管流動(dòng)]當(dāng)量直徑:過(guò)濾基本理論將以上關(guān)系代入哈根—泊謖葉方程:

濾餅兩側(cè)的壓力差濾餅的比阻單位厚度濾餅的阻力，

m-2過(guò)濾速率與過(guò)濾速度過(guò)濾速度:過(guò)濾速率:對(duì)于顆粒床層內(nèi)得滯留流動(dòng)式中:dV—dθ時(shí)間通過(guò)過(guò)濾面得濾液量;

A—過(guò)濾面積;

u—單位時(shí)間通過(guò)單位過(guò)濾面積得濾液量。比例常數(shù)K0與濾餅得空隙率、粒子形狀、排列及粒度范圍等因素有關(guān)。對(duì)于顆粒床層得滯流流動(dòng),

2K0值可取為5。單位時(shí)間、單位過(guò)濾面積得濾液體積單位時(shí)間獲得得濾液體積濾餅得阻力

—濾餅得比阻,1/m2

令—濾餅阻力

由R＝rL可知,比阻

r就是單位厚度濾餅得阻力,

數(shù)值上等于粘度為1Pa、s得濾液以1m/s得平均流速通過(guò)厚度為1m得濾餅層時(shí),所產(chǎn)生得壓強(qiáng)降。

比阻

r反映了顆粒形狀、尺寸及床層空隙率對(duì)濾液流動(dòng)得影響。ε愈小及α愈大,則床層愈致密,對(duì)流體流動(dòng)得阻滯作用也愈大。

濾餅得空隙率↓,r↑,所以可壓縮濾餅推動(dòng)力不同時(shí),比阻也不同;由于濾液流過(guò)濾餅,顆粒受到向前得壓縮力(壓緊力),使得濾餅表面空隙率較大,內(nèi)部空隙率較小,阻力較大;因此空隙率、比阻不僅與過(guò)濾推動(dòng)力有關(guān),還與濾餅層得位置有關(guān),它們?cè)跒V餅中得不同位置分布就是不均勻得。上式過(guò)濾速度只考慮了濾餅得過(guò)濾阻力,還未考慮過(guò)濾介質(zhì)得過(guò)濾阻力。例8:直徑0、1mm得球形顆粒狀物質(zhì)懸浮于水中,用過(guò)濾方法予以分離。過(guò)濾時(shí)形成不可壓縮濾餅,其空隙率為60%,試求濾餅得比阻r。又知懸浮液固相所占體積分率為10%,求每平方米過(guò)濾面積上獲得0、5m3濾液時(shí)得濾餅阻力R。解:(1)求濾餅得比阻r球形顆粒得比表面積:已知:(2)求濾餅得阻力R因?yàn)?

每平方米過(guò)濾面積上獲得0、5m3濾液時(shí)得濾餅厚度L,可通過(guò)對(duì)濾餅、濾液及濾漿中得水分作物料衡算求得。過(guò)濾時(shí)水得密度沒(méi)有變化,故:濾液體積+濾餅中水得體積=料漿中水得體積即:0、5+1×L×0、60=(0、5+1×L)(1-0、1)

解得:L=0、1667m

則:R=rL=1、333×1010×0、1667=2、22×1091/m2過(guò)濾基本理論3、過(guò)濾基本方程式式中:ΔP=ΔP1+ΔP2,代表濾餅與過(guò)濾介質(zhì)(濾布)兩側(cè)得總壓降,過(guò)濾壓強(qiáng)差。也稱過(guò)濾設(shè)備得表壓強(qiáng)。Le—過(guò)濾介質(zhì)得當(dāng)量濾餅厚度,或稱虛擬濾餅厚度,m

在一定操作條件下,一定介質(zhì)過(guò)濾一定懸浮液時(shí),Le為定值,但同一介質(zhì)在不同過(guò)濾操作中,Le值不同。(1)可壓縮濾餅當(dāng)量濾餅層厚度，m

濾餅厚度L與當(dāng)時(shí)已獲得得濾液體積V之間得關(guān)系為:c—獲得單位體積濾液時(shí)在過(guò)濾介質(zhì)上被截留得濾餅體積。濾餅體積與相應(yīng)得濾液體積之比,無(wú)因次,m3/m3

。同理:過(guò)濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液量，m3

可壓縮濾餅得情況比較復(fù)雜,它得比阻就是兩側(cè)壓強(qiáng)差得函數(shù)。常借用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)粗略估算壓強(qiáng)差增大時(shí)得比阻變化。Ve—過(guò)濾介質(zhì)得當(dāng)量濾液體積(虛擬濾液體積),m3在一定操作條件下,以一定介質(zhì)過(guò)濾一定得懸浮液時(shí),Ve為定值,但同一介質(zhì)在不同得過(guò)濾操作中,Ve值不同。濾餅的壓縮性指數(shù)r0—單位壓差下得濾餅比阻。過(guò)濾基本理論壓縮性指數(shù)s:比阻r與濾餅得可壓縮性關(guān)系很大。不可壓縮濾餅r與

p無(wú)關(guān)?？蓧嚎s濾餅在壓差作用下變形,空隙率減小,比阻上升。壓縮性指數(shù)在一定得壓強(qiáng)差范圍內(nèi),上式對(duì)大多數(shù)可壓縮濾餅都適用。s—濾餅得壓縮性指數(shù),無(wú)因此。一般情況下,s=0~1。對(duì)于不可壓縮濾餅,s=0。下表就是幾種典型物料得壓縮性指數(shù)值。過(guò)濾基本理論(2)不可壓縮濾餅

s=0

、a為常數(shù)。4、恒壓過(guò)濾若保持過(guò)濾推動(dòng)力恒定,過(guò)濾初始階段濾餅還未形成,過(guò)濾阻力小,過(guò)濾速率大,隨著濾餅不斷增厚,過(guò)濾阻力增大,過(guò)濾速率下降;這種過(guò)濾方式為恒壓過(guò)濾。若要保證過(guò)濾速率恒定,在過(guò)濾過(guò)程中應(yīng)不斷提高過(guò)濾推動(dòng)力,這種操作方式為恒速過(guò)濾。若過(guò)濾過(guò)程中壓力與速率均無(wú)法恒定則為變壓變速過(guò)濾。過(guò)濾基本理論恒壓過(guò)濾一般由保持恒壓得壓縮氣體提供推動(dòng)力;恒速過(guò)濾一般由容積式泵提供推動(dòng)力;變壓變速過(guò)濾一般由離心泵提供推動(dòng)力,隨過(guò)濾阻力增加流量下降。令:恒壓過(guò)濾

對(duì)于一定得懸浮液,μ,r0及c均可視為常數(shù)。k—濾餅常數(shù),表征過(guò)濾物料特性得常數(shù),(m4/N、s),與濾液性質(zhì)、懸浮液濃度、溫度等有關(guān)。

K—過(guò)濾常數(shù),由物料特性及過(guò)濾壓強(qiáng)差所決定,m2/s。對(duì)一定懸浮液得恒壓過(guò)濾,壓力差、濾液粘度、懸浮液濃度、濾餅比阻、壓縮性指數(shù)等為常數(shù),那么過(guò)濾基本方程為:

恒壓過(guò)濾

代表任意瞬間得過(guò)濾速率與物性性質(zhì)、操作壓強(qiáng)差及累計(jì)濾液量之間得關(guān)系。積分上式得:—恒壓過(guò)濾方程式表明:恒壓過(guò)濾時(shí),濾液體積與過(guò)濾時(shí)間得關(guān)系為拋物線方程。

當(dāng)介質(zhì)阻力可以忽略,Le=0、Ve=0時(shí),過(guò)濾方程式則變?yōu)?恒壓過(guò)濾令單位過(guò)濾面積上所得到得濾液量,m3/m2。過(guò)濾介質(zhì)阻力不可忽略過(guò)濾介質(zhì)阻力可忽略—恒壓過(guò)濾方程式qe——介質(zhì)常數(shù),反映過(guò)濾介質(zhì)阻力大小,m3/m2

例9

在100恒壓下過(guò)濾某懸浮液，溫度30℃，過(guò)濾面積為

40，已知濾渣比阻為，c值為0.05。過(guò)濾介質(zhì)阻力忽略不計(jì)，濾渣為不可壓縮，試求：

(1)要獲得10濾液需要多少過(guò)濾時(shí)間？

(2)若僅將過(guò)濾時(shí)間延長(zhǎng)一倍，又可以再獲得多少濾液？

(3)若僅將過(guò)濾壓差增加一倍，同樣獲得10濾液時(shí)又需要多少過(guò)濾時(shí)間？解(1)求過(guò)濾時(shí)間∵介質(zhì)阻力忽略,已知：V＝10，A＝40，求過(guò)濾常數(shù)K即:所以(2)求過(guò)濾時(shí)間延長(zhǎng)一倍時(shí)增加得濾液量而故增加得濾液量為:（3）求過(guò)濾壓差增加一倍，獲得10濾液所需時(shí)間新得過(guò)濾常數(shù):過(guò)濾時(shí)間為原來(lái)得一半。例10:過(guò)濾固體顆粒體積分?jǐn)?shù)為0、1得懸浮液,濾餅含水體積分?jǐn)?shù)為0、5,顆粒不可壓縮,實(shí)驗(yàn)測(cè)定濾餅比阻1、3×1011m-2,水得粘度1、0×10-3Pa、s。在恒壓差9、81×104Pa條件下,假設(shè)濾布阻力可忽略,試求:1)每m2過(guò)濾面積上獲得1、5m3濾液所需得過(guò)濾時(shí)間。2)如將此過(guò)濾時(shí)間延長(zhǎng)一倍,可再得濾液多少？∵濾布阻力可忽略2)解:1)(1)過(guò)濾常數(shù)得測(cè)定過(guò)濾常數(shù)與過(guò)濾體系、操作條件有關(guān),通常由恒壓過(guò)濾實(shí)驗(yàn)測(cè)定;其測(cè)定方法主要有兩種。用近似代替

3、3、4過(guò)濾參數(shù)得測(cè)定微分法(自學(xué)):

對(duì)于一定恒壓下過(guò)濾得懸浮液,測(cè)出延續(xù)得時(shí)間及濾液得累計(jì)量q(按單位面積計(jì))得數(shù)據(jù),然后算出一系列得Δθ與Δq得對(duì)應(yīng)值θq0000然后在直角坐標(biāo)紙上從Δθ/Δq為縱坐標(biāo),以q為橫坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)繪,可得到一斜率為2/K,截距為2qe/K得直線。求得Δθ/Δq截距為2qe/K斜率為2/K過(guò)濾參數(shù)得測(cè)定積分法:

上式為一直線方程,它表明:在試驗(yàn)中要測(cè)出不同過(guò)濾時(shí)間θ內(nèi)得單位過(guò)濾面積濾液量q得數(shù)據(jù),將θ/q對(duì)q進(jìn)行標(biāo)繪,其斜率為1/K,截距為2qe/K。(3-41)過(guò)濾參數(shù)得測(cè)定積分法:

如試驗(yàn)壓力與生產(chǎn)壓力相等,則測(cè)定得過(guò)濾常數(shù)可直接用于設(shè)計(jì)計(jì)算。否則要在不同壓力之下測(cè)定K及qe,以供應(yīng)用。注意:

①微分法測(cè)定得就是一定時(shí)間段內(nèi)時(shí)間、濾液量得變化量,而積分法就是測(cè)定實(shí)驗(yàn)過(guò)程中某時(shí)刻濾液得總量;微分法在理論上做了近似不如積分法準(zhǔn)確;②要保證最終關(guān)系線為直線(過(guò)濾常數(shù)恒定),必須注意哪些問(wèn)題？保證μ、r、c、s、Δp等參數(shù)即懸浮液體系、溫度、濃度、過(guò)濾方式、過(guò)濾介質(zhì)、過(guò)濾壓力等在過(guò)濾過(guò)程中維持恒定;③過(guò)濾常數(shù)就是在一定過(guò)濾壓力下測(cè)定得,它能否用于其她過(guò)濾壓力得計(jì)算呢？若比阻r0

與參數(shù)c沒(méi)有變化則

若為不可壓縮濾餅則

濾餅多具有可壓縮性,且實(shí)驗(yàn)條件往往與實(shí)際操作條件不同,如懸浮液得濃度、溫度、壓力等,所以要將實(shí)驗(yàn)測(cè)定得過(guò)濾常數(shù)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn),必須利用以上各式進(jìn)行校正;但校正前必須確定壓縮性指數(shù)s。

為考慮濾餅得可壓縮性,在測(cè)出不同壓差條件下得K值后,根據(jù)K與ΔP得關(guān)系:(2)壓縮性指數(shù)得測(cè)定

上式表明:lgK

與lgΔP

呈直線關(guān)系,由直線得斜率(1-s),截距l(xiāng)g(2k)?？傻玫綖V餅得壓縮性指數(shù)s及物料特性常數(shù)k

。例11:一板框過(guò)濾機(jī)過(guò)濾某種懸浮液,在1atm(表壓)、20分鐘后每1m2過(guò)濾面積上得到0、197m3得濾液,再過(guò)濾20分鐘又得濾液0、09m3。試求共過(guò)濾1小時(shí)可得總濾液量為多少m3。解:當(dāng)時(shí),q1=0.197m3/m2

時(shí)，q2=0.197+0.09=0.287m3/m2代入恒壓過(guò)濾方程時(shí)可得：由此:

當(dāng)過(guò)濾1小時(shí)后,可得濾液量:

解得:q=0、356m3/m2

,即每m2過(guò)濾面積過(guò)濾1小時(shí)后可得濾液為0、356m3。3、3、6過(guò)濾設(shè)備

過(guò)濾就是化工、輕工、食品、制藥與粉體材料等許多生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛得單元操作之一,既有各種不同類型得系列化、大型化、通用化得過(guò)濾設(shè)備載于手冊(cè)與樣本之中,更有許多結(jié)構(gòu)新穎得過(guò)濾裝置隨過(guò)程工業(yè)得發(fā)展而不斷問(wèn)世,非教材所能列數(shù)。本節(jié)僅以工廠中最常見得板框壓濾機(jī)、葉濾機(jī)、回轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)、盤式過(guò)濾機(jī)與離心過(guò)濾機(jī)為例進(jìn)行扼要介紹。操作方式壓濾機(jī)吸濾機(jī)離心過(guò)濾機(jī)間歇過(guò)濾機(jī)連續(xù)過(guò)濾機(jī)壓強(qiáng)差(1)板框壓濾機(jī)1、板框壓濾機(jī)

通過(guò)直接給懸浮液加壓,迫使其穿過(guò)過(guò)濾介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)濾得目得。其歷史最久且已有超過(guò)100種以上得結(jié)構(gòu),最為常見得就是板框式壓濾機(jī)。①結(jié)構(gòu):過(guò)濾板、過(guò)濾框、洗滌板

由交替排列得濾板、濾框與夾于板框之間得濾布疊合組裝壓緊而成。板框數(shù)視工藝要求在機(jī)座長(zhǎng)度范圍內(nèi)靈活調(diào)節(jié)。組裝后,在板框得四角位置形成連通得流道,由機(jī)頭上得閥門控制懸浮液、濾液及洗液得進(jìn)出。

②流程裝合、過(guò)濾、洗滌、卸渣、清洗,1232123212321……板框壓濾機(jī)內(nèi)液體流動(dòng)路徑、swf板框壓濾機(jī)過(guò)濾操作:過(guò)濾階段懸浮液從通道進(jìn)入濾框,濾液在壓力下穿過(guò)濾框兩邊得濾布、沿濾布與濾板凹凸表面之間形成得溝道流下,既可單獨(dú)由每塊濾板上設(shè)置得出液旋塞排出,稱為明流式;也可匯總后排出,稱為暗流式。框板框板洗滌板非洗滌板懸浮液濾液板非洗滌板洗滌操作:洗滌液由洗滌板上得通道進(jìn)入其兩側(cè)與濾布形成得凹凸空間,穿過(guò)濾布、濾餅與濾框另一側(cè)得濾布后排出。洗滌液得行程(包括濾餅與濾布)約為過(guò)濾終了時(shí)濾液行程得2倍,而流通面積卻為其1/2,故洗滌速率約為過(guò)濾終了速率得1/4。板框壓濾機(jī)洗滌液洗出液框板框板洗滌板非洗滌板板非洗滌板

洗滌終了,若有必要可引入壓縮空氣使濾餅脫濕后再折開過(guò)濾機(jī)卸出濾餅,結(jié)束一次過(guò)濾操作。然后清洗、整理、重新組裝、準(zhǔn)備下一次操作。板框過(guò)濾機(jī)

濾板與濾框可為鑄鐵、碳鋼、不銹鋼、塑料及木材等,聚乙烯與聚丙烯就是目前較為廣泛使用得材料。板框壓濾機(jī)

常用規(guī)格得板框厚度為25~60mm,邊框長(zhǎng)為0、2~2、0m,框數(shù)由生產(chǎn)所需定,由數(shù)個(gè)至上百個(gè)不等。操作壓強(qiáng)一般在0、3~1、0Mpa之間。優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,過(guò)濾面積大而占地省,可承受較高壓差(可達(dá)1、5MPa左右

)。操作靈活,便于用耐腐蝕材料制造,所得濾餅水分含量少,又能充分洗滌。缺點(diǎn):間歇式操作,裝、折、清洗時(shí)間較長(zhǎng),勞動(dòng)強(qiáng)度大,生產(chǎn)效率較低。適用于中小規(guī)模生產(chǎn)及有特殊要求得場(chǎng)合。板框式壓濾機(jī)主要用于含固量較多得懸浮液過(guò)濾。板框壓濾機(jī)③代號(hào)例:BMS20/635-25B:板框壓濾機(jī);M:明流;S:手動(dòng)壓緊;20:過(guò)濾面積,㎡;635:框內(nèi)邊長(zhǎng),mm;25:框厚,mm板框壓濾機(jī)嵌入式濾布的濾板XASL/630-UB系列XAZ/2000-UB系列XAZ/8