第三章 沉降與過濾

1/70分離

懸浮液-----固-液混合物乳濁液-----液-液混合物含塵氣體----氣-固混合物

含霧氣體----氣-液混合物------篩分、沉降、過濾------吸收、精餾、萃取第三章沉降與過濾第一節(jié)概述2023/2/52非均相物系分離：沉降（重力沉降、離心沉降）過濾分散物質(zhì)（分散相）：處于分散狀態(tài)的物質(zhì)分散介質(zhì)（連續(xù)相）：處于連續(xù)狀態(tài)的物質(zhì)分離的目的：回收分散物質(zhì);2.凈化分散介質(zhì)。2023/2/53p第二節(jié)重力沉降一、重力沉降速度（一）球形顆粒的自由沉降重力Fg浮力Fb阻力Fd自由沉降：顆粒濃度低，分散好，沉降過程中互不碰撞、互不影響。顆粒下沉2023/2/54（二）流體中顆粒運動的阻力(曳力)——阻力系數(shù)（曳力系數(shù)）、——流體特性dp、ut——顆粒特性2023/2/552023/2/562023/2/57

大顆粒，加速時間長，走過距離長,

幾乎一直在加速。小顆粒，加速時間短，走過距離短,

加速段可忽略。2023/2/58重力沉降速度:

顆粒受力平衡時，勻速階段顆粒相對于流體的運動速度。2023/2/59（1）層流區(qū)10－4<

Re<2Stokes區(qū)

（2）過渡區(qū)2<Re<500Allen區(qū)

（3）湍流區(qū)500<Re<2105Newton區(qū)（球形）2023/2/510（三）沉降速度的計算層流區(qū)：——Stokes(斯托克斯)式過渡區(qū)：湍流區(qū)：2023/2/511試差計算法：假設(shè)沉降處于某一區(qū)域；計算ut；計算Re，校驗區(qū)域；若符合，則正確，否則重新假設(shè)區(qū)域。2023/2/512（四）影響沉降速度的其它因素1.干擾沉降2.

顆粒形狀越小，阻力越大，Re相同時沉降速度越小。3.

壁效應(yīng)使沉降速度下降。例1現(xiàn)有一密度為2500kg/m3,直徑為0.5mm的尼龍珠放在密度為800kg/m3的某液體中自由沉降,測得ut=7.5×10-3m/s,試求此液體的黏度。解：設(shè)Re<2,則驗原設(shè)成立2023/2/515二、重力沉降設(shè)備（一）降塵室2023/2/5161.沉降分離條件停留時間：沉降時間：分離條件：W2023/2/5172.

生產(chǎn)能力qV——降塵室所處理含塵氣體的體積流量結(jié)論：降塵室的生產(chǎn)能力只與沉降面積WL及顆粒沉降速度ut有關(guān)，而與高度H無關(guān)。2023/2/518多層降塵室：若n個隔板，則缺點：清灰難；隔板間距小，顆粒易被揚起。2023/2/5193.

臨界顆粒直徑臨界顆粒直徑dpC——降塵室理論上能100%除去的最小顆粒直徑。層流例2用降塵室除去含塵氣體中的球形塵粒，塵粒密度ρp=4000kg/m3，降塵室長3m,寬2m,高1m。含塵氣體μ=2×10-5Pas,密度ρ=1.2kg/m3，流量為3000m3/h。試求：①可被100%除下的最小粒徑；②可被50%除下的粒徑。解：①設(shè)Re<2,則驗②2023/2/522第三節(jié)離心沉降一、離心沉降速度（一）沉降過程切向速度ut徑向速度ur合成u合

合t2023/2/523離心力：徑向向外浮力：（向心力）指向中心阻力：指向中心受力平衡時，徑向速度ur為該點的離心沉降速度。ttt2023/2/524重力沉降速度ut離心沉降速度ur方向向下，大小不變徑向向外，隨r變化層流（二）離心分離因數(shù)離心分離因數(shù)KC——同一顆粒在同種介質(zhì)中所受離心力與重力之比。2023/2/525二、離心沉降設(shè)備（一）旋風(fēng)分離器1.結(jié)構(gòu)與工作原理

KC為5~2500，可分離氣體中5~75m的顆粒。2023/2/5262.臨界顆粒直徑uib假設(shè)：切向速度ut=進口速度ui

顆粒沉降的最大距離b

層流rm——平均旋轉(zhuǎn)半徑2023/2/527n——旋轉(zhuǎn)圈數(shù)沉降時間：停留時間：沉降分離條件：沉降速度：2023/2/528臨界顆粒直徑：討論：（1）bdpc

D旋風(fēng)分離器越大，分離效果越不好所以生產(chǎn)能力較大時，一般采用多個小旋風(fēng)分離器并聯(lián)。（2）uidc分離效果好流動阻力大2023/2/5293.氣體通過旋風(fēng)分離器的壓力降一般p=0.3~2kPa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；旋轉(zhuǎn)中動能損失造成氣體壓力降：由于:30/70第四節(jié)過濾一、概述深層過濾這種過濾是在過濾介質(zhì)內(nèi)部進行的，介質(zhì)表面無濾餅形成。過濾用的介質(zhì)為粒狀床層或素?zé)ú簧嫌缘模┨沾赏不虬?。此法適用于從液體中除去很小量的固體微粒，例如飲用水的凈化。31/70一、概述濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液----推動力：重力、壓力、離心力濾餅過濾32/70一、概述濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾工業(yè)用過濾介質(zhì)主要有：棉、麻、絲、毛、合成纖維、金屬絲等編織成的濾布。過濾介質(zhì)：多孔性介質(zhì)、耐腐蝕、耐熱并具有足夠的機械強度。33/70一、概述濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾濾餅的壓縮性：

空隙結(jié)構(gòu)易變形的濾餅為可壓縮濾餅。

34/70一、概述濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾使用時，可預(yù)涂，也可以混入待濾的濾漿中一起過濾。助濾劑能形成結(jié)構(gòu)疏松、而且?guī)缀跏遣豢蓧嚎s的濾餅?？筛纳圃瓰V餅的可壓縮性和過于致密的缺點。助濾劑：----是顆粒細小、粒度分布范圍較窄、堅硬而懸浮性好

的顆粒狀或纖維固體，如硅藻土、纖維粉末、活性

炭、石棉。2023/2/535顆粒的特性2023/2/5362023/2/53738/70二、過濾基本方程------濾液量V～過濾時間的關(guān)系(1)細管長度le與床層高度L成正比(2)細管的內(nèi)表面積等于全部顆粒的表面積，

流體的流動空間等于床層中顆粒之間的全部空隙體積。1、過濾基本方程的推導(dǎo)簡化模型：假定：真實速度

u濾餅體積濾餅的比表面積顆粒的比表面積aB為濾餅的比表面積(單位體積的濾餅層所具有的表面積)a為顆粒的比表面積孔隙率39/70二、過濾基本方程------濾液量V～過濾時間的關(guān)系濾餅內(nèi)，雷諾數(shù)很小，屬層流流動，------哈根-泊謖葉方程le、de表達式由質(zhì)量守恒得：濾餅截面積A40/70二、過濾基本方程△p2△p1u------濾液量V～過濾時間的關(guān)系思考：影響過濾阻力的因素有哪些？影響過濾速度的因素有哪些？41/70二、過濾基本方程------濾液量V～過濾時間的關(guān)系設(shè)每獲得單位體積濾液時，被截留在過濾介質(zhì)上的濾餅體積為c（m3濾餅/m3濾液），則令濾餅濾液1c思考：濾餅中全是固體物嗎？壓縮指數(shù)0<s<1（可壓縮濾餅）s=0（不可壓縮濾餅）42/70二、過濾基本方程-----過濾基本方程過濾常數(shù)，由實驗測定△pu思考：影響K的因素有哪些？影響Ve或qe的因素有哪些？------濾液量V～過濾時間的關(guān)系43/70二、過濾基本方程------濾液量V～過濾時間的關(guān)系影響K的因素：影響qe或Ve

的因素：濾餅性質(zhì)（s、、a）濾漿性質(zhì)（c、）推動力（p）過濾介質(zhì)的性質(zhì)（孔的結(jié)構(gòu)、、r0、厚度）△pu44/70二、過濾基本方程------濾液量V～過濾時間的關(guān)系2、恒壓過濾△pu表觀速度特點：K為常數(shù)

積分得：

或若過濾介質(zhì)阻力可忽略不計，則

或，過濾速度愈來愈小。恒壓過濾方程45/70三、過濾常數(shù)的測定恒壓時：logp~logK作圖求出壓縮指數(shù)s/q~q圖46/70五、過濾設(shè)備及過濾計算過濾設(shè)備

（一）間歇式過濾機－板框壓濾機1.結(jié)構(gòu)：2.過濾操作：（一）間歇式過濾機－板框壓濾機3.洗滌操作：置換洗滌：（一）間歇式過濾機－板框壓濾機當(dāng)洗液粘度與濾液相同時，由過濾基本方程式可知：洗滌速率等于過濾終了速率置換洗滌易造成洗液走短路，洗滌效果不好，為了提高洗滌效果，可采用橫穿洗滌。洗滌液洗出液框板框板洗滌板非洗滌板板非洗滌板洗滌液的行程（包括濾餅和濾布）約為過濾終了時濾液行程的2倍，而流通面積卻為其1/2，故洗滌速率約為過濾終了速率的1/4。洗滌液洗出液框板框板洗滌板非洗滌板板非洗滌板（一）間歇式過濾機－板框壓濾機橫穿洗滌2023/2/551洗滌液洗出液框板框板洗滌板非洗滌板板非洗滌板洗滌液洗出液框板框板洗滌板非洗滌板板非洗滌板置換橫穿2023/2/552（二）轉(zhuǎn)筒真空過濾機1.結(jié)構(gòu)與操作特點：同時間、不同部位進行不同的操作。2023/2/553設(shè)轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速為N(1/s)操作周期：浸液率：（浸沒分數(shù)）N有效過濾時間：2.生產(chǎn)能力2023/2/554恒壓過濾：生產(chǎn)能力：當(dāng)過濾介質(zhì)阻力忽略時:55/70小結(jié)沉降

設(shè)備：降塵室結(jié)構(gòu)

公式：（Re<2）降塵室：能100%去除