化工原理第五章

第五章

顆粒-流體非均相物系分離概述即利用非均相混合物中兩相的物理性質(zhì)(如密度、顆粒形狀、尺寸等)的差異，使兩相之間發(fā)生相對運動而使其分離。非均相混合物的分離方法→機械方法根據(jù)兩相運動方式的不同，機械分離可有兩種操作方式:一.沉降重力沉降離心沉降二.過濾重力過濾加壓過濾真空過濾離心過濾流體相對于固體顆粒床層運動而實現(xiàn)固液分離的過程。在外力作用下使顆粒相對于流體(靜止或運動)運動而實現(xiàn)分離的過程。工業(yè)應用:(1)收集分散物質(zhì);(2)凈化分散介質(zhì);(3)環(huán)境保護等。過濾過濾操作的基本慨念過濾是利用重力或壓差等使懸浮液通過多孔性過濾介質(zhì)，將固體顆粒截留在介質(zhì)上，從而實現(xiàn)固-液分離操作。所處理懸浮液稱為濾漿或料漿。多孔性介質(zhì)稱為過濾介質(zhì)。濾漿中被過濾介質(zhì)截留的固體顆粒稱為濾渣或濾餅。濾漿中通過濾餅及過濾介質(zhì)的液體稱為濾液。過濾介質(zhì)對過濾介質(zhì)的共性要求是多孔、理化性質(zhì)穩(wěn)定、耐用和可反復使用等。過濾介質(zhì)主要可分為如下幾類：(1)織物介質(zhì);(2)多孔材料;(3)固體顆粒床層;(4)多孔膜。濾餅過濾與深層過濾濾餅過濾歷程:粒子漏過、粒子的架橋、濾餅的形成、過濾。過濾的操作方式根據(jù)提供過濾推動力的方式，又有重力過濾、加壓過濾、真空過濾和離心過濾之分，其目的都是克服過濾阻力。過濾操作分為：(1)間歇式;(2)連續(xù)式。過濾周期:(1)過濾;(2)洗滌;(3)脫濕;(4)卸料(5)清洗過濾介質(zhì)(重裝)。過濾設(shè)備過濾是化工、輕工、食品、制藥和粉體材料等許多生產(chǎn)領(lǐng)域應用最為廣泛的單元操作之一，既有各種不同類型的系列化、大型化、通用化的過濾設(shè)備載于手冊與樣本之中，更有許多結(jié)構(gòu)新穎的過濾裝置隨過程工業(yè)的發(fā)展而不斷問世，非教材所能列數(shù)。本節(jié)僅以工廠中最常見的板框壓濾機、葉濾機、回轉(zhuǎn)真空過濾機、盤式過濾機和離心過濾機為例進行扼要介紹。板框壓濾機壓濾機通過直接給懸浮液加壓，迫使其穿過過濾介質(zhì)來實現(xiàn)過濾的目的。其歷史最久且已有超過100種以上的結(jié)構(gòu)設(shè)計應用于工業(yè)之中，最為常見的是板框式壓濾機。結(jié)構(gòu)：由交替排列的濾板、濾框與夾于板框之間的濾布疊合組裝壓緊而成。板框數(shù)視工藝要求在機座長度范圍內(nèi)可靈活調(diào)節(jié)。組裝后，在板框的四角位置形成連通的流道，由機頭上的閥門控制懸浮液、濾液及洗液的進出。板框壓濾機過濾操作：過濾階段懸浮液從通道進入濾框，濾液在壓力下穿過濾框兩邊的濾布、沿濾布與濾板凹凸表面之間形成的溝道流下，既可單獨由每塊濾板上設(shè)置的出液旋塞排出，稱為明流式；也可匯總后排出，稱為暗流式?？虬蹇虬逑礈彀宸窍礈彀鍛腋∫簽V液板非洗滌板板框壓濾機洗滌操作：洗滌液由洗滌板上的通道進入其兩側(cè)與濾布形成的凹凸空間，穿過濾布、濾餅和濾框另一側(cè)的濾布后排出。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。洗滌終了，若有必要可引入壓縮空氣使濾餅脫濕后再折開過濾機卸出濾餅，結(jié)束一次過濾操作。然后清洗、整理、重新組裝、準備下一次操作。洗滌液洗出液框板框板洗滌板非洗滌板板非洗滌板板框壓濾機濾板和濾框可為鑄鐵、碳鋼、不銹鋼、塑料及木材等，聚乙烯和聚丙烯是目前較為廣泛使用的材料。常用規(guī)格的板框其厚度為25~60mm,邊框長為0.2~2.0m，框數(shù)由生產(chǎn)所需定，由數(shù)個至上百個不等。板框壓濾機的操作壓強一般在0.3~1.0Mpa之間。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單緊湊，過濾面積大并可承受較高的壓差。缺點：間歇式操作，所費的裝、折、清洗時間較長，勞動強度大，生產(chǎn)效率較低。板框式壓濾機主要用于含固量較多的懸浮液過濾。板框壓濾機嵌入式濾布的濾板XASL/630-UB系列XAZ/2000-UB系列XAZ/800-UB系板框壓濾機DY-Q帶式壓榨過濾機XKZ系列全自動快開式壓濾機葉濾機結(jié)構(gòu)與原理：由起過濾作用的濾葉和起密閉作用的筒體構(gòu)成，操作為間歇式。濾葉有圓形和矩形等多種形式，由金屬絲網(wǎng)組成的框架上覆以濾布構(gòu)成，使用時可將多塊平行排列的濾葉組裝成一體插入箱體內(nèi)。葉濾機操作：懸浮液被加壓送入或借真空泵進行抽吸，濾液穿過濾布進入絲網(wǎng)構(gòu)成的中空部分并匯集于下部總管流出，顆粒則沉積在濾布上形成濾餅，當濾餅達到一定厚度時停止過濾。視懸浮液的性質(zhì)和操作壓強的大小，濾餅厚度通常在5~35mm之間。過濾結(jié)束后，根據(jù)要求可通人洗滌液對濾餅進行洗滌，洗滌液的行程和流通面積與過濾終了時濾液的行程和流通面積相同，因此，在洗滌液與濾液的性質(zhì)接近的情況下，洗滌速率約為過濾終了時速率。洗滌后，可用振動或壓縮空氣及清水等反吹卸下濾渣。優(yōu)點：過濾面積大，設(shè)備緊湊，密閉操作，勞動條件較好。不必每次循環(huán)裝卸濾布，勞動強度也大大降低。缺點：結(jié)構(gòu)比較復雜，造價較高。葉濾機NYB系列高效板式密閉過濾機MYB型全自動板式密閉過濾機葉濾機SYB系列水平葉片過濾機WYB系列臥式葉片過渡機轉(zhuǎn)筒真空過濾機1－轉(zhuǎn)筒；2－濾餅；3－割刀；4－分配頭5－吸走濾液的真空凹槽；6－吸走洗水的真空凹槽；7－通入壓縮空氣的凹槽；I－過濾區(qū)；II－洗滌脫水區(qū)；III－卸渣區(qū)過濾操作：真空過濾、洗滌、脫水、吸干濾餅和壓縮空氣吹松、刮刀卸料、反吹清洗表面全部操作。相應分為過濾區(qū)、洗滌脫水區(qū)、卸料區(qū)和表面再生區(qū)等幾個不同的工作區(qū)域，構(gòu)成連續(xù)的過濾操作。轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速多在0.1～3r/min，浸入懸浮液中的吸濾面積約占總表面的30～40%。濾餅厚度范圍大約3～40mm。轉(zhuǎn)筒真空過濾機轉(zhuǎn)鼓真空過濾機優(yōu)點：連續(xù)進料，操作自動化，便于在轉(zhuǎn)鼓表面預涂助濾劑后用于黏、細物料的過濾。缺點：過濾推動力有限，濾餅含液量較大，常達30%。水平回轉(zhuǎn)翻盤真空過濾機結(jié)構(gòu)與原理：這是一種更為大型化的連續(xù)式真空過濾機，沿園周分布排列的若干個扇形過濾盤，各通過徑向管道與中心分配頭的轉(zhuǎn)動盤相連。扇形過濾盤的多孔底板上敷設(shè)濾布作為過濾介質(zhì)。各扇形盤回轉(zhuǎn)到不同的圓周位置時，借助于分配頭依次進行真空抽濾、洗滌、脫水、翻盤（吹氣）卸渣和濾布清洗等全部操作。水平回轉(zhuǎn)翻盤真空過濾機優(yōu)點：洗水可以浸泡濾餅充分洗滌，并且易于實現(xiàn)逆流逐級洗滌，節(jié)約洗水，同時提高終洗液的濃度便于回收利用；翻盤卸渣徹底、濾布再生完全；特別適用于固含量高、顆粒密度大的濃漿過濾，是大噸位產(chǎn)品優(yōu)先選擇的過濾機型。目前國內(nèi)外濕法磷酸行業(yè)和許多無機鹽生產(chǎn)工廠普遍采用這種過濾機，其直徑可以大到25m，過濾面積達到300m2.帶式水平真空過濾機帶式水平真空過濾機DU膠帶真空水平過濾機工作原理離心過濾機結(jié)構(gòu)與原理：離心過濾機是離心分離機器中的一種，在高速旋轉(zhuǎn)的多孔轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁敷設(shè)濾布作為過濾介質(zhì)。離心過濾的推動力由隨轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)的液層自身的慣性離心力產(chǎn)生，迫使懸浮液中的液體穿過顆粒層和濾布流到轉(zhuǎn)鼓外部空間。離心過濾機能產(chǎn)生比其它過濾機大得多的推動力。設(shè)液層以與轉(zhuǎn)鼓相同的半徑r和角速度

勻速旋轉(zhuǎn)，則液體中會產(chǎn)生沿半徑向外的離心加速度r

2。同一質(zhì)量的流體所受的離心力與重力之比稱為離心機的分離因素分離因素與轉(zhuǎn)鼓半徑和轉(zhuǎn)速的平方成正比，通常可達數(shù)百、數(shù)千，超高速離心機甚至可達5萬以上。在如此強大的離心力場作用下，無論是過濾速度還是分離程度都比其它過濾方式大得多，因此濾餅含液量少得多。離心過濾機離心過濾機有很多種類。上圖是連續(xù)加料、分離、洗滌、卸料的活塞推料離心機。推送器裝在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部與轉(zhuǎn)鼓一同旋轉(zhuǎn)并通過活塞桿與液壓缸中往復運動的活塞相連。懸浮液由錐形布料器均勻分布在轉(zhuǎn)鼓端部區(qū)域，濾液經(jīng)濾網(wǎng)和鼓壁上的開孔甩出被收集，濾餅層則被往復運動的活塞推送器一段一段地往前推送。在適當?shù)妮S向位置引入洗水洗滌濾餅，洗液分別收集，脫水后的濾餅則被推出機外。單級活塞推料離心機示意圖1－轉(zhuǎn)鼓；2－活塞推送器；3－原料液；4－洗滌水；5－脫水固體；6－洗水；7－濾液離心過濾機離心過濾機臥式刮刀離心機三足刮刀下離心機臥式活塞推料離心機三足式離心機過濾計算過濾速度對各種過濾操作方式與設(shè)備均可表示為：式中：dV——dt時間內(nèi)通過過濾面的濾液量；A——過濾面積；u——單位時間內(nèi)通過單位過濾面積的濾液量。以唯象方程的形式可寫成：過濾過程可視作流體通過固定床的流動，且液體在濾餅空隙中的流動多屬層流，可用低Re

數(shù)的固定床流速與壓降的公式進行描述。過濾速度對濾餅層式中deV、

A、

是濾餅顆粒及濾餅床層特征參數(shù)，令——濾餅比阻(單位厚度濾餅的阻力)，m-2式中

p1是通過濾餅的壓降、

p2是通過過濾介質(zhì)的壓降。根據(jù)歐根方程，過濾速度u與

p1和

p2的關(guān)系式為：對于過濾阻力和過濾速度均隨時間而變的濾餅過濾過程，若任意瞬時濾餅的厚度為L，相應的濾液累積體積為V，此時的過濾速度為u，對應的推動力為——濾餅阻力過濾速度對過濾介質(zhì)層式中：Lm是過濾介質(zhì)的厚度，rm為過濾介質(zhì)的比阻。一般情況下濾餅與過濾介質(zhì)的過濾面積相等，所以過濾速度也相等。因此過濾中，過濾介質(zhì)的阻力一般為定值，可將其表達為比阻與濾餅相等、厚度為Le的當量濾餅的過濾阻力，即濾餅厚度隨時間的變化可通過濾餅體積與濾液體積成正比的關(guān)系而表達為:——過濾單位體積濾液所留下的濾餅體積,反映濾漿的濃度。為過濾介質(zhì)阻力過濾速度用當量濾液體積Ve表達成式中濾餅的比阻r與濾餅的可壓縮性關(guān)系很大。不可壓縮的濾餅在壓差作用下不變形，所以r與

p無關(guān)。可壓縮濾餅在壓差作用下變形，空隙率減小，比阻上升，可表示為式中r0為濾餅在單位壓差下的比阻，s為恒小于1的濾餅壓縮指數(shù)，不可壓縮濾餅s=0。——濾餅常數(shù)——過濾基本方程代表任意瞬間的過濾速率與物性性質(zhì)、操作壓強差及累計濾液量之間的關(guān)系。過濾速率與壓降關(guān)系曲線若對過濾推動力加以控制，則可以獲得三種具有不同特性的操作方式：變壓變速過濾一般由離心泵提供推動力，隨過濾阻力增加流量下降。過濾計算的基本問題即是要確定過濾速度與推動力、阻力等因素的具體關(guān)系。恒壓過濾一般由保持恒壓的壓縮氣體提供推動力。恒速過濾一般由容積式泵提供推動力過濾過程計算對過濾基本方程積分，可得到累積濾液量V與操作時間和操作條件等因素的顯函數(shù)，以便設(shè)計應用。為此必須明確式中各參數(shù)與時間的關(guān)系，這是由過濾操作特性決定的。恒壓過濾恒壓過濾時壓差

p為常數(shù)，對過濾基本方程積分可得到恒壓過濾方程——過濾常數(shù)，m2/s積分常數(shù)C根據(jù)恒壓過濾起始時刻過濾介質(zhì)上的濾餅厚度、或者等價地用已經(jīng)通過的濾液量V1確定。最典型的操作方式是恒壓過濾和恒速過濾，實際生產(chǎn)中常常采用這兩種方式的組合。過濾過程計算若恒壓過濾開始時過濾介質(zhì)上無濾餅，即t=0，V1=0，解出積分常數(shù)C=0，所以有若恒壓過濾開始時過濾介質(zhì)上已經(jīng)形成厚度為L1的濾餅、或已經(jīng)通過體積為V1的濾液，即t=0，V=V1，有如果用q代表單位面積累積通過的濾液體積，即如果過濾介質(zhì)的阻力與濾餅相比較小可以忽略不計，即Ve=0,qe=0，從以上諸式可以得到更為簡化的表達式。

若恒壓過濾開始時過濾介質(zhì)上無濾餅，即t=0，V1=0如果過濾介質(zhì)的阻力與濾餅相比較小可以忽略不計計過濾介質(zhì)的阻力或或若恒壓過濾開始時過濾介質(zhì)上有濾餅，即t=0，V1≠0——過濾基本方程過濾過程計算恒速過濾恒速過濾即dV/(Adt)=uc

為常數(shù)，在此條件下累積濾液量與過濾時間成正比由過濾基本方程知，要保持恒速則過濾壓差即過濾推動力必須隨濾餅增厚或累積濾液量增加而增加，這將使過濾終了階段的操作壓力過高因而不合理。實際操作中一般以較低的恒速開始過濾操作，以便在過濾介質(zhì)上平穩(wěn)而均勻地形成濾餅，并且減少顆粒穿透量、避免初濾液渾濁或者網(wǎng)孔堵塞。待進入濾餅過濾階段、壓差上升到一定值后，即轉(zhuǎn)入恒壓過濾直至終了。這種過濾操作可以分段進行計算，也可以根據(jù)所采用的

p隨V

的變化關(guān)系直接由過濾基本方程進行積分求解?！纠?-2】【例5-2】擬采用板框壓濾機過濾顆粒濃度為40kg/m3，顆粒密度為2450kg/m3的某種懸浮液。已通過小試在過濾壓強差Dp=0.1～0.6MPa范圍，測得濾餅的比阻r0=5.86×1012

1/m2，壓縮指數(shù)s=0.19，過濾介質(zhì)的當量濾液體積qe=0.05m3/m2。同時也測得濾餅含水的質(zhì)量分數(shù)約為32%。該型號板框機的過濾面積為4m2，濾框尺寸為300mm×340mm，濾框厚30mm，共有濾框20個。懸浮液的溫度為30℃，水的密度為995.7kg/m3，粘度為80.07×10-5Pa·s。過濾首先在Dp=0.2MPa恒壓差下進行，在得到1m3濾液量后，再將過濾壓強差升至0.5MPa。試求濾餅充滿框時過濾所需時間。解：根據(jù)該機型的參數(shù)，框裝滿濾餅時濾餅體積1m3懸浮液所得濾餅質(zhì)量 而1m3懸浮液顆粒質(zhì)量為40kg;1m3懸浮液所得濾餅體積為 濾餅與濾液體積比 框裝滿時，所得濾液量 【例5-2】

ΔP=0.2MPa時根據(jù)恒壓過濾方程（5.1-18），在DP=0.2MPa下，V1=1.0m3所需的時間為:故過濾總需時間 又因在DP=0.5MPa下所以在DP=0.5mPa下，濾液量從V1=1.0m3到V2=1.68m3所需時間:又因濾餅洗滌速度與洗滌時間:過濾終了時候的速度:洗滌速度:常見:則回轉(zhuǎn)真空過濾機、葉濾機:即板框過濾機:即

洗滌時間與過濾時間之關(guān)系:若(介質(zhì)阻力忽略不計)回轉(zhuǎn)真空過濾機、葉濾機:板框過濾機:恒壓過濾過濾基本方程中的濾餅常數(shù)k，濾餅壓縮指數(shù)s，當量濾液體積Ve或qe和過濾常K等都由過濾物系固液兩相性質(zhì)決定，必須由過濾實驗測定。即在恒壓過濾條件下，t/q與q的函數(shù)關(guān)系是以1/K為斜率、2qe/K為截距的直線，實驗測得不同時刻單位過濾面積的累積濾液量q，即可由上式回歸出K

和qe。此式是lgK關(guān)于lg(

p)的直線方程，斜率為(1-s)、截距為lg(2k)。在不同的壓差

p下進行恒壓過濾實驗，求得一系列與之對應的過濾常數(shù)K，再通過上式回歸出濾餅常數(shù)k和壓縮指數(shù)s。由過濾常數(shù)K

的定義式過濾常數(shù)例5.4(P219)自學過濾機的生產(chǎn)能力間歇式過濾機過濾機的生產(chǎn)能力一般以單位時間得到的濾液量Q表示，當以濾餅為產(chǎn)品時也有用單位時間得到的濾餅量來表示。間歇式過濾機每一個操作循環(huán)包括過濾、洗滌和卸料清洗等輔助操作三個階段。生產(chǎn)中應盡量縮短輔助操作時間tD以提高生產(chǎn)能力。注意：對恒壓過濾操作，過分增加過濾時間t在每一次循環(huán)中所占比例，并不意味著就能提高生產(chǎn)能力Q。這是因為恒壓操作的過濾速率隨過濾時間的增長而下降所致。過濾時間t，洗滌時間tw，輔助時間tD在一個操作循環(huán)中的過濾時間t內(nèi)累積濾液量為V，則間歇式過濾機的生產(chǎn)能力恒壓過濾曲線上任一點與原點O聯(lián)線的斜率即為生產(chǎn)能力。與過濾曲線相切時該直線的斜率為最大，即在（tw+tD）一定的情況下，取該切點對應的時間topt為過濾終止時間，則過濾機的生產(chǎn)能力為最大。注意：該切點處的瞬時速率等于整個循環(huán)的平均速率，據(jù)此可以求出topt。與V有關(guān)，與V有關(guān)，為常數(shù)即當有極大值，求得:時Q最大恒壓過濾當介質(zhì)阻力不計時即時，生產(chǎn)能力最大。經(jīng)數(shù)學處理可得葉濾機生產(chǎn)能力為最大時，輔助時間與過濾終時濾液體積的關(guān)系若忽略過濾介質(zhì)阻力，則t=V2/KA2，過濾終時過濾時間與輔助時間的關(guān)系為如濾餅又不需進行洗滌，即a=0，則有表示在此條件下要使生產(chǎn)能力最大，過濾時間（即有效生產(chǎn)時間）應與輔助時間相等。對板框過濾機上述推導及結(jié)果均成立，僅需將式中的2a改為8a，因為板框過濾機的洗滌速率約為過濾終了時速率的1/4。間歇式過濾機的生產(chǎn)能力連續(xù)式過濾機生產(chǎn)能力的定義與間歇式過濾機相同。所不同的是，在生產(chǎn)周期的任一時刻，過濾機不同部位同時進行著過濾、洗滌、卸餅和清洗整備的操作?？蓪⑦@種分區(qū)的概念等價轉(zhuǎn)換為分時。無論是旋轉(zhuǎn)或水平回轉(zhuǎn)的過濾機，在360°的范圍內(nèi)，起過濾作用的表面所占的比例是一定的，如對轉(zhuǎn)筒真空過濾機，即為其浸沒于料漿之中的部分占整個轉(zhuǎn)筒表面的分率。將浸沒部分所對應的圓心角

與2

之比稱為浸沒度

連續(xù)式過濾機的生產(chǎn)能力對于以轉(zhuǎn)速n（轉(zhuǎn)/分）勻速旋轉(zhuǎn)的過濾機，浸沒度等價于過濾時間在旋轉(zhuǎn)周期()中所占的比例，所以每個周期中有效的過濾時間為據(jù)此可求出每一周期可得的濾液量為從而確定其生產(chǎn)能力若介質(zhì)阻力可忽略不計，則連續(xù)式過濾機的生產(chǎn)能力式中n為轉(zhuǎn)速，其單位為轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)筒真空過濾機生產(chǎn)能力與

成正比，即轉(zhuǎn)速高生產(chǎn)能力大。在實際操作中，轉(zhuǎn)速一般不會超過3轉(zhuǎn)/分。因為轉(zhuǎn)速較高時形成的濾餅薄且含液率高，這不僅會增加卸除濾餅的難度，也將影響濾餅質(zhì)量和濾液收率。己知旋轉(zhuǎn)真空過濾機的T，A及浸沒度

過濾面積、過濾時間為多少？過濾面積為過濾時間為例5.5(P223)自學采用流動或機械攪動的方式限制濾餅厚度的增長，或者借用離心力使濾餅在帶錐度的轉(zhuǎn)鼓中自動移動等動態(tài)過濾技術(shù)，也可以有效地提高過濾速率。提高過濾生產(chǎn)能力的措施強化過濾機的生產(chǎn)能力，除了增大過濾面積、提高轉(zhuǎn)速、縮短輔助操作時間而外，更重要的是改善過濾特性以提高過濾和洗滌速率。使用助濾劑改變?yōu)V餅結(jié)構(gòu)，則可提高過濾與洗滌速率。助濾劑多為剛性較好的多孔性粒狀或纖維狀材料，如常用的硅藻土、膨脹珍珠巖、纖維素等。助濾劑可以摻混在懸浮液中，用量約為料漿質(zhì)量的0.1～0.5%；也可以預過濾的方式使之在過濾介質(zhì)表面形成1～3mm厚的預敷層。使用絮凝劑對懸浮液進行預處理，使分散的細顆粒凝聚成團從而更容易過濾。絮凝劑有聚合電解質(zhì)類的如明膠、聚丙烯酰胺等，其長鏈高分子結(jié)構(gòu)為固體顆粒架橋而成絮團；也有無機電解質(zhì)類的絮凝劑，其作用為破壞顆粒表面的雙電層結(jié)構(gòu)使顆粒依靠范德華力而聚并成團。沉降沉降：懸浮在流體中的固體顆粒借助于外場作用力產(chǎn)生定向運動，從而實現(xiàn)與流體相分離，或者使顆粒相增稠、流體相澄清的一類操作。按外場力的不同，可分為重力沉降、離心沉降和電沉降。重力沉降重力沉降：利用流體中的固體顆粒受重力作用而自然沉降的原理，將顆粒和流體分離的過程。層流區(qū)（Rep<2）自由沉降速度影響沉降速度的因素:1.顆粒的體積濃度當顆粒的體積濃度小于0.2%時，前述的沉降速度計算偏差在1%以內(nèi)。當顆粒的體積濃度較高時，由于顆粒間相互作用明顯，便發(fā)生于擾沉降。2.器壁效應;3.分子運動;4.非球形顆粒;干擾沉降的規(guī)律：重力沉降A(chǔ)區(qū)：清液區(qū)；B區(qū)：均勻沉降區(qū)。該區(qū)顆粒分布均勻，濃度與原始懸浮液相同(c=c0)；C區(qū)：濃縮區(qū)。此區(qū)自上而下顆粒濃度增高、粒度也增大；D區(qū)：沉淀堆集的沉聚區(qū)。干擾沉降的規(guī)律：混合均勻的懸浮液在直立圓筒中靜置一段時間即會從上到下出現(xiàn)四個分區(qū)。為使粒徑為dp的顆粒在降塵室內(nèi)全部沉降下來，應滿足t=t’，即降塵室降塵室：分離含塵氣體中顆粒的重力沉降設(shè)備。含塵氣體從進口經(jīng)擴大段后流速降為u進入降塵段，塵粒隨氣流向出口端流動的同時以ut的速度在垂直方向上沉降。顆粒通過長度為L的降塵段的時間，即流體在降塵段的停留時間為t=L/u而粒徑為dp、沉降速度為ut的顆粒從高度為H的頂部降至底部所需時間為t’=H/ut由此條件確定設(shè)備的最大生產(chǎn)能力（即最大處理氣體流量）為可見降塵室的生產(chǎn)能力理論上正比于顆粒的沉降速度和沉降方向上的截面積、即降塵室底面積，而與沉降室的高度無關(guān)。工業(yè)上降塵設(shè)備多為扁平形狀或一室多板結(jié)構(gòu)。在氣速相同的情況下，裝有橫向隔板的降沉室除塵效果更好。因為隔板間基本上保持了相同的流動速度，而顆粒達到隔板通道底部的沉降距離更短。為了便于清灰，可將隔板裝成可翻動或傾斜式。降塵室降塵室粒徑小于dpmin

的顆粒在停留時間t

內(nèi)不能全部沉降。若粒徑為dp、沉降速度為ut的顆粒在時間t內(nèi)垂直降落高度y為如果降塵段入口處顆粒分布是均勻的，則定義該降塵室對粒徑為dp的顆粒的分級效率

d為而對一定結(jié)構(gòu)尺寸的降塵室，當氣體處理量一定時，理論上該降塵室所能全部捕集的最小顆粒粒徑為對結(jié)構(gòu)尺寸一定的降塵室設(shè)備，按上式可求出不同粒徑顆粒的分級效率或作出分級效率曲線。沉降槽沉降槽（增稠器）：有間歇式和連續(xù)式。懸浮液中顆粒濃度較高，沉降多屬于干擾沉降。沉降增稠時，自上而下可分成干擾沉降中的幾個區(qū)。設(shè)計連續(xù)操作的重力沉降槽，應根據(jù)工藝要求和物系的干擾沉降性質(zhì)，恰當?shù)卮_定位于液面以下料漿的進口位置以使料漿均勻、緩和地分散到橫截面上而不致引起大的擾動。任何位置處顆粒的沉降應大于清液上升速度以保證液相澄清要求。進料位置以下還應有足夠的沉降高度以保證旋轉(zhuǎn)耙下方濃縮料漿達到要求的稠厚度。連續(xù)沉降過程固-液兩相的運動規(guī)律與間歇過程并不完全相同，利用間歇試驗數(shù)據(jù)進行放大設(shè)計時應參考有關(guān)設(shè)計手冊選取安全系數(shù)。離心沉降因重力場中顆粒沉降速度一般很小，完成一定處理量的設(shè)備體積必龐大。將同樣的流-固體系置于加速度為r

2的離心力場中，顆粒的沉降速度（如顆粒細小，Rep<2.0，服從斯托克斯定律）為增大旋轉(zhuǎn)半徑r和提高轉(zhuǎn)速

均可使離心分離因素a達到很高的數(shù)值，即使對密度差小、顆粒很細的流-固體系采用離心沉降分離也可獲得很高的分離效率。注意：ur的方向是徑向向外，即為顆粒運動的絕對速度在徑向上的分量。顆粒在旋轉(zhuǎn)流體中的運動，實際上是沿著半徑逐漸增大的螺旋形軌道前進的。離心沉降分離設(shè)備：旋流（旋風或旋液）分離器和沉降離心機。前者的特征是設(shè)備靜止、流體旋轉(zhuǎn)，后者則是機器帶動流體一起旋轉(zhuǎn)。旋風分離器旋流器：旋風和旋液分離器旋風分離器：用于氣-固體系旋液分離器：用于液-固體系旋風分離器的用途：適用于含顆粒濃度為0.01～500g/m3、粒度不小于5

m的氣體凈化與顆?；厥詹僮?，尤其是各種氣-固流態(tài)化裝置的尾氣處理。結(jié)構(gòu)和工作原理：含塵氣體以較高的線速度切向進入器內(nèi)，在外筒與排氣管之間形成旋轉(zhuǎn)向下的外螺旋流場，到達錐底后以相同的旋向折轉(zhuǎn)向上形成內(nèi)螺旋流場直至達到上部排氣管流出。顆粒在內(nèi)、外旋轉(zhuǎn)流場中均會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。氣體因此而得到凈化。主要性能指標：顆粒分離效率和流體阻力損失。旋風分離器的分離效率分離效率是衡量氣流在旋風分離器內(nèi)凈化程度的指標?？傂剩罕恍L分離器除掉的總的顆粒質(zhì)量占進口含塵氣體中全部顆粒質(zhì)量的分率c1、c2分別為進、出口氣體中顆粒的質(zhì)量濃度(g/cm3)。ci1、ci2分別為進、出口氣體中平均粒徑為di的顆粒的質(zhì)量濃度。分效率（粒級效率）：入口氣體中某一粒級di的顆粒被旋風分離器除掉的分率xi為進口氣體中粒徑為di的顆粒的質(zhì)量分率。通常工業(yè)上用總效率表示旋風分離器的效率。旋風分離器的分離效率總效率不僅與設(shè)備的操作性能有關(guān)，也與進口氣體中顆粒的粒度分布有關(guān)。同一臺設(shè)備、同樣的操作條件和同樣的顆粒進口濃度，分離粗顆粒時的總效率遠高于分離細塵粒。因此必須使用粒級效率才能準確表達旋風分離器的工作性能。假定顆粒的離心沉降最大距離為排氣管外壁至外筒內(nèi)壁的徑向間距，且與進氣矩形管寬度B相同，則粒徑為dc的顆粒沉降分離所需的時間式中：對切線進氣

dc（或d100）——臨界粒徑。入口流速為ui的旋風分離器能夠全部除掉（即

i=100%）的最小顆粒粒徑。旋風分離器的分離效率根據(jù)的條件，忽略氣體的密度，解出臨界粒徑為假定氣體在旋風分離器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)為N（標準旋風分離器可取N=5）、平均旋轉(zhuǎn)半徑為，則其平均停留時間為此式指出了旋風分離器結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)對分離效率的影響。旋風分離器的尺寸越小，進口流速越高，能完全除盡的顆粒直徑就越小，分離效率越高。粒級效率可以表達為顆粒直徑與臨界直徑比值di/dc的函數(shù)旋風分離器的分離效率從理論上講，凡直徑大于dc的顆粒都能完全分離。局部渦流：可將d≥dc的粒子在達到器壁前帶走，或沉降后又重新?lián)P起；聚結(jié)或靠旋風分離器外筒壁處進入：d＜dc的粒子也可從氣體中分離出來。實際臨界直徑一般比計算值大。工程上更多地采用分割直徑d50（粒級效率為50%的顆粒的直徑）來評價旋風分離器的性能。d50的物理意義：假定這樣的顆粒在旋風分離器中會位于一個假想的旋轉(zhuǎn)柱面上，所受的離心力與流體對其徑向運動的阻力平衡，因此沉降于邊壁和被氣流帶出的機率各半。該參數(shù)可以更多地反映旋風分離過程特征，所以粒級效率采用d50為基本量進行表達，即旋風分離器的分離效率作為預測，可以假想d50顆粒所在的旋轉(zhuǎn)柱面位于顆粒沉降距離的中點即B/2位置處，所以實驗測定的粒級效率曲線旋風分離器的阻力損失旋風分離器的特點：流量大、壓頭低。旋風分離器內(nèi)流場復雜，影響阻力的因素很多，可概括為：（1）氣體的膨脹或壓縮引起的不可逆機械能損失；（2）消耗于氣流旋轉(zhuǎn)的加速度損失；（3）摩擦阻力損失以及各個部位的局部阻力損失等。旋風分離器內(nèi)阻力損失的計算有不少理論或半理論式，但工程上主要還是采用經(jīng)驗公式：阻力系數(shù)

主要由旋風分離器的結(jié)構(gòu)決定。同一結(jié)構(gòu)型式、不論其尺寸大小，阻力系數(shù)

接近定值。常用型號的旋風分離器

值在5.0～8.0之間；提高入口氣速可提高分離效率，但阻力卻成平方地增加，不經(jīng)濟。一般將旋風分離器的壓降控制在0.5~2kPa左右（入口氣速15～25m/s），而采取縮小直徑、多臺并聯(lián)的方式以綜合滿足分離效率與處理大氣量的要求。旋風分離器的分類旋風分離器分類繁多，分類方法也各有不同。按結(jié)構(gòu)形式可分為：長錐體、圓筒體、擴散式以及旁通式。我國已定型了多種旋風分離器，制定了標準系列，常用的有CLT、CLT/A、CLP/A、CLP/B以及CLK型等。對各種型號的旋風分離器一般以圓筒直徑D

來表示其各部分的比例尺寸，詳細尺寸及性能指標可查閱有關(guān)資料手冊。旋風分離器的分類CLP型：一種帶旁路的旋風分離器，有A、B兩種形式。其特點為進氣口上沿梢低于筒體頂部，因此含塵氣體進入筒體后隨之分為兩路，較大的顆粒隨向下旋轉(zhuǎn)的主流氣體運動，沉到筒壁落下；細微粒則隨一小部分氣體在頂部旋轉(zhuǎn)聚集形成灰環(huán)，再隨氣流經(jīng)旁路分離室旋轉(zhuǎn)向下并沿壁面落下。這種結(jié)構(gòu)的旋風分離器能促進細粉塵的聚結(jié)，固對細粉的分離較高。阻力系數(shù)一般為6-7。CLP/B型旋風分離器旋風分離器的分類CLK型：為擴散式旋風分離器，又稱帶倒錐體的旋風除塵器，并在錐的底部裝有反射屏，反射屏可使已被分離的粉塵沿著錐體與反射屏之間的環(huán)縫落入灰斗，有效防止了上升的凈化氣體重新把粉塵卷起帶出，從而提高了除塵效率。適用于捕集粒度在5-10

m以下的干燥的非纖維顆粒粉塵。阻力系數(shù)在7.5-9之間。旋風分離器的分類PV型粗旋風分離器PV型外置旋風分離器PV型單級旋風分離器PV型一、二級旋風分離器旋風分離器的分類新型高效低阻旋風分離器主要用于石油、化工、肥料、冶金、煤炭及環(huán)保的尾氣除塵和高爐煙氣凈化、顆?；厥盏龋壳耙殉晒糜诘蕪S造氣爐的除塵及煤粉回收，也可用于石油化工裝置中如丙烯腈、苯酐、百菌清、苯胺等作為流化床內(nèi)旋風分離器用以回收昂貴的細顆粒催化劑，以及鈣鎂磷肥回轉(zhuǎn)窯烘干、球磨系統(tǒng)的尾氣除塵和高爐煙氣凈化等。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。。旋風分離器的分類為長嶺煉油化工有限公司制造的旋風分離器在預組裝為九江石油化工廠制造的旋風分離器在預組裝為上海氯堿股份有限公司制造的氧氯化反應旋風分離器在預組裝旋風分離器的分類立管式多管旋風分離器

用帶導向葉片的PDC型高效分離單管（可多達90根）組裝成多管并聯(lián)的大型旋風分離器，用于處理600～700℃的含有微小催化劑顆粒的高溫煙氣，其臨界粒徑dc≯8.0

m，負荷可達1500Nm3/min，分離總效率

0≥92%。此種型號的旋風分離器已成為石油催化裂化反應的關(guān)鍵設(shè)備。旋風分離器的分類由許多根（往往是40多根到100根不等）導葉式旋風管并行地垂直安裝在兩大塊隔板之間，公用一個進氣室、排氣室及排灰室。作為核心部件的旋風管有EPVC型以及新一代的PDC型和PSC型等，管徑有50，100，150，250，300mm等系列。工業(yè)最常用的250mm旋風管的處理氣量為2200～2600m3/h，在700℃下的壓降不大于10kPa，可基本除凈7μm細粒，可保證煙氣輪機的葉片壽命高達5～7年以上，煙氣排放含塵濃度低于50～100mg/m3。旋風分離器的分類由許多根（往往是100多根到300多根不等）切流式旋風管平行地水平或傾斜安裝于兩個同心圓殼上，構(gòu)成公用的進氣室、排氣室及排灰室等。作為核心部件的旋風管是獲專利的PT系列，它可靈活設(shè)計成單切入口或多道切向入口，可以單錐排塵或雙錐排塵，還可分別采用擴錐形或分流型排氣芯管，結(jié)構(gòu)型式多樣以適應不同壓降（從1.2kPa到10kPa）和不同效率（從切割粒徑小于2μm可除凈6μm到切割粒徑在5μm左右可除凈15μm）的需要。PT系列旋風管的直徑一般有50，100，150，250，300mm等，可適用于不同的壓力和溫度（從常溫到1000℃高溫）。沉降離心機適用于各種懸浮液或乳濁液、尤其是粒度細小、密度差不大的體系的分離。離心分離因素達50,000以上的超高速離心機甚至可以使不同分子量的蛋白質(zhì)分子在具有密度梯度的溶液中分級。沉降離心機工作原理沉降離心機的生產(chǎn)能力與臨界粒徑假定：沉降離心機內(nèi)懸浮液在軸向呈“活塞流”，即從一端進入轉(zhuǎn)鼓、均勻分布在旋轉(zhuǎn)液層的整個圓環(huán)橫截面上，并以均勻的軸向速度u向另一端推進。懸浮液中的顆粒與液體之間無軸向滑動，即以與液體相同的速度u作軸向運動。同時顆粒受離心力作用在徑向作沉降運動，在隨液體到達出口端之前沉降到器壁，液體則溢流而出。顆粒的徑向沉降速度服從斯托克斯定律式從自由液面r=R0到器壁r=R是顆粒沉降的最大徑向距離，從上式可求出沉降所需的最大時間為沉降離心機的生產(chǎn)能力與臨界粒徑若離心機的沉降區(qū)長度為L、生產(chǎn)能力為V（m3/s）時，則顆粒的平均停留時間為或者反之，在沉降離心機生產(chǎn)能力一