第3章 沉降與過濾

第三章

沉降與過濾混均相物系：指物系內(nèi)部各處均勻且無相界面，合包括：溶液、氣體混合物等。物非均相物系：指物系內(nèi)部有隔不同相的界面，且界面兩側(cè)的物料性質(zhì)有差異。包括：氣固系統(tǒng)（如空氣中的塵埃）；液固系統(tǒng)（如液體中的固體顆粒）；氣液系統(tǒng)（如氣體中的液滴）；液液系統(tǒng)（如乳濁液中的微滴）等。第一節(jié)概述非均相物系分離方法：

依據(jù)是連續(xù)相與分散相具有不同的物理性質(zhì)（如密度），故可用機械方法進行分離。要實現(xiàn)兩相分離，必須使分散相與連續(xù)相產(chǎn)生相對運動，按兩相運動方式的不同分為沉降和過濾。第一節(jié)概述機械分離沉降

過濾重力沉降

離心沉降

重力過濾加壓過濾真空過濾離心過濾第一節(jié)概述非均相物系的分離主要用于：回收有用物質(zhì)，如顆粒狀催化劑的回收；凈化氣體，如除塵、廢液、廢氣中有害物質(zhì)的清除等；環(huán)境保護。第一節(jié)概述

第二節(jié)重力沉降及設(shè)備

重力沉降：在重力作用下，利用分離物質(zhì)與分散介質(zhì)的密度差異，使之發(fā)生相對運動而分離的過程。一、重力沉降速度1.球形顆粒的自由沉降自由沉降速率通式：2.阻力系數(shù)

介質(zhì)阻力系數(shù)=f(Rt)第二節(jié)重力沉降及設(shè)備介質(zhì)阻力系數(shù)=f(Rt)第二節(jié)重力沉降及設(shè)備3.沉降速度的計算對一定的顆粒與介質(zhì)而言，重力與浮力值不變，而阻力則隨下降速度增加而增大。沉降開始階段，顆粒作加速運動，經(jīng)過一段時間后，當重力等于浮力與阻力之和時，加速度為零，顆粒即作等速沉降運動，此時顆粒的沉降速度稱為沉降速度或終端速度。加速階段自由沉降過程勻速階段(顆粒沉降速度)第二節(jié)重力沉降及設(shè)備層流區(qū)ut=斯托克斯公式過渡區(qū)ut=艾倫公式湍流區(qū)ut=牛頓公式計算ut需用試差法，即先假設(shè)流動類型（層流、過渡流、湍流）后選用相應(yīng)的ut計算式算出ut，用ut計算Re，再檢驗假設(shè)的流型是否正確。第二節(jié)重力沉降及設(shè)備

自由沉降：固體顆粒在沉降過程中不因流體中其他顆粒的存在而受到干擾的沉降。

干擾沉降：固體顆粒在沉降過程中，因顆粒之間的相互影響，而使顆粒不能正常沉降。第二節(jié)重力沉降及設(shè)備4.實際重力沉降速度

二、重力沉降設(shè)備1.重力沉降室（1）結(jié)構(gòu)組成（2）工作原理縱剖面示意圖第二節(jié)重力沉降及設(shè)備沉降室的長寬高分別為L、W、H，處理煙氣量為Q氣流在沉降室內(nèi)的停留時間在t時間內(nèi)粒子的沉降距離該粒子的除塵效率（3）除塵效率第二節(jié)重力沉降及設(shè)備對于stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dmin=?由于沉降室內(nèi)的氣流擾動和返混的影響，工程上一般用分級效率公式的一半作為實際分級效率

第二節(jié)重力沉降及設(shè)備提高沉降室效率的主要途徑降低沉降室內(nèi)氣流速度增加沉降室長度降低沉降室高度沉降室內(nèi)的氣流速度一般為0.3～2.0m/s不同粉塵的最高允許氣流速度第二節(jié)重力沉降及設(shè)備多層沉降室：使沉降高度減少為原來的1/（n+1），其中n為水平隔板層數(shù)考慮清灰的問題，一般隔板數(shù)在3以下多層沉降室1.錐形閥；2.清灰孔；3.隔板第二節(jié)重力沉降及設(shè)備2.沉降槽借重力沉降分離懸浮液的設(shè)備稱為沉降槽或增稠器。懸浮液通過沉降槽后可分離成清液和沉渣。第二節(jié)重力沉降及設(shè)備常見普通沉淀池平流式沉淀池示意圖第二節(jié)重力沉降及設(shè)備中心進水周邊出水輻流式沉淀池示意圖第二節(jié)重力沉降及設(shè)備豎流式沉淀池示意圖進水排泥出水第二節(jié)重力沉降及設(shè)備平流式沉砂池

平流沉砂池是最常用的一種型式，它的截留效果好，工作穩(wěn)定，構(gòu)造亦較簡單。下圖所示的是平流式沉砂池的一種第二節(jié)重力沉降及設(shè)備工作原理：

平流式沉砂池實際上是一個較入流渠道和出流渠道為寬和深的渠道。當污水流過沉砂池時，由于過水斷面增大，水流速度下降，污水中攜帶的無機顆粒將在重力作用下而下沉，而比重較小的有機物仍處于懸浮狀態(tài)，并隨水流走，起到分離無機物的目的。結(jié)構(gòu)上的一些要求：平流式沉砂池兩端應(yīng)設(shè)有閘門，以控制水流。由于污水流量在運行時變化較大，為了調(diào)節(jié)流速，設(shè)計時一般采用2座或以上的平流式沉砂池，在不同水量時組合使用。在池的底部設(shè)置1～2個貯砂斗，下接排砂管。第二節(jié)重力沉降及設(shè)備

砂粒粒徑（mm）0.200.250.300.350.400.50沉速（mm/s）18.724.229.735.140.751.6砂粒在靜水壓力下的沉速與粒徑關(guān)系

第二節(jié)重力沉降及設(shè)備第三節(jié)離心沉降及設(shè)備

離心沉降

顆粒在離心力場作用下，受到離心力的作用而沉降的過程稱為離心沉降。懸浮在流體中的微粒，利用離心力比利用重力可以使微粒的沉降速度增大很多，這是因為離心力由旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生，旋轉(zhuǎn)的速度愈大則離心力也愈大；而微粒在重力場中所受的重力作用是一個定值。因此，將微粒從懸浮物系中分離時，利用離心力比利用重力有效的多。同時，利用離心力作用的分離設(shè)備不僅可以分離較小的微粒，而且設(shè)備的體積可以縮小。與重力沉降速度相比，只是將重力場改為離心場。離心力場中的顆粒在徑向與流體間產(chǎn)生相對運動時，同樣受到三個作用力，即離心力、向心力和阻力。當三力平衡時，顆粒在徑向上相對于流體的速度即為顆粒在此位置上的離心沉降速度，以ur表示，其計算式為若顆粒沉降過程屬于層流，沉降速度為應(yīng)注意的是離心沉降速度ur隨回轉(zhuǎn)半徑r的變化而變化。

一.離心沉降速度第三節(jié)離心沉降及設(shè)備二、離心沉降設(shè)備——旋風除塵器1.旋風分離器的構(gòu)造和操作原理利用旋轉(zhuǎn)氣流產(chǎn)生的離心力使塵粒從氣流中分離的裝置旋風除塵器內(nèi)氣流與塵粒的運動普通旋風除塵器是由進氣管、筒體、錐體和排氣管等組成

氣流沿外壁由上向下旋轉(zhuǎn)運動：外渦旋

少量氣體沿徑向運動到中心區(qū)域

旋轉(zhuǎn)氣流在錐體底部轉(zhuǎn)而向上沿軸心旋轉(zhuǎn)：內(nèi)渦旋

氣流運動包括切向、軸向和徑向：切向速度、軸向速度和徑向速度

第三節(jié)離心沉降及設(shè)備切向速度決定氣流質(zhì)點離心力大小，顆粒在離心力作用下逐漸移向外壁到達外壁的塵粒在氣流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗上渦旋－氣流從除塵器頂部向下高速旋轉(zhuǎn)時，一部分氣流帶著細小的塵粒沿筒壁旋轉(zhuǎn)向上，到達頂部后，再沿排出管外壁旋轉(zhuǎn)向下，最后從排出管排出第三節(jié)離心沉降及設(shè)備旋風除塵器內(nèi)氣流與塵粒的運動（續(xù)）2.旋風分離器分離性能臨界直徑：

對標準型旋風分離器，取N=5。分離效率壓力損失：總效率：粒級效率：

第三節(jié)離心沉降及設(shè)備3.旋風分離器分離類型與選用選定旋風分離器的型式及主要尺寸的依據(jù)是含塵氣體的性質(zhì)及處理量(體積流量)；要求的分離效率；允許壓力損失。第三節(jié)離心沉降及設(shè)備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、二級旋風分離器第三節(jié)離心沉降及設(shè)備第四節(jié)過濾一、概述1.濾餅過濾與深層過濾濾餅過濾：懸浮液中的顆粒沉積在過濾介質(zhì)表面形成濾餅層，濾液穿過濾餅層中的空隙流動叫做濾餅過濾。深層過濾：固體顆粒不形成濾餅，而是沉積在過濾介質(zhì)內(nèi)部叫做深層過濾。通常將原懸浮液稱為濾漿，濾漿中的固體顆粒稱為濾渣，過濾時積聚在過濾介質(zhì)上的濾渣層稱為濾餅，通過過濾介質(zhì)的液體稱為濾液。2.過濾介質(zhì)過濾介質(zhì)的作用是支承濾餅，故除有孔隙外，還應(yīng)具有足夠的機械強度及盡可能小的阻力。工業(yè)上常用的過濾介質(zhì)有：（1）織物介質(zhì)：天然纖維、化學纖維、玻璃絲、金屬絲織成的濾網(wǎng)。（2）多孔性固體介質(zhì)：多孔性陶瓷板，多孔性塑料板，多孔性金屬陶瓷板等，此類介質(zhì)能截留小至1-3

m的固體顆粒。（3）堆積介質(zhì)：細沙、石、炭屑等堆積的顆粒床層及非編織纖維玻璃棉等的堆積層。一般用于處理含固體微粒少的懸浮液，如水的凈化。第四節(jié)過濾3.過濾推動力

過濾推動力是指濾餅和過濾介質(zhì)兩側(cè)的壓力差。此壓力差可以是重力或人為壓差。增加過濾推動力的方法有：1.增加懸浮液本身的液柱壓力，一般不超過50KN/m2，稱為重力過濾。2.增加懸浮液液面的壓力，一般可達500KN/m2稱為加壓過濾。3.在過濾介質(zhì)下面抽真空，通常不超過真空度86.6KN/m2，稱為真空過濾。此外，過濾推動力還可以用離心力來增大，稱為離心過濾。第四節(jié)過濾4.過濾基本參數(shù)處理量、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)率、過濾面積、懸浮液固相濃度、濾餅含液量、濾餅與濾液的體積比、過濾速率、過濾速度5.濾餅的可壓縮性不可壓縮濾餅：由剛性顆粒形成的濾餅，在過濾過程中顆粒形狀和顆粒間的空隙率保持不變。可壓縮濾餅：由非剛性顆粒形成的濾餅，在壓強差作用下會變形。6.濾餅的洗滌目的：回收濾液或得到較純凈