第三章 沉降与过滤,第一节 概述,混合物 分类,均相物系 非均相物系,非均相物系：有明显相界面；不同相间有明显的物理化学性质差异。,泡沫液（气液混合物） 乳浊液（液液混合物） 悬浮液（固液混合物）,含尘气体 含雾气体 含气气体？,分散物质（分散相）：处于分散状态的物质 分散介质（连续相）：处于连续状态的物质,机械分离,重力沉降 离心沉降,沉降,过滤,重力过滤 加压过滤 真空过滤 离心过滤,机械分离：即利用非均相混合物中两相的物理性质（如密度、颗粒尺寸等）的差异，施加外力使两相之间发生相对运动而使其分离。,第二节 重力沉降,一、重力沉降速度,（一）球形颗粒的自由沉降,自由沉降：颗粒浓度低，分散好，沉降过程中互不碰撞、互不影响。,颗粒下沉,沉降操作：在外力场作用下，利用分散相与连续相间的密度差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。,阻力系数,分析颗粒运动情况：,加速度最大,阻力,加速度,加速度=0,加速段,匀速段,重力沉降速度: 颗粒受力平衡时，匀速阶段颗粒相对 于流体的运动速度。,（二）流体中颗粒运动的阻力（曳力）,、流体特性 dp、ut颗粒特性,（1）层流区 104 Re 2 Stokes 区,（2）过渡区 2 Re 500 Allen 区,（3）湍流区 500 Re 2105 Newton区,（球形）,（三） 沉降速度的计算,层流区：,Stokes(斯托克斯)式,过渡区：,湍流区：,ut和Re都未知 需用试差计算法： 假设沉降处于某一区域； 计算ut； 计算Re，校验区域； 若符合，则正确，否则重新假设区域。,（四）影响沉降速度的其它因素,1.干扰沉降,2. 颗粒形状,越小，阻力越大，Re相同时沉降速度越小。,3. 壁效应 使沉降速度下降。,二、 重力沉降设备,（一）含尘气体的沉降降尘室,1. 沉降分离条件,停留时间：,沉降时间：,分离条件：,2. 生产能力 qV降尘室所处理含尘气体的体积流量,结论：降尘室的生产能力只与沉降面积WL及颗粒 沉降速度ut有关，而与高度H无关。,多层降尘室（课下看）：,若n个隔板，则,缺点： 清灰难； 隔板间距小，颗粒易被扬起。,3. 临界颗粒直径,临界颗粒直径dpc降尘室理论上能100%除去的 最小颗粒直径。,层流,（二）悬浮液的沉降沉降槽（增稠器）,第三节 离心沉降,一、离心沉降速度 （一）沉降过程,切向速度 u 径向速度 ur,受力平衡时，径向速度ur为该点的离心沉降速度。,受力平衡时，径向速度ur为该点的离心沉降速度。,重力沉降速度ut,离心沉降速度ur,方向 向下，大小不变 径向向外，随r变化,层流,（二）离心分离因数,离心分离因数KC同一颗粒在同种介质中所受离心力与重力之比。,二、 离心沉降设备,（一）含尘气的沉降旋风分离器 1. 结构与工作原理,KC为52500，可分离气体中575m的颗粒。,2. 临界颗粒直径,假设： 切向速度u=进口速度ui 颗粒沉降的最大距离b 层流,rm平均旋转半径,n旋转圈数,沉降时间：,停留时间：,沉降分离条件：,沉降速度：,临界颗粒直径：,讨论：,所以生产能力较大时，一般采用多个小旋风分离器并联。,3. 气体通过旋风分离器的压力降,一般 p= 0.32 kPa,进、排气与筒壁之间的摩擦损失； 进入时突然扩大的局部阻力； 旋转中动能损失,造成气体压力降：,由于:,(二) 悬浮液的沉降旋液分离器,(三) 沉降式离心机（5分钟自学）,管式离心机 碟式离心机 螺旋式离心机,作业： 第116页3-3,第四节 过 滤,一、悬浮液的过滤,推动力：压力差，离心力，重力 阻 力：滤饼、过滤介质阻力,过滤是在外力作用下，使悬浮液中的液体通过多孔介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固、液分离的操作。,（一）两种过滤方式 1. 滤饼过滤,2. 深层过滤,（二）过滤介质,类别： 织物介质 多孔性固体介质 堆积介质 多孔膜：高聚物膜、无机膜,（三）滤饼的可压缩性与助滤剂,不可压缩滤饼：空隙不随压力变化 可压缩滤饼：空隙随压力增加而减小,加助滤剂,助滤剂： 要求：刚性颗粒；化学稳定性；不可压缩性 常用：不可压缩的粉状或纤维状固体如硅藻土、纤维粉末、活性炭、石棉。 使用：可预涂，也可以混入待滤的滤浆中一起过滤。,（四）过滤过程物料衡算,悬浮液,滤液，密度，体积V,湿滤渣， 密度c,液体,干渣，密度p,（1）湿滤渣密度,Ckg湿渣/kg干渣,（2）干渣质量与滤液体积之比,Xkg固体/kg悬浮液,kg干渣/m3滤液,CX(kg湿渣/kg干渣kg)*(kg干渣/kg悬浮液) =kg湿渣/kg悬浮液,（3）湿渣质量与滤液体积之比,（4）湿渣体积与滤液体积之比,m3滤饼/m3滤液,(kg干渣/m3滤液)* (kg湿渣/kg干渣) = kg湿渣/m3滤液,二、过滤速率基本方程式,（一）过滤速率,过滤速率：单位时间通过单位过滤面积的滤液体积,过滤速度：单位时间获得的滤液体积,设为层流流动,由哈根-泊谡叶方程（即层流流动时用以克服摩擦阻力的压力差与平均流速的一次方成正比） 可得滤液在滤层中的毛细管内层流流动时的流速可以表示为：,孔道长度,孔道中流速与过滤速度的关系,过滤速度,令,滤层的比阻,过滤速度,阻力,单位为1/m2,滤饼阻力,过滤介质阻力,v获得单位体积滤液所形成滤饼的体积， m3滤饼/m3滤液；,（二）过滤基本方程,滤饼层：,过滤介质层：,过滤速率,过滤基本方程,则,三、恒压过滤,K为常数,恒压过滤方程式,（一）滤液体积与过滤时间的关系,(二) 过滤常数的测定,q,/q, /qq 为直线关系， 其斜率为 ，截距为,三、过滤设备及操作,以压力差为推动力：如叶滤机、板框压滤机、回转真空过滤机等；,以离心力为推动力：如各种离心机,过滤设备,（一）板框过滤机,横穿洗涤法,卸渣、清洗、组装,特点：,同部位、不同时间进行不同的操作。,过滤：,洗涤：,滤液排出：明流、暗流,（二）转筒真空过滤机,1.结构与操作,特点：同时间、不同部位进行不同的操作。,设转筒的转速为N (1/s),操作周期：,浸液率： （浸没分数）,有效过滤时间：,2. 生产能力,恒压过滤：,生产能力：,当过滤介质阻力忽略时:,（三） 离心过滤机,1.悬筐式离心机 2.往复活塞推渣离心机 3.离心力自动卸渣离心机,作业： 第116页3-7、 3-10、 3-11、,