沉淀过滤分离操作技术PPT课件

1、沉降沉降 非均相混合物的特点是体系内包含一个以上的相，相界面两侧物质的性质完全不同，如由固体颗粒与液体构成的悬浮液、由固体颗粒与气体构成的含尘气体等。这类混合物的分离就是将不同的相分开，通常采用机械的方法。 沉降：沉降：悬浮在流体中的固体颗粒借助于外场作用力产生定向运动，从而实现与流体相分离，或者使颗粒相增稠、流体相澄清的一类操作。沉降与沉降操作技术沉降与沉降操作技术1第第1页页/共共24页页重力沉降重力沉降 重力沉降：重力沉降：利用流体中的固体颗粒受重力作用而自然沉降的原理，将颗粒和流体分离的过程。 由于颗粒与流体密度不同、所受的重力大小不一样，因此颗粒会在重力方向上产生加速度；而一旦颗粒与

2、流体之间发生相对运动，颗粒在运动方向上必定受到流体的曳力。 重力沉降分离中，颗粒沉降速度的大小决定了流-固两相分离的难易程度。当颗粒与流体的密度差不大、粒径也不大时，沉降速度会很小，故低密度的细颗粒就很难分离。 第第2页页/共共24页页自由沉降：自由沉降：流体中单颗粒的沉降。干扰沉降：干扰沉降：流体中颗粒的含量较大时，颗粒沉降时彼此相互影响。液-固重力沉降分离中更为突出。沉降速度的通式：沉降速度的通式：43stdgu其中：ut-颗粒的自由沉降速度； d-颗粒的直径； s-颗粒的密度； -流体的密度； -阻力系数；第第3页页/共共24页页重力沉降设备：重力沉降设备： 利用重力沉降从气流中分离出尘

3、粒的设备。 假设：气体通过速度为 u，尘粒沉降速度为 ut。 若设颗粒的水平移动速度与气流速度相同，则颗粒通过长度为 L 的降尘段的时间(停留时间)为 t = L/u，而粒径为 dp、沉降速度为 ut 的颗粒从高度为 H 的顶部降至底部所需时间为 t = H/ut 。 使粒径为 dp 的颗粒在降尘室内全部沉降的条件为 t = t，即 tLHuu设备最大生产能力(即最大处理气体流量)为 ： 降尘室的生产能力理论上正比于颗粒的沉降速度和沉降方向上的截面积、即降尘室底面积，而与沉降室的高度无关。tVuHBu LB1、沉降室、沉降室沉降离心机沉降离心机第第4页页/共共24页页沉降室的沉降室的 讨论：讨

4、论：气体在降尘室内流通截面上的均布非常重要，分布不均必须有部分气体在室内停留时间过短，其中所含颗粒来不及沉降而被带出室外。为使气体均布，降尘室进出口通常都做成锥形。为防止操作过程中已被除下的尘粒又被气流重新卷起，降尘室的操作气速往往很低；另外，为保证分离效率，室底面积也必须较大。因此，降尘室是一种庞大而低效的设备，通常只能捕获大于50的粗颗粒。要将更细小的颗粒分离出来，就必须采用更高效的除尘设备。 第第5页页/共共24页页2、沉降槽、沉降槽 沉降槽也称增浓器或澄清器，是用来提高悬浮液浓度并同时得到澄清液的重力沉降设备。其可以分为间歇操作和连续操作。 间歇沉降槽通常为带有锥底的圆槽，需要处理的悬

5、浮液料浆在槽内静置足够时间以后，增浓的沉渣由槽底排出，清液则由上部排出管抽出。 连续沉降槽是底部略微成锥状的大直径浅槽。设计连续操作的重力沉降槽，应根据工艺要求和物系的干扰沉降性质，恰当地确定位于液面以下料浆的进口位置以使料浆均匀、缓和地分散到横截面上而不致引起大的扰动。 连续沉降过程固-液两相的运动规律与间歇过程并不完全相同，利用间歇试验数据进行放大设计时应参考有关设计手册选取安全系数。第第6页页/共共24页页离心沉降离心沉降 颗粒在重力或离心力场中都可发生沉降过程。利用离心力比利用重力要有效得多，因为颗粒的离心力由旋转而产生，转速越大，则离心力越大；而颗粒所受的重力却是固定的。因此，利用离

6、心力作用的分离设备不仅可以分离出比较小的颗粒，而且设备的体积也可缩小很多。 离心沉降速度离心沉降速度 仿照重力沉降速度的推导方法，可得到颗粒在径向上相对于流体的运动速度。243sTrduuR其中：ur-颗粒的离心沉降速度； uT-切向速度； d-颗粒的直径； s-颗粒的密度； -流体的密度； -阻力系数；离心沉降机离心沉降机第第7页页/共共24页页离心沉降设备离心沉降设备旋风分离器旋风分离器 旋风分离器是利用离心沉降原理从气流中分离出颗粒的设备。上部为圆筒形、下部为圆锥形；含尘气体从圆筒上侧的矩形进气管以切线方向进入，藉此来获得器内的旋转运动。气体在器内按螺旋形路线向器底旋转，到达底部后折而向

7、上，成为内层的上旋的气流，称为气芯，然后从顶部的中央排气管排出。气体中所夹带的尘粒在随气流旋转的过程中，由于密度较大，受离心力的作用逐渐沉降到器壁，碰到器壁后落下，滑向出灰口。第第8页页/共共24页页分离效率：分离效率： 旋风分离器的分离效率有两种表示方法，即总效率0及分效率或粒级效率i。 总效率（0）：被旋风分离器除掉的总的颗粒质量占进口含尘气体中全部颗粒质量的分率。1201ccc其中：c1、c2 分别为进、出口气体中颗粒的质量浓度(g/cm3) 分效率（粒级效率）（i）：入口气体中某一粒级的颗粒被旋风分离器除掉的分率。121iiiiccc0iix其中：ci1、 ci2 分别为进、出口气体中

8、平均粒径为 di 的颗粒的质量浓度其中：xi 为进口气体中粒径为 di 的颗粒的质量分率 第第9页页/共共24页页压降：压降： 气体经过旋风分离器时，由于进气管和排气管及主体器壁所引起的摩擦阻力、流动时的局部阻力以及气体旋转运动所产生的能量损失等，都将造成气体的压力降。旋风分离器的压降大小是评价其性能好坏的重要指标。气体通过旋风分离器的压降应尽可能小。通常压降用入口气体动能的倍数来表示： 22iup旋风除尘器旋风除尘器第第10页页/共共24页页旋风分离器的结构类型旋风分离器的结构类型 旋风分离器分类繁多，分类方法也各有不同。 按结构形式可分为：长锥体、圆筒体、扩散式以及旁通式。 我国已定型了多

9、种旋风分离器，制定了标准系列，常用的有XLT、XLT/A、XLP/A、XLP/B 以及 XLK 型等。 对各种型号的旋风分离器一般以圆筒直径 D 来表示其各部分的比例尺寸，详细尺寸及性能指标可查阅有关资料手册。1DDBSAH2H1S2XLP/B 型旋风分离器型旋风分离器第第11页页/共共24页页PVPV型粗旋风分离器型粗旋风分离器PVPV型单级旋风分离器型单级旋风分离器PVPV型外置旋风分离器型外置旋风分离器PVPV型一、二级型一、二级 旋风分离器旋风分离器第第12页页/共共24页页过滤过滤1、过滤：、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，而悬浮液中的固体颗粒被截留在介质

10、上，从而实现固、液分离的操作。过滤操作的基本概念过滤操作的基本概念过滤及过滤设备操作过滤及过滤设备操作2过滤操作示意图过滤操作示意图悬浮液(滤浆)滤饼过滤介质滤液第第13页页/共共24页页2、饼层过滤：、饼层过滤： 悬浮液中颗粒的尺寸大多都比介质的孔道大。过滤时悬浮液置于过滤介质的一侧，在过滤操作的开始阶段，会有部分小颗粒进入介质孔道内，并可能穿过孔道而不被截留，使滤液仍然是混浊的。随着过程的进行，颗粒在介质上逐步堆积，形成了一个颗粒层，称为滤饼。在滤饼形成之后，它便成为对其后的颗粒起主要截留作用的介质。因此，不断增厚的滤饼才是真正有效的过滤介质，穿过滤饼的液体则变为澄清的液体。 第第14页页

11、/共共24页页3、深层过滤：、深层过滤： 此时，颗粒尺寸比介质孔道的尺寸小得多，颗粒容易进入介质孔道。但由于孔道弯曲细长，颗粒随流体在曲折孔道中流过时，在表面力和静电力的作用下附着在孔道壁上。因此，深层过滤时并不在介质上形成滤饼，固体颗粒沉积于过滤介质的内部。这种过滤适合于处理固体颗粒含量极少的悬浮液。第第15页页/共共24页页织物介质 最常用的过滤介质，工业上称为滤布(网)，由天然纤维、玻璃纤维、合成纤维或者金属丝编织而成。可截留的最小颗粒视网孔大小而定，一般在几到几十微米范围。多孔材料 制成片、板或管的各种多孔性固体材料，如素瓷、烧结金属或玻璃、多孔性塑料以及滤纸和压紧的毡与棉等。此类介质

12、较厚，孔道细，能截留13mm的微小颗粒。固体颗粒床层 由沙、木炭之类的固体颗粒堆积而成的床层，称作滤床，用作过滤介质使含少量悬浮物的液体澄清。多孔膜 由特殊工艺合成的聚合物薄膜，最常见的是醋酸纤维膜与聚酰胺膜。膜过滤属精密过滤或超滤(ultrafiltration)，可以分离5nm的微粒。4、过滤介质：、过滤介质：第第16页页/共共24页页过滤基本方程式过滤基本方程式单位时间内获得的滤液体积称为过滤速率：1、过滤速率和过滤速度：、过滤速率和过滤速度：dVuAdAddVu 单位过滤面积上的过滤速率称为过滤速度：保安过滤器保安过滤器第第17页页/共共24页页2、不可压缩滤饼的过滤基本方程式、不可压

13、缩滤饼的过滤基本方程式 滤饼层的体积为AL，它应该与获得的滤液量成正比，设比例系数为v，于是AL=vV。可知v的物理意义是获得单位体积的滤液量能得到的滤饼体积。同理，对过滤介质可以得到，LeA=Vev。（Ve是过滤介质的当量滤液体积或称虚拟滤液体积）2edVApdrv VVV-滤液体积，m3；A-过滤面积，m2；-过滤时间，s； r-滤饼的比阻，即单位厚度滤饼的阻力，1/m2； v-滤饼体积与滤液体积之比，m3/m3； -滤液的粘度，Pa.s；第第18页页/共共24页页3、可压缩滤饼的过滤基本方程式、可压缩滤饼的过滤基本方程式 可压缩滤饼的比阻是两侧压强差的函数。通常用下面的经验公式来估算压强

14、差改变时可压缩滤饼比阻的变化，即：s)p( rrNoImage式中：r-单位压强差下滤饼的比阻，1/m2； s-滤饼的压缩性指数，无因次。一般情况 下，s=01。对于不可压缩滤饼，s=0。可压缩滤饼的过可压缩滤饼的过滤基本方程式滤基本方程式)VV( vr)p(AddVes12第第19页页/共共24页页过滤设备过滤设备板框压滤机板框压滤机结构：结构：由交替排列的滤板、滤框与夹于板框之间的滤布叠合组装压紧而成。板框数视工艺要求在机座长度范围内可灵活调节。组装后，在板框的四角位置形成连通的流道，由机头上的阀门控制悬浮液、滤液及洗液的进出。板框式压滤机板框式压滤机第第20页页/共共24页页框 板 框 板洗涤板非洗涤板悬浮液滤液板非洗涤板过滤操作：过滤操作：过滤阶段悬浮液从通道进入滤框，滤液在压力下穿过滤框两边的滤布、沿滤布与滤板凹凸表面之间形成的沟道流下，既可单独由每块滤板上设置的出液旋塞排出，称为明流式；也可汇总后排