第三章沉降与过滤

第三章沉降与过滤HeterogeneousFlowandSeparation2023/2/41概述重力沉降离心沉降过滤2023/2/42第三章沉降与过滤第一节

概述自然界的混合物分为两大类：homogeneoussystem(均相物系)non-homogeneoussystem(非均相物系)homogeneoussystem均相混合物。物系内部各处均匀且无相界面。如：溶液和混合气体都是均相物系。non-homogeneoussystem非均相混合物。物系内部有隔开不同相的界面存在，且界面两侧的物料性质有显著差异。如：悬浮液、乳浊液、泡沫液属于液态非均相物系，含尘气体、含雾气体属于气态非均相物系。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2023/2/46非均相物系的组成回收分散物质；净化分散介质；劳动保护和环境卫生。2023/2/47分离的目的根据两相物理性质(如密度等)的不同而进行的分离。2023/2/48非均相物系的分离原理要实现分离，必须使分散相和连续相之间发生相对运动。因此，非均相物系的分离操作遵循流体力学的基本规律。2023/2/49非均相物系分离的理论基础沉降（重力沉降、离心沉降）过滤2023/2/410非均相物系分离的方法重力沉降速度降尘室悬浮液的沉聚2023/2/411第二节重力沉降2023/2/412p一、重力沉降速度（一）球形颗粒的自由沉降(freesettling)重力Fg浮力Fb阻力Fd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2023/2/4132023/2/414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。2023/2/415（二）流体中颗粒运动的阻力(曳力)——阻力系数（曳力系数）、——流体特性dp、ut——颗粒特性2023/2/4162023/2/417——球形

圆盘形2023/2/418（1）层流区10－4<

Re<2Stokes区

（2）过渡区2<Re<500Allen区

（3）湍流区500<Re<2105Newton区（球形）2023/2/419（三）沉降速度的计算层流区：——Stokes(斯托克斯)式过渡区：湍流区：2023/2/420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。2023/2/421（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。2023/2/422二、重力沉降设备（一）降尘室(Settlingchamber)2023/2/4231.沉降分离条件停留时间：沉降时间：分离条件：W2023/2/4242.

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。2023/2/425多层降尘室：若n个隔板，则缺点：清灰难；隔板间距小，颗粒易被扬起。2023/2/4263.

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2023/2/427（二）沉降槽（增稠器）1.

悬浮液的沉聚过程2023/2/4282.

沉降槽（增稠器）第三节离心沉降2023/2/4292023/2/430一、离心沉降速度（一）沉降过程切向速度u径向速度ur合成u合

合2023/2/431离心力：径向向外浮力：（向心力）指向中心阻力：指向中心受力平衡时，径向速度ur为该点的离心沉降速度。2023/2/432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。2023/2/433二、离心沉降设备（一）旋风分离器1.结构与工作原理

KC为5~2500，可分离气体中5~75m的颗粒。2023/2/4342.临界颗粒直径uib假设：切向速度ut=进口速度ui

颗粒沉降的最大距离b

层流rm——平均旋转半径2023/2/435n——旋转圈数沉降时间：停留时间：沉降分离条件：沉降速度：2023/2/436临界颗粒直径：讨论：（1）bdpc

D旋风分离器越大，分离效果越不好所以生产能力较大时，一般采用多个小旋风分离器并联。（2）uidc分离效果好流动阻力大2023/2/4373.气体通过旋风分离器的压力降一般p=0.3~2kPa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:2023/2/438(二)旋液分离器2023/2/439(三)沉降式离心机管式离心机碟式离心机螺旋式离心机第四节过滤2023/2/4402023/2/441一、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2023/2/442（一）两种过滤方式1.滤饼过滤2023/2/4432.

深层过滤2023/2/444（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2023/2/445（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2023/2/446（四）过滤过程物料衡算（1）湿滤渣密度C——kg湿渣/kg干渣2023/2/447（2）干渣质量与滤液体积之比X——kg固体/kg悬浮液kg干渣/m3滤液（3）湿渣质量与滤液体积之比（4）湿渣体积与滤液体积之比——kg湿渣/m3滤液m3滤饼/m3滤液2023/2/448二、过滤速率基本方程式（一）过滤速率过滤速率：过滤速度：设为层流流动2023/2/449孔道长度孔道中流速与过滤速度的关系过滤速度2023/2/450令——滤饼的比阻过滤速度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；2023/2/451（二）过滤基本方程滤饼层：过滤介质层：pp1p2滤液2023/2/452过滤速率——过滤基本方程则2023/2/453三、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2023/2/454Vo1V1A2023/2/455(二)过滤常数的测定q/q/q～q为直线关系，其斜率为，截距为2023/2/456三、过滤设备及操作（一）板框过滤机2023/2/4572023/2/458——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2023/2/459（二）转筒真空过滤机1.结构与操作过滤区：1－4吹、卸滤渣区：

11－12吸干洗涤区：

5－105111410813212特点：同时间、不同部位进行不同的操作。2023/2/460（二）转筒真空过滤机1.结构与操作过滤区：1－4吹、卸滤渣区：

11－12吸干洗涤区：