沉降过滤及设备

沉降过滤及设备第1页/共56页非均相分离的分类在日常生活中，水泥厂上空总是粉尘飞扬，火力发电厂的烟囱时不时也是黑烟滚滚，这些就是污染环境的含粉尘气体。如何去除排放气体中的粉尘呢？这就是本章要解决的非均相物系分离的问题。关于分离的操作有均相物系：传质操作（如蒸馏、吸收、萃取、干燥等）和非均相物系：机械操作（如沉降、过滤等）。第2页/共56页概述1、非均相物系：存在相界面。对悬浮物有分分散相与连续相。2、常见非均相物系分离操作有：A、沉降物系置于力场，两相沿受力方向产生相对运动而分离，即沉降。包括重力沉降——重力场，颗粒自上而下运动。离心沉降——离心力场，颗粒自旋转中心向外沿运动。第3页/共56页概述B、过滤：利用多孔的介质，将颗粒截留于介质上方达到液体与固体分离C、湿法净制：“洗涤”气体D、静电除尘：高压直流电场中，带电粒子定向运动，聚集分离。第4页/共56页概述非均相物系分离的目的有：①回收分散物质，例如从结晶器排出的母液中分离出晶粒；②净制分散介质，例如除去含尘气体中的尘粒；③劳动保护和环境卫生等。因此，非均相物系的分离，在工业生产中具有重要的意义。本章讨论：重力沉降，离心沉降及过滤三个单元操作。第5页/共56页清水沉降池

什么叫沉降，什么是过滤，行吗？在我国广大西部农村，农民不仅喝不上矿泉水、自来水，连大河的水也喝不上。只能喝小河沟里的水和小泥塘的水。水中含有许多泥沙，只好澄清后，才可用作饮用水和生活用水。泥沙在水中的澄清就是沉降。农民家里都有一个水缸，水缸就是一个沉降槽。第6页/共56页

一般家庭里，吃中药是传统而有效的治病方法。熬完中药之后，总要将药渣滤去，才可以喝。滤药渣，就是一个过滤操作。这就是我们生活中的沉降和过滤。

滤药渣第7页/共56页自来水厂水的净化分三步，第一步是絮凝过程，也可以叫反应过程。在流动中使水中的杂质颗粒絮凝长大；第二步是沉降。沉降池是使大颗粒得以除去。第三步是砂滤。砂滤池，进一步用900mm厚砂层，将小颗粒杂质滤去。自来水厂的主要流程第8页/共56页广州水厂全貌

图中兰色粗管是来自珠江的原料水，条形池子是絮凝池，左侧池是沉降池。第9页/共56页

这是沉降池。图为絮凝之后的水，是从沉降池底部流入，到池子上部水已很清了。水厂沉降池第10页/共56页重力沉降自由沉降：单一颗粒或充分分散的颗粒群（颗粒间不接触）在粘性流体中沉降。重力沉降速度：指自由沉降达匀速沉降时的速度。第11页/共56页

通过对球形颗粒的力学分析，得到颗粒沉降速度的计算式（I），式（I）中的阻力系数才是计算的关键。。第12页/共56页

这是求取阻力系数的关联图，和三种不同流动状况时，沉降速度的计算公式。这些都是以实验为基础的。第13页/共56页求取阻力系数的关联图第14页/共56页影响沉降因素影响沉降因素：颗粒体积浓度：浓度大，属干扰沉降，阻力↑ut↓颗粒形状：￠s↓

ζ↑ut↓（为图3-2所示）器壁效应：颗粒与器壁作用影响，ut↓第15页/共56页这是利用沉降速度计算式，计算液—固沉降的例子。第16页/共56页降尘室

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沉降室尺寸的设计，是工厂中非常实际的问题。沉降室的高度H，长L，气体流量V3之间的关系，为式（V）所示。）第18页/共56页

这是操作型计算问题。利用已知的沉降室，计算理论上可以完全去除的最小矿粒直径。第19页/共56页沉降除尘室动画

第20页/共56页烟道除尘动画第21页/共56页湍球塔除尘动画第22页/共56页离心沉降离心沉降速度和分离因素依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程叫作离心沉降。第23页/共56页

离心分离的效能是沉降分离的几十倍，旋风分离器几乎是覆盖了所有气—固分离场所。因其设计计算过程是经验型。所以课堂上讲的不多。第24页/共56页将上式与式（Ⅱ）相比可知，同一颗粒在同种介质中的离心沉降速度与重力沉降速度的比值，称为分离因数：对于本节将要讨论的旋风分离器与旋液分离器来说，分离系数虽不如离心机的那么大，但其效果已远较重力沉降设备为高。譬如，当旋转半径R＝0.4m、切向速度=20时，分离因数为：这表明，颗粒在上述条件下的离心沉降速度比重力沉降速度约大百倍。第25页/共56页旋风分离器1．旋风分离器构造及作用原理：构造：上部一园筒，下部一园锥，内有气管，气体切向入口气流在器内形成双层螺旋形运动，颗粒作一半径逐渐增大，且向下旋转运动至器壁。由于器内气流运动复杂，一般以实践为基础进行设计，且各系列产品均以园筒直径D为参数，其它各参数与D成比例。如图3-4所示的标准型旋风分离器。第26页/共56页第27页/共56页

2．主要性能：（1）临界粒径，即理论上器内能完全分离下来的最小颗粒直径。第28页/共56页第29页/共56页第30页/共56页分离效率η,压强降△P:P6

第31页/共56页旋风分离器动画第32页/共56页文丘里除尘器动画第33页/共56页静电除尘器动画第34页/共56页过滤第35页/共56页

沉降主要用于气-固分离，过滤则主要用于液-固分离。过滤是液-固分离操作。是在外力作用下，悬浮液中的液体通过介质的孔道，而固体颗粒则截留在介质上。介质可以是滤布或滤网。这就是过滤。通过了介质的液体称为滤液。截留在介质上的固体，形成了滤饼。过滤前的悬浮液称为滤浆。中山大学隐湖第36页/共56页

过滤分为恒速过滤和恒压过滤。一般用得较多的是恒压过滤。其典型设备是板框过滤机，板框过滤机有批量生产。关于恒压过滤方程及过滤计算，推出下面7个网页，请读者仔细阅读。中山大学教学楼第37页/共56页过滤及过滤操作基本概念P10第38页/共56页第39页/共56页过滤基本方程式P11第40页/共56页第41页/共56页第42页/共56页第43页/共56页第44页/共56页第45页/共56页第46页/共56页第47页/共56页

这是学生操作的过滤实验装置。用小型的板框过滤机，过滤碳酸钙水溶液。通过实验，可以测得在恒压条件下的过滤常数K。

板框过滤实验第48页/共56页板框过滤机动画第49页/共56页这是一台等待出厂的板框过滤机产品。板框过滤机第50页/共56页加压叶滤机动画第51页/