第三章 沉降与过滤

第三章

沉降与过滤第一节概述一、非均相物系的分离混合物——均匀混合物（均相物系）例：水与乙醇不均匀混合物（非均相物系）例：气溶胶，悬浮液，乳浊液其中，固体颗粒称为分散相，气、液相称为连续相或分散介质分离方法均相物系——蒸馏、吸收、萃取、结晶等非均相物系——沉降、过滤、膜分离等二、学习内容沉降——重力沉降、离心沉降过滤——压力过滤三、学习目的掌握几种操作的原理及应用计算了解理论的建立过程及几种典型设备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。

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

第二节重力沉降一、沉降速度1、球形颗粒在流体中的自由沉降自由沉降：当颗粒在流体中只受重力和浮力，不受其它因素影响而发生沉降时，称为自由沉降。颗粒受力：重力、浮力和阻力。设颗粒从静止开始运动，沉降时，阻力方向与运动方向相反FbFdmg颗粒在运动过程中，FbFdmg2、阻力Fd与阻力系数ζ（2）过渡区（1）层流区（3）湍流区3、沉降速度计算（1）层流区，斯托克斯定律（2）过渡区，阿仑定律（3）湍流区，牛顿定律计算时，采用试差法：步骤：假设流型→采用对应公式计算→校核及流型Re(2)

颗粒的体积浓度浓度较高时，便发生干扰沉降(3)

器壁效应当容器直径较小时，便发生受阻沉降4．影响沉降速度的因素(1)

颗粒形状对非球形颗粒，其沉降得慢一些。1．沉降室结构二、重力沉降的应用——降尘室沉降时间为：颗粒水平分速度与气体的流速u相等，则：停留时间为：分离条件：

颗粒从入口到出口的停留时间大于或等于沉降时间2、分离过程3、临界粒径dpc颗粒在降尘室内的流速：则，沉降速度：当某种颗粒满足的条件，此粒径为降尘室能100%除去的最小粒径，称为临界粒径dpc，在斯托克斯定律区，4、应用计算（1）颗粒粒径一定时，求最大处理量（2）处理量一定时，求最小分离粒径（临界粒径）解：由公式可知，降尘室能完全除去的最小颗粒的沉降速度为：

假定在层流区，得：

【例】

某除尘室高2m、宽2m、长5m，用于矿石焙烧炉的炉气除尘。矿尘的密度为4500kg·m-3，其形状近于圆球。操作条件下气体流量为，气体密度为、粘度为3×10

-5

Pa·s。试求理论上能完全除去的最小矿粒直径。25000m3/h0.6kgkg/m3层流区,得：

连续沉降槽动画沉降除尘室动画

烟道除尘动画

湍球塔除尘动画

静电除尘器动画

二、离心沉降旋风分离器动画

文丘里除尘器动画

第四节过滤一、过滤基本概念过滤：利用重力或压差使悬浮液通过多孔性过滤介质，将固体颗粒截留，从而实现固-液分离的单元操作。多孔介质滤液（液体）滤饼（滤渣）过滤介质悬浮液（滤浆）

（2）滤饼过滤

固体物质沉积于过滤介质表面而形成滤饼层的操作，真正发挥截留颗粒作用的主要是滤饼本身，因此称作饼层过滤。饼层过滤主要用于含固量较大（>1%）的场合。滤饼过滤深层过滤滤液1、工业常用过滤方法—深层过滤、滤饼过滤（1）深层过滤

固体颗粒并不形成滤饼，而是沉积于较厚的粒状对滤介质床层内部的过滤操作。深床过滤主要用于净化含固量很少（<0.1%）流体，如水净化等。2、过滤介质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。可截留的最小颗粒的直径为5-65微米。多孔固体介质具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶瓷、多孔金属及多孔性塑料制成的管或板，能截留1-3μm的微小颗粒。堆积介质由沙、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

用于膜过滤的各种有机分子膜和无机材料膜。3、助滤剂某种质地坚硬、粒度均匀的颗粒硅藻土

珍珠岩

石棉炭粉、纸浆粉滤饼可压缩滤饼不可压缩滤饼坚硬、不易变形随压力增大，颗粒变形（1）作用：防止滤饼压缩及细小颗粒堵塞过滤介质的孔隙。（2）使用方法：在悬浮液中加入助滤剂后一起过滤。先把助滤剂配成悬浮液并过滤，形成助滤剂层后，才正式过滤。（3）要求能形成多孔饼层刚性颗粒物理、化学性质稳定

具有不可压缩性（在使用的压力范围内）4、悬浮液量、固体量、滤液量及滤渣的关系悬浮液湿滤渣，ρc滤液，ρ，V液体干渣，ρp（1）湿滤渣密度，ρc（2）悬浮液湿滤渣质量，CX滤液质量，1-CX液体干渣，X固体颗粒，X（4）（3）二、过滤速率基本方程式1、过滤速率与过滤速度过滤速度：单位时间内过滤面积A上获得的滤液体积过滤速率：单位时间单位过滤面积上获得滤液体积2、滤液通过滤饼层的流动（过滤过程分析）1122滤液在管内层流，则在1-1，2-2截面之间存在阻力→存在压力降ΔP3、过滤速率方程过滤——恒压过滤，压力为定值，速率减慢