第二讲 沉降设备、过滤基本概念、过滤设备及基本方程式().ppt

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1、第三章 非均相物系的分离,1.降尘室分离气体中尘粒的重力沉降设备,第二节 沉降 二、重力沉降设备,(1)降尘室的结构(2)降尘室的生产能力 降尘室的生产能力是指降尘室所处理的含尘气体的体积流量，用Vs表示，m3/s。,1.降尘室分离气体中尘粒的重力沉降设备,(2)降尘室的生产能力,以速度u随气体流动,以速度ut作沉降运动,降尘室内的颗粒运动,固体颗粒沉降分离的条件降尘室的生产能力,降尘室的生产能力只与降尘室的沉降面积Ab和颗粒的沉降速度ut有关，而与降尘室的高度无关。,第二节 沉降 二、重力沉降设备,(2)降尘室的生产能力,n层降尘室的生产能力,ut应按需分离的最小颗粒尺寸计算；气速不应过高，

2、以免干扰颗粒的沉降或将已沉降的颗粒重新扬起，一般保证处于层流；一般作为预除尘使用，分离粒度大于50mm的粗粒。,隔板间距一般为40100mm,第二节 沉降 二、重力沉降设备,1.降尘室分离气体中尘粒的重力沉降设备,(3)降尘室的计算,设计型：,操作型：,已知气体处理量和除尘要求，求降尘室的大小。,用已知尺寸的降尘室处理一定量含尘气体时，计算可以完全除掉的最小颗粒的尺寸，或者计算要求完全除去直径dp的尘粒时所能处理的气体流量。,计算后，需检验Rep所在的范围。,1.降尘室分离气体中尘粒的重力沉降设备,第二节 沉降 二、重力沉降设备,2.沉降槽(增稠器、澄清器)用于分离悬浮液或乳浊液的设备,适合处

3、理量大、浓度不高、颗粒不太细的悬浮液；为提高沉降速度，可添加少量电解质或表面活性剂，使颗粒发生“凝聚”或“絮凝”；沉渣中仍有约50%的液体。,第二节 沉降 二、重力沉降设备,3.分级器用于分离直径或密度不同的混合颗粒的设备,气体和液体都可以作为分级用的流体，工业上应用的多为液体（水）。,第二节 沉降 二、重力沉降设备,第二节 沉降 二、重力沉降设备,例3-4：设计一个降尘室，气体的流量为20000Nm3/h,温度为600,要求把气体中所含的大于40m的灰尘沉降下来，灰尘的密度为2360kg/m3,气体在600时的粘度为3.9110-5Pa.s，气体在降尘室内的压强可取为一个大气压，气体密度为0

4、.404 kg/m3。,第二节 沉降 三、离心沉降,惯性离心力场与重力场比较,沿旋转半径从中心指向外周,指向地心,离心力浮 力阻 力,离心分离因数,离心加速度,离心沉降速度,第二节 沉降 三、离心沉降,第二节 沉降 四、离心沉降设备,气固非均相物系的离心沉降旋风分离器液固悬浮物系的离心分离旋液分离器或离心机1.旋风分离器的结构与操作原理,结构简单、无活动部件、操作范围广、分离效率高；分离因数可达52500；一般可分离气体中575mm直径的粒子。,第二节 沉降 四、离心沉降设备,1.旋风分离器的结构与操作原理,2.旋风分离器的性能,分离器尺寸（B）愈大，临界粒径愈大，分离效率愈低。入口气速（ui

5、）愈大，临界粒径愈小，分离效率愈高。,第二节 沉降 四、离心沉降设备,(1)入口含尘气体流量：,(2)临界粒径：,N-气体旋转圈数，对细长器身的旋分器约等于5,2.旋风分离器的性能,（3）分离效率总效率进入旋风分离器的全部粉尘中被分离下来的粉尘的质量分率。粒级效率进入旋风分离器的粒径为dp,i的颗粒被分离下来的质量分率。,第二节 沉降 四、离心沉降设备,2.旋风分离器的性能,（3）分离效率,第二节 沉降 四、离心沉降设备,总效率与粒级效率的关系：,分割直径dp,50：经过旋风分离器后能被除下50%的颗粒直径,2.旋风分离器的性能,（4）旋风分离器的压降,对于同一结构型式及尺寸比例的旋风分离器，

6、阻力系数为常数，不因尺寸大小而变。如标准旋风分离器的阻力系数约为8。旋风分离器的压降一般为5002000Pa。,第二节 沉降 四、离心沉降设备,R1,R2,第二节 沉降 四、离心沉降设备,3.影响分离效率的因素,-尘粒由位置R1沉降至R2所需的时间，sR1 气体排出管的外半径，m R2 圆周部分的内半径，m,3.影响分离效率的因素,在相同的分离时间内，增加气流入口速度，可使分离粒径减小，使更小的颗粒分离，提高分离效率。但是入口速度不能无限增大，速度过大会形成涡流，将已沉降的颗粒卷走，降低分离效率。所以一般旋风分离器入口处的气速为1525m/s。粒径大，所需分离时间少，沉降快。粒子密度增加，沉降

7、也快。即大颗粒或密度大的颗粒易分离。,第二节 沉降 四、离心沉降设备,当（R2 R1）减小时，减小，即粒子沉降路径缩短，加快粒子沉降速度。如果（R2 R1）保持不变，R1和R2同时增加，则（R2+R1）增大，使分离时间延长。所以旋风分离器直径越大，分离效率越低。如果需处理的气体量较大时，可以将几个小尺寸的分离器并联起来使用。如果温度越高，气体粘度越大，则分离效率降低。,第二节 沉降 四、离心沉降设备,3.影响分离效率的因素,4.旋风分离器的计算,步骤：根据具体情况选择合适的型式，选型时应在高效率与低阻力二者之间作权衡，一般长径比大且出入口截面小的设备效率高且阻力大，反之，阻力小效率低；根据允许

8、的压降确定气体在入口的流速ui；根据分离效率或除尘要求，求出临界粒径dp,c；根据ui和dp,c计算旋风分离器的直径D;根据ui与D计算旋风分离器的处理量，再根据气体流量确定旋风分离器的数目；校核分离效率与压降。,第二节 沉降 四、离心沉降设备,气体中所含尘粒的密度为2000kg/m3，气体的流量为5500标m3/h，温度为500，密度为0.43kg/m3，粘度为3.610-5Pas，拟采用标准形式的旋风分离器进行除尘，要求分离效率不低于90%，且知相应的临界粒径不大于10m，要求压降不超过700Pa，试决定旋风分离器的尺寸与个数。,例 题,按分离要求，临界粒径不大于10m，故取临界粒径dp,

9、c=10m来计算粒径的尺寸。由ui与dp,c计算D:,N=5,解：根据允许的压强降确定气体在入口的流速ui:,z=8.0,旋风分离器的直径：,D=4B=40.196=0.78m,根据D与ui计算每个分离器的处理量，再根据气体流量确定旋风分离器的数目。进气管截面积:,每个旋风分离器的气体处理量为：,含尘气体在操作状况下的总流量为：,所需旋风分离器的台数为：,为满足规定的气体处理量、压强降及分离效率三项指标，需要直径不大于0.78m的标准分离器至少三台，为了便于安排，现采用四台并联。,校核压力降与分离效率四台并联时，每台旋风分离气分摊的气体处理量为：,为了保证指定的分离效率，临界粒径仍取为10m。

10、,校核P:,P=700Pa ui=20.2m/s,校核临界粒径,根据以上计算可知，当采用四个尺寸相同的标准型旋风分离器并联操作来处理本题中的含尘气体时，只要分离器在（0.6540.695m）范围内，便可同时满足气量、压强降及效率指标。倘若直径D0.695m，则在规定的气量下不能达到规定的分离效率。倘若直径D0.654m，则在规定的气量下，压降将超出允许的范围。,或者从维持指定的最大允许压降数值为前提，求得每台旋风分离器的最小直径。,第三节 沉降 一、重力沉降 1.球形颗粒的自由沉降 阻力系数 影响沉降速度的因素 沉降速度的计算 2.非球形颗粒的自由沉降 二、离心沉降 离心沉降速度的计算 离心分

11、离因数 三、重力沉降设备与离心沉降设备 重力沉降室 操作原理、设计计算 旋风分离器 分离原理、性能指标、影响分离效率的因素、计算步骤,本次课内容及要求,作业：P177 8，9，10,重力沉降设备与离心沉降,一、将降尘室用隔板分层后，若能100%除去的最小颗粒直径要求不 变，则生产能力将_，沉降速度_，沉降时间_。二、对标准旋风分离器系列，下述说法哪一个是正确的？A.尺寸大，则处理量大，但压降也大；B.尺寸大，则分离效率高，且压降小；C 尺寸小，则处理量小，分离效率高；D.尺寸小，则分离效率差，且压降大。三、某含尘气体，依次经过一个降尘室和一个旋风分离气进行除尘。若 气体流量适当增加（其余不变）

12、，则降尘室除尘效率_，旋风 分离器除尘效率_。,【提问】,1.过滤的概念 过滤：利用能让液体通过而截留固体颗粒的多孔介质（过滤介 质），使 悬浮液中固液得到分离的单元操作。,第三节 过滤 一、概述,滤浆 过滤操作中所处理的悬浮液。滤液 通过多孔介质的液体。滤渣（滤饼）被截留住的固体物质。,实现过滤操作的外力有重力、压力、离心力，化工中应用最多的是压力过滤。,2.过滤方式,深层过滤,滤饼过滤,固体颗粒的沉积发生在较厚的粒状过滤介质床层内部，悬浮液中的颗粒直径小于床层直径，当颗粒随流体在床层的曲折孔道穿过时，便粘附在过滤介质上。适用于悬浮液中颗粒甚小且含量甚微（固相体积分率在0.1%以下）的场合。

13、,固体颗粒成饼层状沉积于过滤介质表面，形成滤饼。适用于处理固相含量稍高（固相体积分率在1%以上）的悬浮液。,第三节 过滤 一、概述,3.过滤介质,过滤介质是滤饼的支承物，应具有下列条件：多孔性：孔道适当，对流体的阻力小，又能截住要分离的颗粒。物理化学性质稳定：耐热，耐化学腐蚀。足够的机械强度：使用寿命长。价格便宜,第三节 过滤 一、概述,过滤介质在过滤的开始阶段起截留固体颗粒的作用，但随过程的继续，它只起支撑滤饼的作用，滤饼层才真正起过滤的作用。刚开始时滤液较混浊，过一会滤液才变清。这是因为滤饼的孔隙比过滤介质的孔隙小，能截留住固体颗粒。因为过滤介质要支撑滤饼，所以它应具有一定的机械强度，尽可

14、能小的流动阻力，相应的耐蚀性和耐热性。,第三节 过滤 一、概述,3.过滤介质,工业上常用的过滤介质,4.滤饼的压缩性与助滤剂,助滤剂是某种质地坚硬而能形成疏松饼层的固体颗粒或纤维状物质，将其混入悬浮液或预涂于过滤介质上，可以增强滤饼的刚性和孔隙率，减小流动阻力。常用助滤剂硅藻土、珍珠岩粉、炭粉、石棉粉等。,第三节 过滤 一、概述,第三节 过滤 二、过滤设备,1.板框压滤机 由许多块带凹凸纹路的滤板与滤框交替排列组装于机架而构成。,第三节 过滤 二、过滤设备,滤 板,滤 框,1.板框压滤机,滤板与滤框装合时，按钮数以1-2-3-2-1-2-3-2-1-2-3-2-1的顺序排列。,第三节 过滤 二

15、、过滤设备,过滤面积=2框面积 滤液穿过滤饼厚度=框厚/2洗涤面积=框面积 洗液穿过滤饼厚度=框厚,第三节 过滤 二、过滤设备,1.板框压滤机,优点：结构简单，制造方便，操作压强高，适应能力强等。缺点：间歇操作，生产效率低，劳动强度大，滤布损耗较快。,第三节 过滤 二、过滤设备,1.板框压滤机,2.转筒真空过滤机,第三节 过滤 二、过滤设备,2.转筒真空过滤机,第三节 过滤 二、过滤设备,2.转筒真空过滤机,第三节 过滤 二、过滤设备,优点：连续自动操作，生产能力大，适宜处理量大而容易过滤的料浆。缺点：过滤面积小，设备投资高，过滤推动力有限，滤饼洗涤不充分。,2.转筒真空过滤机,第三节 过滤

16、二、过滤设备,3.加压叶滤机,间歇操作 设备紧凑，滤布不用装卸 结构比较复杂，造价较高,第三节 过滤 二、过滤设备,第三节 过滤三、过滤基本方程式,当量滤饼厚度，即假设过滤介质的阻力等于厚度为Le的滤饼的阻力。Le称为过滤介质的当量滤饼厚度。,过滤操作的特点是，随着过滤的进行，滤饼的厚度L不断增加，阻力也相应增加。如果推动力p是恒定的，则过滤速率必然越来越小。如果要保持过滤速率dV/d不变，必须逐渐增大p。,1.滤液通过滤饼的流动,颗粒床层一组平行细管流体通道 细管内表面=床层颗粒的全部表面 细管的总体积=床层空隙体积 细管直径=孔隙的当量直径基本参数空隙率：单位体积床层中的空隙体积，用e表示

17、。e=空隙体积/床层体积 m3/m3颗粒比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积，用a表示。a=颗粒表面积/颗粒体积 m2/m3,第三节 过滤三、过滤基本方程式,孔道（细管）平均长度：正比于滤饼厚度，用L 表示。L=k1L孔道（细管）当量直径：滤液流速:,（康采尼-Kozeny）,第三节 过滤三、过滤基本方程式,1.滤液通过滤饼的流动,2.过滤速度与过滤速率过滤速度单位时间通过单位过滤面积的滤液体积，m/s。过滤速率单位时间获得的滤液体积，m3/s。3.滤饼的阻力（层流，不可压缩滤饼）,Kozeny方程,第三节 过滤三、过滤基本方程式,r称为滤饼的比阻，1/m2,4.过滤介质的阻力,将过滤介质看作是厚度Le为的滤饼,5.总推动力与总阻力,第三节 过滤三、过滤基本方程式,6.过滤基本方程式,不可压缩性滤饼,可压缩性滤饼,s=0,r=r0,第三节 过滤三、过滤基本方程式,考虑到滤饼的可压缩性:,L=CV/A,Le=CVe/A,:单位压力差下的滤饼比阻，1/m2;,s：滤饼压缩性指数，其值恒小于1，滤饼的压缩性愈大，s也愈大，对于不可压缩的滤饼,s=0。,C:获得单位体积滤液所 形成的滤饼体积，m3滤饼/m3滤液。,过滤的基本概念 滤浆、滤液、滤渣（饼）、过滤方式 过滤设备的分类（按过滤推动力和操作方式）,本次课内容及要求,