第三章沉降与过滤课件.ppt

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1、1/70,分离,-筛分、沉降、过滤,-吸收、精馏、萃取,第三章 沉降与过滤,第一节 概述,2023/4/3,2,非均相物系分离：,沉降（重力沉降、离心沉降）过滤,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,分离的目的：回收分散物质;,2.净化分散介质。,2023/4/3,3,第二节 重力沉降,一、重力沉降速度,（一）球形颗粒的自由沉降,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,2023/4/3,4,（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,2023/4/3,5,2023/4/3,6,

2、2023/4/3,7,大颗粒，加速时间长，走过距离长,几乎一直在加速。小颗粒，加速时间短，走过距离短,加速段可忽略。,2023/4/3,8,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。,2023/4/3,9,（1）层流区 104 Re 2 Stokes 区,（2）过渡区 2 Re 500 Allen 区,（3）湍流区 500 Re 2105 Newton区,（球形）,2023/4/3,10,（三）沉降速度的计算,层流区：,Stokes(斯托克斯)式,过渡区：,湍流区：,2023/4/3,11,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，

3、否则重新假设区域。,2023/4/3,12,（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。,例1 现有一密度为2500kg/m3,直径为0.5mm的尼龙珠放在密度为800kg/m3的某液体中自由沉降,测得ut=7.510-3m/s,试求此液体的黏度。,解：设Re2,则验原设成立,2023/4/3,15,二、重力沉降设备,（一）降尘室,2023/4/3,16,1.沉降分离条件,停留时间：,沉降时间：,分离条件：,W,2023/4/3,17,2.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

4、降面积WL及颗粒 沉降速度ut有关，而与高度H无关。,2023/4/3,18,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。,2023/4/3,19,3.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,例2 用降尘室除去含尘气体中的球形尘粒，尘粒密度p=4000kg/m3，降尘室长3m,宽2m,高1m。含尘气体=210-5Pas,密度=1.2kg/m3，流量为3000m3/h。试求：可被100%除下的最小粒径；可被50%除下的粒径。,解：设Re2,则验,2023/4/3,22,第三节 离心沉降,一、离心沉降速度（一）沉降过程,切向速度

5、 ut径向速度 ur,t,2023/4/3,23,受力平衡时，径向速度ur为该点的离心沉降速度。,t,t,t,2023/4/3,24,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。,2023/4/3,25,二、离心沉降设备,（一）旋风分离器1.结构与工作原理,KC为52500，可分离气体中575m的颗粒。,2023/4/3,26,2.临界颗粒直径,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,2023/4/3,27,n旋转圈数,沉降时间：,停留时

6、间：,沉降分离条件：,沉降速度：,2023/4/3,28,临界颗粒直径：,讨论：,所以生产能力较大时，一般采用多个小旋风分离器并联。,2023/4/3,29,3.气体通过旋风分离器的压力降,一般 p=0.32 kPa,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:,30/70,第四节 过滤,一、概述,这种过滤是在过滤介质内部进行的，介质表面无滤饼形成。过滤用的介质为粒状床层或素烧（不上釉的）陶瓷筒或板。此法适用于从液体中除去很小量的固体微粒，例如饮用水的净化。,31/70,一、概述,滤浆,滤饼,过滤介质,滤液,-推动力：重力、压力、离心力,32

7、/70,一、概述,工业用过滤介质主要有：棉、麻、丝、毛、合成纤维、金属丝等编织成的滤布。,过滤介质：,多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。,33/70,一、概述,滤饼的压缩性：,空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。,34/70,一、概述,使用时，可预涂，也可以混入待滤的滤浆中一起过滤。助滤剂能形成结构疏松、而且几乎是不可压缩的滤饼。可改善原滤饼的可压缩性和过于致密的缺点。,助滤剂：,-是颗粒细小、粒度分布范围较窄、坚硬而悬浮性好 的颗粒状或纤维固体，如硅藻土、纤维粉末、活性 炭、石棉。,2023/4/3,35,颗粒的特性,2023/4/3,36,2023/4/3,37,38/70,二、

8、过滤基本方程,-滤液量V过滤时间的关系,(1)细管长度le与床层高度L成正比(2)细管的内表面积等于全部颗粒的表面积，流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。,1、过滤基本方程的推导,简化模型：假定：,真实速度,u,颗粒的比表面积,aB为滤饼的比表面积(单位体积的滤饼层所具有的表面积)a为颗粒的比表面积,孔隙率,39/70,二、过滤基本方程,-滤液量V过滤时间的关系,滤饼内，雷诺数很小，属层流流动，,-哈根-泊谡叶方程,le、de表达式,由质量守恒得：,A,40/70,二、过滤基本方程,-滤液量V过滤时间的关系,思考：影响过滤阻力的因素有哪些？影响过滤速度的因素有哪些？,41/70,二

9、、过滤基本方程,-滤液量V过滤时间的关系,设每获得单位体积滤液时，被截留在过滤介质上的滤饼体积为c（m3滤饼/m3滤液），则,令,滤饼,滤液,1,c,思考：滤饼中全是固体物吗？,压缩指数0s1（可压缩滤饼）s=0（不可压缩滤饼）,42/70,二、过滤基本方程,-过滤基本方程,过滤常数，由实验测定,思考：影响K的因素有哪些？影响Ve或qe的因素有哪些？,-滤液量V过滤时间的关系,43/70,二、过滤基本方程,-滤液量V过滤时间的关系,44/70,二、过滤基本方程,-滤液量V过滤时间的关系,2、恒压过滤,特点：,K为常数,积分得：,或,若过滤介质阻力可忽略不计，则,或,，过滤速度愈来愈小。,45/

10、70,三、过滤常数的测定,恒压时：,logplogK作图求出压缩指数s,/qq图,46/70,五、过滤设备及过滤计算,过滤设备,（一）间歇式过滤机板框压滤机,1.结构：,2.过滤操作：,（一）间歇式过滤机板框压滤机,3.洗涤操作：,置换洗涤：,（一）间歇式过滤机板框压滤机,当洗液粘度与滤液相同时，由过滤基本方程式可知：洗涤速率等于过滤终了速率,置换洗涤易造成洗液走短路，洗涤效果不好，为了提高洗涤效果，可采用横穿洗涤。,洗涤液的行程（包括滤饼和滤布）约为过滤终了时滤液行程的2倍，而流通面积却为其1/2，故洗涤速率约为过滤终了速率的1/4。,（一）间歇式过滤机板框压滤机,横穿洗涤,2023/4/3

11、,51,置换,横穿,2023/4/3,52,（二）转筒真空过滤机,1.结构与操作,特点：同时间、不同部位进行不同的操作。,2023/4/3,53,设转筒的转速为N(1/s),操作周期：,浸液率：（浸没分数）,有效过滤时间：,2.生产能力,2023/4/3,54,恒压过滤：,生产能力：,当过滤介质阻力忽略时:,55/70,小结,沉降,设备：降尘室结构,公式：,（Re2）,降尘室：能100%去除的最小颗粒满足,气体处理能力,与底面积呈正比，与高度无关。,重要概念：自由沉降、沉降速度、影响沉降速度的因素,斯托克斯公式,56/70,小结,1、重要概念：滤浆滤饼过滤介质滤液生产能力,过滤：,57/70,小结,2、公式：,与滤饼性质有关（比阻r0、比表面积a、空隙率、压缩指数s）与滤浆的性质（浓度、密度、粘度）有关。与推动力有关,r与滤饼的结构、性质（比表面积a、空隙率）有关,Ve与过滤介质的性质有关,恒压过滤方程,