化工原理课件：第三章 沉降与过滤

2020/1/291第三章沉降与过滤非均相物系分离：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：1.回收分散物质;2.净化分散介质。第一节概述2020/1/292p第二节重力沉降一、重力沉降速度（一）球形颗粒的自由沉降重力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。,p颗粒下沉2020/1/29336gppFmgdg重力：gdFpb36浮力：242222uduAFppd阻力：maFFFdbg2332366426ppppppudgdgdda2020/1/294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。4()3pptdgu2020/1/295（二）流体中颗粒运动的阻力(曳力)222242dppuuFAd——阻力系数（曳力系数）(Re)fReptdu、——流体特性dp、ut——颗粒特性2020/1/2962020/1/297——球形圆盘形2020/1/298（1）层流区10－4Re2Stokes区24Re（2）过渡区2Re500Allen区10Re（3）湍流区500Re2105Newton区0.44（球形）2020/1/299（三）沉降速度的计算层流区：2()18pptdgu——Stokes(斯托克斯)式过渡区：1/3224()255ptpgud湍流区：3.03()pptdgu2020/1/2910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。2020/1/2911（四）影响沉降速度的其它因素1.干扰沉降自由干扰uu2.颗粒形状Ade2非球形颗粒的表面积面积与颗粒体积相等的球表球形度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。2020/1/2912二、重力沉降设备（一）降尘室2020/1/29131.沉降分离条件停留时间：uL沉降时间：ttHu分离条件：tttLHLuuuuH即或W2020/1/29142.生产能力qV——降尘室所处理含尘气体的体积流量VVqqWHuuWHVtqLWu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。2020/1/2915多层降尘室：(1)VtqnWLu若n个隔板，则缺点：清灰难；隔板间距小，颗粒易被扬起。2020/1/29163.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。2()18pcptdgu1818()()VpctppqduggWLVtqHuuLWL层流2020/1/2917（二）沉降槽（增稠器）1.悬浮液的沉聚过程2020/1/29182.沉降槽（增稠器）2020/1/2919第三节离心沉降一、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2020/1/2920离心力：2236CppuuFmdrr径向向外浮力：（向心力）236bpuFdr指向中心阻力：242222rprduduAF指向中心受力平衡时，径向速度ur为该点的离心沉降速度。24()3pptrduur2020/1/2921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2()18pptdgu22()18pprduur（二）离心分离因数2crCtgFuuKugrF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。2020/1/2922二、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5~75m的颗粒。2020/1/29232.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2020/1/2924n——旋转圈数沉降时间：2218()mrrppibrbudu停留时间：2mirnu沉降分离条件：r沉降速度：22()18ppirmduur2020/1/2925临界颗粒直径：3()pcipbdnu讨论：（1）bdpcD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smui/25~122020/1/29263.气体通过旋风分离器的压力降22iup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:2020/1/2927(二)旋液分离器2020/1/2928(三)沉降式离心机1.管式离心机2.碟式离心机3.螺旋式离心机2020/1/2929第四节过滤一、悬浮液的过滤推动力：压力差，离心力，重力阻力：滤饼、过滤介质阻力过滤介质滤饼滤浆滤液2020/1/2930（一）两种过滤方式1.滤饼过滤2020/1/29312.深层过滤2020/1/2932（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2020/1/2933（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（四）过滤过程物料衡算——加助滤剂（1）湿滤渣密度11CpCCC——kg湿渣/kg干渣2020/1/2934（2）干渣质量与滤液体积之比(1)/XwCXcwCv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wC——kg湿渣/m3滤液m3滤饼/m3滤液2020/1/2935二、过滤速率基本方程式（一）过滤速率过滤速率：3/dVmsd过滤速度：/dVmsAd设为层流流动223232dΔpΔpulld2020/1/2936孔道长度AVlc孔道中流速与过滤速度的关系AddVu232cCΔpdVAdVdA过滤速度2020/1/2937令232drCdVΔpVAdrA——滤饼的比阻过滤速度滤饼阻力CcVVRrrvAA过滤介质阻力emVRrvAv——获得单位体积滤液所形成滤饼的体积，m3滤饼/m3滤液；2020/1/2938（二）过滤基本方程滤饼层：1ΔpdVAdR过滤介质层：2eΔpdVAdR12()/()eeeΔpΔpdVΔpΔpAAdRRrvVVArvVVpp1p2滤液2020/1/29392()edVΔpAdrvVV过滤速率——过滤基本方程2ΔpKrv令22()edVKAdVV则2020/1/2940三、恒压过滤K为常数22()edVKAdVV200()2VeKVVdVAd222eVVVKA——恒压过滤方程式（一）滤液体积与过滤时间的关系2020/1/294123/,mmAVqAVqee令22eqqqKVo1V1A2020/1/2942(二)过滤常数的测定22eqqqK12eqqqKKq/qeqK2K1斜率/q～q为直线关系，其斜率为，截距为eqK2K12020/1/2943三、过滤设备及操作（一）板框过滤机2020/1/29442020/1/2945——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2020/1/2946（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。2020/1/2947设转筒的转速为N(1/s)操作周期：360转筒总表面积转筒浸没面积浸液率：（浸没分数）N1N有效过滤时间：FN2.生产能力2020/1/2948恒压过滤：2222eeeeVKAVVKAVVN222eVVVKA生产能力：)223((/)eeVQNVNKAVVmsN当过滤介质阻力忽略时:23(/)QNKAAKNmsN2020/1/2949（三）离心过滤机1.悬筐式离心机2.往复活塞推渣离心机3.离心力自动卸渣离心机