第三章 沉降與過濾

1、第三章第三章 沉降與過濾沉降與過濾第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述一、非均相物系的分離 混合物均勻混合物（均相物系） 例：水與乙醇 不均勻混合物（非均相物系） 例：氣溶膠，懸浮液，乳濁液 其中，固體顆粒稱為分散相，氣、液相稱為連續(xù)相或分散介質 分離方法 均相物系蒸餾、吸收、萃取、結晶等 非均相物系沉降、過濾、膜分離等二、學習內容 沉降重力沉降、離心沉降 過濾壓力過濾三、學習目的 掌握幾種操作的原理及應用計算 了解理論的建立過程及幾種典型設備自來水廠水的凈化分三步，第一步是絮凝過程，也可以叫反應過程。在流動中使水中的雜質顆粒絮凝長大；第二步是沉降。沉降池是使大顆粒得以除去。第三步是砂濾。砂濾池，進一步用

2、900mm厚砂層，將小顆粒雜質濾去。 自來水廠的主要流程自來水廠的主要流程廣州水廠全貌 圖中蘭色粗管是來自珠江的原料水，條形池子是絮凝池，左側池是沉降池。 這是沉降池。圖為絮凝之后的水，是從沉降池底部流入，到池子上部水已很清了。 水廠沉降池 第二節(jié)第二節(jié) 重力沉降重力沉降一、沉降速度1、球形顆粒在流體中的自由沉降自由沉降：當顆粒在流體中只受重力和浮力，不受其它因素影響而發(fā)生沉降時，稱為自由沉降。顆粒受力：重力、浮力和阻力。 設顆粒從靜止開始運動，沉降時，阻力方向與運動方向相反AuFgdFgdmgFdPbPPg266233阻力：浮力：重力：沉降速度流體的密度顆粒的直徑、密度、向上阻力向上浮力向下

3、重力udAdFFFPPPdbg24顆粒在運動過程中，為定值，為定值，勻速沉降階段，合力為逐漸減小，加速階段，最大，初始階段，沉降速度個階段：可以把沉降過程分為三變化隨）不變，只有（ddddbgFuuuaaFuaFuuFFF00000ddumFFFFdbg3)(40/ppttgduuuddu，得沉降速度計算式：時，令當2、阻力Fd與阻力系數 Re10500Re2（2）過渡區(qū)（1）層流區(qū)2Re104Re245102Re500（3）湍流區(qū)44. 0AuFd22阻力：3、沉降速度計算（1）層流區(qū)，斯托克斯定律2Re10418)(2gduPPt500Re2PPtdgu31222254（2）過渡區(qū)，阿侖定

4、律5102Re500gduPPt)(03.3（3）湍流區(qū)，牛頓定律計算時，采用試差法：步驟：假設流型采用對應公式計算校核 及流型tPudReRe(2) 顆粒的體積濃度 濃度較高時，便發(fā)生干擾沉降(3) 器壁效應 當容器直徑較小時，便發(fā)生受阻沉降 (1) 顆粒形狀對非球形顆粒，其沉降得慢一些。1沉降室結構 二、重力沉降的應用降塵室ttuH沉降時間為： 顆粒水平分速度與氣體的流速u相等，則： uL停留時間為： 分離條件：分離條件： 顆粒從入口到出口的顆粒從入口到出口的停留時間停留時間大于大于或或等于等于沉降時間沉降時間2、分離過程tuHuL即tLWuquHqLHWtvtv或HWquv因HWLu3、

5、臨界粒徑dpc顆粒在降塵室內的流速：顆粒在降塵室內的流速：HWquv則，沉降速度：則，沉降速度：LWqHWqLHLHuuvvt當某種顆粒滿足當某種顆粒滿足 的條件，此粒徑為降塵室能的條件，此粒徑為降塵室能100%除去的最小粒徑，稱為除去的最小粒徑，稱為臨界粒徑臨界粒徑dpc，tLWquvtc在斯托克斯定律區(qū)，LWqdvspc)(184、應用計算（1）顆粒粒徑一定時，求最大處理量多層隔板面積有關，與高度無關結論：氣體處理量與底最大氣體流量分離極限條件：ttVttuWLWHHLuuAqHLuuuHuLmax（2）處理量一定時，求最小分離粒徑（臨界粒徑）gWLqdgduLWqLHuuuHuLpVpc

6、PPtcVtct18182對應臨界粒徑沉降處于層流區(qū)時，得由解：由公式可知，降塵室能完全除去的最小顆粒的沉降速度為： 1sm694. 0523600/25000LWquvtc假定在層流區(qū)，得： 18)(2gduPPtcm1021. 981. 94500694. 01031855Pcd【例】 某除塵室高2m、寬2m、長5m，用于礦石焙燒爐的爐氣除塵。礦塵的密度為4500kgm-3，其形狀近于圓球。操作條件下氣體流量為 ，氣體密度為 、粘度為310 -5 Pas。試求理論上能完全除去的最小礦粒直徑。25000m3/h0.6kgkg/m3228. 11036 . 0694. 01021. 9Re55

7、ocPcud層流區(qū),得： mdPc51021. 9連續(xù)沉降槽動畫沉降除塵室動畫 煙道除塵動畫 湍球塔除塵動畫 靜電除塵器動畫 二、離心沉降旋風分離器動畫 文丘里除塵器動畫 第四節(jié)第四節(jié) 過過 濾濾一、過濾基本概念多孔介質濾液（液體）濾餅（濾渣）過濾介質懸浮液（濾漿） （2）濾餅過濾 固體物質沉積于過濾介質表面而形成濾餅層的操作，真正發(fā)揮截留顆粒作用的主要是濾餅本身，因此稱作餅層過濾。餅層過濾主要用于含固量較大（1%）的場合。濾餅過濾濾餅過濾深層過濾深層過濾濾液濾液1、工業(yè)常用過濾方法 深層過濾、濾餅過濾（1）深層過濾 固體顆粒并不形成濾餅，而是沉積于較厚的粒狀對濾介質床層內部的過濾操作。深床過

8、濾主要用于凈化含固量很少（0.1%）流體，如水凈化等?？椢锝橘| 最常用的過濾介質，工業(yè)上稱為濾布(網)，由天然纖維、玻璃纖維、合成纖維或者金屬絲編織而成?？山亓舻淖钚☆w粒的直徑為5-65微米。多孔固體介質 具有很多微細孔道的固體材料，如多孔陶瓷、多孔金屬及多孔性塑料制成的管或板，能截留1-3m的微小顆粒。堆積介質 由沙、木炭之類的固體顆粒堆積而成的床層，稱作濾床，用作過濾介質使含少量懸浮物的液體澄清。多孔膜 用于膜過濾的各種有機分子膜和無機材料膜。3、助濾劑 某種質地堅硬、粒度均勻的顆粒 硅藻土 珍珠巖 石棉 炭粉、紙漿粉4、懸浮液量、固體量、濾液量及濾渣的關系（1）濕濾渣密度，11CCpc3

9、33/,/,/,mkgmkgmkgmmCpc干濾渣密度濕濾渣密度濾液密度干渣濕渣)1(CXX（2）Vm干渣懸浮液固體干渣kgkgX（4）VVCc濕渣（3）VmC濕渣二、過濾速率基本方程式1、過濾速率與過濾速度濾液體積；V過濾速度：單位時間內過濾面積A上獲得的濾液體積smAdtdVsmdtV/d3過濾速率：單位時間單位過濾面積上獲得濾液體積過濾面積A過濾時間t2、濾液通過濾餅層的流動（過濾過程分析）1P2P1122濾液在管內層流，則在1-1，2-2截面之間存在阻力存在壓力降P由兩部分組成21PPPmCPP介質層：濾餅層：mCPPPsPamllmddlPdlPdlPdumC濾液的黏度，平均長度，濾

10、餅層與介質層的孔道，平均直徑，濾餅層與介質層的孔道，式：根據層流的速度分布公21212221212323232AVrPAddVurrdAVdpAddVAddVuAVlAVllcCcccc/32)32(/221比例系數設比例系數與過濾速度成正比，濾液在濾餅層內的流速濾餅厚度其中，AdtdVAVVrPPAVrPlPduVVlmcmCmmmmeee/322積，則過濾介質的當量濾液體，令其所得濾液體積為的濾餅層所產生的阻力厚度，可設其阻力為相當于同樣，對于介質層來說2/1/mrAVrRAVrAVrRpemccc濾餅的比阻，過濾介質的阻力濾餅的阻力濾液通過濾餅的推動力3、過濾速率方程2/AVVrPdtd

11、VAVVrPAdtdVee過濾恒壓過濾，壓力為定值，速率減慢 恒速過濾，速率恒定，增大壓力 dAKdVVVVVAKddVrPKrPVee20022)(22設為定值、漿，為常數，對于一定的濾三、恒壓過濾1、恒壓過濾速率方程2222AKVVVe或222KAVVVe過濾常數，令KKqqqqAVqAVeee22KqKAVqVeee2220, 0, 0過濾方程式可簡化為：當過濾介質阻力忽略不計時，2、過濾常數的測定KqqqqKqKqKqqqeee2,K1,2122截距為直線的斜率為線性相關與2322422223112311/1061. 2,/1026. 160025. 0225. 030017. 0217. 02/25. 02 . 005. 0600/17. 02 . 0034. 0300) 1 (mmqsmKKqKqKqqqmmAVqsmmAVqseeee得：時，時323422213. 02 . 065. 0/65. 036001026. 11061. 2223