T環(huán)境工程原理課件圖文解析52

第三章沉降與過(guò)濾

學(xué)習(xí)目標(biāo)了解非均相混合物的特點(diǎn)，沉降、過(guò)濾、離心分離的基本概念，在工業(yè)生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)。掌握沉降分離、過(guò)濾分離的基本原理，有關(guān)計(jì)算及設(shè)備選用，能夠分析解決實(shí)際問(wèn)題。第一節(jié)概述沉降與過(guò)濾是分離非均相物系常用的兩種操作，尤其在水污染控制與大氣污染控制中得到廣泛的應(yīng)用?；旌衔锓诸?lèi)均相混合物---物系內(nèi)不存在相界面非均相混合物---物系內(nèi)部存在相界面｛非均相物系類(lèi)型｛氣態(tài)非均相物系---含塵、含霧氣體等液態(tài)非均相物系---乳濁液、懸浮液、泡沫液等一、機(jī)械分離原理：非均相物系中分散相和連續(xù)相具有不同的物理性質(zhì)，所以可以采用機(jī)械方法使相間相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)分離。

機(jī)械分離的操作方式：⑴沉降在外力作用下使顆粒相對(duì)于流體（靜止或運(yùn)動(dòng)）運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)分離的過(guò)程。⑵過(guò)濾流體相對(duì)于固體顆粒床層運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)固液分離的過(guò)程。二、機(jī)械分離方法在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用氣態(tài)非均相物系---采用重力沉降、和離心沉降。液態(tài)非均相物系---可采用重力沉降、離心沉降、過(guò)濾操作。機(jī)械分離方法在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用：⑴收集分散物質(zhì)⑵凈化分散介質(zhì)⑶環(huán)境保護(hù)第二節(jié)重力沉降及設(shè)備

沉降操作是靠重力的作用，利用分離物質(zhì)與分散介質(zhì)的密度差異，使之發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而分離的過(guò)程。一、重力沉降速度1.球形顆粒的自由沉降⑴沉降顆粒的受力情況與分析

∵∴自由沉降：顆粒濃度低，分散好，沉降過(guò)程中互不碰撞、互不影響。顆粒下沉沉降顆粒的受力情況

重力:

浮力：阻力：∴

⑵顆粒沉降過(guò)程分析沉降過(guò)程可分為兩個(gè)階段:第一階段為加速運(yùn)動(dòng)，第二階段為勻速運(yùn)動(dòng)。⑶沉降速度的通式2.阻力系數(shù)

Ret=

Ut=

Ut——顆粒的自由沉降速度，m/s

μ——流體的粘度，Pa.sζ-Ret關(guān)系曲線（1）滯流區(qū)（Stokes區(qū)）10－4<

Re<1（2）過(guò)渡區(qū)（Allen區(qū)）

1<Re<103（3）湍流區(qū)（Newton區(qū)）103<Re<2105ζ=

ζ=ζ=0.44球形顆粒在相應(yīng)各區(qū)的沉降速度公式:滯流區(qū)：過(guò)渡區(qū)：湍流區(qū)：Ut=

Ut=Ut=0.27

Ut=0.27Ut=1.74

Ut=1.743.沉降速度的計(jì)計(jì)算⑴試差法步驟：①假設(shè)沉降流型型，選用相應(yīng)應(yīng)的沉降速度度計(jì)算公式計(jì)計(jì)算Ut；②用求出的Ut計(jì)算Ret值。檢驗(yàn)Ret值是否在原假假設(shè)的流型區(qū)區(qū)內(nèi)，如果與與原假設(shè)一致致，則計(jì)算的的Ut有效。⑵用無(wú)因次數(shù)群群K值判斷流型根據(jù)無(wú)因次數(shù)數(shù)群K值判別沉降區(qū)區(qū)，然后選用用相應(yīng)的沉降降速度公式計(jì)算算Ut。Ret=斯托克斯定律律區(qū)K≤2.62艾侖定律區(qū)2.62<K<69.1牛頓定律區(qū)K>69.1K=d二、重力沉降降設(shè)備1.降塵室利用重力沉降降原理從氣流流中分離出固固體塵粒的設(shè)設(shè)備稱(chēng)為降塵塵室。停留時(shí)間：沉降時(shí)間：分離條件：降塵室生產(chǎn)能力氣體在降塵室室內(nèi)的水平通通過(guò)速度為結(jié)論：對(duì)于一定尺寸寸的顆?；騏t，理論上降塵塵室的生產(chǎn)能能力只與寬度度b和長(zhǎng)度l有關(guān)，而與降降塵室高度H無(wú)關(guān)。多層降塵室：隔板間距一般般為40～100nm降塵室內(nèi)設(shè)置置n層水平隔板，，生產(chǎn)能力：2.沉降槽沉降槽又稱(chēng)增增濃器或澄清清器，是利用用重力沉降來(lái)來(lái)提高懸浮液濃度并同同時(shí)得到澄清清液的設(shè)備。。連續(xù)沉降槽3.普通沉淀池⑴平流式沉淀池池設(shè)鏈帶刮泥機(jī)機(jī)的平流沉淀淀池平流式沉淀池池的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)構(gòu)造簡(jiǎn)單，效效果良好，工工作性能穩(wěn)定定，但排泥較較為困難。⑵豎流式沉淀池池優(yōu)點(diǎn)：排泥容易，不不需要機(jī)械刮刮泥設(shè)備，便便于管理。缺點(diǎn)：是單池容量小小，當(dāng)水量較較大時(shí)，池?cái)?shù)數(shù)過(guò)多。⑶輻流式沉淀淀池輻流式沉淀淀池一般采采用機(jī)械排排泥，適用用范圍廣，，既可做為初次沉淀淀池，也可可做二次沉沉淀池。4.平流式沉砂砂池第三節(jié)離離心沉降及及設(shè)備依靠慣性離離心力的作作用而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的沉降過(guò)過(guò)程稱(chēng)為離離心沉降。。一、離心沉沉降速度Ur=離心沉降同同樣存在三三種沉降流流型滯流沉降區(qū)區(qū)：Ur=離心沉降速速度與重力力沉降速度度的比值為為=Kc二．離心沉沉降設(shè)備1.旋風(fēng)分離器器⑴旋風(fēng)分離器器的結(jié)構(gòu)與與操作原理理標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離離器氣體在旋風(fēng)分分離器內(nèi)的運(yùn)運(yùn)動(dòng)情況⑵旋風(fēng)分離器的的性能性能指標(biāo)：①臨界粒徑是指理論上在在旋風(fēng)分離器器中能被完全全分離出來(lái)的的最小顆粒直直徑，用dc表示。dc=②分離效率分離效率又稱(chēng)稱(chēng)除塵效率，，可直接反映映旋風(fēng)分離器器的除塵能力力。表示方法：總總效率或稱(chēng)綜綜合效率，用用η0表示；分效率或稱(chēng)粒粒級(jí)效率，用用表示。η0=××100％ηp與di的對(duì)應(yīng)關(guān)系可可用曲線表示示，稱(chēng)為粒級(jí)級(jí)效率曲線。d50是粒級(jí)效率恰恰好為50％的顆粒直徑徑，稱(chēng)為分割割直徑：d50≈0.27η0＝粒級(jí)效率曲線線標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離離器的ηp-d/d50曲線③壓力降原因：ⅰ.進(jìn)氣管和排氣氣管及主體器器壁所引起的的摩擦阻力ⅱ.局部阻力ⅲ.氣體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)動(dòng)能損失Δd=ζ旋風(fēng)分離器的的壓降一般為為500～2000Pa⑶旋風(fēng)分離器類(lèi)類(lèi)型與選用①CLT/A型采用傾斜螺旋旋面進(jìn)口的旋風(fēng)分離器。CLT/A型②CLP型CLP型是帶有半螺螺旋線和螺旋線的的旁路分離室室的旋風(fēng)分離器器。CLP/B型③擴(kuò)散式它主要的特點(diǎn)點(diǎn)是圓筒以下部分的直徑徑逐漸擴(kuò)大，，底部有一刀錐體體形、頂部有有口的反射屏，下下沿有縫隙與與集灰斗相通。擴(kuò)散式旋風(fēng)分分離器2.旋液分離器利用離心沉降降原理從懸浮浮液中分離固固體顆粒的設(shè)設(shè)備第四節(jié)過(guò)濾過(guò)濾是在外力力作用下，使使懸浮液中的的液體通過(guò)多多孔介質(zhì)的孔道，而固固體顆粒被截截留在介質(zhì)上上，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)固、液分離離的操作。過(guò)濾操作示意意圖推動(dòng)力：壓力力差，離心力力，重力阻力力：濾餅、過(guò)過(guò)濾介質(zhì)阻力一、過(guò)濾操作的基基本概念1.過(guò)濾介質(zhì)（1）織物介質(zhì)（（又稱(chēng)濾布））這類(lèi)介質(zhì)能截截流顆粒的最最小直徑為5～65μm。（2）堆積介質(zhì)多用于深床過(guò)過(guò)濾。（3）多孔固體介介質(zhì)能攔截1～3μm的微細(xì)顆粒。。（4）多孔膜用于膜過(guò)濾的的各種有機(jī)高高分子膜和無(wú)無(wú)機(jī)材料膜。。2.濾餅的壓縮性性及助濾劑濾餅分類(lèi)：不可壓縮濾餅餅---空隙不隨壓力力變化可壓縮濾餅---空隙隨壓力增增加而減小助濾劑---可以改善餅層層的性能，質(zhì)質(zhì)地堅(jiān)硬而能能形成疏松餅層的固體體顆?；蚶w維維狀物質(zhì)。助濾劑的基本本要求：①應(yīng)能形成多孔孔餅層的剛性性顆粒。②應(yīng)具有化學(xué)穩(wěn)穩(wěn)定性。③具有不可壓縮縮性。二、過(guò)濾基本方程程式1.濾液通過(guò)餅層層的流動(dòng)特性性①餅層形成不規(guī)規(guī)則的網(wǎng)狀結(jié)結(jié)構(gòu)；②過(guò)濾操作時(shí)，濾餅厚度增加加而流動(dòng)阻力力逐漸加大，，過(guò)濾屬于不不穩(wěn)定操作；；③濾液通過(guò)餅層層的流動(dòng)屬于于滯流流動(dòng)。。2.過(guò)濾速率通常，濾布與與濾餅的面積積相同，所以以?xún)蓪又械乃偎俾蕬?yīng)相等，，則或3.過(guò)濾基本方程程式不可壓縮濾餅餅的過(guò)濾基本本方程式可壓縮濾餅的過(guò)濾基本方方程式三、恒壓過(guò)濾過(guò)濾操作是在在恒定壓力差差下進(jìn)行的，，則稱(chēng)為恒壓壓過(guò)濾。1.恒壓過(guò)濾方程程式k——過(guò)濾物料料特性的常數(shù)數(shù)2.過(guò)濾常數(shù)的測(cè)測(cè)定⑴過(guò)濾常數(shù)K、qe、θe的測(cè)定⑵壓縮性指數(shù)s的測(cè)定四、過(guò)濾設(shè)備1.快濾池⑴基本構(gòu)造①濾料層②墊料層③排水系統(tǒng)普通快速濾池池的構(gòu)造⑵普通快濾池的的過(guò)濾工藝過(guò)過(guò)程過(guò)濾工藝過(guò)程程：ⅰ.過(guò)濾---截留污染物ⅱ.反洗---從濾料層中洗洗去被截留的的污染物從過(guò)濾開(kāi)始到到結(jié)束所延續(xù)續(xù)的時(shí)間稱(chēng)為為濾池的工作作周期，一般應(yīng)大于8小時(shí)，最長(zhǎng)可可達(dá)48小時(shí)以上。從從過(guò)濾開(kāi)始到到反洗結(jié)束稱(chēng)為一一個(gè)過(guò)濾循環(huán)環(huán)。2.壓力濾池壓力濾池3.轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾濾機(jī)轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾濾機(jī)裝置示意意圖轉(zhuǎn)筒及分配頭頭的結(jié)構(gòu)4.微濾機(jī)微濾機(jī)總圖5.袋式除塵器⑴袋式除塵器的的結(jié)構(gòu)型式①濾袋形狀：圓袋扁袋②氣流進(jìn)入方向向：內(nèi)濾式外濾式③進(jìn)氣方式：下進(jìn)氣上進(jìn)氣④清灰方式機(jī)械振動(dòng)清灰灰逆氣流清灰吹灰圈清灰脈沖清灰典型清灰機(jī)理理示意圖機(jī)械清灰式除除塵器脈沖清灰袋式式除塵器⑵袋式除塵器的的選擇①濾布的選擇纖維機(jī)械強(qiáng)度最高使用溫度（℃）耐腐蝕特性一般應(yīng)用酸堿有機(jī)溶劑棉織物強(qiáng)80差中好低費(fèi)用低溫粉塵作業(yè)毛料中95中差好低費(fèi)用冶煉爐聚酰胺（尼龍）強(qiáng)100中好好易清灰低溫破碎粉塵作業(yè)聚脂（滌綸）強(qiáng)135好中好易清灰冶煉爐、化工廠、電弧爐四氟乙烯中260好好好昂貴化工廠玻璃纖維強(qiáng)280中中好耐磨性差冶煉爐、電弧爐、炭黑廠尼龍強(qiáng)230好中好抗?jié)裥圆钜睙捈半娀t②過(guò)濾速度的確確定粉塵種類(lèi)清灰方式振打與逆氣流聯(lián)合脈沖噴吹反吹風(fēng)炭黑①、氧化硅（白炭黑），鉛①、鋅的升華物以及起它在氣體中由于冷凝和化學(xué)反應(yīng)而形成的氣溶膠，化妝粉、去污粉、奶粉、活性炭、由水泥窯排出的水泥①等0.45－0.50.8－2.00.33－0.45鐵①及鐵合金①的升華物、鑄造塵、氧化鋁①、由水泥磨排出的水泥①、碳化爐升華物①、石灰①、剛玉、安福粉及其它肥料、塑料、淀粉0.5－0.751.5－2.50.45－0.55滑石粉、煤、噴砂清理塵①、飛灰①、陶瓷生產(chǎn)的粉塵①、炭黑（二次加工）、顏料、高嶺土、石灰石①、礦塵①、鋁土礦、水泥（來(lái)自冷卻器）①、搪瓷①0.7－0.82.0－3.00.6－0.9石棉、纖維塵①、石膏、珠光石、橡膠生產(chǎn)中的粉塵①、鹽、面粉、研磨工藝中的粉塵①0.3－1.12.5－4.5——煙草、皮革粉、混合飼料、木材加工中的粉塵、粗植物纖維（大麻、黃麻等）0.9－2.02.5－6.6——第五節(jié)離心機(jī)一、基礎(chǔ)知識(shí)識(shí)離心機(jī)---利用離心力以以分離非均相相混合物的設(shè)設(shè)備。按分離的方式式分類(lèi)：（1）過(guò)濾式離心心機(jī)（2）沉降式離心心機(jī)（3）分離式離心心機(jī)按分離因數(shù)的大大小分類(lèi)：常速離心機(jī)（（Kc<3×103，一般為600～1200），高速離心機(jī)（（Kc=3×103～5×103），超速離心機(jī)（（Kc＞5×