沉降与过滤.pptx

2024/4/2 周二1p第二节第二节 重力沉降重力沉降一、一、重力沉降速度重力沉降速度（一）球形颗粒的自由沉降（一）球形颗粒的自由沉降重力重力Fg浮力浮力Fb阻力阻力Fd自由沉降自由沉降：颗粒浓度低，分散好，沉降过程中颗粒浓度低，分散好，沉降过程中 互不碰撞、互不影响。互不碰撞、互不影响。颗粒下沉颗粒下沉p重力重力Fg浮力浮力Fb阻力阻力Fd2024/4/2 周二22024/4/2 周二3重力沉降速度重力沉降速度:颗粒受力平衡时，匀速阶段颗粒相对颗粒受力平衡时，匀速阶段颗粒相对 于流体的运动速度。于流体的运动速度。2024/4/2 周二4（二）流体中颗粒运动的阻力（二）流体中颗粒运动的阻力(曳力曳力)阻力系数阻力系数（曳力系数）（曳力系数）、流体特性流体特性dp、ut颗粒特性颗粒特性2024/4/2 周二6球形球形 圆盘形圆盘形2024/4/2 周二7（1）层流区）层流区 104 Re 2 Stokes 区区 （2）过渡区）过渡区 2 Re 500 Allen 区区 （3）湍流区）湍流区 500 Re 2 105 Newton区区（球形）（球形）2024/4/2 周二8（三）（三）沉降速度的计算沉降速度的计算层流区：层流区：Stokes(斯托克斯斯托克斯)式式过渡区：过渡区：湍流区：湍流区：2024/4/2 周二9试差计算法：试差计算法：假设沉降处于某一区域；假设沉降处于某一区域计算计算ut；计算计算Re，校验区域；，校验区域；若符合，则正确，否则重新假设区域。若符合，则正确，否则重新假设区域。2024/4/2 周二10（四）影响沉降速度的其它因素（四）影响沉降速度的其它因素1.干扰沉降干扰沉降2.颗粒形状颗粒形状 越小，阻力越大，越小，阻力越大，Re相同时沉降速度越小。相同时沉降速度越小。3.壁效应壁效应 使沉降速度下降。使沉降速度下降。2024/4/2 周二11二、二、重力沉降设备重力沉降设备（一）降尘室（一）降尘室2024/4/2 周二121.沉降分离条件沉降分离条件停留时间：停留时间：沉降时间：沉降时间：分离条件：分离条件：Wutq2024/4/2 周二132.生产能力产能力qVs降尘室所处理含尘气体的体积流量降尘室所处理含尘气体的体积流量结论结论：降尘室的生产能力只与沉降面积降尘室的生产能力只与沉降面积WL及颗粒及颗粒 沉降速度沉降速度ut有关，而与高度有关，而与高度H无关。无关。2024/4/2 周二14多层降尘室：多层降尘室：若若n个隔板，则个隔板，则缺点：缺点：清灰难；清灰难；隔板间距小，隔板间距小，颗粒易被扬起。颗粒易被扬起。2024/4/2 周二153.临界颗粒直径临界颗粒直径临界颗粒直径临界颗粒直径dpC降尘室降尘室理论上理论上能能100%除去的除去的 最小颗粒直径。最小颗粒直径。层流层流2024/4/2 周二18 第三节第三节 离心沉降离心沉降一、离心沉降速度一、离心沉降速度（一）沉降过程（一）沉降过程切向速度切向速度 u径向速度径向速度 ur合成合成u合合 合合2024/4/2 周二19离心力：离心力：径向向外径向向外 浮力：浮力：（向心力）（向心力）指向中心指向中心阻力：阻力：指向中心指向中心 受力平衡时，受力平衡时，径向速度径向速度ur为该点的为该点的离心沉降速度离心沉降速度。2024/4/2 周二20重力沉降速度重力沉降速度ut离心沉降速度离心沉降速度ur方向方向:向下，大小不变向下，大小不变 径向向外，随径向向外，随r变化变化 层流层流:（二）离心分离因数（二）离心分离因数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同一颗粒在同种介质中所受离心力与重力之比。力与重力之比。2024/4/2 周二21二、二、离心沉降设备离心沉降设备（一）旋风分离器（一）旋风分离器1.结构与工作原理结构与工作原理 KC为为52500，可分离，可分离气体中气体中575 m的颗粒。的颗粒。2024/4/2 周二222.临界颗粒直径临界颗粒直径uib假设：假设：切向速度切向速度ut=进口速度进口速度ui 颗粒沉降的最大距离颗粒沉降的最大距离b 层流层流rm平均旋转半径平均旋转半径2024/4/2 周二23n旋转圈数旋转圈数沉降时间：沉降时间：停留时间：停留时间：沉降分离条件：沉降分离条件：沉降速度：沉降速度：2024/4/2 周二24临界颗粒直径：临界颗粒直径：讨论：讨论：（1）b dpc D 旋风分离器越大，分离效果越不好旋风分离器越大，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。所以生产能力较大时，一般采用多个小旋风分离器并联。（2）ui dc 分离效果好分离效果好流动阻力大流动阻力大2024/4/2 周二253.气体通过旋风分离器的压力降气体通过旋风分离器的压力降一般一般 p=0.32 kPa 进、排气与筒壁之间的摩擦损失；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；进入时突然扩大的局部阻力；旋转中动能损失旋转中动能损失造成气体压力降：造成气体压力降：由于由于:2024/4/2 周二26(二二)旋液分离器旋液分离器2024/4/2 周二27(三三)沉降式离心机沉降式离心机1.管式离心机管式离心机2.碟式离心机碟式离心机3.螺旋式离心机螺旋式离心机2024/4/2 周二28沉降离心机类型沉降离心机类型沉降离心机类型沉降离心机类型 管管式式离离心心机机 特特点点是是转转鼓鼓(管管)直直径径小小、长长度度大大、转转速速高高、分分离离效效率率很很高高，可可以以处处理理颗颗粒粒粒粒径径为为0.01mm0.01mm的的悬悬浮浮液液和难分离的乳浊液。和难分离的乳浊液。可可连连续续操操作作，悬悬浮浮液液或或乳乳浊浊液液由由转转鼓鼓下下端端加加入入，被被转转鼓鼓内内的的纵纵向向肋肋板板带带动动迅迅速速达达到到与与转转鼓鼓同同角角速速度度旋旋转转。在在离离心心力力作作用用下下，颗颗粒粒或或重重液液层层甩甩向向鼓鼓壁壁由由重重液液出出口口引引出出，轻轻液液则则从从转转鼓鼓中中心心部位溢出。部位溢出。离离心心分分离离因因数数可可达达65,00065,000，工工业业上上可可用用于于油油水水分分离离，实实验验室室中中可可用用于于分分离离微生物和蛋白质。微生物和蛋白质。管式离心机示意图 2024/4/2 周二29沉降离心机类型沉降离心机类型沉降离心机类型沉降离心机类型 碟碟式式离离心心机机(薄薄层层分分离离沉沉降降离离心心机机)转转鼓鼓内内装装有有一一叠叠随随转转鼓鼓旋旋转转的的倒倒锥锥形形碟碟片片，碟碟片片间间隙隙为为0.50.51.5mm1.5mm，分离因素可达分离因素可达300010000300010000。悬悬浮浮液液由由中中心心管管引引入入转转鼓鼓，分分配配在在碟碟片片之之间间形形成成薄薄层层流流动动。在在离离心心力力作作用用下下，颗颗粒粒沉沉降降到到碟碟片片内内侧侧表表面面并并向向外外滑滑动动。清清液液则则沿沿碟碟片片外外侧侧表表面向内流动。面向内流动。碟碟片片扩扩展展了了沉沉降降面面，缩缩短短了了沉沉降降距距离离，故故具具有有较较大大的的生生产产能能力力和和较较高高的的分分离离效效率率，适适于于处处理理粒粒径径0.10.1100mm100mm固含量小于、固含量小于25%25%的悬浮液。的悬浮液。喷嘴排渣碟式离心机2024/4/2 周二30沉降离心机类型沉降离心机类型沉降离心机类型沉降离心机类型 螺螺旋旋卸卸料料沉沉降降离离心心机机 有有卧卧式式和和立立式式两两种种。连连续续操操作作，悬悬浮浮液液经经加加料料管管由由螺螺旋旋内内筒筒进进料料孔孔进进入入，随随同同转转鼓鼓高高速速旋旋转转，固固体体沉沉降降到到鼓鼓壁壁，由由于于转转鼓鼓有有一一定定转转速速差差的的螺螺旋旋向向小小端端输输送送并并排排出出，清液则由转鼓大端溢流而出。清液则由转鼓大端溢流而出。分分离离因因素素可可达达60006000。可可处处理理粒粒度度2mm5mm2mm5mm，固固含含量量小小于于 10%50%10%50%，固液密度差大于，固液密度差大于 0.05g/cm3 0.05g/cm3 的悬浮液。的悬浮液。卧式螺旋卸料离心机示意图1螺旋送料器；2机壳；3转鼓；4行星差速器 2024/4/2 周二31第四节第四节 过过 滤滤一、悬浮液的过滤一、悬浮液的过滤推动力：压力差，离心力，重力推动力：压力差，离心力，重力阻阻 力：滤饼、过滤介质阻力力：滤饼、过滤介质阻力2024/4/2 周二32（一）两种过滤方式（一）两种过滤方式1.滤饼过滤滤饼过滤2024/4/2 周二332.深层过滤深层过滤2024/4/2 周二34（二）过滤介质（二）过滤介质织物介质织物介质 多孔性固体介质多孔性固体介质 堆积介质堆积介质 多孔膜：多孔膜：高聚物膜、无机膜高聚物膜、无机膜（三）滤饼的可压缩性与助滤剂（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可压缩滤饼：空隙随压力增加而减小 加助滤剂加助滤剂2024/4/2 周二37二、过滤速率基本方程式二、过滤速率基本方程式（一）过滤速率（一）过滤速率过滤速率：过滤速率：过滤速度：过滤速度：设为设为层流流动层流流动2024/4/2 周二38孔道长度孔道长度孔道中流速与过滤速度的关系孔道中流速与过滤速度的关系过滤速度过滤速度2024/4/2 周二39令令滤饼的比阻滤饼的比阻过滤速度过滤速度滤饼阻力滤饼阻力过滤介质阻力过滤介质阻力 v获得单位体积滤液所形成滤饼的体积，获得单位体积滤液所形成滤饼的体积，m3滤饼滤饼/m3滤液；滤液；2024/4/2 周二40（二）过滤基本方程（二）过滤基本方程滤饼层：滤饼层：过滤介质层：过滤介质层：p pc pm滤液滤液2024/4/2 周二41过滤速率过滤速率过滤基本方程过滤基本方程则则2024/4/2 周二42三、恒压过滤三、恒压过滤K为常数为常数恒压过滤方程式恒压过滤方程式（一）滤液体积与过滤时间的关系（一）滤液体积与过滤时间的关系2024/4/2 周二43Vo 1V1A2024/4/2 周二44(二二)过滤常数的测定过滤常数的测定q/q/qq 为直线关系，为直线关系，其斜率为其斜率为 ，截距为，截距为2024/4/2 周二45三、三、过滤设备及操作过滤设备及操作（一）板框过滤机（一）板框过滤机2024/4/2 周二462024/4/2 周二47横穿洗涤法横穿洗涤法 卸渣、清洗、组装卸渣、清洗、组装特点：特点：同部位、不同时间进行不同的操作。同部位、不同时间进行不同的操作。过滤：过滤：洗涤：洗涤：滤液排出：明流、暗流滤液排出：明流、暗流2024/4/2 周二48（二）转筒真空过滤机（二）转筒真空过滤机1.结构与操作结构与操作过滤区：过滤区：14吹、卸滤渣区：吹、卸滤渣区：1112吸干洗涤区：吸干洗涤区：5105111410813212特点：特点：同时间、不同部位进行不同的操作。同时间、不同部位进行不同的操作。2024/4/2 周二49设转筒的转速设转筒的转速为为N(1/s)操作周期：操作周期：浸液率：浸液率：（浸没分数）（浸没分数）N有效过滤时间：有效过滤时间：2.生产能力生产能力2024/4/2 周二50恒压过滤恒压过滤：生产能力：生产能力：当过滤介质阻力忽略时当过滤介质阻力忽略时:2024/4/2 周二51（三）（三）离心过滤机离心过滤机1.悬筐式离心机悬筐式离心机2.往复活塞推渣离心机往复活塞推渣离心机3.离心力自动卸渣离心机离心力自动卸渣离心机2024/4/2 周二52离心过滤机离心过滤机离心过滤机离心过滤机连续加料、分离、洗涤、卸料的活塞推料离心机。推送器装在连续加料、分离、洗涤、卸料的活塞推料离心机。推送器装在转鼓内部与转鼓一同旋转并通过活塞杆与液压缸中往复运动的转鼓内部与转鼓一同旋转并通过活塞杆与液压缸中往复运动的活塞相连。悬浮液由锥形布料器均匀分布在转鼓端部区域，滤活塞相连。悬浮液由锥形布料器均匀分布在转鼓端部区域，滤液经滤网和鼓壁上的开孔甩出被收集，滤饼层则被往复运动的液经滤网和鼓壁上的开孔甩出被收集，滤饼层则被往复运动的活塞推送器一段一段地往前推送。在适当的轴向位置引入洗水活塞推送器一段一段地往前推送。在适当的轴向位置引入洗水洗涤滤饼，洗液分别收集，脱水后的滤饼则被推出机外。洗涤滤饼，洗液分别收集，脱水后的滤饼则被推出机外。单级活塞推料离心机示意图单级活塞推料离心机示意图1转鼓；2活塞推送器；3原料液；4洗涤水；5脱水固体；6洗水；7滤液离心过滤机