1、第三章第三章 沉降、过滤与空气净化沉降、过滤与空气净化西安医学院西安医学院 药剂教研室药剂教研室混合物混合物 均相混合物均相混合物 非均相混合物非均相混合物 物系内部各处物料性质均匀而且不存在物系内部各处物料性质均匀而且不存在相界面的混合物。相界面的混合物。例如：互溶溶液及混合气体例如：互溶溶液及混合气体 物系内部有隔开两相的界面存在且界面物系内部有隔开两相的界面存在且界面两侧的物料性质截然不同的混合物。两侧的物料性质截然不同的混合物。例如例如固固体颗粒和气体构成的体颗粒和气体构成的含尘气体含尘气体固体颗粒和固体颗粒和液体构成的液体构成的悬浮液悬浮液 不不互溶液体构成的互溶液体构成的乳浊液乳浊
2、液 液体液体颗粒和气体构成的颗粒和气体构成的含雾气体含雾气体非均相物系非均相物系 分散相分散相 (分散物质分散物质)处于分散状态的物质处于分散状态的物质 如：分散于流体中的固体颗粒、如：分散于流体中的固体颗粒、液滴或气泡液滴或气泡 连续相连续相(分散相介质分散相介质)包围着分散相物质且处于连续包围着分散相物质且处于连续状态的流体状态的流体 如：气态非均相物系中的气体如：气态非均相物系中的气体 液态非均相物系中的连续液体液态非均相物系中的连续液体 分离分离机械机械分离分离 沉降沉降 过滤过滤 不同的物理性质不同的物理性质 连续相与分散相连续相与分散相发生相对运动的方式发生相对运动的方式 分散相和
3、连续相分散相和连续相 第一节第一节 沉降沉降定义：定义：沉降是指在某种力的作用下，流体与颗粒间由于沉降是指在某种力的作用下，流体与颗粒间由于密度差异密度差异产生相对运动而致分离的过程。产生相对运动而致分离的过程。沉降力场沉降力场：重力、离心力。：重力、离心力。沉降操作沉降操作分类分类：重力沉降：重力沉降：离心沉降：离心沉降：由地球引力作用而产生的颗粒沉降。一般用于分离由地球引力作用而产生的颗粒沉降。一般用于分离气固混合物、混悬液。常用设备：降尘室、沉降槽、气固混合物、混悬液。常用设备：降尘室、沉降槽、分级器等分级器等由惯性离心力作用产生的颗粒沉降。一般用于分离由惯性离心力作用产生的颗粒沉降。一
4、般用于分离气固混合物、混悬液、乳浊液。设备：旋风分离器、气固混合物、混悬液、乳浊液。设备：旋风分离器、旋液分离器、碟片式离心机、管式高速离心机旋液分离器、碟片式离心机、管式高速离心机第一节第一节 沉降沉降影响沉降的因素影响沉降的因素a a）流体的密度和黏度，与沉降速度成正比）流体的密度和黏度，与沉降速度成正比 b b）颗粒的直径、密度、球形度，与沉降速度成正比）颗粒的直径、密度、球形度，与沉降速度成正比同一颗粒在相同介质里的离心沉降速度与重力沉降速度的同一颗粒在相同介质里的离心沉降速度与重力沉降速度的比值为：比值为：r r/t t=T T2 2/(gR)=Kc/(gR)=Kc r r离心沉降速
5、度，离心沉降速度，t t 重力沉降速度，重力沉降速度，T T切向速度切向速度R R 颗粒与中心轴距离，颗粒与中心轴距离，KcKc 离心分离因数（离心力与重力的比值）离心分离因数（离心力与重力的比值）Kc 是离心分离设备的重要性能指标是离心分离设备的重要性能指标 Kc越大，说明与重力沉降分离比较，离心分离效能越高。越大，说明与重力沉降分离比较，离心分离效能越高。1)1)降尘室的结构降尘室的结构 1、降尘室、降尘室第一节第一节 沉降沉降含尘气体通过时，因流道截面增大使尘粒速度下降并改变含尘气体通过时，因流道截面增大使尘粒速度下降并改变方向，最后下沉。方向，最后下沉。气体通过降尘室的时间内，如颗粒能
6、降至室底，则能达到气体通过降尘室的时间内，如颗粒能降至室底，则能达到分离的目的。分离的目的。2）颗粒在降尘室内的运动）颗粒在降尘室内的运动降尘室内的降尘室内的颗粒颗粒运动运动 以速度以速度u随气体流动随气体流动 以速度以速度ut作沉降运动作沉降运动1、降尘室、降尘室颗粒在降尘室的停留时间颗粒在降尘室的停留时间 ult 1颗粒沉降到室底所需的时间颗粒沉降到室底所需的时间 tuHt 221tt 为了满足除尘要求为了满足除尘要求 tuHul降尘室使颗粒沉降的条件降尘室使颗粒沉降的条件2）颗粒在降尘室内的运动）颗粒在降尘室内的运动1、降尘室、降尘室多层隔板降尘室示意图多层隔板降尘室示意图 含尘气体含尘
7、气体粉尘粉尘隔板隔板净化气体净化气体1、降尘室、降尘室用于含尘气体的预除尘，用于含尘气体的预除尘，适于除去直径大于适于除去直径大于75m75m的尘的尘粒。粒。优点：结构简单、价格低优点：结构简单、价格低廉、维修方便廉、维修方便缺点：体积较大、分离效缺点：体积较大、分离效率不高、出灰不便率不高、出灰不便第一节第一节 沉降沉降2 2、沉降槽、沉降槽又称增稠槽，从较稠的原料中尽可能将液体分离出来而得到又称增稠槽，从较稠的原料中尽可能将液体分离出来而得到稠浆的设备稠浆的设备形状：有方形、圆形或锥形形状：有方形、圆形或锥形操作方式：连续型、间歇型操作方式：连续型、间歇型适于浓度不高、颗粒不细且量大的混悬
8、液的预处理，还可用适于浓度不高、颗粒不细且量大的混悬液的预处理，还可用于废水处理。于废水处理。沉淀悬浮液h0间歇式沉降槽间歇式沉降槽第一节第一节 沉降沉降1 1、旋风分离器、旋风分离器是利用是利用惯性离心力惯性离心力的作用从气流中分离出所含尘粒的设备的作用从气流中分离出所含尘粒的设备基本构造基本构造：上部：上部圆筒形圆筒形、下部、下部圆锥形圆锥形工作过程工作过程：含尘气体从上部矩形进气管沿含尘气体从上部矩形进气管沿切线方向切线方向进入，受到圆筒内壁限制和进入，受到圆筒内壁限制和后继气体的推动，气流沿内壁向下做螺旋运动，这股气流称后继气体的推动，气流沿内壁向下做螺旋运动，这股气流称外旋气外旋气流
9、。流。1 1、旋风分离器、旋风分离器工作过程：工作过程：气流中的尘粒因惯性离心力的作用被甩向器壁，沿壁面落到锥底的气流中的尘粒因惯性离心力的作用被甩向器壁，沿壁面落到锥底的集料斗从而达到与气体的分离。集料斗从而达到与气体的分离。外旋气流到了圆锥筒内后外旋气流到了圆锥筒内后，旋转半径减小，转速增加，使，旋转半径减小，转速增加，使Kc增大，增大，一部分微细尘粒在锥形筒内沉降。一部分微细尘粒在锥形筒内沉降。外旋气流在沿着器壁下旋的过程中，中心形成一外旋气流在沿着器壁下旋的过程中，中心形成一柱形低压区柱形低压区，由排，由排风管入口一直延伸到锥底。风管入口一直延伸到锥底。1 1、旋风分离器、旋风分离器外
10、旋气流下旋到底部附近，由于锥底与集料桶密封连接，大量气流下外旋气流下旋到底部附近，由于锥底与集料桶密封连接，大量气流下旋至锥底，使锥底压力增大，迫使气流旋向中心的低压区，而形成上旋旋至锥底，使锥底压力增大，迫使气流旋向中心的低压区，而形成上旋的的内旋气流内旋气流。沿筒中心旋转至顶部排气管排出。沿筒中心旋转至顶部排气管排出。第一节第一节 沉降沉降1、旋风分离器、旋风分离器适用范围适用范围：含尘气体含尘气体的除尘，适于除去气流中的除尘，适于除去气流中直径直径5m的的颗粒。颗粒。优点优点：结构简单、造价低廉、操作条件范围大、分离效率：结构简单、造价低廉、操作条件范围大、分离效率较高较高缺点缺点：对直
11、径：对直径 5m的颗粒分离效率不高。需用袋滤器或的颗粒分离效率不高。需用袋滤器或湿法扑集，且不适于高含湿量、黏性、腐蚀性粉尘的除尘。湿法扑集，且不适于高含湿量、黏性、腐蚀性粉尘的除尘。1、旋风分离器、旋风分离器 注意事项：注意事项：旋风分离器在工作时，集料管与集料桶之间旋风分离器在工作时，集料管与集料桶之间应密封连接，若密封不良，易使气流在锥底产生涡旋，把应密封连接，若密封不良，易使气流在锥底产生涡旋，把已经沉降的粉粒重新卷进内旋气流，严重降低分离效果。已经沉降的粉粒重新卷进内旋气流，严重降低分离效果。由于外旋气流紧贴器壁下旋，为了减少外旋气流与器壁之由于外旋气流紧贴器壁下旋，为了减少外旋气流
12、与器壁之间的摩擦阻力，旋风分离器内壁应加工光滑。间的摩擦阻力，旋风分离器内壁应加工光滑。第一节第一节 沉降沉降利用离心力的作用，使悬浮液中固体颗粒增稠或使粒利用离心力的作用，使悬浮液中固体颗粒增稠或使粒径不同及密度不同的颗粒进行分级。径不同及密度不同的颗粒进行分级。2、旋液分离器、旋液分离器结构和工作原理：结构和工作原理：与旋风分离器相似与旋风分离器相似l 悬浮液从圆筒上部的悬浮液从圆筒上部的切向进口切向进口进入器内，旋转向下流动。进入器内，旋转向下流动。工作过程：工作过程：l 液流中的液流中的颗粒受离心力作用颗粒受离心力作用，沉降到器壁，并随液流下，沉降到器壁，并随液流下降到锥形底的出口，成
13、为较稠的悬浮液而排出，称为降到锥形底的出口，成为较稠的悬浮液而排出，称为底流底流。l 澄清的液体或含有较小较轻颗粒的液体，则形成向上的澄清的液体或含有较小较轻颗粒的液体，则形成向上的内旋流内旋流，经上部中心管从顶部溢流管排出，称为，经上部中心管从顶部溢流管排出，称为溢流溢流。2、旋液分离器、旋液分离器u 液体的粘度约为气体的液体的粘度约为气体的50倍，固倍，固-液两相的液两相的(s-)比气比气-液两相的液两相的(s-)小，小，悬浮液的进口速度也比含尘气体的小，所以同样大小和密度的颗粒，沉降悬浮液的进口速度也比含尘气体的小，所以同样大小和密度的颗粒，沉降速度远小于含尘气体在旋风分离器中的沉降速度
14、。速度远小于含尘气体在旋风分离器中的沉降速度。u 旋液分离器一般器身更细长，且圆锥部分也较长。旋液分离器一般器身更细长，且圆锥部分也较长。u 进料由圆筒中部进入。进料由圆筒中部进入。u 多用耐磨材料制造。（由于液体的惯性和黏性均较气体大，沉降至壁面多用耐磨材料制造。（由于液体的惯性和黏性均较气体大，沉降至壁面的固体颗粒被液体携带着紧贴壁面快速旋转，对器壁造成严重磨损。）的固体颗粒被液体携带着紧贴壁面快速旋转，对器壁造成严重磨损。）特点：特点：2、旋液分离器、旋液分离器3、碟片式离心机、碟片式离心机构造：构造：转轴、转鼓、倒锥形碟片转轴、转鼓、倒锥形碟片 （几十到几百个，碟片间距（几十到几百个，
15、碟片间距0.5-1.25mm，直径，直径0.2-1.0mm，碟片上有垂直贯通的通孔沿圆周分布），碟片上有垂直贯通的通孔沿圆周分布）工作过程：工作过程：空机启动，运转平稳后，料液由顶端进料口送到锥形底空机启动，运转平稳后，料液由顶端进料口送到锥形底部，料浆经贯穿各碟片的通孔上升的过程中，分布于各碟片间的窄缝部，料浆经贯穿各碟片的通孔上升的过程中，分布于各碟片间的窄缝中，随碟片高速旋转，靠离心力作用而分离。中，随碟片高速旋转，靠离心力作用而分离。第一节第一节 沉降沉降工作过程：工作过程：分离乳浊液：分离乳浊液：密度大的重液趋向外周，沿转鼓的内壁，被挤压上升到密度大的重液趋向外周，沿转鼓的内壁，被挤
16、压上升到上方的重液口排出。轻液则趋向中心，由轻液口排出。上方的重液口排出。轻液则趋向中心，由轻液口排出。分离混悬液：分离混悬液：可关闭重液出口，则固体颗粒在转鼓内壁处沉降，可间可关闭重液出口，则固体颗粒在转鼓内壁处沉降，可间歇清除，轻液可由上部轻液口排出。歇清除，轻液可由上部轻液口排出。碟片的作用：将料浆分成许多薄层，使料液在狭缝中受到快速流动产碟片的作用：将料浆分成许多薄层，使料液在狭缝中受到快速流动产生的剪切力的作用，将液膜破坏，并能缩短沉降距离，有利于两相分生的剪切力的作用，将液膜破坏，并能缩短沉降距离，有利于两相分离。离。3、碟片式离心机、碟片式离心机4、管式高速离心机、管式高速离心机
17、管式高速离心机的工作原理与碟片式离心机相似，是一种能产生强管式高速离心机的工作原理与碟片式离心机相似，是一种能产生强离心力场的离心机，分离效率高离心力场的离心机，分离效率高构造：构造：细长的管状机壳、转鼓细长的管状机壳、转鼓工作过程：工作过程：空机启动，运转平稳后，由下部进料管将混悬液或乳浊空机启动，运转平稳后，由下部进料管将混悬液或乳浊液压进管状转鼓内，转鼓中心带有纵向叶片的转轴高速旋转，使料液压进管状转鼓内，转鼓中心带有纵向叶片的转轴高速旋转，使料浆随之高速旋转，从而产生很强的离心力场，密度大的颗粒或液体浆随之高速旋转，从而产生很强的离心力场，密度大的颗粒或液体被甩向周围外层鼓壁，密度小的轻液被挤进内层被甩向周围外层鼓壁，密度小的轻液被挤进内层工作过程：工作过程：如：如：乳浊液分离乳浊液分离液液-液两相混合系被分为轻液和重液两层，分别由液两相混合系被分为轻液和重液两层，分别由转鼓上端的轻液出口和重液出口排出。转鼓上端的轻液出口和重液出口排出。混悬液分混悬液分离离重液出口关闭，固体颗粒沉降在转鼓鼓壁处，在一定重液出口关闭，固体颗粒沉降在转鼓鼓壁处，在一定时间沉积较厚时，停机清理。时间沉积较厚时，停机清理。适用范围：适用范围：乳浊液以及颗粒细小的混悬液、普通离心机很难分离的乳浊液以及颗粒细小的混悬液、普通离心机很难分离的物料。物料。4、管式高速离心机、管式高速离心机
