1、2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤1第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤2 本章学习指导本章学习指导n1 1、本章学习目的、本章学习目的 通过本章的学习，要重点掌握沉降和过滤这两种机通过本章的学习，要重点掌握沉降和过滤这两种机械分离操作的原理、典型设备的结构与特性，能够械分离操作的原理、典型设备的结构与特性，能够根据生产工艺要求，合理选择设备类型和尺寸。根据生产工艺要求，合理选择设备类型和尺寸。n2 2、本章应掌握的内容、本章应掌握的内容 a 沉降分离（包括重力沉降和离心沉降）的原理、沉降分离（包括重力沉降和离心沉降）的原理、旋风分离器的选型。旋
2、风分离器的选型。b 过滤操作的原理、过滤基本参数、过滤基本方程过滤操作的原理、过滤基本参数、过滤基本方程式推导的思路，过滤常数的测定。式推导的思路，过滤常数的测定。n3 3、学时安排、学时安排 讲授讲授5学时学时2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤3第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤n第一节第一节 概述概述n第二节第二节 重力沉降重力沉降n第三节第三节 离心沉降离心沉降n第四节第四节 过滤过滤2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤4第一节第一节 概述概述 非均相物系非均相物系均相物系均相物系分离分离 悬浮液悬浮液-固固-液混合物液混合物乳浊液乳浊液-液液-液混合物液混合物含尘气体含尘
3、气体-气气-固混合物固混合物 含雾气体含雾气体-气气-液混合物液混合物-筛分、沉降、过滤筛分、沉降、过滤-蒸馏、吸收蒸馏、吸收分离的依据分离的依据：连续相与分散相的：连续相与分散相的密度密度不同不同主目录主目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤5自来水厂的主要流程自来水厂水的净化分三步，第一步是絮凝过程，也可以叫反应过程。在流动中使水中的杂质颗粒絮凝长大；第二步是沉降。沉降池是使大颗粒得以除去。第三步是砂滤。砂滤池，进一步用900mm厚砂层，将小颗粒杂质滤去。主目录主目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤6某水厂全貌 图中兰色粗管是来江中的原料水，条形池子是絮凝池，左侧池是沉降
4、池。主目录主目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤7 这是沉降池。图为絮凝之后的水，是从沉降池底部流入，到池子上部水已很清了。水厂沉降池 主目录主目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤8n重力沉降重力沉降(gravity settling)-依靠依靠外力外力(重力重力)作作用，利用密度差异使之发生相对运动而分离的过用，利用密度差异使之发生相对运动而分离的过程程n离心沉降离心沉降-依靠依靠离心力离心力作用作用2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤9 第二节第二节 重力沉降重力沉降n一、沉降速度一、沉降速度n二、沉降设备二、沉降设备主目录主目录2023-5-13化原 第三章 沉
5、降与过滤10一、一、沉降速度沉降速度(terminal velocity)rmamg或或 sgm 42220du 0 DbcFFF合外力合外力0421220 dumgs 1 1、自由沉降、自由沉降极短，通常可以忽略极短，通常可以忽略该段的颗粒运动速度称为该段的颗粒运动速度称为沉降速度，沉降速度，用用u0表示。表示。加速段：加速段：等速段：等速段：浮力浮力Fb 曳力曳力FD质量力质量力Fc颗粒在流体中沉降时受力-单个颗粒在无限流体单个颗粒在无限流体 中的降落过程中的降落过程重力沉降速度：重力沉降速度：以球形颗粒为例以球形颗粒为例 次目录次目录主目录主目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤
6、112、沉降速度、沉降速度Re0=du0/1或2 层流区024162023 udgdss 340gdus -介质阻力系数介质阻力系数 0Re24 1820gdus -斯托克斯定律斯托克斯定律 次目录次目录主目录主目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤12图3-2 -Ret关系曲线 主目录主目录次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤13主目录主目录次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤14颗粒与流体相对运动时所受的阻力颗粒与流体相对运动时所受的阻力1.曳力曳力(drag force)介质阻力介质阻力-相对运动相对运动时，流体对微时，流体对微粒的作用力粒的作
7、用力2.对比分析对比分析沉降沉降流体流动流体流动定律定律介质阻力介质阻力-牛顿阻力定律牛顿阻力定律 内摩擦力内摩擦力-牛顿粘性定律牛顿粘性定律表达式表达式F d=Au2/2 F=A du/dy颗粒为球形颗粒为球形,A-投影面积投影面积 直管阻力直管阻力 hf=l u2/2d滞流区滞流区10-42，=24/Re小于或等于小于或等于2000，=64/Re过渡区过渡区2500，=10/Re2000-4000湍流区湍流区5002105，=0.44大于或等于大于或等于4000，查图，查图，近似常数近似常数主目录主目录次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤153、球形颗粒沉降速度的计算、球
8、形颗粒沉降速度的计算n若若ut未知未知 Ret未知未知未知未知 无法选择计算公式无法选择计算公式无法计无法计算算ut，此时可采用，此时可采用试差法试差法。n计算步骤：计算步骤：n假设某种流型假设某种流型n用相应公式计算出用相应公式计算出utn校核校核Retn例如：假设沉降处在滞流区，则选用例如：假设沉降处在滞流区，则选用Stokes公式：公式：2t4()u18Re101pptdg校核是否在 范围内，是则假设正确，否则假设另一流型主目录主目录次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤164、影响沉降速度的因素、影响沉降速度的因素 颗粒的因素颗粒的因素：尺寸、形状：尺寸、形状(当量球径
9、当量球径diameter of equivalent sphere)、密度、是否变形等；、密度、是否变形等；介质的因素介质的因素：流体的状态（气体还是液体）、密度、：流体的状态（气体还是液体）、密度、粘度等；粘度等；环境因素环境因素：温度（影响：温度（影响、）、压力、颗粒的浓度）、压力、颗粒的浓度（浓度大到一定程度使发生干扰沉降）等（浓度大到一定程度使发生干扰沉降）等设备因素设备因素：体现为壁效应：体现为壁效应wall effect(靠近壁面沉降靠近壁面沉降)。【例3-1】【例3-2】主目录主目录次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤171）自由沉降与自由落体）自由沉降与自由落
10、体自由沉降考虑流体对颗粒产生的阻力；自自由沉降考虑流体对颗粒产生的阻力；自由落体不考虑流体对颗粒产生的阻力。由落体不考虑流体对颗粒产生的阻力。2）沉降速度）沉降速度ut是指重力、浮力和阻力平是指重力、浮力和阻力平衡时，颗粒作匀速沉降运动时的速度，衡时，颗粒作匀速沉降运动时的速度，其值与流体、颗粒的密度其值与流体、颗粒的密度s，d及流动及流动形态等因素有关，可见，沉降速度形态等因素有关，可见，沉降速度ut是是一综合特性，不是操作特性。一综合特性，不是操作特性。讨论讨论2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤183）流体的流速）流体的流速u与颗粒的沉降速度与颗粒的沉降速度ut不同，不同，u t
11、u 时时,颗粒向上运动，颗粒被流体带出颗粒向上运动，颗粒被流体带出u t u 时时,颗粒静止于流体中颗粒静止于流体中,(如转子流量如转子流量 计中的转子计中的转子)u t u 时时,颗粒向下运动颗粒向下运动可见沉降操作是在可见沉降操作是在u t u 的条件下进行。的条件下进行。2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤194）温度对）温度对u t的影响，的影响，由层流时由层流时u t计算式可知计算式可知 u t=4gd(s)/3 层流时层流时ut=d2(s)g/18 可知可知 ,u t 对气体而言，温度高的气体除尘较低温下对气体而言，温度高的气体除尘较低温下气体除尘困难。气体除尘困难。2023
12、-5-13化原 第三章 沉降与过滤20思考题思考题1 同一大小的固体微粒从不同高度落下，问同一大小的固体微粒从不同高度落下，问它们的沉降速度是否相等？它们的沉降速度是否相等？思考题思考题2 不同流体或同一流体在不同温度下沉降速不同流体或同一流体在不同温度下沉降速度的关系。度的关系。结论结论：沉降速度与高度无关，与颗粒大小及流体性沉降速度与高度无关，与颗粒大小及流体性质有关。质有关。一般液体粘度大于气体粘度，故液体沉降速度小一般液体粘度大于气体粘度，故液体沉降速度小于气体的。于气体的。主目录主目录次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤21二、沉降设备二、沉降设备 液固体系液固体系
13、沉降槽沉降槽气固体系气固体系降尘室降尘室 离心沉降设备离心沉降设备重力沉降设备重力沉降设备 液液固固体体系系旋旋液液分分离离器器气气固固体体系系旋旋风风分分离离器器-用于除去用于除去75 m以上颗粒以上颗粒-用于除去用于除去510 m 颗粒颗粒次目录次目录主目录主目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤221、降尘室降尘室 气体气体 气体气体 进口进口 出口出口 集灰斗集灰斗 L W 含尘气体含尘气体 u H ut 颗粒在降尘室中的运动颗粒在降尘室中的运动 停留时间t沉降时间t若uLtu高度则表明，该颗粒能在降尘室中则表明，该颗粒能在降尘室中除去。除去。思考思考1：为什么气体进入降尘为什
14、么气体进入降尘室后，流通截面积要扩大？室后，流通截面积要扩大？思考思考2 2：为什么降尘室要做成扁平的？为什么降尘室要做成扁平的？结构：结构：除尘原理：除尘原理：为了增大停留时间。为了增大停留时间。次目录次目录主目录主目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤23次目录次目录主目录主目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤24次目录次目录主目录主目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤25降尘室降尘室tLHuu即思考思考3：要想使某一粒度的颗粒在降尘室要想使某一粒度的颗粒在降尘室中被中被100%除去，必须满足什么条件？除去，必须满足什么条件？ttHu思考思考4：能够被能够被10
15、0%除去的最小颗粒，除去的最小颗粒，必须满足什么条件？必须满足什么条件？t218stdgumin01818vssqHudgLgA L u B 气体气体 u0 H 颗粒在降尘室中的运动颗粒在降尘室中的运动 思考思考5：粒径比粒径比dmin小的颗粒，小的颗粒，被除去的百分数如何计算？被除去的百分数如何计算？次目录次目录主目录主目录=H(沉降高度沉降高度)/H2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤26降尘室降尘室思考思考2 2：为什么降尘室要做成扁平的？为什么降尘室要做成扁平的？L u W 气体气体 ut H 颗粒在降尘室中的运动颗粒在降尘室中的运动 vttqWHuWLuAutLHuu多层降尘室
16、多层降尘室 可见，降尘室最大处可见，降尘室最大处理量与底面积、沉降速理量与底面积、沉降速度有关度有关,而与降尘室高度而与降尘室高度无关。无关。故降尘室多做成扁平故降尘室多做成扁平的。的。注意注意!降尘室内气体流速不应过高，以免将降尘室内气体流速不应过高，以免将已沉降下来的颗粒重新扬起。根据经验，已沉降下来的颗粒重新扬起。根据经验，多数灰尘的分离，可取多数灰尘的分离，可取u3m/s，较易扬，较易扬起灰尘的，可取起灰尘的，可取u1.5m/s。最大处理量最大处理量-能够除去最小颗粒时的气体流量能够除去最小颗粒时的气体流量qv次目录次目录主目录主目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤27降尘室
17、优、缺点降尘室优、缺点v结构简单，结构简单，v设备庞大、效率低设备庞大、效率低v只适用于分离粗颗粒只适用于分离粗颗粒(直径直径75 m以上以上)，或作为，或作为预分离设备。预分离设备。次目录次目录主目录主目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤28n【例【例3-3】拟采用降尘室回收常压炉气中所含的固拟采用降尘室回收常压炉气中所含的固体颗粒，降尘室底面积为体颗粒，降尘室底面积为10m2，宽和高均为，宽和高均为2m，炉气处理量为炉气处理量为4m3/s。操作条件下气体密度为。操作条件下气体密度为0.75kg/m3，粘度，粘度2.610-5Pas,固体密度为固体密度为 3000kg/m3。求。求
18、n(1)理论上能完全捕集下来的最小粒径；理论上能完全捕集下来的最小粒径；n(2)粒径为粒径为40m颗粒的回收百分率；颗粒的回收百分率；n(3)若完全回收直径为若完全回收直径为15m的尘粒，对降尘室应作的尘粒，对降尘室应作如何改进如何改进?主目录主目录次目录次目录 这是操作型计算问题。利用已知的沉降室，计算理论上可以完全去除的最小直径及回收百分率。2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤2955min1818 2.6 100.48 10 m80 m()(30000.75)9.81tpudg n解解：(1)能完全分离出的最小颗粒的沉降速度能完全分离出的最小颗粒的沉降速度nut=qv/WL=4/1
19、0=0.4m/sn设沉降属于滞流区，故能除去最小颗粒直径为设沉降属于滞流区，故能除去最小颗粒直径为n校核：校核：nRe=dput/=8010-60.40.75/2.610-5=0.9232n故假设正确故假设正确主目录主目录次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤30n(2)直径为直径为40m的颗粒必在滞流区沉降，其沉降速度的颗粒必在滞流区沉降，其沉降速度ut：n因气体通过降尘室的时间为：因气体通过降尘室的时间为：n=WLH/qv=102/4=5sn故 理 论 上 直 径故 理 论 上 直 径 4 0 m 的 颗 粒 在 此 时 间 内 沉 降 高 度的 颗 粒 在 此 时 间 内
20、 沉 降 高 度H=ut=0.10065=0.503mn设降尘室入口炉气均布，在降尘室入口端处于顶部及其附设降尘室入口炉气均布，在降尘室入口端处于顶部及其附近的近的dp=40m的尘粒，因其的尘粒，因其ut0.4m/s，它们随气体到达出口，它们随气体到达出口时还没有沉到底而随气体带出，而入口端处于距室底时还没有沉到底而随气体带出，而入口端处于距室底0.503m以下的以下的40m的尘粒均能除去，所以的尘粒均能除去，所以40m尘粒的除尘效率：尘粒的除尘效率：n=H/H=0.503/2=25.15%2625()(40 10)(30000.75)9.810.1006/1818 2.6 10pptdgum
21、 s主目录主目录次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤31n(3)要完全回收直径为要完全回收直径为15m的颗粒，则可在降尘室内设置水的颗粒，则可在降尘室内设置水平隔板，使之变为多层降尘室。降尘室内隔板层数平隔板，使之变为多层降尘室。降尘室内隔板层数n及板间及板间距距h的计算为：的计算为：n取取n=28,则隔板间距则隔板间距nh=H/(n+1)=2/29=0.069mn因而在原降尘室内因而在原降尘室内设置设置28层隔板层隔板理论上可理论上可全部回收直径为全部回收直径为15m的颗粒。的颗粒。2625()(15 10)(30000.75)9.810.01415/1818 2.6 10
22、4127.310 0.01415pptvtdgum sqnWLu 主目录主目录次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤32次目录次目录主目录主目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤33主目录主目录次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤34主目录主目录2、增稠器（沉降槽）、增稠器（沉降槽）次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤35u属于干扰沉降属于干扰沉降u愈往下沉降速度愈慢愈往下沉降速度愈慢-愈往下颗粒浓度愈高，其表观粘愈往下颗粒浓度愈高，其表观粘度愈大，对沉降的干扰、阻力便愈大；度愈大，对沉降的干扰、阻力便愈大；u沉降很快的大颗粒又会把沉
23、降慢的小颗粒向下拉，结果小颗沉降很快的大颗粒又会把沉降慢的小颗粒向下拉，结果小颗粒被加速而大颗粒则变慢。粒被加速而大颗粒则变慢。u有时颗粒又会相互聚结成棉絮状整团往下沉，这称为絮凝现有时颗粒又会相互聚结成棉絮状整团往下沉，这称为絮凝现象，使沉降加快。象，使沉降加快。u这种过程中的沉降速度难以进行理论计算，通常要由实验决这种过程中的沉降速度难以进行理论计算，通常要由实验决定。定。u因固因固-液密度相差不是很悬殊，故较难分离，因此，连续沉液密度相差不是很悬殊，故较难分离，因此，连续沉降槽的直径可以大到降槽的直径可以大到100 m100 m以上，高度却都在几米以内。以上，高度却都在几米以内。特点：特
24、点：次目录次目录主目录主目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤36 第三节第三节 离心沉降离心沉降n一、惯性离心力作用下的沉降速度n二、旋风分离器的操作原理n三、旋风分离器的性能 主目录主目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤37一、离心沉降速度一、离心沉降速度43stdgu2r4()u3STduR对照重力场对照重力场v 离心加速度离心加速度ar=2R=uT2/R不是常量不是常量v 沉降过程没有匀速段，但在小颗沉降过程没有匀速段，但在小颗粒沉降时，加速度很小，可近似作为粒沉降时，加速度很小，可近似作为匀速沉降处理匀速沉降处理类似重力沉降速度推导，得：类似重力沉降速度推导，得：F
25、FCFduTurR22323C22dF6F6F42TTSTruumdRRudRud离心力：方向向外向心力：方向向内阻力：方向向内离心加速度次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤3843stdgu2r4()u3STduR对照重力场对照重力场FFCFduTurR离心加速度次目录次目录作用力沉降速度大小方向重力沉降重力重力加速度 重力加速度恒定向下离心沉降离心力离心加速度 离心加速度随位置变径向向外2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤39离心分离离心分离n离心机离心机-离心力-设备本身旋转设备本身旋转产生（快速旋转的转鼓）n旋风分离器旋风分离器-离心力-混合物以一定速度沿切线方
26、向切线方向进入进入设备而产生。n分离因数分离因数：同一颗粒在同种介质中的离心沉降速度与重力沉降速度的比值，以Kc表示。Kc值一般在102105之间，其大小反映了离心沉降设备的效能为重力大小反映了离心沉降设备的效能为重力沉降设备的倍数，是离心分离设备性能的一项重要指沉降设备的倍数，是离心分离设备性能的一项重要指标。标。n离心分离因数-离心力/重力-分离能力-转速，转鼓直径。主目录主目录次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤40二、二、旋风分离器操作原理旋风分离器操作原理n1、构造、构造：进气管、上筒体、下锥体和中：进气管、上筒体、下锥体和中央升气管等图央升气管等图3-7 n2、操
27、作原理、操作原理：含尘气体含尘气体由进气管进入旋由进气管进入旋风分离器后，沿圆筒的风分离器后，沿圆筒的切线切线方向，自上而下方向，自上而下作圆周运动。作圆周运动。n颗粒颗粒在随气流旋转过程中，受到的离心力在随气流旋转过程中，受到的离心力大，故逐渐向筒壁运动，到达筒壁后沿壁面大，故逐渐向筒壁运动，到达筒壁后沿壁面落下，自锥体排出进入灰斗。落下，自锥体排出进入灰斗。n净化后的气流净化后的气流在中心轴附近范围内由下而在中心轴附近范围内由下而上做旋转运动，最后经顶部排气管排出。上做旋转运动，最后经顶部排气管排出。n通常，将下行的螺旋形气流称为外旋流，通常，将下行的螺旋形气流称为外旋流，上行的螺旋形气流
28、称为内旋流。内、外旋流上行的螺旋形气流称为内旋流。内、外旋流的旋转方向相同。的旋转方向相同。外旋流的上部是主要除尘外旋流的上部是主要除尘区。区。主目录主目录次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤41主目录主目录次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤42主目录主目录次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤43n主要结构参数为筒体直径D，其它尺寸以D为标准，如图示。n特点：特点：结构简单，造价低廉，无运动部件，操作范围广，可用多种材料制造，是化工、轻工、冶金等部门常用的分离和除尘设备。n说明说明旋风分离器旋风分离器一般用来除去气流中粒径除去气流中粒径5
29、m以上的尘粒以上的尘粒，对颗粒含量高于200g/m3的气体，由于颗粒的聚集作用，它甚至能除去3 m以下的颗粒。n对直径在200 m以上的颗粒最好先用重力沉降法除去，以减小对器壁的磨损；n对于直径5m以下以下的颗粒，除尘效率很低，需采采用袋滤器或湿法捕集。用袋滤器或湿法捕集。主目录主目录次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤44三、三、旋风分离器的性能旋风分离器的性能2miR Nu停留时间停停留留时时间间 =沉沉降降时时间间 r B 净化气体净化气体 含尘含尘 气体气体 A D 尘粒尘粒 标准型旋风分离器 能够从分离器内能够从分离器内100%分离出来的最小颗分离出来的最小颗粒的直
30、径，用粒的直径，用dc表示。其满足：表示。其满足：沉沉降降时时间间 rruB 几点假设：几点假设：v假设器内气体速度恒定，且等于进口气速假设器内气体速度恒定，且等于进口气速ui；v假设颗粒沉降过程中所穿过的气流的最大假设颗粒沉降过程中所穿过的气流的最大 厚度等于进气口宽度厚度等于进气口宽度B；v假设颗粒沉降服从斯托克斯公式。假设颗粒沉降服从斯托克斯公式。uiui临界粒径临界粒径2222()1818csTcsirmmduduuRR次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤4522218mmicsiR NR BudusicNuBd 9 B 净化气体净化气体 含尘含尘 气体气体 A D
31、尘粒尘粒 标准型旋风分离器结论：结论：旋风分离器越细、越长，旋风分离器越细、越长，dc越小越小 旋转圈数旋转圈数N值与进口气速有关，对常用形式的旋风分离值与进口气速有关，对常用形式的旋风分离器，风速器，风速12 25 m s-1范围内，一般可取范围内，一般可取N=3 4.5，风速愈，风速愈大，大，N也愈大。也愈大。思考：思考：从上式可见，气体从上式可见，气体 ，入口，入口B ，气旋圈数，气旋圈数N ，进口气速，进口气速ui ，临界粒径越小，临界粒径越小，why？次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤46评价旋风分离器性能的两个主要指标：评价旋风分离器性能的两个主要指标：分离性能
32、：压降：用临界粒径和分离效率来表示%100%100的颗粒，粒级效率均；的颗粒，粒级效率均为被分离出来的百分率。粒级效率：每一种颗粒cpcpdddd总效率：被分离出来的颗粒占全部颗粒的质量分率小好，一般在小好，一般在500500 2000Pa2000Pa左右左右次目录次目录分割粒径分割粒径d50-d50-表示旋风分离器粒级效率恰为表示旋风分离器粒级效率恰为5050的颗粒的颗粒直径称为分割粒径直径称为分割粒径d50d50。2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤47总结总结n影响旋风分离器性能的因素中，影响旋风分离器性能的因素中，物系条件及操作物系条件及操作条件是主要的。条件是主要的。n颗粒密度
33、大、粒径大、进口气速高及粉尘浓度高，颗粒密度大、粒径大、进口气速高及粉尘浓度高，均有利于分离。均有利于分离。n但气速过高，易使湍流加剧，不利于分离，且增但气速过高，易使湍流加剧，不利于分离，且增加压强降，故进口气速在加压强降，故进口气速在1025m/s范围内为宜。范围内为宜。n粒径大，对器壁的磨损较严重，使旋风分离器的粒径大，对器壁的磨损较严重，使旋风分离器的使用寿命减少，故分离粒径在使用寿命减少，故分离粒径在5200m为宜。为宜。n锥底排尘管的锥底排尘管的密封密封问题问题思考题思考题 主目录主目录次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤48旋风分离器的选用旋风分离器的选用n已知
34、内容已知内容：气体流量：气体流量qv(m3/s)，含尘量，含尘量C1(g/m3)，粉尘的粒度，粉尘的粒度分布，除尘要求，压强降分布，除尘要求，压强降n计算内容计算内容：旋风分离器的型式，直径和个数：旋风分离器的型式，直径和个数n一般步骤如下：一般步骤如下：n(1)根据粉尘的性质，选择旋风分离器的型式；根据粉尘的性质，选择旋风分离器的型式；n(2)根据要求的除尘效率和粉尘粒度分布，计算临界直径根据要求的除尘效率和粉尘粒度分布，计算临界直径dc或或分割粒径分割粒径d50；n(3)根据允许的压强降确定气体进口速度根据允许的压强降确定气体进口速度ui；n(4)根据根据ui与与dc(或或d50)计算旋风
35、分离器直径计算旋风分离器直径D；n(5)根据根据D与与ui计算每个旋风分离器的处理量，确定旋风分离计算每个旋风分离器的处理量，确定旋风分离器台数；器台数；n(6)对除尘效率与压强降进行校核。对除尘效率与压强降进行校核。n并联使用：阻力相同，风量均分并联使用：阻力相同，风量均分n串联使用：阻力均分，风量相同串联使用：阻力均分，风量相同 主目录主目录次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤49主目录主目录次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤50主目录主目录次目录次目录作业：作业：No.3-42023-5-13化原 第三章 沉降与过滤51 第四节第四节 过滤过滤n过滤
36、操作的基本概念n过滤基本方程式n过滤常数的测定n提高过滤生产能力的措施n过滤设备主目录主目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤52一、过滤操作的基本概念一、过滤操作的基本概念滤浆滤饼过滤介质滤液-推动力：重力、压力、离心力推动力：重力、压力、离心力 滤滤饼饼过过滤滤深深层层过过滤滤两两种种过过滤滤方方式式滤饼过滤滤饼过滤自来水净化用的砂层（一）过滤方式（一）过滤方式次目录次目录主目录主目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤53滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼过滤工业用过滤介质主要有：工业用过滤介质主要有：棉、麻、丝、毛、合成纤维、金棉、麻、丝、毛、合成纤维、金属丝等编织成的滤布
37、。属丝等编织成的滤布。(二二)过滤介质过滤介质多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。次目录次目录主目录主目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤54滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼过滤 使用时，可预涂，也可以混使用时，可预涂，也可以混入待滤的滤浆中一起过滤。入待滤的滤浆中一起过滤。助滤剂能形成结构疏松、而助滤剂能形成结构疏松、而且几乎是不可压缩的滤饼。可改且几乎是不可压缩的滤饼。可改善原滤饼的可压缩性和过于致密善原滤饼的可压缩性和过于致密的缺点。的缺点。(四四)助滤剂助滤剂-是颗粒细小、粒度分布范围较窄、坚硬而悬浮性好是颗粒细小、粒度
38、分布范围较窄、坚硬而悬浮性好 的颗粒状或纤维固体，如硅藻土、纤维粉末、活性的颗粒状或纤维固体，如硅藻土、纤维粉末、活性 炭、石棉。炭、石棉。(三三)滤饼的压缩性滤饼的压缩性 空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。次目录次目录主目录主目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤55（五）过滤推动力（五）过滤推动力过滤推动力是指滤饼和过滤介质两侧的压力差。此压过滤推动力是指滤饼和过滤介质两侧的压力差。此压力差可以是重力或人为压差。增加过滤推动力的方法力差可以是重力或人为压差。增加过滤推动力的方法有：有：1、增加悬浮液本身的液柱压力、增加悬浮液本身的液柱压力，一般不超
39、过，一般不超过50KN/m2，称为重力过滤。称为重力过滤。2、增加悬浮液液面的压力、增加悬浮液液面的压力，一般可达，一般可达500KN/m2称为称为加压过滤。加压过滤。3、在过滤介质下面抽真空、在过滤介质下面抽真空，通常不超过真空度，通常不超过真空度86.6KN/m2，称为真空过滤。，称为真空过滤。此外，过滤推动力还可以用离心力来增大，称为离心此外，过滤推动力还可以用离心力来增大，称为离心过滤。过滤。主目录主目录次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤56（六）过滤阻力（六）过滤阻力：大多情况下，过滤阻力主要取决于滤饼阻力。（七）滤渣量、滤液量、固体量的关系（七）滤渣量、滤液量、
40、固体量的关系物料衡算总物料：悬浮液质量总物料：悬浮液质量=滤渣量滤渣量+滤液量滤液量固体物料：悬浮液中固体量固体物料：悬浮液中固体量=滤渣中固体量滤渣中固体量体积关系：湿滤渣体积体积关系：湿滤渣体积=干渣体积滤液体积干渣体积滤液体积主目录主目录次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤572)干渣质量与滤液体积的比值干渣质量与滤液体积的比值 w(1)/XwCX X悬浮液中固体颗粒的质量分数。3)湿滤渣质量与滤液体积的比值为湿滤渣质量与滤液体积的比值为wC。4)湿滤渣体积与滤液体积的比值湿滤渣体积与滤液体积的比值v cwCv【例例3-4】C湿滤渣与其中所含干渣的质量比。1)湿滤渣密度
41、湿滤渣密度c 11cPCC主目录主目录次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤58二、二、过滤速率基本方程式过滤速率基本方程式 L u V -滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系-即为流速，即为流速，单位时间内通单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积过单位过滤面积的滤液体积过滤速度过滤速度uAVq 其中其中ddddqAVu 滤饼过滤过程中，滤饼逐渐增厚，流动阻力也随之逐滤饼过滤过程中，滤饼逐渐增厚，流动阻力也随之逐渐增大，所以过滤过程属于不稳定的流动过程。故渐增大，所以过滤过程属于不稳定的流动过程。故 1、过滤基本方程的推导、过滤基本方程的推导次目录次目录主目录主目录202
42、3-5-13化原 第三章 沉降与过滤59Lrp 1 ddqAddVu 过滤阻力过滤阻力过滤推动力过滤推动力 eLrpLrpu 22 介质阻力）介质阻力）（滤饼阻力（滤饼阻力过滤总推动力过滤总推动力 eLLrpu p2 p1u思考：思考：影响过滤阻力的因素有哪些？影响过滤阻力的因素有哪些？影响过滤速度的因素有哪些？影响过滤速度的因素有哪些？科诚尼式科诚尼式液体通过滤渣层的流动（均匀，不可压缩）类型液体通过滤渣层的流动（均匀，不可压缩）类型圆管圆管内层流时的哈根内层流时的哈根-泊素叶方程式泊素叶方程式232/cpuld次目录次目录主目录主目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤60式中：式中
43、：R滤饼的阻力，滤饼的阻力，1/m r滤饼的比阻，滤饼的比阻，1/m2n物理意义物理意义：比阻比阻在数值上等于粘度为在数值上等于粘度为1Pas的滤液以的滤液以1m/s的的平均速度通过厚度为平均速度通过厚度为1m的滤饼层时所产生的压强降。所以，的滤饼层时所产生的压强降。所以，比阻反映了颗粒形状、尺寸及床层空隙率对滤液流动的影响。比阻反映了颗粒形状、尺寸及床层空隙率对滤液流动的影响。其大小反映了过滤操作的难易其大小反映了过滤操作的难易。过滤推动力过滤推动力：促成滤液流动的因素，即：促成滤液流动的因素，即压强差压强差pC过滤阻力过滤阻力：rLn滤液本身的粘性，滤液本身的粘性，n滤饼阻力：滤饼阻力：r
44、L主目录主目录次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤61 eVVcrpA AddV 设每获得单位体积滤液时，被截留在过滤介质上的滤饼体设每获得单位体积滤液时，被截留在过滤介质上的滤饼体积为积为c（m3滤饼滤饼/m3滤液），则滤液），则 sprr 0令令 AddV esVVcrAp 01AcVL AcVLee eLLrpu 滤滤饼饼滤滤液液1c思考：思考：滤饼中全是固体物吗？滤饼中全是固体物吗？压缩指数压缩指数0s1（可压缩滤饼）（可压缩滤饼）s=0（不可压缩滤饼）（不可压缩滤饼）次目录次目录主目录主目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤62二、过滤基本方程二、过滤基本方
45、程 crpKs012 令令 eVVKAddV 22 eqqKddq 2-过滤基本方程过滤基本方程过滤常数，过滤常数，由实验测定由实验测定 pu思考：思考：影响影响K的因素有哪些？的因素有哪些？影响影响Ve或或qe的因素有哪些？的因素有哪些？-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系次目录次目录主目录主目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤63 crpKs012 32212 Car影响影响K的因素：的因素：影响影响qe或或Ve 的因素：的因素：滤饼性质（滤饼性质（s、a）滤浆性质（滤浆性质（c、）推动力（推动力（p）过滤介质的性质（孔的结构、过滤介质的性质（孔的结构、r0、厚度）、厚
46、度）pu次目录次目录主目录主目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤64二、过滤基本方程二、过滤基本方程-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系 222KAVVVe 2、恒压过滤、恒压过滤 crpKs012 过过滤滤阻阻力力过过滤滤推推动动力力 AddVu eVVKA 2 pu 表观速度表观速度特点：特点：K为常数为常数 积分得：积分得：或或 Kqqqe 22若过滤介质阻力可忽略不计，则若过滤介质阻力可忽略不计，则 22KAV 或或 Kq 2，过滤速度愈来愈小。，过滤速度愈来愈小。恒压过滤方程恒压过滤方程次目录次目录主目录主目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤65以绝对滤
47、液量为基准以绝对滤液量为基准以相对滤液量为基准以相对滤液量为基准(V+Ve)2=KA2(e)V2+2VeV=KA2e Ve2=KA2e(q+qe)2=K(e)q2+2qeq=Ke qe2=Ke过滤介过滤介质阻力质阻力忽略忽略V2=KA2q2=K表明恒压过滤时滤液体积与过滤时间的关系为一抛物线表明恒压过滤时滤液体积与过滤时间的关系为一抛物线。主目录主目录次目录次目录22dVKAdV2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤66三、过滤常数的测定三、过滤常数的测定eqKqKq21 1500 1000 q 500 0 0 0.025 0.05 0.075 q 斜率1/K截距 2qe/KCpsK lo
48、g)1(log crpKs012 恒压时：恒压时：Kqqqe 22log plogK作图求出压作图求出压缩指数缩指数s/qq图次目录次目录主目录主目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤67图解法求过滤常数步骤：n在恒定压强差下实验，测定一系列q值n据恒压实验数据计算q、/qn在直角坐标系中以/qq做图n读图的斜率m，截距bn计算K、qen计算e2bKqm1KKq2bK1meeKqKq2eee2e2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤68【例【例3-5】一台板框压滤机的过滤面积为一台板框压滤机的过滤面积为0.2m2，在，在表压表压150kpa下以恒压操作方式过滤某一悬浮液。下以恒压操
49、作方式过滤某一悬浮液。2小小时后得滤液时后得滤液40m3,已知滤渣不可压缩，过滤介质阻力已知滤渣不可压缩，过滤介质阻力忽略。求：忽略。求：若其它情况不变，而过滤面积加倍，可得滤液多若其它情况不变，而过滤面积加倍，可得滤液多少？少？若表压加倍，若表压加倍，2小时后可得滤液多少？小时后可得滤液多少？若其它情况不变，将操作时间缩短为若其它情况不变，将操作时间缩短为1小时，所得小时，所得滤液多少？滤液多少？主目录主目录次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤69分析分析：由于过滤介质阻力忽略，所以选用公式：由于过滤介质阻力忽略，所以选用公式：V2=KA21、过滤面积加倍，则、过滤面积加倍
50、，则2、表压加倍，则、表压加倍，则 3、过滤时间缩短为1小时，则3/280V VA AVVm2PKr v23(/)/256.6V VK KVVm23(/)/0.528.3V VVVm 主目录主目录次目录次目录2023-5-13化原 第三章 沉降与过滤70【例【例3-6】在实验室用一片过滤面积为在实验室用一片过滤面积为0.1m2的滤叶对某种颗的滤叶对某种颗粒在水中悬浮液进行实验，过滤压强差为粒在水中悬浮液进行实验，过滤压强差为500mmHg,过滤过滤5分分钟得滤液钟得滤液1升，又过滤升，又过滤5分钟得滤液分钟得滤液0.6升，若再过滤升，若再过滤5分钟，分钟，可得滤液多少升？可得滤液多少升？分析分
