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1、模块二模块二 沉淀过滤分别操作技术沉淀过滤分别操作技术项目项目01项目项目02沉降与沉降操作沉降与沉降操作技术技术 过滤及过滤设过滤及过滤设备操作备操作沉降沉降 非均相混合物的特点是体系内包含一个以上的相，相界面两侧物质的性质完全不同，如由固体颗粒与液体构成的悬浮液、由固体颗粒与气体构成的含尘气体等。这类混合物的分别就是将不同的相分开，通常接受机械的方法。沉降：悬浮在流体中的固体颗沉降：悬浮在流体中的固体颗粒借助于外场作用力产生定向粒借助于外场作用力产生定向运动，从而实现与流体相分别，运动，从而实现与流体相分别，或者使颗粒相增稠、流体相澄或者使颗粒相增稠、流体相澄清的一类操作。清的一类操作。沉
2、降与沉降操作技术沉降与沉降操作技术1重力沉降重力沉降 重力沉降：利用流体中的固体颗重力沉降：利用流体中的固体颗粒受重力作用而自然沉降的原理，将粒受重力作用而自然沉降的原理，将颗粒和流体分别的过程。颗粒和流体分别的过程。由于颗粒与流体密度不同、所受的重力大小不一样，因由于颗粒与流体密度不同、所受的重力大小不一样，因此颗粒会在重力方向上产生加速度；而一旦颗粒与流体之间此颗粒会在重力方向上产生加速度；而一旦颗粒与流体之间发生相对运动，颗粒在运动方向上必定受到流体的曳力。发生相对运动，颗粒在运动方向上必定受到流体的曳力。重力沉降分别中，颗粒沉降速度的大小确定了流重力沉降分别中，颗粒沉降速度的大小确定了
3、流-固两相固两相分别的难易程度。当颗粒与流体的密度差不大、粒径也不大分别的难易程度。当颗粒与流体的密度差不大、粒径也不大时，沉降速度会很小，故低密度的细颗粒就很难分别。时，沉降速度会很小，故低密度的细颗粒就很难分别。自由沉降：流体中单颗粒的沉降。自由沉降：流体中单颗粒的沉降。干扰沉降：流体中颗粒的含量较大时，颗粒沉降时彼此干扰沉降：流体中颗粒的含量较大时，颗粒沉降时彼此相互影响。液相互影响。液-固重力沉降分别中更为突出。固重力沉降分别中更为突出。沉降速度的通式：沉降速度的通式：其中：ut-颗粒的自由沉降速度；d-颗粒的直径；s-颗粒的密度；-流体的密度；-阻力系数；重力沉降设备：重力沉降设备：
4、利用重力沉降从气流中分别出尘粒的设备。假设：气体通过速度为 u，尘粒沉降速度为 ut。若设颗粒的水平移动速度与气流速度相同，则颗粒通过长度为 L 的降尘段的时间(停留时间)为 t=L/u，而粒径为 dp、沉降速度为 ut 的颗粒从高度为 H 的顶部降至底部所需时间为 t=H/ut。使粒径为 dp 的颗粒在降尘室内全部沉降的条件为 t=t，即 设备最大生产实力(即最大处理气体流量)为：降尘室的生产实力理论上正比于颗粒的沉降速度和沉降方向上的截面积、即降尘室底面积，而与沉降室的高度无关。1、沉降室、沉降室沉降离心机沉降离心机沉降室的沉降室的 探讨：探讨：气体在降尘室内流通截面上的均布特气体在降尘室
5、内流通截面上的均布特别重要，分布不均必需有部分气体在室别重要，分布不均必需有部分气体在室内停留时间过短，其中所含颗粒来不及内停留时间过短，其中所含颗粒来不及沉降而被带出室外。为使气体均布，降沉降而被带出室外。为使气体均布，降尘室进出口通常都做成锥形。尘室进出口通常都做成锥形。为防止操作过程中已被除下的尘粒又被气流重新卷起，降尘室的操作气速往往很低；另外，为保证分别效率，室底面积也必需较大。因此，降尘室是一种浩大而低效的设备，通常只能捕获大于50的粗颗粒。要将更细小的颗粒分别出来，就必需接受更高效的除尘设备。2、沉降槽、沉降槽 沉降槽也称增浓器或澄清器，是用来提高悬浮液浓度并同时得到澄清液的重力
6、沉降设备。其可以分为间歇操作和连续操作。间歇沉降槽通常为带有锥底的圆槽，须要处理的悬浮液料浆在槽内静置足够时间以后，增浓的沉渣由槽底排出，清液则由上部排出管抽出。连续沉降槽是底部略微成锥状的大直径浅槽。设计连续操作的重力沉降槽，应依据工艺要求和物系的干扰沉降性质，恰当地确定位于液面以下料浆的进口位置以使料浆匀整、缓和地分散到横截面上而不致引起大的扰动。连续沉降过程固-液两相的运动规律与间歇过程并不完全相同，利用间歇试验数据进行放大设计时应参考有关设计手册选取平安系数。离心沉降离心沉降 颗粒在重力或离心力场中都可发生沉降过程。利用离心力比利颗粒在重力或离心力场中都可发生沉降过程。利用离心力比利用
7、重力要有效得多，因为颗粒的离心力由旋转而产生，转速越大，用重力要有效得多，因为颗粒的离心力由旋转而产生，转速越大，则离心力越大；而颗粒所受的重力却是固定的。因此，利用离心力则离心力越大；而颗粒所受的重力却是固定的。因此，利用离心力作用的分别设备不仅可以分别出比较小的颗粒，而且设备的体积也作用的分别设备不仅可以分别出比较小的颗粒，而且设备的体积也可缩小很多。可缩小很多。离心沉降速度离心沉降速度 仿照重力沉降速度的推导方法，可得到颗粒在径向上相对于流体的运动速度。其中：ur-颗粒的离心沉降速度；uT-切向速度；d-颗粒的直径；s-颗粒的密度；-流体的密度；-阻力系数；离心沉降机离心沉降机离心沉降设
8、备离心沉降设备旋风分别器旋风分别器 旋风分别器是利用离心沉降原旋风分别器是利用离心沉降原理从气流中分别出颗粒的设备。上理从气流中分别出颗粒的设备。上部为圆筒形、下部为圆锥形；含尘部为圆筒形、下部为圆锥形；含尘气体从圆筒上侧的矩形进气管以切气体从圆筒上侧的矩形进气管以切线方向进入，藉此来获得器内的旋线方向进入，藉此来获得器内的旋转运动。气体在器内按螺旋形路途转运动。气体在器内按螺旋形路途向器底旋转，到达底部后折而向上，向器底旋转，到达底部后折而向上，成为内层的上旋的气流，称为气芯，成为内层的上旋的气流，称为气芯，然后从顶部的中心排气管排出。气然后从顶部的中心排气管排出。气体中所夹带的尘粒在随气流
9、旋转的体中所夹带的尘粒在随气流旋转的过程中，由于密度较大，受离心力过程中，由于密度较大，受离心力的作用渐渐沉降到器壁，遇到器壁的作用渐渐沉降到器壁，遇到器壁后落下，滑向出灰口。后落下，滑向出灰口。分别效率：分别效率：旋风分别器的分别效率有两种表示方法，即总效旋风分别器的分别效率有两种表示方法，即总效率率00及分效率或粒级效率及分效率或粒级效率ii。总效率（0）：被旋风分别器除掉的总的颗粒质量占进口含尘气体中全部颗粒质量的分率。其中：c1、c2 分别为进、出口气体中颗粒的质量浓度(g/cm3)分效率（粒级效率）（i）：入口气体中某一粒级的颗粒被旋风分别器除掉的分率。其中：ci1、ci2 分别为进
10、、出口气体中平均粒径为 di 的颗粒的质量浓度其中：xi 为进口气体中粒径为 di 的颗粒的质量分率 压降：压降：气体经过旋风分别器时，由于进气管气体经过旋风分别器时，由于进气管和排气管及主体器壁所引起的摩擦阻力、和排气管及主体器壁所引起的摩擦阻力、流淌时的局部阻力以及气体旋转运动所产流淌时的局部阻力以及气体旋转运动所产生的能量损失等，都将造成气体的压力降。生的能量损失等，都将造成气体的压力降。旋风分别器的压降大小是评价其性能好坏旋风分别器的压降大小是评价其性能好坏的重要指标。气体通过旋风分别器的压降的重要指标。气体通过旋风分别器的压降应尽可能小。通常压降用入口气体动能的应尽可能小。通常压降用
11、入口气体动能的倍数来表示：倍数来表示：旋风除尘器旋风除尘器旋风分别器的结构类型旋风分别器的结构类型 旋风分别器分类繁多，分类方法也各有不同。按结构形式可分为：长锥体、圆筒体、扩散式以及旁通式。我国已定型了多种旋风分别器，制定了标准系列，常用的有XLT、XLT/A、XLP/A、XLP/B 以及 XLK 型等。对各种型号的旋风分别器一般以圆筒直径 D 来表示其各部分的比例尺寸，具体尺寸及性能指标可查阅有关资料手册。XLP/B 型旋风分离器型旋风分离器PVPV型粗旋风分离器型粗旋风分离器PVPV型单级旋风分离器型单级旋风分离器PVPV型外置旋风分离器型外置旋风分离器PVPV型一、二级型一、二级 旋风
12、分离器旋风分离器过滤过滤1、过滤：、过滤：是在外力作用下，使是在外力作用下，使悬浮液中的液体通过多孔悬浮液中的液体通过多孔介质的孔道，而悬浮液中介质的孔道，而悬浮液中的固体颗粒被截留在介质的固体颗粒被截留在介质上，从而实现固、液分别上，从而实现固、液分别的操作。的操作。过滤操作的基本概念过滤操作的基本概念过滤及过滤设备操作过滤及过滤设备操作2过滤操作示意图过滤操作示意图2、饼层过滤：、饼层过滤：悬浮液中颗粒的尺寸大多都比介质的孔道大。过悬浮液中颗粒的尺寸大多都比介质的孔道大。过滤时悬浮液置于过滤介质的一侧，在过滤操作的起先滤时悬浮液置于过滤介质的一侧，在过滤操作的起先阶段，会有部分小颗粒进入介
13、质孔道内，并可能穿过阶段，会有部分小颗粒进入介质孔道内，并可能穿过孔道而不被截留，使滤液仍旧是混浊的。随着过程的孔道而不被截留，使滤液仍旧是混浊的。随着过程的进行，颗粒在介质上逐步积累，形成了一个颗粒层，进行，颗粒在介质上逐步积累，形成了一个颗粒层，称为滤饼。在滤饼形成之后，它便成为对其后的颗粒称为滤饼。在滤饼形成之后，它便成为对其后的颗粒起主要截留作用的介质。因此，不断增厚的滤饼才是起主要截留作用的介质。因此，不断增厚的滤饼才是真正有效的过滤介质，穿过滤饼的液体则变为澄清的真正有效的过滤介质，穿过滤饼的液体则变为澄清的液体。液体。3、深层过滤：、深层过滤：此时，颗粒尺寸比介质孔道的尺寸小得多
14、，颗粒简此时，颗粒尺寸比介质孔道的尺寸小得多，颗粒简洁进入介质孔道。但由于孔道弯曲瘦长，颗粒随流体在洁进入介质孔道。但由于孔道弯曲瘦长，颗粒随流体在曲折孔道中流过时，在表面力和静电力的作用下附着在曲折孔道中流过时，在表面力和静电力的作用下附着在孔道壁上。因此，深层过滤时并不在介质上形成滤饼，孔道壁上。因此，深层过滤时并不在介质上形成滤饼，固体颗粒沉积于过滤介质的内部。这种过滤适合于处理固体颗粒沉积于过滤介质的内部。这种过滤适合于处理固体颗粒含量极少的悬浮液。固体颗粒含量极少的悬浮液。织物介质 最常用的过滤介质，工业上称为滤布(网)，由自然纤维、玻璃纤维、合成纤维或者金属丝编织而成。可截留的最小
15、颗粒视网孔大小而定，一般在几到几十微米范围。多孔材料 制成片、板或管的各种多孔性固体材料，如素瓷、烧结金属或玻璃、多孔性塑料以及滤纸和压紧的毡与棉等。此类介质较厚，孔道细，能截留13mm的微小颗粒。固体颗粒床层 由沙、木炭之类的固体颗粒积累而成的床层，称作滤床，用作过滤介质使含少量悬浮物的液体澄清。多孔膜 由特殊工艺合成的聚合物薄膜，最常见的是醋酸纤维膜与聚酰胺膜。膜过滤属精密过滤或超滤(ultrafiltration)，可以分别5nm的微粒。4、过滤介质：、过滤介质：过滤基本方程式过滤基本方程式单位时间内获得的滤液体积称为过滤速率：1、过滤速率和过滤速度：、过滤速率和过滤速度：单位过滤面积上
16、的过滤速率称为过滤速度：保安过滤器保安过滤器2、不行压缩滤饼的过滤基本方程式、不行压缩滤饼的过滤基本方程式 滤饼层的体积为AL，它应当与获得的滤液量成正比，设比例系数为v，于是AL=vV。可知v的物理意义是获得单位体积的滤液量能得到的滤饼体积。同理，对过滤介质可以得到，LeA=Vev。（Ve是过滤介质的当量滤液体积或称虚拟滤液体积）V-滤液体积，m3；A-过滤面积，m2；-过滤时间，s；r-滤饼的比阻，即单位厚度滤饼的阻力，1/m2；v-滤饼体积与滤液体积之比，m3/m3；-滤液的粘度，Pa.s；3、可压缩滤饼的过滤基本方程式、可压缩滤饼的过滤基本方程式 可压缩滤饼的比阻是两侧压强差的函数。通
17、常用下面的阅历公式来估算压强差变更时可压缩滤饼比阻的变更，即：式中：r-单位压强差下滤饼的比阻，1/m2；s-滤饼的压缩性指数，无因次。一般状况 下，s=01。对于不行压缩滤饼，s=0。可压缩滤饼的过可压缩滤饼的过滤基本方程式滤基本方程式过滤设备过滤设备板框压滤机板框压滤机结构：由交替排列的滤板、滤结构：由交替排列的滤板、滤框与夹于板框之间的滤布叠合框与夹于板框之间的滤布叠合组装压紧而成。板框数视工艺组装压紧而成。板框数视工艺要求在机座长度范围内可敏捷要求在机座长度范围内可敏捷调整。组装后，在板框的四角调整。组装后，在板框的四角位置形成连通的流道，由机头位置形成连通的流道，由机头上的阀门限制悬浮液、滤液及上的阀门限制悬浮液、滤液及洗液的进出。洗液的进出。板框式压滤机板框式压滤机框 板 框 板洗涤板非洗涤板悬浮液滤液板非洗涤板过滤操作：过滤操作：过滤阶段悬浮液从通道进入滤框，滤液在压力下穿过滤框两边的滤布、沿滤布与滤板凹凸表面之间形成的沟道流下，既可单独由每块滤板上设置的出液旋塞排出，称为明流式；也可汇总后排出，称为暗流式。板框压滤机板框压滤机XAZ/2000-UB系列系列XASL/630-UB系列系列XAZ/800-UB系列系列XKZ/750-UB系列系列DY-Q 带式压榨过滤机带式压榨过滤机XKZ系列全自动快开式压滤机系列全自动快开式压滤机嵌入式滤布的滤板嵌入式滤布的滤板