第三章沉降与过滤课件.ppt

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1、第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤2/24/20231化原 第三章 沉降与过滤 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。旋风分离器的选型。b 过滤操作的原理、过滤基本

2、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2/24/20232化原 第三章 沉降与过滤第三章第三章 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2/24/20233化原 第三章 沉降与过滤第一节第一节 概述概述分离分离 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

3、、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2/24/20234化原 第三章 沉降与过滤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2/24/20235化原 第三章 沉降与过滤某水厂全貌 图中兰色粗管是来江中的原料水，条形池子是絮凝池，左侧池是沉降池。主目录主目录2/24/20236化原 第三章 沉降与过滤 这是沉降池。图为絮凝

4、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2/24/20237化原 第三章 沉降与过滤n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2/24/20238化原 第三章 沉降与过滤 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2/24/20239化原 第三章 沉降与过滤一、一、沉降速度沉降速度(terminal velocity)1 1、自

5、由沉降、自由沉降极短，通常可以忽略极短，通常可以忽略该该段段的的颗颗粒粒运运动动速速度度称称为为沉降速度，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2/24/202310化原 第三章 沉降与过滤2、沉降速度、沉降速度Re0=du0/1或2 层流区 -介质阻力系数介质阻力系数-斯托克斯定律斯托克斯定律 次目录次目录主目录主目录2/24/202311化原 第三章 沉降与过

6、滤图3-2 -Ret关系曲线 主目录主目录 次目录次目录2/24/202312化原 第三章 沉降与过滤主目录主目录 次目录次目录2/24/202313化原 第三章 沉降与过滤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用力2.对比分析对比分析沉降沉降流体流流体流动动定律定律介介质质阻力阻力-牛牛顿顿阻力定律阻力定律 内摩擦力内摩擦力-牛牛顿顿粘性定律粘性定律表达式表达式F d=Au2/2 F=A du/dy颗颗粒粒为为球形球形,A-投影面投影面积积直管阻力直管阻力 hf

7、=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过过渡区渡区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2/24/202314化原 第三章 沉降与过滤3、球形颗粒沉降速度的计算、球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

8、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：主目录主目录 次目录次目录2/24/202315化原 第三章 沉降与过滤4、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

9、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2/24/202316化原 第三章 沉降与过滤1）自由沉降与自由落体）自由沉降与自由落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

10、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2/24/202317化原 第三章 沉降与过滤3）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 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。2/24/202318化原 第三章 沉降与过滤4）温度对）温度对

11、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。2/24/202319化原 第三章 沉降与过滤思考题思考题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质沉降速度与高

12、度无关，与颗粒大小及流体性质有关。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2/24/202320化原 第三章 沉降与过滤二、沉降设备二、沉降设备-用于除去用于除去75 m以上颗以上颗粒粒-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2/24/202321化原 第三章 沉降与过滤1、降尘室降尘室则则表表明明，该该颗颗粒粒能能在在降降尘尘室室中中除去。除去。思考思考1：为什么气体进入降尘为什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

13、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2/24/202322化原 第三章 沉降与过滤次目录次目录主目录主目录2/24/202323化原 第三章 沉降与过滤次目录次目录主目录主目录2/24/202324化原 第三章 沉降与过滤降尘室降尘室思考思考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？思考思考4：能够被能够被100%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？思考思考5：粒径比粒径比dmin小的颗粒，小的

14、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)/H2/24/202325化原 第三章 沉降与过滤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？可见，降尘室最大处理可见，降尘室最大处理量与底面积、沉降速度有量与底面积、沉降速度有关关,而与降尘室高度无关。而与降尘室高度无关。故降尘室多做成扁平的。故降尘室多做成扁平的。注意注意!降降尘尘室室内内气气体体流流速速不不应应过过高高，以以免免将将已已沉沉降降下下来来的的颗颗粒粒重重新新扬扬起起。根根据据经经验验，多多数数灰灰尘尘的的分分离离，可可取取u3m/s，较较

15、易易扬扬起灰尘的，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2/24/202326化原 第三章 沉降与过滤降尘室优、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只只适适用用于于分分离离粗粗颗颗粒粒(直直径径75 m以以上上)，或或作作为预分离设备。为预分离设备。次目录次目录主目录主目录2/24/202327化原 第三章 沉降与过滤n【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，

16、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，对降尘室应的尘粒，对降尘室应作如何改进作如何改进?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。2/24/202328化原 第三章 沉降与过滤n解

17、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=4/10=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2/24/202329化原 第三章 沉降与过滤n(2)直直径径为为40m的的颗颗粒粒必必在在滞滞流流区区沉沉降降，其其沉沉降降速速度度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故故 理理 论论 上上 直直 径径

18、 40m的的 颗颗 粒粒 在在 此此 时时 间间 内内 沉沉 降降 高高 度度H=ut=0.10065=0.503mn设设降降尘尘室室入入口口炉炉气气均均布布，在在降降尘尘室室入入口口端端处处于于顶顶部部及及其其附附近近的的dp=40m的的尘尘粒粒，因因其其ut0.4m/s，它它们们随随气气体体到到达达出出口口时时还还没没有有沉沉到到底底而而随随气气体体带带出出，而而入入口口端端处处于于距距室室底底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%主目录主目录 次目录次目录2/24/202330化

19、原 第三章 沉降与过滤n(3)要要完完全全回回收收直直径径为为15m的的颗颗粒粒，则则可可在在降降尘尘室室内内设设置置水水平平隔隔板板，使使之之变变为为多多层层降降尘尘室室。降降尘尘室室内内隔隔板板层层数数n及及板板间距间距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。主目录主目录 次目录次目录2/24/202331化原 第三章 沉降与过滤次目录次目录主目录主目录2/24/202332化原 第三章 沉降与过滤主目录主

20、目录 次目录次目录2/24/202333化原 第三章 沉降与过滤主目录主目录2、增稠器（沉降槽）、增稠器（沉降槽）次目录次目录2/24/202334化原 第三章 沉降与过滤u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，其表观粘度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；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

21、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，连续沉降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：特点：次目录次目录主目录主目录2/24/202335化原 第三章 沉降与过滤 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2/24/2

22、02336化原 第三章 沉降与过滤一、离心沉降速度一、离心沉降速度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 沉沉降降过过程程没没有有匀匀速速段段，但但在在小小颗颗粒粒沉沉降降时时，加加速速度度很很小小，可可近近似似作作为为匀匀速沉降处理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：FFCFduTurR离心加速度次目录次目录2/24/202337化原 第三章 沉降与过滤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

23、径向向外2/24/202338化原 第三章 沉降与过滤离心分离离心分离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切线方向进入向进入设备而产生。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2/

24、24/202339化原 第三章 沉降与过滤二、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

25、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2/24/202340化原 第三章 沉降与过滤主目录主目录 次目录次目录2/24/202341化原 第三章 沉降与过滤主目录主目录 次目录次目录2/24/202342化原 第三章 沉降与过滤n主要结构参数为筒体直径D，其它尺寸以D为

26、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5m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2/24/202343化原 第三章 沉降与过滤三、三、旋风分离器的性能旋风分离器的性能 能够从分离

27、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径，用粒的直径，用dc表示。其满足：表示。其满足：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临界粒径临界粒径次目录次目录2/24/202344化原 第三章 沉降与过滤结论：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

28、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2/24/202345化原 第三章 沉降与过滤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：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

29、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。2/24/202346化原 第三章 沉降与过滤总结总结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

30、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2/24/202347化原 第三章 沉降与过滤旋风分离器的选用旋风分离器的选用n已知内容已知内容：气体流量：气体流量qv(m3/s)，含尘量含尘量C1(g/m3)，粉尘的粒粉尘的粒度分布，除尘要求，压强降度分布，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)根根

31、据据要要求求的的除除尘尘效效率率和和粉粉尘尘粒粒度度分分布布，计计算算临临界界直直径径dc或分割粒径或分割粒径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)计算旋风分离器直径计算旋风分离器直径D；n(5)根根据据D与与ui计计算算每每个个旋旋风风分分离离器器的的处处理理量量，确确定定旋旋风风分分离离器台数；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

32、次目录2/24/202348化原 第三章 沉降与过滤主目录主目录 次目录次目录2/24/202349化原 第三章 沉降与过滤主目录主目录 次目录次目录作业：作业：No.3-42/24/202350化原 第三章 沉降与过滤 第四节第四节 过滤过滤n过滤操作的基本概念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2/24/202351化原 第三章 沉降与过滤一、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2/2

33、4/202352化原 第三章 沉降与过滤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：棉棉、麻麻、丝丝、毛毛、合合成成纤纤维维、金金属丝等编织成的滤布。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2/24/202353化原 第三章 沉降与过滤滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼过滤 使使用用时时，可可预预涂涂，也也可可以以混混入入待滤的滤浆中一起过滤。待滤的滤浆中一起过滤。助滤剂能形成结构疏松、而且助滤剂能形成结构疏松、而且几乎是不可压缩的滤饼。可改

34、善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的原滤饼的可压缩性和过于致密的缺点。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、粒度分布范围较窄、坚硬而悬浮性好 的颗粒状或纤维的颗粒状或纤维固体，如硅藻土、纤维粉末、活性固体，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2/24/202354化原 第三章 沉降与过滤（五）过滤推动力（五）过滤推动力过过滤滤推推动动力力是是指指滤滤饼饼和和过过滤滤介介质质两两侧侧的的压压力力

35、差差。此此压压力力差差可可以以是是重重力力或或人人为为压压差差。增增加加过过滤滤推推动动力力的的方方法法有：有：1、增增加加悬悬浮浮液液本本身身的的液液柱柱压压力力，一一般般不不超超过过50KN/m2，称为重力过滤。称为重力过滤。2、增增加加悬悬浮浮液液液液面面的的压压力力，一一般般可可达达500KN/m2称称为为加压过滤。加压过滤。3、在在过过滤滤介介质质下下面面抽抽真真空空，通通常常不不超超过过真真空空度度86.6KN/m2，称为真空过滤。称为真空过滤。此此外外，过过滤滤推推动动力力还还可可以以用用离离心心力力来来增增大大，称称为为离离心心过滤。过滤。主目录主目录 次目录次目录2/24/2

36、02355化原 第三章 沉降与过滤（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、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2/24/202356化原 第三章 沉降与过滤2)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 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

37、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【例例3-4】C湿滤渣与其中所含干渣的质量比。1)湿滤渣密度湿滤渣密度c 主目录主目录 次目录次目录2/24/202357化原 第三章 沉降与过滤二、二、过滤速率基本方程式过滤速率基本方程式-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关的关系系-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u 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

38、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2/24/202358化原 第三章 沉降与过滤 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次目录次目录主目录主目录2/24/202359化原 第三章 沉降与过滤式中：式中：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

39、于粘度为在数值上等于粘度为1Pas的滤液以的滤液以1m/s的平均速度通过厚度为的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：rL主目录主目录 次目录次目录2/24/202360化原 第三章 沉降与过滤 设每获得单位体积滤液时，被截留在

40、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 令令滤滤饼饼滤滤液液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2/24/202361化原 第三章 沉降与过滤二、过滤基本方程二、过滤基本方程-过过滤滤基基本本方方程程过滤常数，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 的关的关系

41、系次目录次目录主目录主目录2/24/202362化原 第三章 沉降与过滤影响影响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）厚度）pu次目录次目录主目录主目录2/24/202363化原 第三章 沉降与过滤二、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 的关的关系系2、恒压过滤、恒压过滤 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 或或，过滤速度愈

42、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2/24/202364化原 第三章 沉降与过滤以绝对滤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过滤介质过滤介质阻力忽略阻力忽略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2/24/202365化原 第三章 沉降与过滤三、过滤常数的测定三、过滤常数的测定恒压时：恒压时：lo

43、g 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2/24/202366化原 第三章 沉降与过滤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e2/24/202367化原 第三章 沉降与过滤【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。

44、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2/24/202368化原 第三章 沉降与过滤分析分析：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，则2、表压加倍，则、表压加倍，则 3、过滤时间缩短为1小时，则主目录主目录 次目录次目录2/24/202369化原 第三

45、章 沉降与过滤【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，可分钟，可得滤液多少升？得滤液多少升？分析分析：已知两组滤液体积和时间，求另一组过滤时间下的体：已知两组滤液体积和时间，求另一组过滤时间下的体积，则选用公式：积，则选用公式：V2+2VVe=KA2 注意注意 V、的含义的含义主目录主目录 次目录次目录2/24/202370化原 第三章

46、沉降与过滤实际滤液量为：主目录主目录 次目录次目录2/24/202371化原 第三章 沉降与过滤四、提高过滤生产能力的措施四、提高过滤生产能力的措施n助滤剂助滤剂：改变滤饼结构，使之较为疏松且不被压缩，则可提高过滤与洗涤速率。助滤剂多为刚性较好的多孔性粒状或纤维状材料，如常用的硅藻土、膨胀珍珠岩、纤维素等n絮凝剂絮凝剂：使分散的细颗粒凝聚成团从而更容易过滤。絮凝剂有聚合电解质类的如明胶、聚丙烯酰胺等，其长链高分子结构为固体颗粒架桥而成絮团；也有无机电解质类的絮凝剂，其作用为破坏颗粒表面的双电层结构使颗粒依靠范德华力而聚并成团n流动或机械搅动流动或机械搅动：限制滤饼厚度的增长，或者借用离心力使滤

47、饼在带锥度的转鼓中自动移动等动态过滤技术，也可以有效地提高过滤速率增大过滤面积、提高转速、缩短辅助操作时间、改善过滤特性以提高过滤和洗涤速率。主目录主目录 次目录次目录2/24/202372化原 第三章 沉降与过滤五、过滤设备五、过滤设备过滤过滤设备设备 次目录次目录主目录主目录2/24/202373化原 第三章 沉降与过滤主目录主目录(一一)板框过滤机板框过滤机(间歇过滤机间歇过滤机)次目录次目录2/24/202374化原 第三章 沉降与过滤1、主要部件、主要部件-尾板，滤框，滤板，主梁，头板，尾板，滤框，滤板，主梁，头板，压轴装置压轴装置2、装合、装合-1-2-3-2-1，所需杠数由生产能

48、力和悬浮，所需杠数由生产能力和悬浮液浓度决定。液浓度决定。1-非洗板非洗板 2-框框 3-洗板洗板3、操作循环、操作循环-装合，过滤装合，过滤，洗涤，卸渣，整理。，洗涤，卸渣，整理。4、横穿洗涤横穿洗涤：Lw=2L，Aw=A/25、过滤速率与洗涤速率的关系：、过滤速率与洗涤速率的关系：过滤终了速率是洗过滤终了速率是洗涤速率的四倍涤速率的四倍 主目录主目录板框过滤机板框过滤机(间歇过滤机间歇过滤机)次目录次目录2/24/202375化原 第三章 沉降与过滤滤饼洗涤滤饼洗涤思考：思考：洗涤阻力与洗涤阻力与哪些因素有关？哪些因素有关？与滤饼厚度、滤饼性质、洗涤液粘度、介质阻力有关 v推动力、阻力不变

49、推动力、阻力不变v洗涤速度为常数。洗涤速度为常数。思考：思考：洗涤过程与过滤过程的有何异同？洗涤过程与过滤过程的有何异同？次目录次目录主目录主目录2/24/202376化原 第三章 沉降与过滤生产能力：生产能力：操作周期：操作周期：单位时间内获得的滤液量或滤饼量单位时间内获得的滤液量或滤饼量。其中：其中：次目录次目录主目录主目录2/24/202377化原 第三章 沉降与过滤(二二)叶滤机叶滤机属间歇式属间歇式置换洗涤：置换洗涤：Lw=L，Aw=A滤叶滤叶一个操作循环：一个操作循环：过滤、洗涤、卸渣、整理重装过滤、洗涤、卸渣、整理重装 特点：特点：结构：结构：思考：思考：对叶滤机，下式中对叶滤机

50、，下式中V、Ve、A怎么取值怎么取值？一个滤叶的？还是？一个滤叶的？还是N个的？个的？均可。均可。叶滤机洗涤速率与最终过滤速率的比值为叶滤机洗涤速率与最终过滤速率的比值为1 次目录次目录主目录主目录2/24/202378化原 第三章 沉降与过滤主目录主目录 次目录次目录2/24/202379化原 第三章 沉降与过滤(三三)转筒真空过滤机转筒真空过滤机置换洗涤：置换洗涤：Lw=L，Aw=A属连续式属连续式过滤、洗涤、吹松、刮渣过滤、洗涤、吹松、刮渣转筒转筒-筒的侧壁上覆盖有金属网，长、径之比约为筒的侧壁上覆盖有金属网，长、径之比约为1/2 2，滤布滤布-蒙在筒外壁上。蒙在筒外壁上。n关键部件关键