化工原理(王志魁版)第三章沉降过程.ppt

第三章第三章 沉降与沉降与过滤过滤1.3.1 概述概述非均相混合物分离的目的非均相混合物分离的目的1 收集分散物收集分散物质质2 净净化分散介化分散介质质3劳动劳动保保护护与与环环境境卫卫生生3.1 概述概述颗颗粒与流体相粒与流体相对对运运动时动时所受的阻力所受的阻力 当流体密度当流体密度为为，黏度，黏度为为，颗颗粒直径粒直径为为dp，颗颗粒在运粒在运动动方向上方向上的投影面的投影面积为积为A，颗颗粒与流体的相粒与流体的相对对运运动动速度速度为为u时时，颗颗粒所受粒所受的阻力的阻力为为：流体相流体相对对与与颗颗粒运粒运动时动时的的Re：1)当当 10-4 Re 2时时，层层流流2)当当 2 Re 500时时，过过渡区渡区3)当当500 Re2x105时时，湍流区，湍流区3.2 重力沉降重力沉降一 沉降速度沉降速度1.球形球形颗颗粒的自由沉降粒的自由沉降根据牛根据牛顿顿第二定律：第二定律：1)当当 10-4 Re 2时时，层层流流2)当当 2 Re 500时时，过过渡区渡区3)当当103 Ret 2x105时时，湍流区，湍流区3.影响沉降速度的因素影响沉降速度的因素q自由沉降自由沉降q干干扰扰沉降沉降1)流体的黏度流体的黏度 当当颗颗粒向下沉降粒向下沉降时时，流体被置，流体被置换换而向上运而向上运动动，阻滞了靠，阻滞了靠 得很近的其它得很近的其它颗颗粒的沉降粒的沉降3)器壁效器壁效应应4)颗颗粒形状的影响粒形状的影响2)颗颗粒的体粒的体积积分数：当分数：当颗颗粒粒浓浓度很高度很高时时，沉降速度比自由，沉降速度比自由 沉降速度减少沉降速度减少颗颗粒粒实质实质上是在密度和粘度都比清液上是在密度和粘度都比清液为为大的大的悬悬浮液内沉降浮液内沉降球形球形颗颗粒比同体粒比同体积积非球形非球形颗颗粒的沉降快粒的沉降快非球形非球形颗颗粒的形状粒的形状s及投影面及投影面积积A都影响沉降速度都影响沉降速度d（d 0.5m）4.沉降速度的沉降速度的计计算算假假设设流型流型utRe判断判断是是否否ut1)试试差法差法二 重力沉降重力沉降设备设备1.沉降室沉降室长长度度L，m高度高度H，m宽宽度度W，m若沉降室若沉降室设设置置n层层水平隔板，水平隔板，则则多多层层沉降室的生沉降室的生产产能力能力为为：o气体流速气体流速为层为层流流oUt为为最小最小颗颗粒的沉降流速粒的沉降流速 而而这这能能100%除去的最小除去的最小 颗颗粒称粒称为为临临界粒径界粒径dpc2.沉降槽沉降槽1.间间歇的歇的2.连续连续的的o为为了增大沉降速度，通常采用的措施：了增大沉降速度，通常采用的措施：在在悬悬浮液中加入少量浮液中加入少量电电解解质质，使，使细细粒粒发发生生“凝聚凝聚”或或“絮凝絮凝”加加热悬热悬浮液，降低其粘度浮液，降低其粘度o沉聚沉聚过过程程为为干干扰扰沉降沉降大大颗颗粒相粒相对对于小于小颗颗粒粒进进行沉降行沉降液体被沉降液体被沉降颗颗粒置粒置换换而上升的速度不可忽略而上升的速度不可忽略悬悬浮液中小浮液中小颗颗粒有被沉降粒有被沉降较较快的快的颗颗粒向下拖曳的粒向下拖曳的趋势趋势，使小，使小 颗颗粒的沉降被加速粒的沉降被加速第三第三节节 离心沉降离心沉降一 惯惯性离心力作用下的沉降速度性离心力作用下的沉降速度uTR做做圆圆周运周运动时动时，向心加速度：，向心加速度：uTruur离心力：离心力：当流体当流体带带着着颗颗粒旋粒旋转时转时：离心力：离心力：浮力：浮力：阻力：阻力：达平衡达平衡时时：离心沉降速度：离心沉降速度：第三第三节节 离心沉降离心沉降离心沉降与重力沉降的区离心沉降与重力沉降的区别别n离心加速度离心加速度r2代替了代替了gnur的的值值随位置随位置r而而变变化化nur不是不是颗颗粒的真粒的真实实速度，是其速度在径向上的分速度速度，是其速度在径向上的分速度颗颗粒受重力否粒受重力否离心分离因数离心分离因数：同一：同一颗颗粒在同种介粒在同种介质质中的离心力与重力中的离心力与重力的比的比值值Kc二二 旋旋风风分离器的操作原理分离器的操作原理旋旋风风分离器的分离器的结结构构气芯气芯上旋气流上旋气流负压负压外旋气流外旋气流对对于于5m以下的以下的颗颗粒粒湿法捕集湿法捕集滤滤袋器袋器三旋三旋风风分离器的性能分离器的性能1.临临界粒径界粒径2.分离效率分离效率3.气体气体经经旋旋风风分离器的分离器的压压强强降降1.临临界粒径界粒径假假设设：1)进进入旋入旋风风分离器的的气流分离器的的气流严严格按螺旋形格按螺旋形线线路做等速运路做等速运动动，其切向速度等于，其切向速度等于进进口气速口气速ui2)颗颗粒向器壁沉降粒向器壁沉降时时，必，必须须穿穿过过厚度等于整个厚度等于整个进进气气宽宽度度b的气流的气流层层3)颗颗粒在粒在层层流情况下作自由沉降流情况下作自由沉降三旋三旋风风分离器的性能分离器的性能r可取平均可取平均值值rm气流中气流中颗颗粒离心沉降速度粒离心沉降速度为为：颗颗粒到达器壁所需的沉降粒到达器壁所需的沉降时间时间：令气流的有效旋令气流的有效旋转转圈数圈数为为n在器内运行的距离在器内运行的距离为为2 rmn气流停留气流停留时间为时间为：若理若理论论上能完全被分离下最小的上能完全被分离下最小的颗颗粒所需的沉降粒所需的沉降时间为时间为t临临界粒界粒径径三旋三旋风风分离器的性能分离器的性能2.分离效率分离效率总总效率效率o粒粒级级效率效率pxi：粒径在第：粒径在第i段内的段内的颗颗粒占全部粒占全部颗颗粒的粒的质质量分率量分率3.压压强强降降三旋三旋风风分离器的性能分离器的性能4.影响旋影响旋风风分离器性能的因素分离器性能的因素1)颗颗粒密度、大小、粒密度、大小、进进口气速高及粉口气速高及粉尘浓尘浓度高有利于分离度高有利于分离2)旋旋风风分离器的分离器的结结构构o采用采用细细而而长长的器身的器身o减少减少涡涡流影响流影响o内旋流的影响内旋流的影响o排气管和灰斗尺寸是否合理排气管和灰斗尺寸是否合理第四第四第四第四节节节节 过滤过滤过滤过滤3-4-1 3-4-1 过滤过滤操作的基本概念操作的基本概念18.过滤过滤的的动动力力n重力重力n压压强强差差n离心力离心力一 过滤过滤方式方式1.饼层过滤饼层过滤2.深深层过滤层过滤二 过滤过滤介介质质1.特点特点1)多孔性多孔性2)承受一定的承受一定的压压力力3)耐腐耐腐蚀蚀性、耐性、耐热热性性2.分分类类1)织织物介物介质质2)堆堆积积介介质质3)多孔固体介多孔固体介质质三滤饼滤饼的的压缩压缩性和助性和助滤剂滤剂1.不可不可压缩滤饼压缩滤饼2.可可压缩滤饼压缩滤饼3.助助滤剂滤剂：硅藻土，珍珠岩，石棉，炭粉、：硅藻土，珍珠岩，石棉，炭粉、纸浆纸浆粉等粉等4.助助滤剂滤剂的添加方式的添加方式四、四、悬悬浮液量、固体量、浮液量、固体量、滤滤液量及液量及滤滤渣量之渣量之间间的关的关系系悬悬浮液浮液滤滤液，液，V湿湿湿湿滤滤滤滤渣，渣，渣，渣，Vc Vc，C液体液体干渣，干渣，P（1）湿湿湿湿滤滤滤滤渣的渣的渣的渣的 C计计算算令令C为为湿湿滤滤渣与其中所含干渣的渣与其中所含干渣的质质量比量比 干渣与干渣与滤滤液的液的质质量比量比干渣与干渣与滤滤液的体液的体积积的比的比值值，即，即单单位体位体积滤积滤液所液所对应对应的的干渣干渣质质量量（3）湿）湿滤滤渣渣质质量与量与滤滤液体液体积积的比的比值为值为C，kg湿渣湿渣/m3滤滤液液（4）湿）湿滤滤渣体渣体积积与与滤滤液体液体积积的比的比值值：单单位体位体积滤积滤液所含湿液所含湿滤滤渣的体渣的体积积（2）干渣干渣质质量与量与滤滤液体液体积积的比的比值值设悬设悬浮液中固体浮液中固体颗颗粒的粒的质质量分数量分数为为X，kg固体固体/kg悬悬浮掖浮掖CX为单为单位位质质量量悬悬浮液所浮液所获获得的湿得的湿滤滤渣的渣的质质量，量，kg湿渣湿渣/kg悬悬浮液浮液1-CX：为单为单位位质质量量悬悬浮液所浮液所获获得的得的滤滤液的液的质质量，量，kg滤滤液液/kg悬悬浮液浮液3-4-2 过滤过滤基本方程式基本方程式一 过滤过滤通通过过饼层饼层的流的流动动1 当量直径当量直径de3 流流动类动类型：型：层层流流过滤过滤速度：速度：令令u为滤为滤液在整个床液在整个床层层截面截面积积上的流速上的流速则则u=u1对对于于层层流：流：K=52 非非稳态过稳态过程程3-4-2 过滤过滤基本方程式基本方程式二 过滤过滤速率与速率与过滤过滤速度速度三 滤饼滤饼的阻力的阻力R：滤饼滤饼的阻力的阻力1/mr：滤饼滤饼的比阻的比阻1/m2过滤过滤速率：速率：单单单单位位位位时间获时间获时间获时间获得的得的得的得的滤滤滤滤液体液体液体液体积积积积，mm3 3/s/s过滤过滤速度：速度：R=rL3-4-2 过滤过滤基本方程式基本方程式四 过滤过滤介介质质的阻力的阻力滤滤液穿液穿过过过滤过滤过滤过滤介介介介质质质质的速度的速度为为：滤滤液穿液穿过过过过滤饼滤饼滤饼滤饼与与与与过滤过滤过滤过滤介介介介质质质质的速度：的速度：压压强强降降为为Pm+Pc=P阻力：阻力：Rm+R设设用一用一层层厚度厚度为为Le的的滤饼滤饼代替代替过滤过滤介介质质，其比阻也，其比阻也为为r则则Rm=rLe3-4-2 过滤过滤基本方程式基本方程式五 过滤过滤基本方程式基本方程式 令令 为为滤饼滤饼体体积积与相与相应应的的滤滤液体液体积积之比之比同同样样生成厚度生成厚度为为Le的的滤饼滤饼所所应获应获得的得的滤滤液体液体积为积为VeVe为过滤为过滤介介质质的当量体的当量体积积（或虚（或虚拟滤拟滤液体液体积积）过滤过滤基基本方程本方程3-4-2 过滤过滤基本方程式基本方程式对对可可压缩滤饼压缩滤饼其中其中r ：单单位位压压强强差下差下滤饼滤饼的比阻，的比阻，1/m2 p：过滤压过滤压强强差，差，Pas：滤饼滤饼的的压缩压缩性指数，性指数，s=01，不可，不可压缩滤饼压缩滤饼s=0过滤过滤基基本方程本方程3-4-3 3-4-3 恒恒压过滤压过滤k：表征表征过滤过滤物料特性的常数物料特性的常数对对一定的一定的悬悬浮液，浮液，、r 、为为常数常数3-4-3 3-4-3 恒恒压过滤压过滤当当过滤过滤介介质质阻力可忽略阻力可忽略时时，e=0、Ve=0（2）-（1）得：恒恒压过滤压过滤方程式方程式当当过滤过滤介介质质阻力可忽略阻力可忽略时时，qe=0，e=03-4-5 过滤过滤常数的常数的测测定定过滤过滤常数：常数：K、qe、e3-4-5 过滤过滤常数的常数的测测定定一 恒恒压压下下K、qe、e的的测测定定恒恒压过滤压过滤方程：方程：方法方法1：1-q12-q2K、qee方法方法2：3-4-5 过滤过滤常数的常数的测测定定二 压缩压缩指数指数s的的测测定、物料特性常数定、物料特性常数k的的测测定定3-4-6 过滤设备过滤设备按操作方式按操作方式n间间歇歇n连续连续按按压压强强差差n压滤压滤n吸吸滤滤n离心离心过滤过滤常用常用设备设备n板框板框过滤过滤机机n叶叶滤滤机机n转转筒真空筒真空过滤过滤机机3-4-8 过滤过滤机的生机的生产产能力能力二 连续过滤连续过滤机的生机的生产产能力能力 浸没度浸没度：转转筒表面浸入筒表面浸入滤浆滤浆中的分数中的分数设转设转筒筒转转速速为为N，r/s，单单位位时间获时间获得的得的总滤总滤液量液量为为Q，m3/s任一小任一小块过滤块过滤面面积积所所经历经历的的过滤时间为过滤时间为：旋旋转转一周一周获获得的得的滤滤液量液量为为：若忽略若忽略过滤过滤介介质质阻力：阻力：