非均相混合物的分离.ppt

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1、 学习要点：学习要点：重力沉降与离心沉降的基本公式；重力沉降与离心沉降的基本公式；过滤机理和过滤基本参数；过滤机理和过滤基本参数；恒压过滤方程及过滤常数的测定恒压过滤方程及过滤常数的测定均相物系均相物系：指物系内部各处均匀且无相界面，包括指物系内部各处均匀且无相界面，包括溶液、气体混合物等。溶液、气体混合物等。非均相物系非均相物系：指物系内部有隔不同相的界面且界面：指物系内部有隔不同相的界面且界面两侧的物料性质有差异。两侧的物料性质有差异。包括：包括：气固系统（如空气中的尘埃）；气固系统（如空气中的尘埃）；液固系统（如液体中的固体颗粒）；液固系统（如液体中的固体颗粒）；气液系统（如气体中的液滴

2、）；气液系统（如气体中的液滴）；液液系统（如乳浊液中的微滴）等。液液系统（如乳浊液中的微滴）等。非均相物系分离的依据是连续相与分散相具有非均相物系分离的依据是连续相与分散相具有不同的物理性质（如密度），故可用机械方法进行不同的物理性质（如密度），故可用机械方法进行分离。利用密度差进行分离时，必须使分散相与连分离。利用密度差进行分离时，必须使分散相与连续相产生相对运动，因此，分离非均相物系的单元续相产生相对运动，因此，分离非均相物系的单元操作遵循流体力学的基本规律，按两相运动方式的操作遵循流体力学的基本规律，按两相运动方式的不同分为沉降和过滤。不同分为沉降和过滤。非均相物系的分离主要用于：非均相

3、物系的分离主要用于：1、回收有用物质，如颗粒状催化剂的回收；、回收有用物质，如颗粒状催化剂的回收；2、净化气体，如除尘、废液、废气中有害物质的清、净化气体，如除尘、废液、废气中有害物质的清除等。除等。沉降操作是使悬浮在流体中的固体颗粒，在重力或离沉降操作是使悬浮在流体中的固体颗粒，在重力或离心力的作用下，沿着受力方向发生运动而沉积，从而心力的作用下，沿着受力方向发生运动而沉积，从而与流体分离的过程。与流体分离的过程。重力沉降：利用悬浮固体颗粒本身的重力完成分离的重力沉降：利用悬浮固体颗粒本身的重力完成分离的操作。操作。离心沉降：利用悬浮的固体颗粒的离心力作用而获得离心沉降：利用悬浮的固体颗粒的

4、离心力作用而获得分离的操作。分离的操作。一、一、重力沉降重力沉降（一（一）球形颗粒的自由沉降）球形颗粒的自由沉降自由沉降速率：自由沉降速率：3)(4pptdu（二）阻力系数（二）阻力系数 介质阻力系数介质阻力系数=f(Rt),如如图图3-2（三）沉降速度的计算（三）沉降速度的计算对一定的颗粒与介质而言，重力与浮力值不变，而阻力则随对一定的颗粒与介质而言，重力与浮力值不变，而阻力则随下降速度增加而增大。沉降开始阶段，颗粒作加速运动，经下降速度增加而增大。沉降开始阶段，颗粒作加速运动，经过一段时间后，当重力等于浮力与阻力之和时，加速度为零，过一段时间后，当重力等于浮力与阻力之和时，加速度为零，颗粒

5、即作等速沉降运动，此时颗粒的沉降速度称为沉降速度颗粒即作等速沉降运动，此时颗粒的沉降速度称为沉降速度或终端速度。或终端速度。层流区层流区 u ut t=斯托克斯公式斯托克斯公式过渡区过渡区 u ut t=艾伦公式艾伦公式湍流区湍流区 u ut t=牛顿公式牛顿公式计算计算u ut t需用试差法，即先假设流动类型（层流、过渡流、湍需用试差法，即先假设流动类型（层流、过渡流、湍流）后选用相应的流）后选用相应的u ut t计算式算出计算式算出u ut t，用，用u ut t计算计算ReRe，再检验假设，再检验假设的流型是否正确。的流型是否正确。18)(2ppgd4.1/16.04.06.1)(153

6、.0ppgdgdpp)(74.1（四）实际重力沉降速度（四）实际重力沉降速度自由沉降：固体颗粒在沉降过程中不因流体中其他颗自由沉降：固体颗粒在沉降过程中不因流体中其他颗粒的存在而受到干扰的沉降。粒的存在而受到干扰的沉降。干扰沉降：固体颗粒在沉降过程中，因颗粒之间的相干扰沉降：固体颗粒在沉降过程中，因颗粒之间的相互影响，而使颗粒不能正常沉降。互影响，而使颗粒不能正常沉降。二、二、离心沉降离心沉降 颗粒在离心力场作用下，受到离心力的作用而沉降的过程颗粒在离心力场作用下，受到离心力的作用而沉降的过程称为离心沉降。称为离心沉降。悬浮在流体中的微粒，利用离心力比利用重力可以使微粒悬浮在流体中的微粒，利用

7、离心力比利用重力可以使微粒的沉降速度增大很多，这是因为离心力由旋转而产生，旋的沉降速度增大很多，这是因为离心力由旋转而产生，旋转的速度愈大则离心力也愈大；而微粒在重力场中所受的转的速度愈大则离心力也愈大；而微粒在重力场中所受的重力作用是一个定值。因此，将微粒从悬浮物系中分离时，重力作用是一个定值。因此，将微粒从悬浮物系中分离时，利用离心力比利用重力有效的多。同时，利用离心力作用利用离心力比利用重力有效的多。同时，利用离心力作用的分离设备不仅可以分离较小的微粒，而且设备的体积可的分离设备不仅可以分离较小的微粒，而且设备的体积可以缩小。以缩小。与重力沉降速度相比，只是将重力场改为离心场。与重力沉降

8、速度相比，只是将重力场改为离心场。三、沉降分离设备三、沉降分离设备1、重力沉降设备、重力沉降设备降尘室、连续沉降槽降尘室、连续沉降槽2、离心分离设备、离心分离设备旋风分离器旋风分离器、旋液分离器、离心沉降机、旋液分离器、离心沉降机一、概述一、概述（一）滤饼过滤与深层过滤（一）滤饼过滤与深层过滤滤饼过滤滤饼过滤 悬浮液中的颗粒沉积在过滤介质表面形成滤饼悬浮液中的颗粒沉积在过滤介质表面形成滤饼层，滤液穿过滤饼层中的空隙流动叫做滤饼过滤。层，滤液穿过滤饼层中的空隙流动叫做滤饼过滤。深层过滤深层过滤 固体颗粒不形成滤饼，而是沉积在过滤介质内固体颗粒不形成滤饼，而是沉积在过滤介质内部叫做深层过滤。部叫做

9、深层过滤。通常将原悬浮液称为滤浆，滤浆中的固体颗粒称为滤渣，通常将原悬浮液称为滤浆，滤浆中的固体颗粒称为滤渣，过滤时积聚在过滤介质上的滤渣层称为滤饼，通过过滤过滤时积聚在过滤介质上的滤渣层称为滤饼，通过过滤介质的液体称为滤液。介质的液体称为滤液。（二）过滤介质（二）过滤介质过滤介质的作用是支承滤饼，故除有孔隙外，还应具有足过滤介质的作用是支承滤饼，故除有孔隙外，还应具有足够的机械强度及尽可能小的阻力。够的机械强度及尽可能小的阻力。工业上常用的过滤介质有：工业上常用的过滤介质有：织物介质：天然纤维、化学纤维、玻璃丝、金属丝织成的织物介质：天然纤维、化学纤维、玻璃丝、金属丝织成的滤网。滤网。多孔性

10、固体介质：多孔性陶瓷板，多孔性塑料板，多孔多孔性固体介质：多孔性陶瓷板，多孔性塑料板，多孔性金属陶性金属陶瓷板等，此类介质能截留小至瓷板等，此类介质能截留小至1-3 m的固体颗粒。的固体颗粒。堆积介质：细沙、石、炭屑等堆积的颗粒床层及非编织堆积介质：细沙、石、炭屑等堆积的颗粒床层及非编织纤维玻璃棉等的堆积层。一般用于处理含固体微粒少的悬纤维玻璃棉等的堆积层。一般用于处理含固体微粒少的悬浮液，如水的净化。浮液，如水的净化。（三）过滤推动力（三）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

11、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，一般不超过、增加悬浮液本身的液柱压力，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，一般可达、增加悬浮液液面的压力，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，通常不超过真空度、在过滤介质下面抽真空，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。（四）过滤基本参数（四）过滤基本参数 处理量、生产能力、生产率、过滤面积、悬浮液处理

12、量、生产能力、生产率、过滤面积、悬浮液固相浓度、滤饼含液量、滤饼与滤液的体积比、过固相浓度、滤饼含液量、滤饼与滤液的体积比、过滤速率、过滤速度滤速率、过滤速度（五）滤饼的可压缩性五）滤饼的可压缩性不可压缩滤饼：由刚性颗粒形成的滤饼，在过滤过不可压缩滤饼：由刚性颗粒形成的滤饼，在过滤过程中颗粒形状和颗粒间的空隙率保持不变。程中颗粒形状和颗粒间的空隙率保持不变。可压缩滤饼：由非刚性颗粒形成的滤饼，在压强差可压缩滤饼：由非刚性颗粒形成的滤饼，在压强差作用下会变形。作用下会变形。（六）滤饼的洗涤（六）滤饼的洗涤目的：回收滤液或得到较纯净的固体颗粒目的：回收滤液或得到较纯净的固体颗粒二、恒压过滤二、恒压

13、过滤（一）过滤的基本方程（一）过滤的基本方程)(efVVvrpAAdtdV（二）恒压过滤方程（二）恒压过滤方程V2+2VeV=KA2tq2+2qeq=Kt（三）过滤常数（三）过滤常数K、Ve、qe的测定的测定根据恒压过滤方程，测两个时间根据恒压过滤方程，测两个时间t1、t2的滤液体的滤液体积积V1、V2，联立方程组即可估算其值。，联立方程组即可估算其值。对于一定的悬浮液，若对于一定的悬浮液，若、rr及及v v可视为常数，令可视为常数，令 vrk1)(12esVVvrpAddV(V+V(V+Ve e)dV=kA)dV=kA2 2pp1-s1-sd d 式中：式中：k k 表征过滤物料特性的常数，

14、表征过滤物料特性的常数，m m4 4/（N N s s）。）。过滤基本方程可写成：过滤基本方程可写成：恒压过滤方程式的推导恒压过滤方程式的推导 工业上使用的典型过滤设备：工业上使用的典型过滤设备：按操作方式分类：间歇过滤机、连续过滤机按操作方式分类：间歇过滤机、连续过滤机按操作压强差分类：压滤、吸滤和离心过滤按操作压强差分类：压滤、吸滤和离心过滤板框压滤机（间歇操作）板框压滤机（间歇操作）转筒真空过滤机（连续操作）转筒真空过滤机（连续操作）过滤式离心机过滤式离心机三、过滤设备三、过滤设备结构：结构：滤板、滤框、夹紧机构、机架等组成。滤板、滤框、夹紧机构、机架等组成。滤板：凹凸不平的表面，凸部用

15、来支撑滤布，凹槽是滤滤板：凹凸不平的表面，凸部用来支撑滤布，凹槽是滤液的流道。液的流道。滤板右上角的圆孔，是滤浆通道；左上角的圆滤板右上角的圆孔，是滤浆通道；左上角的圆孔，是洗水通道。孔，是洗水通道。洗涤板洗涤板：左上角的洗水通道与两侧表面的凹槽相通，左上角的洗水通道与两侧表面的凹槽相通，使洗水流进凹槽；使洗水流进凹槽；非洗涤板：非洗涤板：洗水通道与两侧表面的凹槽不相通。洗水通道与两侧表面的凹槽不相通。1 板框压滤机板框压滤机 为了避免这两种板和框的安装次序有错，在铸造时常在板为了避免这两种板和框的安装次序有错，在铸造时常在板与框的外侧面分别铸有一个、两个或三个小钮。非洗涤板为一与框的外侧面分

16、别铸有一个、两个或三个小钮。非洗涤板为一钮板，框带两个钮板，框带两个钮，洗涤板为三钮板。钮板，框带两个钮板，框带两个钮，洗涤板为三钮板。滤框：滤框：滤浆通道：滤浆通道：滤框右上角的圆孔滤框右上角的圆孔 洗水通道：洗水通道：滤框左上角的圆孔滤框左上角的圆孔结构简单，价格低廉，占地面积小，过滤面积大。结构简单，价格低廉，占地面积小，过滤面积大。可根据需要增减滤板的数量，调节过滤能力。可根据需要增减滤板的数量，调节过滤能力。对物料的适应能力较强，由于操作压力较高对物料的适应能力较强，由于操作压力较高（310kg/cm2 ），对颗粒细小而液体粘度较大的滤浆，也能），对颗粒细小而液体粘度较大的滤浆，也能适用。适用。间歇操作，生产能力低，卸渣清洗和组装阶段需用人力操作，间歇操作，生产能力低，卸渣清洗和组装阶段需用人力操作，劳动强度大，所以它只适用于小规模生产。劳动强度大，所以它只适用于小规模生产。近年出现了各种自动操作的板框压滤机，使劳动强度得到减近年出现了各种自动操作的板框压滤机，使劳动强度得到减轻。轻。板框压滤机的特点：板框压滤机的特点：结构：结构：转筒，扇形格转筒，扇形格(18格格)；滤室；