沉降过滤及设备PPT课件

998 .2
3.96 10 5
1
计算结果表明，与假设相符，故算得的 ut 2.66 10 6 m s 1 正确。
这是利用沉降速度计算式，计算液—固沉降的例子。
•15
❖降尘室
•16
用于分离气固悬浮物系，如图所示：
气体通过降尘室的停留时间， ，s； l u
颗粒在降尘室的沉降时间， t ，s；
•14
【例 3-1】 有一玉米淀粉水悬浮液，温度 200 C ，淀粉颗粒平均直径为15μm ，淀粉颗粒吸水后的
密度为1020 kg m3 ，试求颗粒的沉降速度。
解：先假定沉降在层流区进行，故可以用式 (II) 计算，即
ut
d 2(s 18
)g
已知： d p 15μm 15106 m, s 1020kg m3 ，查出 200 C 的水的
❖ 将上式与式（Ⅱ）相比可知，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，称为分离因数：
❖
ur ut
uT 2 gR
Kc
对于本节将要讨论的旋风分离器与旋液分离器来说，
分离系数虽不如离心机的那么大，但其效果已远较重力沉降
设备为高。譬如，当旋转半径R＝0.4m、切向速度=20时，
分离因数为：
0
2
解得离心沉降速度为：
ur
4d (s ) uT 2
3
R
……………… (VI)
在离心沉降时，如果颗粒与流体的相对运动属于滞流，阻力系数也符合斯托克斯定律：
24 24 ， 代入式 (VI) 得： Rer dur
ur
d 2 (s ) uT 2
18
R
…………… (VII)
离设心计分计离算的过效程能是是经沉验降型分。离所的以几课十堂倍上，讲旋的风不分多离。器几乎是覆盖了所有气—固分离场所。因•其23
0.6
3 10 5
而 Ret
d
ut
8.27 10 5 0.694 3 10 5
0.6＝1.14
1假设成立，所以 d
8.27 10 5 m
82.7μm 。
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
全去除的最小矿粒直径。
•18
沉降除尘室动画
•19
烟道除尘动画
•20
湍球塔除尘动画
998 .2kg m3 , 1.005 10 3 Pa s ，将各值代入上式得：
ut
(15 10 6 )2 (1020 998 .2) 9.807 18 1.005 10 3
2.66 10 6 m s1
检验 Ret 值： Ret
dut
15 10 6 2.66 10 6 1.005 10 3
沉降室尺寸的设计，是工厂中非常实际的问题。沉降室的高
度H，长L，气体流量V3之间的关系，为式（V）所示。）
•17
【例 3-2】某除尘室高 2m、宽 2m、长 5m ，用于矿石焙烧炉的炉气除尘。矿尘的密度为 4500 kg m3 ，
其形状近于圆球。操作条件下气体流量为 25000m3 h 1 ，气体密度为 0.6kg m3 、粘度为 3105 Pa s 。
Ne 5。
因含尘气体物性与空气相近，故查温度 70℃的
空气粘度 20.6 10 6 Pa s ，并已知 s 1500 kg m3 。
求 ui ：
ui
qv A
qv hB
qv DD
8 qv D2
8 1200 3600 0.42
16.7m s1
24
将各值代入上式得：
dc
9 20.6 106 0.1 6.9 106 m 6.9μm 516.7 1500
试求理论上能完全除去的最小矿粒直径。
解：由式 (V ) 可知，降尘室能完全除去的最小颗粒的沉降速度为：
ut
qv bl
25000/ 3600 25
0.694m s1
假定在层流区，由式 (II) 得：
ut
d 2(s )g 18
d
18 3105 0.694＝9.21105 m 4500 9.81
•25
•26
❖ 2．主要性能： ❖ （1） 临界粒径，即理论上器内能完全分离
下来的最小颗粒直径。
•27
临界粒径 d c ，即理论上器内能完全分离下来的最小颗粒直径。计算 d c 关系式，由三个假设（即简化
的物理模型）导出：a)气流在器内的园周切线速度 uT 始终为一定值，且等于进口气速 u i ；
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。
•7
广州水厂全貌
图中兰色粗管是来自珠江的原料水，条形池子是絮凝池，左侧池是沉降池。
•8
水厂沉降池
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。
•9
ut
重力沉降
自由沉降：单一颗粒或充分分散的颗粒群 （颗粒间不接触）在粘性流体中沉降。
1
概述
❖ 1、非均相物系：存在相界面。对悬浮物有 分分散相与连续相。
❖ 2、常见非均相物系分离操作有： ❖ A、沉降物系置于力场，两相沿受力方向产
生相对运动而分离，即沉降。包括重力沉 降——重力场，颗粒自上而下运动。离心 沉降——离心力场，颗粒自旋转中心向外 沿运动。
•2
概述
❖ B、过滤：利用多孔的介质，将颗粒截留于 介质上方达到液体与固体分离
•28
【例 3-3】 某含尘空气中微粒的密度为1500 kg m3 ，温度 700 C ，常压下流量1200m3 h 1 。现
采用筒体直径 400mm的标准旋风分离器进行除尘，试求能分离出尘粒的最小直径。
解：
应用式 (VIII) 求取 d c ，即：
dc
9 B Ne sui
查图 3-4 得： B D 0.4 0.1m, 44
(3)湍流区，1000 Ret 2 10 5 ， 0.44
ut 1.74
d (s )g ……… (IV) 牛顿定律
由以上讨论知：物系操作条件一定时，沉降速度仅与颗粒直径 d 相对应，颗粒愈小，沉降速度愈小。 沉降速度计算：
采用试差法，试差步骤：假设流型→采用对应公式计算 u t →校核 Ret 及流型
而 Ret
d ut
9.21 10 5 0.694 3 10 5
0.6 ＝1.28
1
证明不在层流区。再假定在过渡区，由式 (III) 得： ut 0.27
d(s
)g
R 0.6 et
(0.694)2 (0.27)2 d 4500 9.81 （d 0.694 0.6）0.6 d1.6 2.94107 d 8.27 105 m
Kc
(20)2 102 9.810.4
❖
这表明，颗粒在上述条件下的离心沉降速度比重力沉
降速度约大百倍。
•24
旋风分离器
❖ 1．旋风分离器构造及作用原理： ❖ 构造：上部一园筒，下部一园锥，内有气管，气体
切向入口 ❖ 气流在器内形成双层螺旋形运动，颗粒作一半径逐
渐增大，且向下旋转运动至器壁。由于器内气流运 动复杂，一般以实践为基础进行设计，且各系列产 品均以园筒直径D为参数，其它各参数与D成比例。 如图3-4所示的标准型旋风分离器。
p
Fd A
ut2 Fd 2 A
Fd
A ut2 2
d 2 ut 2
4
2
6
d 3s g
6
d 3 g
4
d2
ut2 2
由于是匀速运动，合力为零： Fg Fb Fd
ut
4d(s )g 3
………… (I )
式中， d——球形颗粒直径， m ； ——阻力系数 ； s ， ——颗粒与流体密度， kg m 3 ；
非均相分离的分类
在日常生活中， 水泥厂上空总是粉尘飞扬，火 力发电厂的烟囱时不时也是黑烟滚滚，这些就是 污染环境的含粉尘气体。如何去除排放气体中的 粉尘呢？这就是本章要解决的非均相物系分离的
问题。 关于分离的操作有均相物系：传质操作（如蒸馏、 吸收、萃取、干燥等）和非均相物系：机械操作
（如沉降、过滤等）。
❖ C、湿法净制：“洗涤”气体 ❖ D、静电除尘：高压直流电场中，带电粒子
定向运动，聚集分离。
•3
概述
❖ 非均相物系分离的目的有：①回收分散物质， 例如从结晶器排出的母液中分离出晶粒；② 净制分散介质，例如除去含尘气体中的尘粒； ③劳动保护和环境卫生等。因此，非均相物 系的分离，在工业生产中具有重要的意义。
惯性离心力＝
6
d
3
s
uT 2 R
向心力＝ d 3 uT 2
6
R
阻力＝ d 2 ur 2
4
2
若此三力能够达于平衡，平衡时颗粒在径向上相对于流体的速度 u r 便是它在此位置上的离心沉降速
度，对此 u r 可写出下式：
6
d
3
s
uT 2 R
6
d 3
uT 2 R
d 2 4
ur
2
b)颗粒到达器壁穿过的气流厚度等于进气口宽度 B ；c)颗粒与气流的相对运动为滞流。
∴ uc
dc 2 (s ) uT 2
18
Rm
或
uc
dc2s 18
ui2 Rm
(s , R Rm )
式中， Rm ——旋转平均半径， m ； 颗粒到达器壁的时间
t
B uc
1 8Rm B dc2 sui 2
是一个沉降槽。
•5
滤药渣
一般家庭里，吃中药是传统而有效的治病方法。熬完中药之后，总要将药
渣滤去，才可以喝。滤药渣，就是一个过滤操作。这就是我们生活中的沉降 和过滤。
•6
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。
t
H ut
式中， u ， u t ——气体通过降尘室速度，及颗粒沉降速度， m s1
当气流通过降尘室的时间 ，大于颗粒的沉降时间 t 时，颗粒被沉降下来。即 t 时，才可沉降。
或l H， u ut
qv H b
u
l H
ut
qv l b ut ………… (V )
式中， qv ——含尘气体通过降尘室之体积流量， m3 s1 ； (b l) ——沉降面积， m2 ；
dut
（颗粒 s =1）。实验测取的结果如下公式。
对于 s ＝1 的球形颗粒：
(1)层流区，10 4
Ret
1，
24 Ret
∴ut
d 2(s 18
)g
………… (II) 斯托克斯定律
(2)过渡区，1
Ret
10 3 ，
18.5 R 0.6
et
ut 0.27
d(s
)g
R 0.6 et
……… (III) 阿仑定律
•21
离心沉降
❖ 离心沉降速度和分离因素 ❖ 依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程叫
作离心沉降。
•22
依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程叫作离心沉降。
如果颗粒呈球状，其密度为 s 、直径为 d ，流体的密度为 ，颗粒与中心轴的距离为 R ，切向速度
为 uT ，则颗粒在径向上受到的三个作用力分别为：
A——颗粒在沉降方向上投影面积， m2 ；
下面的关键是求阻力系数 。
通过对球形颗粒的力学分析，得到颗粒沉降速度的计算式
•11
（I），式（I）中的阻力系数才是计算的关键。 。
阻力系数：通过因次分析可知，阻力系数 应是颗粒与流体相对运动时的雷诺准数 Re 和颗粒球形度
s 的函数，即：
f (Ret , s )，Ret
重力沉降速度：指自由沉降达匀速沉降时 的速度。
10
球形颗粒沉降速度计算式推导：球形颗粒在自由沉降中所受三力，如图所示：
颗粒在流体中的受力情况
重力： Fg
mg
6
d3sg ，
N；
浮力： Fb
6
d 3 g ,
N；
阻力：颗粒阻力可仿照管内流动阻力的计算式，即参考局部阻力计算，得：
hf
ut 2 2
hf
令气流的有效旋转圈数为 Ne 气流在器内停留时间
2Rm Ne ui
当颗粒到达器壁所需时间（ t ）小于或等于颗粒在器内的实际停留时间 ( ) 时，颗粒即会沉降下来。
即 18Rm B ≤ 2Rm N e
dc2 sui2
ui
得
dc
9B , m ， Ne sui
………… (VIII)
式中， d c ——临界粒径， m ； u i ——进口气速， m s1 ； N e ——气流有效旋转圈数；
这是求取阻力系数的关联图，和三种不同流动状况时，沉降速度的12
求取阻力系数的关联图
•13
影响沉降因素
❖ 影响沉降因素：
❖
颗粒体积浓度：浓度大，属干扰沉降，阻力↑ ut↓
❖
颗粒形状：￠s↓ ζ↑ ut ↓（为图3-2所示）
❖
器壁效应：颗粒与器壁作用影响， ut ↓
•29
0P0C01CC1u1CCCi2121CC21C2
❖ 本章讨论：重力沉降，离心沉降及过滤三个 单元操作。
•4
清水沉降池
什么叫沉降，什么是过滤，行吗？在我国广大西部农村，农民不仅喝不上矿泉水、自来水，
连大河的水也喝不上。只能喝小河沟里的水和小泥塘的水。水中含有许多泥沙，只好澄清后，
才可用作饮用水和生活用水。泥沙在水中的澄清就是沉降。农民家里都有一个水缸，水缸就