第三章 沉降与过滤

多层降尘室： 多层降尘室： 隔板间距一般为40～100nm 隔板间距一般为40～ 40 降尘室内设置n层水平隔板， 降尘室内设置 层水平隔板， 层水平隔板
生产能力： 生产能力：
qv ≤ (n + 1)blU t
2.沉降槽 沉降槽 沉降槽又称增浓器或澄清器， 沉降槽又称增浓器或澄清器，是利用重力沉降来提高悬 浮液浓度并同时得到澄清液的设备。 浮液浓度并同时得到澄清液的设备。
C1 − C 2 C3
×100％
ηp与di的对应关系可用曲线表示，称为粒级效率曲线。 的对应关系可用曲线表示，称为粒级效率曲线。
粒级效率曲线
标准旋风分离器的ηp-d/d50曲线
d50是粒级效率恰好为50％的颗粒直径，称为分割直径： 是粒级效率恰好为50 的颗粒直径，称为分割直径： 50％
d50 ≈ 0.27 η0＝
第一节
概述
沉降与过滤是分离非均相物系常用的两种操作， 沉降与过滤是分离非均相物系常用的两种操作，尤其 在水污染控制与大气污染控制中得到广泛的应用。 在水污染控制与大气污染控制中得到广泛的应用。 均相混合物 --- 物系内不存在相界面 非均相混合物 ---物系内部存在相界面 物系内部存在相界面 含尘、 气态非均相物系 --- 含尘、含雾气体等 乳浊液、悬浮液、 液态非均相物系 --- 乳浊液、悬浮液、 泡沫液等
第三章 沉降与过滤
学习目标 了解非均相混合物的特点，沉降、过滤、 了解非均相混合物的特点，沉降、过滤、离心分离的基 本概念，在工业生产及环境保护中的应用和发展趋势。 本概念，在工业生产及环境保护中的应用和发展趋势。 掌握沉降分离、过滤分离的基本原理， 掌握沉降分离、过滤分离的基本原理，有关计算及设备 选用，能够分析解决实际问题。 选用，能够分析解决实际问题。
⑶辐流式沉淀池
辐流式沉淀池一般采用机械排泥，适用范围广， 辐流式沉淀池一般采用机械排泥，适用范围广，既可做 为初次沉淀池，也可做二次沉淀池。 为初次沉淀池，也可做二次沉淀池。
4.平流式沉砂池 平流式沉砂池
第三节 离心沉降及设备
依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程称为离心沉降。 依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程称为离心沉降。 一、离心沉降速度 Ur =
24 ζ= Re t
（2）过渡区 （Allen 区） 1< Re < 103 ）
18.5 ζ= Re t0.6
（3）湍流区（Newton区） 103 < Re < 2×105 ）湍流区（ 区 ×
ζ=0.44
Ut=1.74 Ut = Ut=0.27
球形颗粒在相应各区的沉降速度公式: 球形颗粒在相应各区的沉降速度公式
连续沉降槽
3.普通沉淀池 普通沉淀池 ⑴平流式沉淀池
设链带刮泥机的平流沉淀池
平流式沉淀池的优点是构造简单，效果良好， 平流式沉淀池的优点是构造简单，效果良好， 工作性能稳定，但排泥较为困难。 工作性能稳定，但排泥较为困难。
⑵竖流式沉淀池
优点：排泥容易，不需要机械刮泥设备，便于管理。 优点：排泥容易，不需要机械刮泥设备，便于管理。 缺点：是单池容量小，当水量较大时，池数过多。 缺点：是单池容量小，当水量较大时，池数过多。
或
dV ∆p = Adθ µr ( L + Le )
3.过滤基本方程式 过滤基本方程式 不可压缩滤饼的过滤基本方程式
dV A2 ∆p = dθ µrν (V + Ve )
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
′(∆p ) s r=r
dV A2 ∆p1− s = dθ µrν (V + Ve )
2. 过滤速率
dV A∆pc ε3 = uA = 2 ( ) dθ 5a (1 − ε ) µL
dV ∆pc ∆pc = = Adθ µrL µR
通常，滤布与滤饼的面积相同，所以两层中的速率 通常，滤布与滤饼的面积相同， 应相等， 应相等，则
dV A( ∆pc + ∆pm ) A∆p = = dθ µr ( L + Le ) µr ( L + Le )
µD ( ρ s − ρ )u i
pi
∑xη
i =1 i
n
③压力降 原因： 进气管和排气管及主体器壁所引起的摩擦阻力 原因：ⅰ.进气管和排气管及主体器壁所引起的摩擦阻力 ⅱ.局部阻力 局部阻力 ⅲ.气体旋转运动所产生的动能损失 气体旋转运动所产生的动能损失 ∆d = ζ
ρu
2
2 i
旋风分离器的压降一般为500～ 旋风分离器的压降一般为500～2000Pa 500
二、过滤基本方程式 1.滤液通过饼层的流动特性 滤液通过饼层的流动特性 ①饼层形成不规则的网状结构； 饼层形成不规则的网状结构； ②过滤操作时，滤饼厚度增加而流动阻力逐渐加大，过 过滤操作时 滤饼厚度增加而流动阻力逐渐加大， 滤属于不稳定操作； 滤属于不稳定操作； ③滤液通过饼层的流动属于滞流流动。 滤液通过饼层的流动属于滞流流动。
4d ( ρ s − ρ ) U T 3 ρζ R
2
离心沉降同样存在三种沉降流型 滞流沉降区： 滞流沉降区：
d 2 (ρ s − ρ) UT 2 Ur = 18µ R 离心沉降速度与重力沉降速度的比值为 2 UT =Kc Rg
二．离心沉降设备 1.旋风分离器 旋风分离器 ⑴旋风分离器的结构与操作原理
ρs 〉 ρ
∴ 颗粒下沉
沉降颗粒的受力情况
重力: 重力 浮力： 浮力： 阻力： 阻力：
6 π Fb = d 3 ρg 6
Fd = ζA
F2
2
∴
Fg − Fb − Fd = ma
π
6 d 3 (ρs − ρ ) g − ζ
πd 2
4
×
ρ su 2
2
= ma
⑵颗粒沉降过程分析 沉降过程可分为两个阶段: 第一阶段为加速运动， 沉降过程可分为两个阶段 第一阶段为加速运动， 第二阶段为匀速运动。 第二阶段为匀速运动。 ⑶沉降速度的通式
三、恒压过滤 过滤操作是在恒定压力差下进行的，则称为恒压过滤。 过滤操作是在恒定压力差下进行的，则称为恒压过滤。 1.恒压过滤方程式 恒压过滤方程式
d 2 (ρ s − ρ)g Ut = 18µ
d (ρs − ρ) ρ Re t0.6
1/ 2
滞流区： 滞流区：
过渡区： 过渡区：
Ut=0.27
湍流区： 湍流区：
d (ρ s − ρ)g Ut=1.74 ρ
1/ 2
3. 沉降速度的计算 ⑴试差法 步骤： 步骤： ①假设沉降流型，选用相应的沉降速度计算公式计算 假设沉降流型，
H 沉降时间： 沉降时间：θ t = ut
分离条件： 分离条件：θ ≥ θ t
降尘室生产能力 降尘室 产能力 气体在降尘室内的水平通过速度为
qv u= Hb
qv ≤ blut
结论： 结论：对于一定尺寸的颗粒或U t，理论上降尘室的生产能 有关， 无关。 力只与宽度b和长度l有关，而与降尘室高度H无关。
（3）多孔固体介质 ） （4）多孔膜 ） 机材料膜。 机材料膜。
用于膜过滤的各种有机高分子膜和无
2. 滤饼的压缩性及助滤剂 滤饼分类： 滤饼分类：不可压缩滤饼 --- 空隙不随压力变化 可压缩滤饼 --- 空隙随压力增加而减小 可以改善饼层的性能， 助滤剂 ---可以改善饼层的性能，质地坚硬而能形成疏 可以改善饼层的性能 松饼层的固体颗粒或纤维状物质。 松饼层的固体颗粒或纤维状物质。 助滤剂的基本要求： 助滤剂的基本要求： ①应能形成多孔饼层的刚性颗粒。 应能形成多孔饼层的刚性颗粒。 ②应具有化学稳定性。 应具有化学稳定性。 ③具有不可压缩性。 具有不可压缩性。
K=d
( ρ s − ρ ) ρg µ2
1/ 3
斯托克斯定律区 艾仑定律区 牛顿定律区
K≤2.62 2.62<K<69.1 K>69.1
二、重力沉降设备 1.降尘室 降尘室 利用重力沉降原理从气流中分离出固体尘粒的设备称 为降尘室。 为降尘室。
L 停留时间： 停留时间： θ = u
4dg ( ρ s − ρ ) Ut = 3ρζ
1/ 2
Ut——颗粒的自由沉降速度，m/s ——颗粒的自由沉降速度 颗粒的自由沉降速度，
2.阻力系数 2.阻力系数 Ret=
dUtρ
µ
μ——流体的粘度，Pa.s ——流体的粘度 流体的粘度，
ζ-Ret关系曲线
（1）滞流区 （Stokes区）10－4< Re < 1 ） 区
第二节
重力沉降及设备
沉降操作是靠重力的作用， 沉降操作是靠重力的作用，利用分离物质与分散介质的 密度差异，使之发生相对运动而分离的过程。 密度差异，使之发生相对运动而分离的过程。 一、重力沉降速度 1. 球形颗粒的自由沉降 ⑴沉降颗粒的受力情况与分析 沉降颗粒的受力情况与分析 自由沉降：颗粒浓度低，分散好， 自由沉降 颗粒浓度低，分散好， 颗粒浓度低 沉降过程中互不碰撞、互不影响。 沉降过程中互不碰撞、互不影响。 ∵
过滤操作示意图
力：滤饼、过滤介质 滤饼、 阻力
一、过滤操作的基本概念 1.过滤介质 过滤介质 （1）织物介质（又称滤布） ）织物介质（又称滤布） 的最小直径为5 的最小直径为5～65μm。 2） （2）堆积介质 多用于深床过滤。 多用于深床过滤。 能拦截1 的微细颗粒。 能拦截1～3μm 的微细颗粒。 这类介质能截流颗粒
扩散式旋风分离器
2.旋液分离器 旋液分离器 利用离心沉降原理从悬浮液中分离固体颗粒的设备
第四节
过
滤
过滤是在外力作用下， 过滤是在外力作用下，使悬浮液中的液体通过多孔介质 的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固、 的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固、液分离 的操作。 的操作。 推动力：压力差，离心力， 推动力：压力差，离心力， 重力 阻