沉淀过滤分离操作技术

模块二 沉淀过滤分离操作技术
项目01
项目02
沉降与沉降操作 技术
过滤及过滤设 备操作
1 沉降
沉降与沉降操作技术
非均相混合物的特点是体系内包含一个以上的相，相界面 两侧物质的性质完全不同，如由固体颗粒与液体构成的悬浮液、 由固体颗粒与气体构成的含尘气体等。这类混合物的分离就是
将不同的相分开，通常采用机械的方法。
板框压滤机
XAZ /2000-UB系列
XKZ/750-UB系列
XASL /630-UB系列
XAZ /800-UB系列
XKZ系列全自动快开式压滤机
DY-Q 带式压榨过滤机
嵌入式滤布的滤板
重力沉降设备：
1、沉降室
利用重力沉降从气流中分离出尘粒的设备。 沉降离心机 假设：气体通过速度为 u，尘粒沉降速度为 ut。 若设颗粒的水平移动速度与气流速度相同，则颗粒通过长度为 L 的 降尘段的时间(停留时间)为 t = L/u，而粒径为 dp、沉降速度为 ut 的颗粒 从高度为 H 的顶部降至底部所需时间为 t’ = H/ut 。 使粒径为 dp 的颗粒在降尘室内全部沉降的条件为 t = t’，即


离心沉降设备 旋风分离器
旋风分离器是利用离心沉降原理从 气流中分离出颗粒的设备。上部为圆筒 形、下部为圆锥形；含尘气体从圆筒上 侧的矩形进气管以切线方向进入，藉此 来获得器内的旋转运动。气体在器内按 螺旋形路线向器底旋转，到达底部后折 而向上，成为内层的上旋的气流，称为 气芯，然后从顶部的中央排气管排出。 气体中所夹带的尘粒在随气流旋转的过 程中，由于密度较大，受离心力的作用 逐渐沉降到器壁，碰到器壁后落下，滑 向出灰口。
自由沉降：流体中单颗粒的沉降。 干扰沉降：流体中颗粒的含量较大时，颗粒沉降时彼此 相互影响。液-固重力沉降分离中更为突出。 沉降速度的通式：
4d s g ut 3
其中：ut----颗粒的自由沉降速度； d----颗粒的直径； ρs----颗粒的密度； ρ----流体的密度； ζ----阻力系数；
B
H1
D

H2
XLP/B 型旋风分离器
S
PV型粗旋风分离器 PV型外臵旋风分离器
PV型一、二级 旋风分离器 PV型单级旋风分离器
2 过滤
过滤及过滤设备操作
过滤操作的基本概念 1、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，而悬浮液中 的固体颗粒被截留在介质 上，从而实现固、液分离 的操作。
2、沉降槽
沉降槽也称增浓器或 澄清器，是用来提高悬浮 液浓度并同时得到澄清液 的重力沉降设备。其可以 分为间歇操作和连续操作。 间歇沉降槽通常为带有锥底的圆槽，需要处理的悬浮液料浆在槽内静 臵足够时间以后，增浓的沉渣由槽底排出，清液则由上部排出管抽出。 连续沉降槽是底部略微成锥状的大直径浅槽。设计连续操作的重力沉 降槽，应根据工艺要求和物系的干扰沉降性质，恰当地确定位于液面以下 料浆的进口位臵以使料浆均匀、缓和地分散到横截面上而不致引起大的扰 动。 连续沉降过程固-液两相的运动规律与间歇过程并不完全相同，利用间 歇试验数据进行放大设计时应参考有关设计手册选取安全系数。
分离效率：
旋风分离器的分离效率有两种表示方法，即总效率η0及分效率或粒 级效率ηi。 总效率（η0）：被旋风分离器除掉的总的颗粒质量占进口含尘气体 中全部颗粒质量的分率。
0 c1 c 2 c1
其中：c1、c2 分别为进、出口气体中颗粒的 质量浓度(g/cm3)
分效率（粒级效率）（ηi）：入口气体中某一粒级的颗粒被旋风分离 器除掉的分率。 其中：ci1、 ci2 分别为进、出口气体中平均粒 c i1 c i 2 i 径为 di 的颗粒的质量浓度
dV A2 ( p )1 s ' d r v( V Ve )
过滤设备 板框压滤机 结构：由交替排列的滤板、 滤框与夹于板框之间的滤布 叠合组装压紧而成。板框数 视工艺要求在机座长度范围 内可灵活调节。组装后，在 板框的四角位臵形成连通的 流道，由机头上的阀门控制 悬浮液、滤液及洗液的进出。
①织物介质 最常用的过滤介质，工业上称为滤布(网)，由天然纤维、 玻璃纤维、合成纤维或者金属丝编织而成。可截留的最小颗粒 视网孔大小而定，一般在几到几十微米范围。 ②多孔材料 制成片、板或管的各种多孔性固体材料，如素瓷、烧结金 属或玻璃、多孔性塑料以及滤纸和压紧的毡与棉等。此类介质 较厚，孔道细，能截留1～3mm的微小颗粒。 ③固体颗粒床层 由沙、木炭之类的固体颗粒堆积而成的床层，称作滤床， 用作过滤介质使含少量悬浮物的液体澄清。 ④多孔膜 由特殊工艺合成的聚合物薄膜，最常见的是醋酸纤维膜与 聚酰胺膜。膜过滤属精密过滤或超滤(ultrafiltration)，可以分离5 nm的微粒。
沉降：悬浮在流体中的固体颗
粒借助于外场作用力产生定向
运动，从而实现与流体相分离， 或者使颗粒相增稠、流体相澄
清的一类操作。
重力沉降
重力沉降：利用流体中的固体颗 粒受重力作用而自然沉降的原理，将 颗粒和流体分离的过程。
由于颗粒与流体密度不同、所受的重力大小不一样，因 此颗粒会在重力方向上产生加速度；而一旦颗粒与流体之间 发生相对运动，颗粒在运动方向上必定受到流体的曳力。 重力沉降分离中，颗粒沉降速度的大小决定了流-固两相 分离的难易程度。当颗粒与流体的密度差不大、粒径也不大 时，沉降速度会很小，故低密度的细颗粒就很难分离。
c i1
0 xii
其中：xi 为进口气体中粒径为 di 的颗粒的质 量分率
压降： 气体经过旋风分离器时，由于进气管 和排气管及主体器壁所引起的摩擦阻力、 流动时的局部阻力以及气体旋转运动所产 生的能量损失等，都将造成气体的压力降。 旋风分离器的压降大小是评价其性能好坏 的重要指标。气体通过旋风分离器的压降 应尽可能小。通常压降用入口气体动能的 倍数来表示：
L H u ut
设备最大生产能力(即最大处理气体流量)为 ： V uHB ut LB 降尘室的生产能力理论上正比于颗粒的沉降速度和沉降方向上的截 面积、即降尘室底面积，而与沉降室的高度无关。
沉降室的 讨论： ①气体在降尘室内流通截面上的均布非 常重要，分布不均必须有部分气体在室 内停留时间过短，其中所含颗粒来不及 沉降而被带出室外。为使气体均布，降 尘室进出口通常都做成锥形。 ②为防止操作过程中已被除下的尘粒又被气流重新卷起，降尘 室的操作气速往往很低；另外，为保证分离效率，室底面积也 必须较大。因此，降尘室是一种庞大而低效的设备，通常只能 捕获大于50的粗颗粒。要将更细小的颗粒分离出来，就必须采 用更高效的除尘设备。
离心沉降 离心沉降速度
离心沉降机
颗粒在重力或离心力场中都可发生沉降过程。利用离心力比利 用重力要有效得多，因为颗粒的离心力由旋转而产生，转速越大， 则离心力越大；而颗粒所受的重力却是固定的。因此，利用离心力 作用的分离设备不仅可以分离出比较小的颗粒，而且设备的体积也 可缩小很多。 仿照重力沉降速度的推导方法，可得到颗粒在径向上相对于流 体的运动速度。 其中：ur----颗粒的离心沉降速度； 2 4d s uT uT----切向速度； ur d----颗粒的直径； 3 R ρs----颗粒的密度； ρ----流体的密度； ζ----阻力系数；
可压缩滤饼的比阻是两侧压强差的函数。通常用下 面的经验公式来估算压强差改变时可压缩滤饼比阻的变 化，即： s
r r' ( p )
式中：r ’----单位压强差下滤饼的比阻，1/m2； s-----滤饼的压缩性指数，无因次。一般情况 下，s=0~1。对于不可压缩滤饼，s=0。 可压缩滤饼的过 滤基本方程式
V----滤液体积，m3； A----过滤面积，m2； θ----过滤时间，s； r----滤饼的比阻，即单位厚度滤饼的阻 力，1/m2； v----滤饼体积与滤液体积之比，m3/m3； μ----滤液的粘度，Pa.s；
dV A2 p d rv V Ve
3、可压缩滤饼的过滤基本方程式
过滤基本方程式 1、过滤速率和过滤速度： 单位时间内获得的滤液体积称为过滤速率：
dV uA d
单位过滤面积上的过滤速率称为过滤速度：
保安过滤器
dV u Ad
2、不可压缩滤饼的过滤基本方程式
滤饼层的体积为AL，它应该与获得的滤液量成正比，设比例 系数为v，于是AL=vV。可知v的物理意义是获得单位体积的滤液 量能得到的滤饼体积。同理，对过滤介质可以得到，LeA=Vev。 （Ve是过滤介质的当量滤液体积或称虚拟滤液体积）
3、深层过滤：
此时，颗粒尺寸比介质孔道的尺寸小得多，颗粒
容易进入介质孔道。但由于孔道弯曲细长，颗粒随流 体在曲折孔道中流过时，在表面力和静电力的作用下 附着在孔道壁上。因此，深层过滤时并不在介质上形 成滤饼，固体颗粒沉积于过滤介质的内部。这种过滤 适合于处理固体颗粒含量极少的悬浮液。
4、过滤介质：
板框式压滤机
清洗水 料浆
非洗涤板 洗涤板 非洗涤板 悬浮液
闭 洗涤液
滤液 板 框 板 框 板
过滤操作：过滤阶段悬浮液从通道进入滤框，滤液在压力下 穿过滤框两边的滤布、沿滤布与滤板凹凸表面之间形成的沟 道流下，既可单独由每块滤板上设臵的出液旋塞排出，称为 明流式；也可汇总后排出，称为暗流式。
p
2 u i
旋风除尘器
2
D1
旋风分离器的结构类型
A S
2
旋风分离器分类繁多，分类方法也 各有不同。 按结构形式可分为：长锥体、圆筒 体、扩散式以及旁通式。 我国已定型了多种旋风分离器，制 定了标准系列，常用的有XLT、XLT/A、 XLP/A、XLP/B 以及 XLK 型等。 对各种型号的旋风分离器一般以圆 筒直径 D 来表示其各部分的比例尺寸， 详细尺寸及性能指标可查阅有关资料手 册。
悬浮液 (滤浆) 滤饼 过滤介质