第三章第一节沉降分离设备

第三章第一节沉降分离设备
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一 管式沉降离心机 细长、高速旋转的转鼓
特点： f大，可达50000 可用于液－液分离和悬 浮液的澄清。 生产能力低
图为分离液－液－固的管式离心机 1 电机支架 2 驱动装置 3 环形堰板 4 排液管 5 轻液 6 重液 7 转鼓 8 固 体 9 制动器 10 机架 11 液体入口
离心机的容量
t1
Q
，所需时间： ＝ 离心机的长度
H
R
2－
2
R
2 1
Q
径向： 颗粒径向走过
dr 的距离，花时间
dt 2
dr ut
d
2 p
Fra Baidu bibliotek
dr p
r 2
d
2 p
18 p
dr 2 r
18
对上式积分，从
R
积到
1
R
，有
2
t 2
d
2 p
18 p
2
ln
R R
2 1
一般情况时，t1≥t2 即，颗粒没有走到出口就沉降了
沉降效果受 颗粒沉降速度 ＋ 场的大小 的影响
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1.重力场中 沉降速度 的推导
浮 力 Fb 曳 力 FD
颗粒在流体中受到三个力的作用：
质 量 力 FB
• 质量力FB FB=mg
图 3-13 颗 粒 在 流 体 中沉降时受力
（重力）
• 浮力Fb
• 曳力FD
即流体的阻力
Fb=mg/p
普通型：f≤3500
适用于50um-10mm颗粒，中等
短纤维、块状物料脱水
高速型：3500-50000 液
细颗粒、稀薄悬浮液或乳浊
超高速：f≥50000 液、不同分子量的气体
分散度较高的乳浊液、胶体溶
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三足式过滤离心机：f ≤1000； 卧螺沉降离心机： f≤4000，特殊的6000-10000 碟片式离心机： f≤ 10000 管式离心机： 10000≤ f≤250000
第三章 固液分离设备
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概述 液固分离用于：
分离液体中的固体颗粒或菌体
啤酒生产中麦汁的过滤 啤酒酵母的分离 无菌水的制备；
晶体与母液的分离
污泥浓缩
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方法：沉降 和 过滤
沉降：重力沉降和离心沉降； 过滤：常压、加压、真空及离心过滤
部分沉降分离设备，也用于液液分离 另 膜分离设备不局限于固液分离，更包括气固分离
以下两个方向的运动同时进行：
注意，转筒内不是 装满液体的！
轴向：从进口走到出口 径向：在离心力场下，从进口处距
轴为R1的距离，到接触到鼓壁。 两过程时间相等。
设离心机的处理能力为Q，m3 /s：
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设R2为转鼓内径， R1 为料液在鼓内的半径。
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轴向：从进口走到出口
D 0.44
(4) Rep 2105 D将突然下降，呈现不规则现象。
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将曳力系数的值代入沉降速度表达式：
层流区，重力沉降速度：
ut
dp2
p g 18
修正1：
发酵液中的微生物不是球形，有丝状、杆状和椭球形等， 计算时应以当量直径代入。
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修正2：一定固含量的液体中，颗粒沉降是干扰沉降，一 般以下式修正：
则，若设要沉降的颗粒
恰在出口处沉降，则有
H
R
2－
2
R
2 1
Q
＝
d
2 p
18 p
2
ln
R R
2 1
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t1 t2,
此时对应着最大流量Q
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解出
Q＝
d
2 p
p
2 H
R
2－
2
R
2 1
18
ln
R R
2 1
＝
d
2 p
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本章内容
第一节 沉降分离设备 原理－－重力沉降与离心力沉降 管式沉降离心机 碟式沉降离心机 卧螺式沉降离心机
第二节 过滤分离设备 第三节 膜分离设备
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第一节
原理
沉降分离设备
利用液固密度差，在重力场或 离心力场中实现分离
重力沉降的推动力小，很少应 用，离心沉降占主要。
4dp p g 3D
dp为颗粒的直径。
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曳力系数D ： 为雷诺数 Rep=dput/ 的函数
(1) Rep 2，层流区，又称斯托克斯（Stokes）区，此时
D
24 Re p
(2) 2 Rep 500
过渡区，又称阿仑 (Allen) 区，此时
D
18.5
Re
0.6 p
(3) 500< Rep <2105 湍流区，又称牛顿 (Allen) 区，此时
g
g
900 g 900 1800
其中
R 和 D 为离心机转鼓的半径
和直径， m
为转鼓角速度， s 1
n 为转鼓转速， rpm
提高转速n对分离更有效－－管式离心机
管式离心机转速一般为15000 rpm，f为50000，则其半径是多少？
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f是设备的指标
按f值大小，可将离心机分为：
层流区：
ut
dp2
p r2 18
r：颗粒所在位置到离心场中心的距离，即离中心 远近不同，其径向的沉降速度也不同
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3.场的大小指标： 分离因数 f
f：离心加速度与重力加速度g的比值。（离心力场是 重力场的几倍 ）
f
R 2
2 n 2 R 60
n2R
2
n2R
n2D
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分离悬浮液中的液、固两相的离心机：离心澄清机。 分离乳浊液中的液、液两相的离心机 ：离心分离机。
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已知要处理的物料性质、单位时间处理量，沉降设 备如何选型？
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当量沉降面积－→选型依据
考虑一个颗粒恰好在出口处沉降 到鼓壁上的情况：
uT' uT 11i13
i：固体与液体的体积比 : 是i的函数，关系式见表
颗粒情况 不规则颗粒 球形颗粒 极稀薄悬浮液
i范围 0.15~0.5 0.2~0.5 i<0.15
α取值公式
130i25 .84
122i39 .43
1~2
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2. 离心场中 沉降速度 的推导
简单地：可将颗粒在重力沉降公式中的加速度g，换为离 心加速度rw2：
FD
D
u2
2
A
p、 为颗粒、液体的密度 式中D为曳力系数，A为颗
粒在流动方向上的投影面积
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牛二定理：
du FBFb FD mdt
• 对于小颗粒，整个沉降过程可认为是匀速沉降，此时合力为零。用
ut表示此时的颗粒速度：
mg1p D
ut2
2
4dp2
0
整理得此速度的 计算公式：
ut