1、模塊二模塊二 沉淀過濾分離操作技術沉淀過濾分離操作技術項目項目01項目項目02沉降與沉降操作沉降與沉降操作技術技術 過濾及過濾設過濾及過濾設備操作備操作沉降沉降 非均相混合物的特點是體系內包含一個以上的相，相界面兩側物質的性質完全不同，如由固體顆粒與液體構成的懸浮液、由固體顆粒與氣體構成的含塵氣體等。這類混合物的分離就是將不同的相分開，通常采用機械的方法。 沉降：沉降：懸浮在流體中的固體顆粒借助于外場作用力產生定向運動，從而實現與流體相分離，或者使顆粒相增稠、流體相澄清的一類操作。沉降與沉降操作技術沉降與沉降操作技術1重力沉降重力沉降 重力沉降：重力沉降：利用流體中的固體顆粒受重力作用而自然沉

2、降的原理，將顆粒和流體分離的過程。 由于顆粒與流體密度不同、所受的重力大小不一樣，因此顆粒會在重力方向上產生加速度；而一旦顆粒與流體之間發生相對運動，顆粒在運動方向上必定受到流體的曳力。 重力沉降分離中，顆粒沉降速度的大小決定了流-固兩相分離的難易程度。當顆粒與流體的密度差不大、粒徑也不大時，沉降速度會很小，故低密度的細顆粒就很難分離。 自由沉降：自由沉降：流體中單顆粒的沉降。干擾沉降：干擾沉降：流體中顆粒的含量較大時，顆粒沉降時彼此相互影響。液-固重力沉降分離中更為突出。沉降速度的通式：沉降速度的通式：43stdgu其中：ut-顆粒的自由沉降速度； d-顆粒的直徑； s-顆粒的密度； -流體

3、的密度； -阻力系數；重力沉降設備：重力沉降設備： 利用重力沉降從氣流中分離出塵粒的設備。 假設：氣體通過速度為 u，塵粒沉降速度為 ut。 若設顆粒的水平移動速度與氣流速度相同，則顆粒通過長度為 L 的降塵段的時間(停留時間)為 t = L/u，而粒徑為 dp、沉降速度為 ut 的顆粒從高度為 H 的頂部降至底部所需時間為 t = H/ut 。 使粒徑為 dp 的顆粒在降塵室內全部沉降的條件為 t = t，即 tLHuu設備最大生產能力(即最大處理氣體流量)為 ： 降塵室的生產能力理論上正比于顆粒的沉降速度和沉降方向上的截面積、即降塵室底面積，而與沉降室的高度無關。tVuHBu LB1、沉降

4、室、沉降室沉降離心機沉降離心機沉降室的沉降室的 討論：討論：氣體在降塵室內流通截面上的均布非常重要，分布不均必須有部分氣體在室內停留時間過短，其中所含顆粒來不及沉降而被帶出室外。為使氣體均布，降塵室進出口通常都做成錐形。為防止操作過程中已被除下的塵粒又被氣流重新卷起，降塵室的操作氣速往往很低；另外，為保證分離效率，室底面積也必須較大。因此，降塵室是一種龐大而低效的設備，通常只能捕獲大于50的粗顆粒。要將更細小的顆粒分離出來，就必須采用更高效的除塵設備。 2、沉降槽、沉降槽 沉降槽也稱增濃器或澄清器，是用來提高懸浮液濃度并同時得到澄清液的重力沉降設備。其可以分為間歇操作和連續操作。 間歇沉降槽通

5、常為帶有錐底的圓槽，需要處理的懸浮液料漿在槽內靜置足夠時間以后，增濃的沉渣由槽底排出，清液則由上部排出管抽出。 連續沉降槽是底部略微成錐狀的大直徑淺槽。設計連續操作的重力沉降槽，應根據工藝要求和物系的干擾沉降性質，恰當地確定位于液面以下料漿的進口位置以使料漿均勻、緩和地分散到橫截面上而不致引起大的擾動。 連續沉降過程固-液兩相的運動規律與間歇過程并不完全相同，利用間歇試驗數據進行放大設計時應參考有關設計手冊選取安全系數。離心沉降離心沉降 顆粒在重力或離心力場中都可發生沉降過程。利用離心力比利用重力要有效得多，因為顆粒的離心力由旋轉而產生，轉速越大，則離心力越大；而顆粒所受的重力卻是固定的。因此

6、，利用離心力作用的分離設備不僅可以分離出比較小的顆粒，而且設備的體積也可縮小很多。 離心沉降速度離心沉降速度 仿照重力沉降速度的推導方法，可得到顆粒在徑向上相對于流體的運動速度。243sTrduuR其中：ur-顆粒的離心沉降速度； uT-切向速度； d-顆粒的直徑； s-顆粒的密度； -流體的密度； -阻力系數；離心沉降機離心沉降機離心沉降設備離心沉降設備旋風分離器旋風分離器 旋風分離器是利用離心沉降原理從氣流中分離出顆粒的設備。上部為圓筒形、下部為圓錐形；含塵氣體從圓筒上側的矩形進氣管以切線方向進入，藉此來獲得器內的旋轉運動。氣體在器內按螺旋形路線向器底旋轉，到達底部后折而向上，成為內層的上

7、旋的氣流，稱為氣芯，然后從頂部的中央排氣管排出。氣體中所夾帶的塵粒在隨氣流旋轉的過程中，由于密度較大，受離心力的作用逐漸沉降到器壁，碰到器壁后落下，滑向出灰口。分離效率：分離效率： 旋風分離器的分離效率有兩種表示方法，即總效率0及分效率或粒級效率i。 總效率（0）：被旋風分離器除掉的總的顆粒質量占進口含塵氣體中全部顆粒質量的分率。1201ccc其中：c1、c2 分別為進、出口氣體中顆粒的質量濃度(g/cm3) 分效率（粒級效率）（i）：入口氣體中某一粒級的顆粒被旋風分離器除掉的分率。121iiiiccc0iix其中：ci1、 ci2 分別為進、出口氣體中平均粒徑為 di 的顆粒的質量濃度其中：

8、xi 為進口氣體中粒徑為 di 的顆粒的質量分率 壓降：壓降： 氣體經過旋風分離器時，由于進氣管和排氣管及主體器壁所引起的摩擦阻力、流動時的局部阻力以及氣體旋轉運動所產生的能量損失等，都將造成氣體的壓力降。旋風分離器的壓降大小是評價其性能好壞的重要指標。氣體通過旋風分離器的壓降應盡可能小。通常壓降用入口氣體動能的倍數來表示： 22iup旋風除塵器旋風除塵器旋風分離器的結構類型旋風分離器的結構類型 旋風分離器分類繁多，分類方法也各有不同。 按結構形式可分為：長錐體、圓筒體、擴散式以及旁通式。 我國已定型了多種旋風分離器，制定了標準系列，常用的有XLT、XLT/A、XLP/A、XLP/B 以及 X

9、LK 型等。 對各種型號的旋風分離器一般以圓筒直徑 D 來表示其各部分的比例尺寸，詳細尺寸及性能指標可查閱有關資料手冊。1DDBSAH2H1S2XLP/B 型旋風分離器型旋風分離器PVPV型粗旋風分離器型粗旋風分離器PVPV型單級旋風分離器型單級旋風分離器PVPV型外置旋風分離器型外置旋風分離器PVPV型一、二級型一、二級 旋風分離器旋風分離器過濾過濾1、過濾：、過濾： 是在外力作用下，使懸浮液中的液體通過多孔介質的孔道，而懸浮液中的固體顆粒被截留在介質上，從而實現固、液分離的操作。過濾操作的基本概念過濾操作的基本概念過濾及過濾設備操作過濾及過濾設備操作2過濾操作示意圖過濾操作示意圖懸浮液(濾

10、漿)濾餅過濾介質濾液2、餅層過濾：、餅層過濾： 懸浮液中顆粒的尺寸大多都比介質的孔道大。過濾時懸浮液置于過濾介質的一側，在過濾操作的開始階段，會有部分小顆粒進入介質孔道內，并可能穿過孔道而不被截留，使濾液仍然是混濁的。隨著過程的進行，顆粒在介質上逐步堆積，形成了一個顆粒層，稱為濾餅。在濾餅形成之后，它便成為對其后的顆粒起主要截留作用的介質。因此，不斷增厚的濾餅才是真正有效的過濾介質，穿過濾餅的液體則變為澄清的液體。 3、深層過濾：、深層過濾： 此時，顆粒尺寸比介質孔道的尺寸小得多，顆粒容易進入介質孔道。但由于孔道彎曲細長，顆粒隨流體在曲折孔道中流過時，在表面力和靜電力的作用下附著在孔道壁上。因

11、此，深層過濾時并不在介質上形成濾餅，固體顆粒沉積于過濾介質的內部。這種過濾適合于處理固體顆粒含量極少的懸浮液。織物介質 最常用的過濾介質，工業上稱為濾布(網)，由天然纖維、玻璃纖維、合成纖維或者金屬絲編織而成。可截留的最小顆粒視網孔大小而定，一般在幾到幾十微米范圍。多孔材料 制成片、板或管的各種多孔性固體材料，如素瓷、燒結金屬或玻璃、多孔性塑料以及濾紙和壓緊的氈與棉等。此類介質較厚，孔道細，能截留13mm的微小顆粒。固體顆粒床層 由沙、木炭之類的固體顆粒堆積而成的床層，稱作濾床，用作過濾介質使含少量懸浮物的液體澄清。多孔膜 由特殊工藝合成的聚合物薄膜，最常見的是醋酸纖維膜與聚酰胺膜。膜過濾屬精

12、密過濾或超濾(ultrafiltration)，可以分離5nm的微粒。4、過濾介質：、過濾介質：過濾基本方程式過濾基本方程式單位時間內獲得的濾液體積稱為過濾速率：1、過濾速率和過濾速度：、過濾速率和過濾速度：dVuAdAddVu 單位過濾面積上的過濾速率稱為過濾速度：保安過濾器保安過濾器2、不可壓縮濾餅的過濾基本方程式、不可壓縮濾餅的過濾基本方程式 濾餅層的體積為AL，它應該與獲得的濾液量成正比，設比例系數為v，于是AL=vV。可知v的物理意義是獲得單位體積的濾液量能得到的濾餅體積。同理，對過濾介質可以得到，LeA=Vev。（Ve是過濾介質的當量濾液體積或稱虛擬濾液體積）2edVApdrv V

13、VV-濾液體積，m3；A-過濾面積，m2；-過濾時間，s； r-濾餅的比阻，即單位厚度濾餅的阻力，1/m2； v-濾餅體積與濾液體積之比，m3/m3； -濾液的粘度，Pa.s；3、可壓縮濾餅的過濾基本方程式、可壓縮濾餅的過濾基本方程式 可壓縮濾餅的比阻是兩側壓強差的函數。通常用下面的經驗公式來估算壓強差改變時可壓縮濾餅比阻的變化，即：s)p( rr式中：r-單位壓強差下濾餅的比阻，1/m2； s-濾餅的壓縮性指數，無因次。一般情況 下，s=01。對于不可壓縮濾餅，s=0。可壓縮濾餅的過可壓縮濾餅的過濾基本方程式濾基本方程式)VV( vr)p(AddVes12過濾設備過濾設備板框壓濾機板框壓濾機結構：結構：由交替排列的濾板、濾框與夾于板框之間的濾布疊合組裝壓緊而成。板框數視工藝要求在機座長度范圍內可靈活調節。組裝后，在板框的四角位置形成連通的流道，由機頭上的閥門控制懸浮液、濾液及洗液的進出。板框式壓濾機板框式壓濾機框 板 框 板洗滌板非洗滌板懸浮液濾液板非洗滌板過濾操作：過濾操作：過濾階段懸浮液從通道進入濾框，濾液在壓力下穿過濾框兩邊的濾