环境工程原理-沉降与过滤课件.pptx

1、第一节第一节 概述概述 沉降与过滤是分离非均相物系常用的两种操作，尤其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。混合物分类混合物分类均相混合物均相混合物 - 物系内不存在相界面物系内不存在相界面非均相混合物非均相混合物 -物系内部存在相界面物系内部存在相界面非均相物系类型非均相物系类型气态非均相物系气态非均相物系 - 含尘含尘、含雾气体等含雾气体等液态非均相物系液态非均相物系 - 乳浊液、悬浮液、乳浊液、悬浮液、泡沫液等泡沫液等 一、机械分离一、机械分离 原理：原理：非均相物系中分散相和连续相具有不同的

2、物理性非均相物系中分散相和连续相具有不同的物理性质，所以质，所以可以可以采用机械方法采用机械方法使相使相间相对运动间相对运动实现实现分离。分离。 机械分离机械分离的的操作方式操作方式： 沉降沉降 在外力作用下使颗粒相对于流体（静止或运动）在外力作用下使颗粒相对于流体（静止或运动）运动而实现分离的过程。运动而实现分离的过程。 过滤过滤 流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的的 过程。过程。 二、机械分离方法在工业生产中的应用二、机械分离方法在工业生产中的应用 气态非均相物系气态非均相物系 - 采用重力沉降采用重力沉降、和离心沉降。和离心沉降。 液态非均

3、相物系液态非均相物系 - 可采用重力沉降可采用重力沉降、离心沉降离心沉降、过滤过滤操作。操作。 机械分离方法在工业生产中的应用机械分离方法在工业生产中的应用： 收集分散物质收集分散物质 净化分散介质净化分散介质 环境保护环境保护第二节第二节 重力沉降及设备重力沉降及设备 沉降操作是靠重力的作用，利用分离物质与分散介质的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、重力沉降速度一、重力沉降速度 1. 球形颗粒的自由沉降球形颗粒的自由沉降 沉降颗粒的受力情况与分析沉降颗粒的受力情况与分析 自由沉降自由沉降：颗粒

4、浓度低，分散好，颗粒浓度低，分散好，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。颗粒下沉颗粒下沉沉降颗粒的受力情况沉降颗粒的受力情况s 重力重力: 浮力：浮力： 阻力：阻力： gdFsg36maFFFdbgmaudgdss24)(6223gdFb3622uAFsd 颗粒沉降过程分析颗粒沉降过程分析 沉降过程可分为两个阶段沉降过程可分为两个阶段: 第一阶段为加速运动，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。 沉降速度的通式沉降速度的通式 2. 2.阻力系数阻力系数 Ret= Ut =2/13)(4sdg UtUt颗粒的自由沉降速度，颗粒的自由沉降速度，m/s

5、m/sdUt 流体的粘度，流体的粘度，Pa.sPa.s-Re-Ret t关系曲线关系曲线（1）滞流区）滞流区 （Stokes区）区）104 Re 1（2）过渡区）过渡区 （Allen 区）区） 1 Re 103（3）湍流区（）湍流区（Newton区）区） 103 Re 2 1056 . 0Re5 .18t=tRe24 =0.44=0.44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:滞流区：滞流区：过渡区：过渡区：湍流区：湍流区：Ut =18)(2gds Ut =Ut=0.272/16 . 0Re)(tsd Ut=0.27Ut=1.742/1)(gds Ut=1.74 3.

6、 沉降速度的计算沉降速度的计算 试差法试差法 步骤：步骤： 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，选用相应的沉降速度计算公式计算U tU t； 用求出的用求出的UtUt计算计算ReRet t值值。检验检验ReRet t值是否在原假设的流值是否在原假设的流型区内，如果与原假设一致，则计算的型区内，如果与原假设一致，则计算的U tU t有效。有效。 用无因次数群用无因次数群K K值判断流型值判断流型 根据无因次数群根据无因次数群K K 值判别沉降区，然后选用相应的沉降值判别沉降区，然后选用相应的沉降速度公式计算速度公式计算U tU t。 Ret= 斯托克斯定律区斯托克斯定律区

7、K K2.622.62 艾仑定律区艾仑定律区 2.62K69.1 2.62K69.1 K69.11818)(323Kgds K=d3/12)(gs 二、重力沉降设备二、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。停留时间：停留时间：uL 沉降时间：沉降时间：ttHu 分离条件：分离条件：t 降尘室降尘室生产能力产能力 气体在降尘室内的水平通过速度为气体在降尘室内的水平通过速度为结论：结论：对于一定尺寸的颗粒或对于一定尺寸的颗粒或U tU t，理论上降尘室的生产能，理论上降尘室的生产能力只与宽度力

8、只与宽度b b和长度和长度l l有关，而与降尘室高度有关，而与降尘室高度H H无关。无关。Hbquvtvbluq 多层降尘室多层降尘室： 隔板间距一般为隔板间距一般为4040100nm100nm 降尘室内设置降尘室内设置n层水平隔板，层水平隔板， 生产能力生产能力：tvblUnq) 1( 2.沉降槽沉降槽 沉降槽又称增浓器或澄清器，是利用重力沉降来提高悬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。连续沉降槽连续沉降槽 3.普通沉淀池普通沉淀池 平流式沉淀池平流式沉淀池设链带刮泥机的平流沉淀池设链带刮泥机的平流沉淀池 平流式沉淀

9、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。 竖流式沉淀池竖流式沉淀池 优点优点：排泥容易，不需要机械刮泥设备，便于管理。排泥容易，不需要机械刮泥设备，便于管理。 缺点缺点：是单池容量小，当水量较大时，池数过多。是单池容量小，当水量较大时，池数过多。 辐流式沉淀池辐流式沉淀池 辐流式沉淀池一般采用机械排泥，适用范围广，既可做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第三节 离心沉降及设备离心沉降及设备 依

10、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、离心沉降速度一、离心沉降速度 Ur = 离心沉降同样存在三种沉降流型离心沉降同样存在三种沉降流型 滞流沉降区滞流沉降区： Ur = 离心沉降速度与重力沉降速度的比值为离心沉降速度与重力沉降速度的比值为 =Kc RUdTs23)(4 18)(2sdRUT2 RgUT2 二离心沉降设备二离心沉降设备 1.旋风分离器旋风分离器 旋风分离器的结构与操作原理旋风分离器的结构与操作原理标准旋风分离器标准旋风分离器气体在旋风分离器内的运动情况气体在旋风分离器内的运动情况 旋风分离器的性能旋风分离器的性能

11、性能指标性能指标： 临界粒径临界粒径 是指理论上在旋风分离器中能被完全分是指理论上在旋风分离器中能被完全分离出来的最小颗粒直径，用离出来的最小颗粒直径，用dc表示表示。 dc= 分离效率分离效率 分离效率又称除尘效率，可直接反映旋分离效率又称除尘效率，可直接反映旋风分离器的除尘能力。风分离器的除尘能力。 表示方法：总效率或称综合效率，用表示方法：总效率或称综合效率，用0 0表示；表示； 分效率或称粒级效率，用分效率或称粒级效率，用 表示。表示。 0= 100 iseuNB9 321CCC p p p与与d di i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

12、。 d d5050是粒级效率恰好为是粒级效率恰好为5050的颗粒直径，称为分割直径的颗粒直径，称为分割直径： d50 0.27 0粒级效率曲线粒级效率曲线标准旋风分离器的标准旋风分离器的p p- -d d/ /d d5050曲线曲线isuD)( nipiix1 压力降压力降 原因：原因：.进气管和排气管及主体器壁所引起的摩擦阻力进气管和排气管及主体器壁所引起的摩擦阻力 .局部阻力局部阻力 .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 = 22iu 旋风分离器的压降一般为旋风分离器的压降一般为5005002000Pa2000Pa 旋风分离器类型与选用旋风分离器类型与选用 CLT

13、/ACLT/A型型 采用倾斜螺旋面进口的采用倾斜螺旋面进口的旋风分离器旋风分离器。CLT/ACLT/A型型 CLPCLP型型 CLP CLP型是带有半螺旋型是带有半螺旋线和螺旋线的旁路分离室线和螺旋线的旁路分离室的旋风分离器的旋风分离器。CLP/BCLP/B型型扩散式扩散式 它主要的特点是圆筒以它主要的特点是圆筒以下部分的直径逐渐扩大，底下部分的直径逐渐扩大，底部有一刀锥体形、顶部有口部有一刀锥体形、顶部有口的反射屏，下沿有缝隙与集的反射屏，下沿有缝隙与集灰斗相通。灰斗相通。扩散式旋风分离器扩散式旋风分离器 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利用离心沉降原理

14、从悬浮液中分离固体颗粒的设备第四节第四节 过过 滤滤 过滤是在外力作用下，使悬浮液中的液体通过多孔介质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、液分离的孔道，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。过滤操作示意图过滤操作示意图推动力：压力差，离心力，推动力：压力差，离心力， 重力重力阻阻 力：滤饼、过滤介质力：滤饼、过滤介质 阻力阻力 一、过滤操作的基本概念一、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） 这类介质能截流颗粒这类介质能截流颗粒的最小直径为的最小直径为5 56565

15、mm。 （2）堆积介质）堆积介质 多用于深床过滤多用于深床过滤。 （3）多孔固体介质）多孔固体介质 能拦截能拦截1 13 3m m 的微细颗粒。的微细颗粒。 （4）多孔膜）多孔膜 用于膜过滤的各种有机高分子膜和无用于膜过滤的各种有机高分子膜和无机材料膜。机材料膜。 2. 滤饼的压缩性及助滤剂滤饼的压缩性及助滤剂 滤饼分类滤饼分类：不可压缩滤饼不可压缩滤饼 - 空隙不随压力变化空隙不随压力变化 可压缩滤饼可压缩滤饼 - 空隙随压力增加而减小空隙随压力增加而减小 助滤剂助滤剂 -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，质地坚硬而能形成疏松饼层的固体颗粒或纤维状物质松饼层的固体颗粒

16、或纤维状物质。 助滤剂的基本要求助滤剂的基本要求： 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。 应具有化学稳定性应具有化学稳定性。 具有不可压缩性具有不可压缩性。 二、过滤基本方程式二、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 饼层形成不规则的网状结构；饼层形成不规则的网状结构； 过滤操作过滤操作时，时，滤饼厚度增加而流动阻力逐渐加大，过滤饼厚度增加而流动阻力逐渐加大，过滤属于不稳定操作；滤属于不稳定操作； 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。 2. 2. 过滤速率过滤速率 )()1 (523LpAauAddVcRprLpAddV

17、cc 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，所以两层中的速率应相等，则应相等，则)()()(eemcLLrpALLrppAddV或)(eLLrpAddV 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不可压缩滤饼的过滤基本方程式 可压缩滤饼可压缩滤饼的过滤基本方程式的过滤基本方程式)(2eVVrpAddVsprr)()(12esVVrpAddV 三、恒压过滤三、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 k k 过滤物料特性的常数过滤物料特性的常数

18、esVVpkAddV12eeVeseedpkAVVdVV0012)()()()()(22eeKAVV 2. 2.过滤常数的测定过滤常数的测定 过滤常数过滤常数K K、q q e e、e e的测定的测定 压缩性指数压缩性指数s的测定的测定eqKqKq22)2lg()lg()1 (lgkpsK 四、过滤设备四、过滤设备 1.快滤池快滤池 基本构造基本构造 滤料层滤料层 垫料层垫料层 排水系统排水系统普通快速滤池的构造普通快速滤池的构造 普通快滤池的过滤工艺过程普通快滤池的过滤工艺过程 过滤工艺过程过滤工艺过程： .过滤过滤 -截留污染物截留污染物 .反洗反洗 -从滤料层中洗去被截留的污染物从滤料层

19、中洗去被截留的污染物 从过滤开始到结束所延续的时间称为滤池的工作周期，从过滤开始到结束所延续的时间称为滤池的工作周期，一般应大于一般应大于8小时，最长可达小时，最长可达48小时以上。从过滤开始到反小时以上。从过滤开始到反洗结束称为一个过滤循环。洗结束称为一个过滤循环。 2. 2.压力滤池压力滤池压力滤池压力滤池 3. 3.转筒真空过滤机转筒真空过滤机转筒真空过滤机装置示意图转筒真空过滤机装置示意图转筒及分配头的结构转筒及分配头的结构 4. 4.微滤机微滤机 微滤机总图微滤机总图 5. 5.袋式除尘器袋式除尘器袋式除尘器的结构型式袋式除尘器的结构型式滤袋形状滤袋形状 ： 圆袋圆袋 扁袋扁袋 气流

20、进入方向气流进入方向： 内滤式内滤式 外滤式外滤式进气方式进气方式： 下进气下进气 上进气上进气清灰方式清灰方式 机械振动清灰机械振动清灰 逆气流清灰逆气流清灰 吹灰圈清灰吹灰圈清灰 脉冲清灰脉冲清灰典型清灰机理示意图典型清灰机理示意图机械清灰式除机械清灰式除尘器尘器脉冲清灰袋式除尘器脉冲清灰袋式除尘器 袋式除尘器的选择袋式除尘器的选择滤布的选择滤布的选择纤纤 维维机械机械强度强度最高最高使使用温度用温度（）耐腐蚀耐腐蚀特性特性一般应用一般应用酸碱有机溶剂棉织物强80差中好低费用低温粉尘作业毛料中95中差好低费用冶炼炉聚酰胺（尼龙）强100中好好易清灰低温破碎粉尘作业聚脂（涤纶）强135好中好

21、易清灰冶炼炉、化工厂、电弧炉四氟乙烯中260好好好昂贵化工厂玻璃纤维强280中中好耐磨性差冶炼炉、电弧炉、炭黑厂尼龙强230好中好抗湿性差冶炼及电弧炉过滤速度的确定过滤速度的确定粉尘种类粉尘种类清清 灰灰 方方 式式振打与逆气流联合脉冲喷吹反吹风炭黑、氧化硅（白炭黑），铅、锌的升华物以及起它在气体中由于冷凝和化学反应而形成的气溶胶，化妆粉、去污粉、奶粉、活性炭、由水泥窑排出的水泥等0.450.50.82.00.330.45铁及铁合金的升华物、铸造尘、氧化铝、由水泥磨排出的水泥、碳化炉升华物、石灰、刚玉、安福粉及其它肥料、塑料、淀粉0.50.751.52.50.450.55滑石粉、煤、喷砂清理尘

22、、飞灰、陶瓷生产的粉尘、炭黑（二次加工）、颜料、高岭土、石灰石、矿尘、铝土矿、水泥（来自冷却器）、搪瓷0.70.82.03.00.60.9石棉、纤维尘、石膏、珠光石、橡胶生产中的粉尘、盐、面粉、研磨工艺中的粉尘0.31.12.54.5烟草、皮革粉、混合饲料、木材加工中的粉尘、粗植物纤维（大麻、黄麻等）0.92.02.56.6第五节第五节 离心机离心机 一、基础知识一、基础知识 离心机离心机 -利用离心力以分离非均相混合物的设备。利用离心力以分离非均相混合物的设备。 按分离的方式分按分离的方式分类：类： （1 1）过滤式离心机）过滤式离心机 （2 2）沉降式离心机）沉降式离心机 （3 3）分离式

23、离心机）分离式离心机 按按分离因数的大小分分离因数的大小分类类： 常速离心机常速离心机 （KcKc3310103 3，一般为，一般为60060012001200），）， 高速离心机（高速离心机（KcKc=3=310103 35 510103 3），）， 超速离心机（超速离心机（ KcKc5 510104 4）。）。 二离心机的类型二离心机的类型 1. 1.三足式离心机三足式离心机三足式离心机三足式离心机 2. 2.管式高速离心机管式高速离心机管式高速离心机管式高速离心机3.3.碟片式高速离心机碟片式高速离心机碟片式高速离心机碟片式高速离心机第六节第六节 气体的其他净制设备气体的其他净制设备 一

24、、中心喷雾式旋风洗涤器一、中心喷雾式旋风洗涤器中心喷雾旋风洗涤器中心喷雾旋风洗涤器 二、文丘里洗涤器二、文丘里洗涤器PAPA型文丘里洗涤器型文丘里洗涤器 三、泡沫除尘器三、泡沫除尘器泡沫式洗涤器泡沫式洗涤器 四、静电除尘器四、静电除尘器 1. 1.静电除尘器的分类静电除尘器的分类 按集尘器的型式分类按集尘器的型式分类 - 圆管型圆管型 平板型平板型 按荷电和放电空间布置按荷电和放电空间布置 - 一段式一段式 二段式二段式 按气流方向按气流方向 - 卧式卧式 立式立式 按清灰方式按清灰方式 - 干式干式 湿式湿式圆管型圆管型平板型平板型双区型双区型 2.静电除尘器的结构静电除尘器的结构平板形干式

25、电除尘器的本体结构平板形干式电除尘器的本体结构 电晕电极电晕电极各种电晕极的形式各种电晕极的形式 集尘电极集尘电极各种集尘电极的形式各种集尘电极的形式 清灰装置清灰装置清灰装置清灰装置 气流分布装置气流分布装置气流分布装置气流分布装置 3. 3.静电除尘器的应用静电除尘器的应用 电除尘器具有高效、低阻等特点，所以广泛的应用在各电除尘器具有高效、低阻等特点，所以广泛的应用在各种工业部门中，特别是火电厂、冶金、建材、化工及造纸等种工业部门中，特别是火电厂、冶金、建材、化工及造纸等工业部门，随着工业企业的日益大型化和自动化，对环境质工业部门，随着工业企业的日益大型化和自动化，对环境质量控制日益严格，电除尘器的应用数量仍不断增长，新型高量控制日益严格，电除尘器的应用数量仍不断增长，新型高性能的电除尘器仍在不断研究、制造并投入使用。性能的电除尘器仍在不断研究、制造并投入使用。