化工原理非均相物系分离全教材课件.ppt

1、华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件化工原理课件非均相物系分离全华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.1 概述概述3.1.1 混合物的分类混合物的分类混合物混合物 均相混合物均相混合物（均相物系）（均相物系）非均相混合物非均相混合物（非均相物系）（非均相物系）物系内部各处组成均匀且物系内部各处组成均匀且不存在相界面不存在相界面物系内部有隔开两相的界物系内部有隔开两相的界面存在且界面两侧的物料面存在且界面两侧的物料性质截然不同性质截然不同例如：溶液及混合气体例如：溶液及混合气体例如：含尘气体、悬浮液等例如：含尘气体、悬浮液等华南理工大学化工原理电子课件华

2、南理工大学化工原理电子课件非均相非均相物系物系分散相（分散物质）：处于分散状态分散相（分散物质）：处于分散状态的物质的物质,如固体颗粒、液滴、气泡如固体颗粒、液滴、气泡连续相（分散介质）：包围着分散物质而连续相（分散介质）：包围着分散物质而处于连续状态的物质处于连续状态的物质华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.1.2 非均相物系的分类非均相物系的分类 根据连续相的状态分：根据连续相的状态分：p液态非均相物系：固、液、气分散在液相中。液态非均相物系：固、液、气分散在液相中。悬浮液、乳浊液、泡沫液悬浮液、乳浊液、泡沫液p气态非均相物系：固、液分散在气相中。气态非均相物系：固

3、、液分散在气相中。含尘气体、含雾气体含尘气体、含雾气体华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.1.3 非均相物系的分离目的非均相物系的分离目的 p回收有用的分散相回收有用的分散相p净化连续相净化连续相p环境保护的需要环境保护的需要华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.1.4 非均相物系的分离方法非均相物系的分离方法1、沉降沉降：颗粒相对于流体运动。：颗粒相对于流体运动。重力沉降重力沉降 离心沉降离心沉降2、过滤过滤：流体相对于固体颗粒床层运动。：流体相对于固体颗粒床层运动。重力过滤重力过滤 加压过滤加压过滤 真空过滤真空过滤 离心过滤离心过滤华南理工大

4、学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.2.2 颗粒床的特性颗粒床的特性 由颗粒堆积而成的颗粒层称为颗粒床层。由颗粒堆积而成的颗粒层称为颗粒床层。华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件对不可压缩滤饼，其形状、大小不变，故、a为常数，则物系内部各处组成均匀且不存在相界面操作目的：获得固体或清净的液体5、过滤常数的实验测定（3）在滞流（层流）区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 次方成正比；所需沉降时间t=H/ut助滤剂具有一定刚性的颗粒或纤维状的固体。系数：获取单位体积滤液所得滤饼体积物系内部有隔开两相的界面存在且界面两侧的物料性质截然不同3、滤饼洗涤充分；织物介质 滤布(

5、织物、网)，截留的粒径5m以上，工业应用广泛组装:1-2-3-2-1-2-3-2-1-2-3-2-1曳力系数与ReP的关系：(1)圆球 (2)圆盘 (3)圆柱洗涤液由总管入板滤布滤饼滤布非洗涤板排出2）洗涤速率和洗涤时间沉降运动时间气体停留时间分离设直径为dp、密度为p的光滑球形颗粒在密度为，粘度为的静止流体中作自由沉降。需要多大的过滤面积？滤液密度为1000kg/m3。（2）深层过滤：过滤介质是较厚的粒状介质的床层，过滤时悬浮液中的颗粒沉积在床层内部的孔道壁面上，而不形成滤饼。635：框内边长，mm 1、床层的空隙率、床层的空隙率 单位体积床层所具有的空隙体积单位体积床层所具有的空隙体积(m

6、3/m3)。p空隙率通过实验测得空隙率通过实验测得p一般乱堆床层的空隙率大致在一般乱堆床层的空隙率大致在0.470.70之间之间床层体积颗粒体积）（床层体积床层体积空隙体积华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件2、床层的比表面积、床层的比表面积 单位体积床层所具有的颗粒的表面积称为单位体积床层所具有的颗粒的表面积称为床层的比表面积。床层的比表面积。a ab b=(1-)=(1-)a a ab床层比表面积；床层比表面积；a 颗粒的比表面积；颗粒的比表面积；床层空隙率。床层空隙率。华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.3 颗粒的沉降颗粒的沉降 3.3.1 重

7、力沉降重力沉降3.3.2 重力沉降分离设备重力沉降分离设备3.3.3 离心沉降离心沉降3.3.4 离心沉降设备离心沉降设备华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.3.1 重力沉降重力沉降1、球形颗粒的自由沉降与干扰沉降、球形颗粒的自由沉降与干扰沉降自由沉降自由沉降:颗粒在流体中沉降时，不受其它颗颗粒在流体中沉降时，不受其它颗粒或器壁的影响。粒或器壁的影响。干扰沉降干扰沉降以下讨论自由沉降过程。以下讨论自由沉降过程。华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件2、球形颗粒的自由沉降速度、球形颗粒的自由沉降速度 设直径为设直径为dp、密度为、密度为p的光滑球形颗粒在

8、的光滑球形颗粒在密度为密度为，粘度为，粘度为的静止流体中作自由沉的静止流体中作自由沉降。颗粒受力：降。颗粒受力：FbFgFd重力重力 浮力浮力 阻力阻力gdmgFppg36gdFpb36242222uduAFppdu则Fd华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件ddummaFFFdbgddummaudgdppp246223颗粒做匀速沉降时当tuuddua,034pptgdu末端速度沉降速度/根据牛顿第二定律可知根据牛顿第二定律可知上式称为重力沉降速度基本方程式。上式称为重力沉降速度基本方程式。华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3 3、沉降速度实用公式、沉降

9、速度实用公式因次分析因次分析)(tRefttduRe 曳力系数曳力系数与与ReP的关系：的关系：(1)圆球圆球 (2)圆盘圆盘 (3)圆柱圆柱10-410-310-210-11.01010210310410510610-11.010102103105ReP(1)(2)(3)华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件层流区（层流区（Stokes定律区，定律区，Re0 2）tRe24182gduppt过渡区（过渡区（Allen定律区，定律区，2 Re0 1000）6.0Re5.18t6.0Re27.0tpptgdu湍流区（湍流区（Newton定律区，定律区，1000 Re0 2105

10、）44.0pptgdu74.1华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件4、强化重力沉降的方法、强化重力沉降的方法 增加颗粒的直径，加凝聚剂、助附着剂增加颗粒的直径，加凝聚剂、助附着剂 减小流体的密度、粘度减小流体的密度、粘度ut 减减对于液体对于液体=f(T)T 对于气体对于气体=f(T)T ,tpdfu 华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件6、沉降速度的影响因素、沉降速度的影响因素颗粒的体积浓度小于颗粒的体积浓度小于0.2%时，理论计算值的偏差在时，理论计算值的偏差在1%以内；以内；颗粒浓度较高时便发生干扰沉降颗粒浓度较高时便发生干扰沉降,需要根据浓度进行

11、修正。需要根据浓度进行修正。当容器尺寸当容器尺寸D远远大于颗粒尺寸远远大于颗粒尺寸dp时时(100倍以上倍以上)，器壁效应可，器壁效应可忽略，否则需加以考虑。忽略，否则需加以考虑。同一种固体物质，球形或近球形颗粒比同体积非球形颗粒的沉同一种固体物质，球形或近球形颗粒比同体积非球形颗粒的沉降快一些。实际计算时非球形颗粒的大小可用当量直径表示。降快一些。实际计算时非球形颗粒的大小可用当量直径表示。颗粒直径颗粒直径0.5um时，沉降受到流体分子布朗运动的影响。时，沉降受到流体分子布朗运动的影响。华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.3.2 重力沉降分离设备重力沉降分离设备1、降

12、尘室、降尘室华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 工作原理工作原理 气体入室气体入室 减速减速颗粒的沉降运动颗粒的沉降运动&随气体运动，合速度：抛物线随气体运动，合速度：抛物线沉降运动时间沉降运动时间 气体停留时间气体停留时间分离分离所需沉降时间所需沉降时间t t=H/ut在室内停留时间在室内停留时间=L/u分离满足的条件：分离满足的条件：uLuHt流道面积扩大流道面积扩大华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 说明：说明：（1）不同直径）不同直径d的颗粒的颗粒ut不同，相应的不同，相应的t不同。不同。d ，ut 容易除去。容易除去。（2）当某直径的颗粒满

13、足）当某直径的颗粒满足t 时，它能够被完全时，它能够被完全（100%）地分离；当某直径的颗粒满足）地分离；当某直径的颗粒满足t时，时，它不是不能被分离，仍然可以被分离，只不过是不它不是不能被分离，仍然可以被分离，只不过是不能被完全分离。能被完全分离。华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 （3）能能(100%)被除去的最小颗粒直径被除去的最小颗粒直径 0sAVLBHBuLHuut最低沉降速度最低沉降速度能被分离的最小粒径能被分离的最小粒径0ss2min18AVgdut 0ssmin18AVgd 华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件操作条件下气体密度为0.气

14、态非均相物系：固、液分散在气相中。例：BMS20/635-25一般乱堆床层的空隙率大致在0.细管内表面=床层颗粒的全部表面635：框内边长，mmVmax为某一粒径能100%被去除的最大处理量，即沉降速度ut应按需要完全分离下来的最小颗粒计算；4 非均相物系的分离方法对于标准旋风分离器，一般取67810-4m2/s,qe=0.1）操作周期与过滤时间（1）气流严格按螺旋形路线作等速运动，其切向速度等于进口气速ui；能连续自动操作，节省人力，生产能力大，适用于处理大而容易过滤的料浆。层流区（Stokes定律区，Re0 2）式中：R滤饼的阻力，1/m2、离心沉降速度与重力沉降速度的比较635)2226

15、=21m2因此在不同压强差下进行恒压过滤，测得对应的K值，即可根据上式通过作图法或最小二乘法求出s。（4）过滤推动力一般是指曳力系数与ReP的关系：(1)圆球 (2)圆盘 (3)圆柱3、恒压过滤方程式 （4）最大处理量（生产能力）最大处理量（生产能力）VmaxutLb=utA0Vmax为为某一粒径能某一粒径能100%100%被去除的最大处理量，即沉被去除的最大处理量，即沉降速度降速度u ut t应按需要完全分离下来的最小颗粒计算；应按需要完全分离下来的最小颗粒计算；Vmax与与(100%(100%去除的去除的)d,A0有关有关，而与，而与H无关。无关。华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化

16、工原理电子课件 多层降尘室多层降尘室清洁气流清洁气流含尘气流含尘气流挡板挡板隔板隔板p降尘室一般用水平隔降尘室一般用水平隔板做成多层，间距为板做成多层，间距为40100mm。p多层降尘室生产能力多层降尘室生产能力(n层水平隔板层水平隔板)：VS(n+1)utLb1nHh)(1bluVntS隔板间距：取整华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件说明说明n气流速度气流速度u不应太高，以免干扰颗粒的沉降或把已经不应太高，以免干扰颗粒的沉降或把已经沉降下来的颗粒重新卷起。为此，应保证沉降下来的颗粒重新卷起。为此，应保证气体流动的气体流动的雷诺准数处于滞流范围雷诺准数处于滞流范围之内；之

17、内；n降尘室结构简单，流动阻力小，但体积庞大，分离效降尘室结构简单，流动阻力小，但体积庞大，分离效率低，通常仅率低，通常仅适用于分离直径大于适用于分离直径大于50m的颗粒的颗粒，用，用于过程的于过程的预除尘预除尘。n多层降尘室虽能分离细小的颗粒，并节省地面，但出多层降尘室虽能分离细小的颗粒，并节省地面，但出灰麻烦。灰麻烦。华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件（1）一球形石英颗粒，在空气中按斯托克斯定律）一球形石英颗粒，在空气中按斯托克斯定律沉降，若空气温度由沉降，若空气温度由20升至升至50，则其沉降速度，则其沉降速度将将 。（2）在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增）在

18、除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增加一倍，则沉降时间加一倍，则沉降时间 ，气流速度，气流速度 ，生，生产能力产能力 。课堂练习课堂练习（3）在滞流（层流）区，颗粒的沉降速度与颗粒）在滞流（层流）区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的直径的 次方成正比；在湍流区，颗粒的沉降次方成正比；在湍流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的速度与颗粒直径的 次方成正比。次方成正比。华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件【例例】采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。降尘室底面积为降尘室底面积为10，宽和高均为，宽和高均为2m。操作条件下气。操作条件下气体密度为

19、体密度为0.75kg/m3，粘度为，粘度为2.6 10-5Pa s，颗粒密度为，颗粒密度为3000 kg/m3。降尘室的生产能力为。降尘室的生产能力为3m3/s。试求：。试求：（1）理论上可完全回收的最小颗粒直径；）理论上可完全回收的最小颗粒直径；（2）粒径为）粒径为40 m的颗粒的回收百分率；的颗粒的回收百分率；（3）如将降尘室改为多层以完全回收）如将降尘室改为多层以完全回收10 m的颗粒，的颗粒，在原降尘室内需设置多少层水平隔板及板间距。在原降尘室内需设置多少层水平隔板及板间距。华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件解：解：（1）理论上可完全回收的最小颗粒直径）理论上可完

20、全回收的最小颗粒直径在降尘室中能完全被分离出的最小颗粒在降尘室中能完全被分离出的最小颗粒的沉降速度为的沉降速度为smAVut/3.01030s假设沉降在层流区，用假设沉降在层流区，用Stokes公式求最小公式求最小颗粒直径颗粒直径mgudt5pmin1091.618华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件核算沉降流型核算沉降流型2598.0Reminttud假设成立，求得的最小粒径有效。假设成立，求得的最小粒径有效。（2）粒径为）粒径为40 m的颗粒的回收百分率的颗粒的回收百分率假设颗粒在炉气中的分布是均匀的，则在气体假设颗粒在炉气中的分布是均匀的，则在气体的停留时间内颗粒沉降

21、的高度与降尘室的高度的停留时间内颗粒沉降的高度与降尘室的高度之比即为该尺寸颗粒被分离下来的分率。之比即为该尺寸颗粒被分离下来的分率。华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件洗涤速率恒定滤饼厚度不变离心沉降效率较重力沉降效率高。过渡区（Allen定律区，2 Re0 1000）已知K，qe，由过滤方程，FVF Qab=(1-)a1）重力沉降速度基本上为定值（6）在重力场中，微小颗粒的沉降速度与下列因素无关降尘室一般用水平隔板做成多层，间距为40100mm。D或B=D/4，则dC，2）具有足够的机械强度；1、理解均相混合物与非均相混合物的基本概念细管的总体积=床层空隙体积（C）流体与

22、粒子的密度；压缩空气通道吹松设备尺寸（直径、进气口宽度）不能太大，以维持较高的分离效率。假定：洗涤液与滤液相同；说明：（2）深层过滤：过滤介质是较厚的粒状介质的床层，过滤时悬浮液中的颗粒沉积在床层内部的孔道壁面上，而不形成滤饼。间歇操作过滤、洗涤、卸渣、整理、装合颗粒在旋转流体中的运动由于各种尺寸的颗粒在降尘室内的停留时间均相由于各种尺寸的颗粒在降尘室内的停留时间均相同，故同，故40 m的颗粒的回收率也可用其沉降速度的颗粒的回收率也可用其沉降速度ut与与69.1 m的颗粒的沉降速度的颗粒的沉降速度ut之比来确定，在层之比来确定，在层流区流区%5.33)1.6940()(22mindduutt回

23、收率（3）需设置水平隔板层数及板间距）需设置水平隔板层数及板间距由上面计算可知，由上面计算可知，10 m的颗粒的沉降必在的颗粒的沉降必在层流区，可用层流区，可用stokes公式计算沉降速度公式计算沉降速度smgdu/1029.6183s20华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件需设置水平隔板层数需设置水平隔板层数层，取4769.4611029.61031300uAVns板间距板间距mnHh042.04821核算气体在多层降尘室内的流型：若忽略隔板厚核算气体在多层降尘室内的流型：若忽略隔板厚度所占的空间，则气体的流速为度所占的空间，则气体的流速为smbHVus/75.0223华

24、南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件mhbbhde082.0)042.02(2042.024)(241774106.275.075.0082.0Re5ude即气体在降尘室的流动为层流，设计合理。即气体在降尘室的流动为层流，设计合理。华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.3.3 离心沉降离心沉降离心沉降：依靠离心沉降：依靠惯性离心力惯性离心力的作用从而实现沉降的的作用从而实现沉降的过程。过程。离心沉降效率较重力沉降效率高。对于两相密度差离心沉降效率较重力沉降效率高。对于两相密度差较小或颗粒粒径较小的情况，应采用离心分离。较小或颗粒粒径较小的情况，应采用离心

25、分离。华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件1、离心沉降速度、离心沉降速度 流体作圆周运动时，形成惯性离心力场。当颗粒在流体作圆周运动时，形成惯性离心力场。当颗粒在距中心距中心r处旋转时，其切向速度处旋转时，其切向速度uT，径向速度，径向速度ur。惯性离心力场强度：惯性离心力场强度：uT2/r轨迹：轨迹：逐渐扩大的逐渐扩大的螺旋线螺旋线r1r2ArCBuruuT颗粒在旋转流体中的运动颗粒在旋转流体中的运动华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件uTurrFcFbFDdp，p的球形颗粒受力分析：的球形颗粒受力分析：离心力离心力rudFTppc236向心力向心力r

26、udFpb2T36阻力阻力4222prDduF（方向向外）（方向向外）（方向向内）（方向向内）（方向向内）（方向向内）华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件（D）21/2*50um（A）直线关系 （B）椭圆关系液态非均相物系：固、液、气分散在液相中。3、滤饼洗涤充分；式中：R滤饼的阻力，1/m颗粒在旋转流体中的运动恒压过滤下连续测定，q（1）理论上可完全回收的最小颗粒直径1、间歇过滤机的计算B一定时，提高气流量或提高进口气速，可提高分离效率，但进口阻力增加，同时湍流状况增大，易带起灰尘，所以一般不采用此法。能连续自动操作，节省人力，生产能力大，适用于处理大而容易过滤的料浆。（

27、D）不计介质阻力时，滤液体积增大一倍，则过滤时间增大至原来的4倍（1）气流严格按螺旋形路线作等速运动，其切向速度等于进口气速ui；(2)板框压滤机的洗涤速度和洗涤时间横穿洗涤过滤推动力有限，不能过滤高温的悬浮液，洗涤不充分。已知K，qe，由过滤方程，FVF Q堆积介质固体颗粒或纤维等堆积，适用于深层过滤当容器尺寸D远远大于颗粒尺寸dp时(100倍以上)，器壁效应可忽略，否则需加以考虑。4、滤饼的压缩性和助滤剂沉降运动时间气体停留时间分离04266222T32T3prpppdurudrud当三个力达到当三个力达到平衡平衡时：时：Fc-Fb-FD=0rudruduTppTpp222r18)(3)(

28、4相对运动为层流华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件2、离心沉降速度与重力沉降速度的比较、离心沉降速度与重力沉降速度的比较 表达式：表达式：重力沉降速度公式中的重力沉降速度公式中的重力加速度改为离心加速度重力加速度改为离心加速度数值：数值：1）重力沉降速度基本上为）重力沉降速度基本上为定值定值2）离心沉降速度为）离心沉降速度为绝对速度在径向上的分量，绝对速度在径向上的分量，数数值随颗粒在离心力场中的值随颗粒在离心力场中的位置而变位置而变。华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3、离心分离因数、离心分离因数重力离心力重力加速度离心加速度gagruuuKTtr

29、/2C同一颗粒在同种介质中的离心沉降速度与重力同一颗粒在同种介质中的离心沉降速度与重力沉降速度的比值。沉降速度的比值。华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.3.4 离心沉降设备离心沉降设备气固气固 旋风分离器旋风分离器液固液固 旋液分离器旋液分离器华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 旋风分离器旋风分离器 1、结、结 构构主体的上部为圆筒主体的上部为圆筒形形,下部为圆锥形下部为圆锥形,中央有一中央有一升气管。矩形切线入口。升气管。矩形切线入口。B 净化气体 含尘 气体 A D1 A=D/2 S1 B=D/4 H1 D1=D/2 D H1=2D H H2

30、=2D S1=D/8 H2 D2D/4 D2 尘粒 图 3-19 旋风分离器的尺寸及操作原理图 旋风分离器尺寸及操作原理示意图旋风分离器尺寸及操作原理示意图（各部分尺寸（各部分尺寸按比例以按比例以D为基准）为基准）2、工作原理、工作原理气流旋转气流旋转向下向下螺旋运动到锥口螺旋运动到锥口向上向上螺旋运动螺旋运动（气芯）（气芯）顶部中央排气口顶部中央排气口华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件颗粒颗粒器壁器壁与气流分离，与气流分离，滑落滑落离心力离心力华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件41华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件评价指标评价

31、指标总效率总效率粒级效率粒级效率分离效果分离效果压强降压强降临界直径临界直径分离效率分离效率3、旋风分离器的性能、旋风分离器的性能华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件1）临界粒径）临界粒径定义：理论上在旋风分离器中能被完全分离下来定义：理论上在旋风分离器中能被完全分离下来的最小颗粒。的最小颗粒。计算公式的推导：计算公式的推导：华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件假设：假设：（1 1）气流严格按螺旋形路线作等速运动，其切向）气流严格按螺旋形路线作等速运动，其切向速度等于进口气速速度等于进口气速u ui i；（2 2）颗粒向器壁沉降时，必须穿过厚度等于进气）

32、颗粒向器壁沉降时，必须穿过厚度等于进气宽度宽度B B的气流层，方能达到器壁而被分离；的气流层，方能达到器壁而被分离；（3 3）颗粒的流动类型为滞流。）颗粒的流动类型为滞流。S Stokestokes公式可用，旋转半径取公式可用，旋转半径取r rm m（平均旋转半径）（平均旋转半径）m2i2r18 rudupp颗粒沉降速度颗粒沉降速度华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件效率较低，劳动强度大。Stokes公式可用，旋转半径取rm（平均旋转半径）（1）气流严格按螺旋形路线作等速运动，其切向速度等于进口气速ui；降尘室一般用水平隔板做成多层，间距为40100mm。重力沉降速度公式中

33、的重力加速度改为离心加速度旋风分离器尺寸及操作原理示意图沉降运动时间气体停留时间分离（4）过滤推动力一般是指V或 ui，则dC，101000（1-0.用助滤剂配成悬浮液，在正式过滤前用它进行过滤，在过滤介质上形成一层由助滤剂组成的滤饼。辅助操作时间为15min。3、恒压过滤方程式已知K，qe，由过滤方程，FVF Q4、滤饼的压缩性和助滤剂核算气体在多层降尘室内的流型：若忽略隔板厚度所占的空间，则气体的流速为635)2226=21m2层流区（Stokes定律区，Re0 2）（8）含细小颗粒的气流在降尘室内除去小粒子，正常情况下能100除去50m的粒子，现气体处理量增加一倍，原降尘室能100除去的

34、最小粒径为_。操作条件下气体密度为0.说明说明nD或或B=D/4，则则dC，设备尺寸（直径、进气口宽度）不设备尺寸（直径、进气口宽度）不能太大，以维持较高的分离效率。能太大，以维持较高的分离效率。多级旋风分离器多级旋风分离器nV或或 ui，则则dC，B一定时，提高气流量或提高进口气一定时，提高气流量或提高进口气速，可提高分离效率，但进口阻力增速，可提高分离效率，但进口阻力增加，同时湍流状况增大，易带起灰尘，加，同时湍流状况增大，易带起灰尘，所以一般不采用此法。所以一般不采用此法。当气体处理量当气体处理量大时，使用若干小尺寸旋风分离器并大时，使用若干小尺寸旋风分离器并联使用。联使用。n对于标准旋

35、风分离器，一般取对于标准旋风分离器，一般取 华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 课堂练习课堂练习（1）沉降操作是指在某种）沉降操作是指在某种 中利用分散相和连中利用分散相和连续相之间的续相之间的 差异，使之发生相对运动而实现差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。沉降过程有分离的操作过程。沉降过程有 沉降和沉降和 沉沉降两种方式。降两种方式。（2）旋风分离器性能的好坏，主要以旋风分离器性能的好坏，主要以 来来衡量。衡量。越小，说明分离性能越好。越小，说明分离性能越好。华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原

36、理电子课件3.4 过滤过滤 3.4.1 过滤的基本概念过滤的基本概念3.4.2 过滤基本方程式过滤基本方程式3.4.3 过滤设备过滤设备3.4.4 过滤计算过滤计算华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件1、过滤操作、过滤操作过滤介质滤 饼滤 浆滤 液3.4.1 过滤的基本概念过滤的基本概念以某种多孔物质为介质，在外力的作用下，使悬浮以某种多孔物质为介质，在外力的作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，固体颗粒被截留在介液中的液体通过介质的孔道，固体颗粒被截留在介质上，从而实现固质上，从而实现固/液分离的操作。液分离的操作。过程过程推动力推动力：重力；压：重力；压力力(差差)；

37、离心力；离心力操作目的：获得固体或操作目的：获得固体或清净的液体清净的液体洗涤洗涤回收滤饼中残回收滤饼中残存的滤液或除去其杂质存的滤液或除去其杂质华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件2、过滤方式、过滤方式（1）滤饼过滤滤饼过滤：固体沉：固体沉积物在介质表面堆积、积物在介质表面堆积、架桥而形成滤饼层。滤架桥而形成滤饼层。滤饼层是有效过滤层。饼层是有效过滤层。适用于：处理固体含量适用于：处理固体含量较高的混悬液。较高的混悬液。华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 （2）深层过滤深层过滤：过滤介：过滤介质是较厚的粒状介质的质是较厚的粒状介质的床层，过滤时悬浮液

38、中床层，过滤时悬浮液中的颗粒沉积在床层内部的颗粒沉积在床层内部的孔道壁面上，而不形的孔道壁面上，而不形成滤饼。成滤饼。适用于：生产量大而悬浮颗粒粒径小、含量微适用于：生产量大而悬浮颗粒粒径小、含量微或是粘软的絮状物。或是粘软的絮状物。华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3、过滤介质、过滤介质 支撑滤饼或截留颗粒，使滤液通过。支撑滤饼或截留颗粒，使滤液通过。要求：要求：1）多孔性，孔道大小合适（既对流体的阻力小，）多孔性，孔道大小合适（既对流体的阻力小，又能截住要分离的颗粒）；又能截住要分离的颗粒）；2）具有足够的机械强度；）具有足够的机械强度；3）化学稳定性好（耐腐蚀、耐热

39、、抗老化）；）化学稳定性好（耐腐蚀、耐热、抗老化）；4）价格便宜。）价格便宜。华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 过滤介质种类：过滤介质种类：织物介质织物介质 滤布滤布(织物、网织物、网)，截留的粒径截留的粒径5m以上，工业应用广泛以上，工业应用广泛多孔固体介质多孔固体介质具有微细孔道的固体，截留具有微细孔道的固体，截留粒径粒径13m的微细粒子的微细粒子 堆积介质堆积介质固体颗粒或纤维等堆积，适用于固体颗粒或纤维等堆积，适用于深层过滤深层过滤 微孔膜微孔膜由高分子材料制成的薄膜状多孔介由高分子材料制成的薄膜状多孔介质。适用于滤除质。适用于滤除0.0210m的混悬微粒。的混

40、悬微粒。华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件4、滤饼的压缩性和助滤剂、滤饼的压缩性和助滤剂（1）滤饼的压缩性）滤饼的压缩性滤饼滤饼不可压缩滤饼不可压缩滤饼:可压缩滤饼可压缩滤饼:颗粒有一定的颗粒有一定的刚性刚性，所，所形成的滤饼并不因所受形成的滤饼并不因所受的压力差而变形。的压力差而变形。颗粒较软，所形成的滤饼颗粒较软，所形成的滤饼在压差的作用下在压差的作用下变形变形，使，使滤饼中的流动通道变小，滤饼中的流动通道变小，阻力增大。阻力增大。华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件（2）助滤剂）助滤剂助滤剂助滤剂具有一定具有一定刚性刚性的颗粒或纤维状的固体。的颗

41、粒或纤维状的固体。加入助滤剂可减少可压缩滤饼的流动阻力。加入助滤剂可减少可压缩滤饼的流动阻力。加入方法加入方法预涂预涂用助滤剂配成悬浮液，在正式用助滤剂配成悬浮液，在正式过滤前过滤前用它进行过滤，在过滤用它进行过滤，在过滤介质上形成一层由助滤剂组成介质上形成一层由助滤剂组成的滤饼。的滤饼。将助滤剂混在滤浆中将助滤剂混在滤浆中一起一起过滤过滤预混预混华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件1、颗粒床层的物理模型与基本参数、颗粒床层的物理模型与基本参数颗粒床层颗粒床层一组平行细管一组平行细管流体通道流体通道细管内表面细管内表面=床层颗粒的全部表面床层颗粒的全部表面细管的总体积细管的

42、总体积=床层空隙体积床层空隙体积3.4.2 过滤基本方程式过滤基本方程式合理简化合理简化本质近似本质近似华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件基本参数基本参数空隙率空隙率：床层的空隙体积：床层的空隙体积/床层的总体积床层的总体积比表面积比表面积a：颗粒表面积：颗粒表面积/颗粒体积颗粒体积孔道孔道(细管细管)平均长度平均长度 l：床层厚度床层厚度L华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件颗粒体积比表面积空隙率床层体积颗粒表面积空隙体积润湿周边长流通截面积444llde1414a空隙率床层体积比表面积空隙率床层体积孔道孔道(细管细管)当量直径当量直径de：华南理工

43、大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件2、过滤速度及其表达、过滤速度及其表达 1）定义）定义滤饼截面积滤饼截面积滤液体积流量滤液体积流量 AddVuA滤饼层总截面积；滤饼层总截面积；过滤时间；过滤时间；V滤液体积滤液体积华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件VmaxutLb=utA0离心沉降效率较重力沉降效率高。2）离心沉降速度为绝对速度在径向上的分量，数值随颗粒在离心力场中的位置而变。（3）需设置水平隔板层数及板间距对不可压缩滤饼，其形状、大小不变，故、a为常数，则2、理解重力沉降与离心沉降的概念以及适用的范围颗粒在旋转流体中的运动4、滤饼的压缩性和助滤剂同一种固

44、体物质，球形或近球形颗粒比同体积非球形颗粒的沉降快一些。沉降运动时间气体停留时间分离1、颗粒床层的物理模型与基本参数3、滤饼洗涤充分；相应的总阻力也等于两层阻力之和。沉降过程有 沉降和 沉降两种方式。若在相同条件下处理滤浆10 t/h。假定：洗涤液与滤液相同；635：框内边长，mm颗粒在旋转流体中的运动物系内部有隔开两相的界面存在且界面两侧的物料性质截然不同1）操作周期与生产能力635)2226=21m2滤液流速滤液流速u1:dAdVu床层截面积床层空隙率滤液体积流量面积床层截面中空隙部分的滤液体积流量1u1与与u的关系的关系uu 1华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件因此

45、，过滤速度因此，过滤速度阻力推动力LpaAdVuc22315d恒压降速恒压降速:l(L)，如，如 pc不变，则不变，则u 恒速升压恒速升压:l(L)，如，如u不变，则不变，则 pc 说明：说明：华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3）滤饼的阻力）滤饼的阻力 对不可压缩滤饼，其形状、大小不变，故对不可压缩滤饼，其形状、大小不变，故、a a为常为常数，则数，则RpLrpLp)1(a5AddVu)1(a5r1ccc223223令：式中：式中：R滤饼的阻力，滤饼的阻力，1/m r滤饼的比阻，滤饼的比阻，1/m2推动力推动力阻力阻力华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子

46、课件恒压过滤下连续测定，q洗涤速率：单位时间内通过滤饼层的洗涤液体积。在有效过滤阶段，Ve、e为常数，积分单位体积床层所具有的空隙体积(m3/m3)。颗粒在旋转流体中的运动沉降运动时间气体停留时间分离2）离心沉降速度为绝对速度在径向上的分量，数值随颗粒在离心力场中的位置而变。1）操作周期与生产能力2 重力沉降分离设备沉降运动时间气体停留时间分离过渡区（Allen定律区，2 Re0 1000）过渡区（Allen定律区，2 Re0 1000）能连续自动操作，节省人力，生产能力大，适用于处理大而容易过滤的料浆。(2)板框压滤机的洗涤速度和洗涤时间横穿洗涤沉降运动时间气体停留时间分离已知K，qe，由过

47、滤方程，FVF Q（8）含细小颗粒的气流在降尘室内除去小粒子，正常情况下能100除去50m的粒子，现气体处理量增加一倍，原降尘室能100除去的最小粒径为_。D或B=D/4，则dC，即气体在降尘室的流动为层流，设计合理。(2)板框压滤机的洗涤速度和洗涤时间横穿洗涤（1）气流严格按螺旋形路线作等速运动，其切向速度等于进口气速ui；过滤推动力过滤推动力：促成滤液流动的因素，即压强差：促成滤液流动的因素，即压强差pC过滤阻力过滤阻力：rL=Rn 滤液本身的粘性：滤液本身的粘性：n 滤饼阻力：滤饼阻力：R=rL322)1(5raLupcLRr阻力比阻是单位厚度滤饼的华南理工大学化工原理电子课件华南理工大

48、学化工原理电子课件4）过滤介质的阻力）过滤介质的阻力mcppp滤饼压降滤饼压降过滤介质压降过滤介质压降相应的总阻力也等于两层阻力之和。相应的总阻力也等于两层阻力之和。设想过滤介质相当于厚度为设想过滤介质相当于厚度为Le的一层滤饼的一层滤饼则过滤介质阻力为则过滤介质阻力为emrLR 总推动力总推动力mcppp mcppp Le过滤介质的当量滤饼厚度过滤介质的当量滤饼厚度总阻力总阻力 RRmrLrLe华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 过滤截面积不变，则以整个截面积计算的滤液通过滤截面积不变，则以整个截面积计算的滤液通过滤饼层和过滤介质的过滤饼层和过滤介质的速度相等速度相等，

49、即，即eeeLLrprLrLpprLprLpAddVumcmc当量滤饼层厚度，当量滤饼层厚度，m 上式表明：可用滤液通过上式表明：可用滤液通过串联的滤饼与滤布串联的滤饼与滤布的的总压强降表示过滤推动力，用两层的阻力之和总压强降表示过滤推动力，用两层的阻力之和表示总阻力。表示总阻力。华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 5）过滤基本方程式过滤基本方程式 V=AL系数：系数：获取单位体积滤液所得滤饼体积获取单位体积滤液所得滤饼体积AVrrLR/AVrrLR/eemVe当量滤液体积，与当量滤液体积，与Le对应的滤液体积对应的滤液体积若每获得若每获得 1m3 滤液形成的滤饼体积为滤

50、液形成的滤饼体积为 vm3，则每获得则每获得 Vm3 滤液形成的滤饼体积为滤液形成的滤饼体积为 vVm3华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件不可压缩滤饼不可压缩滤饼:e12ddVVrpAVs其中滤饼的压缩指数其中滤饼的压缩指数s=01，对于不可压缩，对于不可压缩滤饼滤饼s=0)VV(rpA)LL(rpAddVee2可压缩滤饼可压缩滤饼:r是压强差的函数，是压强差的函数，可表示为可表示为过滤基本方程式过滤基本方程式sprr 华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3、恒压过滤方程式、恒压过滤方程式 、r、与时间无关与时间无关,Ve、A、p常数常数esVVpkA