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1、第三章 沉降与过滤,第一节 概 述,一、非均相物系的分离 混合物均匀混合物（均相物系） 例：水与乙醇 不均匀混合物（非均相物系） 例：气溶胶，悬浮液，乳浊液其中，固体颗粒称为分散相，气、液相称为连续相或分散介质。 分离方法： 均相物系蒸馏、吸收、萃取、结晶等 非均相物系沉降、过滤、膜分离等,二、学习内容 沉降重力沉降、离心沉降 过滤压力过滤 三、学习目的 掌握几种操作的原理及应用计算 了解理论的建立过程及几种典型设备,自来水厂水的净化分三步， 第一步是絮凝过程，也可以叫反应过程。在流动中使水中的杂质颗粒絮凝长大； 第二步是沉降。沉降池是使大颗粒得以除去。 第三步是砂滤。砂滤池，进一步用900m
2、m厚砂层，将小颗粒杂质滤去。,自来水厂的主要流程,第二节 沉 降,一、重力沉降 1、球形颗粒在流体中的自由沉降 自由沉降：当颗粒在流体中只受重力和浮力，不受其它因素影响而发生沉降时，称为自由沉降。 颗粒受力：重力、浮力和阻力。 设颗粒从静止开始运动，沉降时，阻力方向与运动方向相反,颗粒在运动过程中，,Fb,Fd,mg,2、沉降速度计算,(1)层流区，斯托克 斯定律,(2)过渡区，阿仑定律,（3）湍流区，牛顿定律,计算时，采用试差法： 步骤：假设流型采用对应公式计算校核 及流型,Re,3、重力沉降的具体应用，降尘室,分离条件：从入口到出口的停留时间大于等于沉降时间,应用计算： （1）颗粒粒径一定
3、时，求最大处理量,（2）处理量一定时，求最小分离粒径（临界粒径）,沉降除尘室动画,烟道除尘动画,湍球塔除尘动画,【例3-2】 某除尘室高2m、宽2m、长5m，用于矿石焙烧炉的炉气除尘。矿尘的密度为4500kgm-3，其形状近于圆球。操作条件下气体流量为 ，气体密度为 、粘度为310 -5 Pas。试求理论上能完全除去的最小矿粒直径。,解：由公式可知，降尘室能完全除去的最小颗粒的沉降速度为：,假定在层流区，得：,25000m3。h-1,0.6kg m3,证明不在层流区。再假定在过渡区，得：,校验Re=1.141，假设成立,广州水厂全貌,图中兰色粗管是来自珠江的原料水，条形池子是絮凝池，左侧池是沉
4、降池。,这是沉降池。图为絮凝之后的水，是从沉降池底部流入，到池子上部水已很清了。,水厂沉降池,二、离心沉降,1、离心沉降原理及离心分离因数惯性,依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程叫作离心沉降。,如果颗粒呈球状，其密度为p 、直径为 ，流体的密度为 ，颗粒与中心轴的距离为R，切向速度为 ，则颗粒在径向上受到的三个作用力分别为：,惯性离心力,向心力,阻力,dp,ur,若此三力能够达于平衡，平衡时颗粒在径向上相对于流体的速度便是它在此位置上的离心沉降速度，解得离心沉降速度为：,在离心沉降时，如果颗粒与流体的相对运动属于层流，阻力系数也符合斯托克斯定律：,离心分离因数： 3、离心沉降的应用旋风分离器
5、,旋风分离器动画,文丘里除尘器动画,静电除尘器动画,例3-3：速溶咖啡粉（比重1.05）的直径为60m，被250热空气带入旋风分离器中，进入时切线速度为20m/s，在器内的旋转半径为0.5m。求其径向沉降速度。同样大小的颗粒在同温度的静止空气中沉降时，其沉降速度应为多少？（设沉降处于层流区）,第三节 过 滤,一、过滤基本概念 悬浮液（滤浆）,多孔介质,滤液（液体）,滤渣（滤饼）,工业常用过滤方法：深层过滤、滤饼过滤,滤饼过滤,过滤介质,二、过滤基本理论,1、过滤速率与过滤速度,过滤速率：单位时间内过滤面积A上获得的滤液体积,过滤速度：单位时间单位过滤面积上获得滤液体积,2、滤液通过滤饼层的流动
6、 （过滤过程分析）,滤液在管内层流，则在1-1，2-2截面 之间存在阻力存在压力降P,3、过滤速率方程,三、恒压过滤 过滤恒压过滤，压力为定值，速率减慢；恒速 过滤，速率恒定，增大压力 1、恒压过滤速率方程,或,2、过滤常数的测定,解：（1）求过滤时间。过滤介质阻力可以忽略不计，滤渣为不可压缩的恒压过滤方程为： V2+2VVe=KA2t 介质阻力忽略，即Ve0 V=KA2t p=100103kpa A=40m2 V=10m3 x=0.05kg/m3 30水=0.800710-3Pas r=11014m/Kg,板框过滤机动画,这是一台等待出厂的板框过滤机产品。,板框过滤机,加压叶滤机动画,转筒真空过滤机动画,连续沉降槽动画,袋式过滤器动画,
