第三章非均相物系的分离.ppt

第三章非均相物系的分离,本章学习指导,1本章学习目的通过本章的学习，要重点掌握沉降和过滤这两种机械分离操作的原理、过程计算、典型设备的结构与特性，能够根据生产工艺要求，合理选择设备类型和尺寸。2本章应掌握的内容a沉降分离（包括重力沉降和离心沉降）的原理、过程计算、旋风分离器的选型。b过滤操作的原理、过滤基本方程式推导的思路，恒压过滤的计算、过滤常数的测定。,第一节重力沉降,1.球形颗粒的自由沉降2.阻力系数ζ3.影响沉降速度的因素4.沉降速度的计算,重力沉降是利用流体中的固体颗粒受地球吸引力场的作用而发生的沉降过程,球形颗粒的自由沉降,根据牛顿第二运动定律，颗粒所受三个力的合力应等于颗粒的质量与加速度的乘积，即Fg-Fb-Fdma,将表面光滑的刚性球形颗粒置于静止的流体介质中，若颗粒的密度大于流体的密度，则颗粒将在流体中降落,,或,由此可得沉降速度,,阻力系数ζ,根据阻力随颗粒雷诺数变化的规律，可分为三个区域,滞流区或斯托克斯定律区（10-4Ret1,过渡区或艾仑定律区（1Ret103）,湍流区或牛顿定律区（103Ret1）的场合。深床过滤固体颗粒并不形成滤饼，而是沉积于较厚的粒状对滤介质床层内部的过滤操作。深床过滤主要用于净化含固量很少（0.1）流体，如水净化等。,过滤的操作,,过滤操作示意图,过滤操作方式,过滤操作分为间歇式与连续式。,根据过滤推动力的方式，又有加压过滤、真空过滤和离心过滤,过滤基本方程式,过滤速率,过滤速度,单位时间获得的滤液体积,单位过滤面积上的过滤速率,若过滤过程中其他因素维持不变，则由于滤饼厚度不断增加过滤速度会逐渐变小。任一瞬间的过滤速度应写成如下形式,,,过滤阻力,滤饼阻力,介质阻力,过滤总阻力,,,,为方便起见，假设过滤介质对滤液流动的阻力相当于厚度为Le的滤饼层的阻力，即,,则上式可写为,,过滤基本方程式,不可压缩滤饼,可压缩滤饼,,,,,过滤常数的测定,恒压下K、qe、θe的测定,压缩性指数s的测定,由过滤常数K的定义式,,Kp为直线方程，斜率为1-s、截距为2k。在不同压差p下进行恒压过滤实验，求得一系列与之对应的过滤常数K，再通过上式回归出滤饼常数k和压缩指数s。,将恒压过滤方程式,,微分得,,即在恒压过滤条件下，θ/q与q的函数关系是以1/K为斜率、2qe/K为截距的直线，实验测得不同时刻单位过滤面积的累积滤液量q，即可由上式回归出K和qe。,提高过滤生产能力的措施,助滤剂改变滤饼结构，使之较为疏松且不被压缩，则可提高过滤与洗涤速率。助滤剂多为刚性较好的多孔性粒状或纤维状材料，如常用的硅藻土、膨胀珍珠岩、纤维素等絮凝剂使分散的细颗粒凝聚成团从而更容易过滤。絮凝剂有聚合电解质类的如明胶、聚丙烯酰胺等，其长链高分子结构为固体颗粒架桥而成絮团；也有无机电解质类的絮凝剂，其作用为破坏颗粒表面的双电层结构使颗粒依靠范德华力而聚并成团流动或机械搅动限制滤饼厚度的增长，或者借用离心力使滤饼在带锥度的转鼓中自动移动等动态过滤技术，也可以有效地提高过滤速率,增大过滤面积、提高转速、缩短辅助操作时间、改善过滤特性以提高过滤和洗涤速率。,