沉降与过滤

沉降与过滤
概述
(本章:本质上讲:属于流体流动过程,从方法或手段上讲:属于非均相分离过 程,下册讲的蒸馏、吸收、萃取等单元操作都是均相分离过程)。 1、相：体系中具有相同组成，相同物理性质和相同化学性质的均匀物质。 相与相之间有明确的界面。
2、均相：凡物系内部各处物理料质均匀而不存在相界面者，称为均相混 合物或均相物系。溶液及混合气都是均相混合物。
Vs LW
与临界粒径dpc相对应的临界沉降速度
utc
Vs LW
（又称表面负荷qo）
当尘粒沉降速度处于层流区时，d pc
18 Vs ( p )g LW
表明：1、大于dpc的尘粒能100%除去； 2．降尘室的处理能力只取决于降尘室 的底面积，与高度H无关。
重力沉降
悬浮液的沉聚过程 ：
悬浮液的沉聚过程；属重力沉降，在沉降槽中进行。固体颗粒在液体中的沉降过程， 大多属于干扰沉降。比固体颗粒在气体中自由沉降阻力大。随着沉聚过程的进行， Ａ，Ｄ两区逐渐扩大，Ｂ区这时逐渐缩小至消失。在沉降开始后的一段时间内，Ａ， Ｂ两区之间的界面以等速向下移动，直至Ｂ区消失时与Ｃ区的上界面重合为止。此 阶段中ＡＢ界面向下移动的速度即为该浓度悬浮液中颗粒的表观沉降速度。表观沉 降速度不同于颗粒的沉降速度，因为它是颗粒相对于器壁的速度，而不是颗粒相对 于流体的速度。
湍流区：Re=500--2105，
≌0.44
──Newton区
球形颗粒的自由沉降 ：
重力沉降
自由沉降──对于单一颗粒在流体中的沉降或者颗粒群充分地 分散、颗粒间互不影响，不致引起相互碰撞的沉降过程。
1．加速阶段——
沉降开始时，颗粒初速度为零，
颗粒受重力和浮力的作用，合力不为零，
产生加速度。
2．匀速阶段——
（1）分散相：往往是液滴、雾滴、气泡，固体颗粒。 （2）连续相：连续相若为气体，则为气相非均相物系。
连续相若为液体，则为液相非均相物系
概述
化工生产中常遇到的混合物可分为两大类：
均相
气态 液态
气—固
混
合
气—液
物
非均相
液—固
液—液
固—固
空气、天然气 乙醇—水、石油
烟道气 气泡—液体 雾滴—气体 泥水、硫铵+母液 牛奶、油—水 煤矸石、金属矿
随着速度加快，阻力增加，当合力为零时，颗粒将发生 匀速运动，匀速阶段中颗粒相对于流体的运动速度称为沉降 速度ut.
球形颗粒的自由沉降 ：
重力沉降
重力： 浮力： 阻力：
Fg Fb
Fd
664dddp3p3p2gp2ug2
由牛顿第二定理F=ma
Fg-Fb-Fd=mdu/dt
整理后得：
du
(p
)g
3
u2
18
1
ut
4
g
2( p 225
)
2
3
dp
湍流区：Re=500--2105， ut
3g( p )d p
可见： ut=f（dp，p，）， dp，p↑，ut↑
↑，ut↓（层流区，过渡区）
球形颗粒的自由沉降 ：
重力沉降
适合范围：光滑的球形颗粒。
影响沉降速度ut的因素： 1〉颗粒形状，偏离球形约大，阻力越大；通过沉降速度用沉降速度 计算公式来求出当量球径; 2〉颗粒浓度不太高<0.2%，假设自由沉降<1%. 3〉壁面效应，沉降速度较自由沉降速度小； 4〉分子运动，d<2~3µm 5〉液滴和气泡的变形
流体以一定的速度绕过静止颗粒时，或者固体颗粒在静止流体中移
动时，流体对颗粒的作用力——阻力Fd
Fd
A u 2
2
A—颗粒在运动方向上的投影，dp2
u—相对运动速度
—阻力系数， =（Re）=（dpu/）（实验测定）
层流区：Re2，
=24/Re
──Stokes区
过渡区：Re=2—500，
10 Re──Allen区
概述
化工生产中常遇到的混合物可分为两大类：
第一类是均相物系—如混合气体、溶液； 特征：物系内各处性质相同，无分界面。须用吸收、蒸馏等方法分离。 第二类是非均相体系—
液态非均相物系：固体颗粒与液体构成的悬浮液；不互溶液体构成的乳 浊液；
气态非均相物系：固体颗粒（或液体雾滴）与气体构成的含尘气体（或 含雾气体）；气泡与液体所组成的泡沫液等。 特征：物系内有相间的界面，界面两侧的物性截然不同。
2）离心分离：利用微粒所受离心力的作用将其从介质中分离。 亦称离心沉降。此法适用于较细的微粒悬浮体系。
3）过滤：使悬浮体系通过过滤介质，将微粒截留在过滤介质 上而获得分离。
4）湿法净制：使气相中含有的微粒与水充分接触而将微粒除 去。
5）电除尘：使悬浮在气相中的微粒在高压电场内沉降。
概述
颗粒和流体相对运动时所受到的阻力 ：
3、非均相：凡物系内部有隔开两相的界面存在，而界面两侧的物料性质 截然不同者，称为非均相混合物或非均相物系。
非均相 非均相物系里，处于分散状态的物质称为分散物质（或分散 相），包围着分散物质而处于连续状态的流体，称为分散介质（或连续 相）。如:浮悬液中的固体颗粒，称为分散物质，液体是分散介质。 4、非均相物系的分离：通过机械方法分离非均相物系的单元操作。具体 点讲机械方法:沉降和过滤。
非均相物系分离的目的：
概述
1、回收分散物质，如从母液中分离出晶粒；如从催化反应器出 来的气体中，往往带有催化剂颗粒，必须把这些有价值的颗粒 回收利用。
2、净制分散介质，如除去含尘气体中的尘粒；合成氨生产，半 水煤气中含有、灰尘等杂质，为了防止合成触媒中毒，必须将 这些杂质一一去除，以保证触媒的活性。
6〉其它，如颗粒p不均匀。
气体降尘设备 ：
重力沉降
L W
用于分离大颗粒尘
在降尘室中，颗粒停留时间=L/u Vs
沉降时间=H/ut
uHຫໍສະໝຸດ ut分离条件——L/u≥H/ut
由于尘粒中，颗粒粒径不相同，故定义一种粒子，其停留时间=沉降时间， 即可以100%除去的最小粒径——临界粒径dpc
u Vs HW
ut
3、劳动保护和环境卫生等；对三废：废气、废液、废渣的处理， 地球由于被污染加剧,环保越来越受到人们的重视。综上所述,非 均相物系分离的目的是除害收益。
总之：以满足工艺要求，提高产品质量，改善劳动条件，保护 环境，节约能源及提高经济效益。
常用分离方法：
概述
1）重力沉降：微粒借本身的重力在介质中沉降而获得分离。
dt
p
4d p p
在du/dt=0，u=ut
ut
4d p ( p )g 3 '
Fd Fb
Fg
球形颗粒的自由沉降 ：
重力沉降
ut
4d p ( p )g 3 '
=（Re），将不同的带入ut，可得各种流动状态下的ut的计算式：
层流区：Re2， 过渡区：Re=2—500，
ut
d
2 p
(
p
)g