第二讲 沉降设备、过滤基本概念、过滤设备及基本方程式(2010)

本次课内容及要求
第三节 沉降
一、重力沉降 1. 球形颗粒的自由沉降 阻力系数 影响沉降速度的因素 沉降速度的计算 2. 非球形颗粒的自由沉降 二、离心沉降 离心沉降速度的计算 离心分离因数 三、重力沉降设备与离心沉降设备 重力沉降室 操作原理、设计计算 旋风分离器 分离原理、性能指标、影响分离效率的因素、计算步骤
D. 尺寸小，则分离效率差，且压降大。
三、某含尘气体，依次经过一个降尘室和一个旋风分离气进行除尘。若 气体流量适当增加（其余不变），则降尘室除尘效率______，旋风 分离器除尘效率______。
第三节 过滤
一、概述
1. 过滤的概念
过滤： 利用能让液体通过而截留固体颗粒的多孔介质（过滤介 质）， 使 悬浮液中固液得到分离的单元操作。 滤浆 滤液 过滤操作中所处理的悬浮液。 通过多孔介质的液体。
总效率与粒级效率的关系：
第二节 沉降
四、离心沉降设备
2. 旋风分离器的性能
（4）旋风分离器的压降
对于同一结构型式及尺寸比例的旋风分离器，阻力系数为常数， 不因尺寸大小而变。如标准旋风分离器的阻力系数约为8。 旋风分离器的压降一般为500～2000Pa。
第二节 沉降
四、离心沉降设备
3. 影响分离效率的因素
第二节 沉降
四、离心沉降设备
4. 旋风分离器的计算
步骤： ① 根据具体情况选择合适的型式，选型时应在高效率与低阻力二者 之间作权衡，一般长径比大且出入口截面小的设备效率高且阻力大，反 之，阻力小效率低； ② 根据允许的压降确定气体在入口的流速ui ； ③ 根据分离效率或除尘要求，求出临界粒径dp,c ； ④ 根据ui和dp,c计算旋风分离器的直径D ; ⑤ 根据ui与D计算旋风分离器的处理量，再根据气体流量确定旋风分 离器的数目； ⑥ 校核分离效率与压降。

R1
24 Re p
2 2
ur
R2
d p p uT 18r
dr ur d

9 ( R2 R1 )
2 2
τ--- 尘粒由位置R1沉降至R2所需的时间，s R1– 气体排出管的外半径，m R2– 圆周部分的内半径，m
d p p uT
2
2
第二节 沉降
四、离心沉降设备
3. 影响分离效率的因素
第二节 沉降
二、重力沉降设备
1. 降尘室——分离气体中尘粒的重力沉降设备
(3) 降尘室的计算
设计型： 已知气体处理量和除尘要求，求降尘室的大小。
操作型： 用已知尺寸的降尘室处理一定量含尘气体时，计算 可以完全除掉的最小颗粒的尺寸，或者计算要求完 全除去直径dp的尘粒时所能处理的气体流量。
d min
第二节 沉降
四、离心沉降设备
3. 影响分离效率的因素
③ 当（R2 – R1）减小时，τ 减小，即粒子沉降路径缩短， 加快粒子沉降速度。如果（R2 – R1）保持不变，R1和R2 同时增加，则（R2 + R1）增大，使分离时间延长。所以旋 风分离器直径越大，分离效率越低。如果需处理的气体量 较大时，可以将几个小尺寸的分离器并联起来使用。 ④ 如果温度越高，气体粘度μ 越大，则分离效率降低。
(2) 降尘室的生产能力 n层降尘室的生产能力
Vs n 1LBut n 1Ab ut
ut应按需分离的最小颗粒尺寸计算；
气速不应过高，以免干扰颗粒的沉降
或将已沉降的颗粒重新扬起，一般保 证处于层流；
隔板间距一般为40～100mm
一般作为预除尘使用，分离粒度大于 50mm的粗粒。
Vs 18 p Ab
计算后，需检验Rep所在的范围。
第二节 沉降
二、重力沉降设备
2.沉降槽(增稠器、澄清器)—用于分离悬浮液或乳浊液的设备
适合处理量大、浓度不高、颗粒不太
细的悬浮液；
为提高沉降速度，可添加少量电解质 或表面活性剂，使颗粒发生“凝聚”
或“絮凝”；
沉渣中仍有约50%的液体。
① 在相同的分离时间内，增加气流入口速度，可使分离粒径 减小，使更小的颗粒分离，提高分离效率。但是入口速度 不能无限增大，速度过大会形成涡流，将已沉降的颗粒卷 走，降低分离效率。所以一般旋风分离器入口处的气速为 15～25m/s。 ② 粒径大，所需分离时间少，沉降快。粒子密度增加，沉降 也快。即大颗粒或密度大的颗粒易分离。
9
0.695m
校核ΔP :
ui
P
Hale Waihona Puke 8qV D28 1.08 17.9m / s 2 0.695
2
ui 2
2
0.43 17.9 8.0 550 Pa 2
700Pa
或者从维持指定的最大允许压降数值为前提，求得每台旋风 分离器的最小直径。
寸与个数。
解： 根据允许的压强降确定气体在入口的流速ui:
p
ui 2
ui
2 2p
700
=8.0


2 700 20.2m/s 8.0 0.43
按分离要求，临界粒径不大于 10μm，故取临界粒径 dp,c=10μm来计
算粒径的尺寸。由ui与dp,c计算D :
d p ,c
根据 D与ui计算每个分离器的处理量，再根据气体流量确定旋风分 离器的数目。 进气管截面积 :
D D D2 AB 0.076m 2 2 4 8
每个旋风分离器的气体处理量为：
AB ui 0.076 20.2 1.535m3 /s qV
含尘气体在操作状况下的总流量为： qV
第二节 沉降
四、离心沉降设备
2. 旋风分离器的性能
（3）分离效率 总效率—进入旋风分离器的全部粉尘中被分离下来的粉尘的质量分率。
粒级效率—进入旋风分离器的粒径为dp,i的颗粒被分离下来的质量分率。
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四、离心沉降设备
2. 旋风分离器的性能
（3）分离效率 分割直径dp,50 ：经过旋风分离器后能被除下50%的颗粒直径
H B L
以速度u
以速度ut
随气体流动
作沉降运动
固体颗粒沉降分离的条件
L H u ut
降尘室的生产能力只与降尘室的
沉降面积Ab和颗粒的沉降速度ut 有关，而与降尘室的高度无关。
降尘室的生产能力
Vs LBut Ab ut
第二节 沉降
二、重力沉降设备
1. 降尘室——分离气体中尘粒的重力沉降设备
2
2
Fb

6
dp
3
FD

4
dp
2
uT r u r 2
2
uT ac r
ur
2
4d p ( p )uT 3 r
2
2
离心分离因数
a u Kc c T g gr
第二节 沉降
四、离心沉降设备
气固非均相物系的离心沉降——旋风分离器 液固悬浮物系的离心分离——旋液分离器或离心机
9 B 10 106 m N pui
N=5
2
N p ui d p ,c 2 5 2000 20.2 10 10 6 0.196m B 5 9 3.6 10 9
旋风分离器的直径 ： D=4B=4×0.196=0.78m
ΔP=700Pa
ui=20.2m/s
1.08 D2 qV 0.0535m 2 AB 8 ui 20.2
D 8 0.0535 0.654m
校核临界粒径
d p ,c
9 B 9.1106 m 9.1μm N p ui
根据以上计算可知，当采用四个尺寸相同的标准型旋风分离器并联 操作来处理本题中的含尘气体时，只要分离器在（0.654～0.695m）范围 内，便可同时满足气量、压强降及效率指标。 倘若直径D>0.695m，则在规定的气量下不能达到规定的分离效率。 倘若直径D<0.654m，则在规定的气量下，压降将超出允许的范围。
qV qV 1.08m3 /s 4
为了保证指定的分离效率，临界粒径仍取为10μm。
d p ,c
9 B N p ui
D N p 8qV 9 D 4
D B 4
2
ui
8qV qV 2 AB D
d p ,c

D
3
2 dp 32 N p qV ,c
5500 273 500 4.32m3 /s 3600 273
qV 2.8 qV
所需旋风分离器的台数为：
n
为满足规定的气体处理量、压强降及分离效率三项指标，需要直径 不大于0.78m的标准分离器至少三台，为了便于安排，现采用四台并联。
校核压力降与分离效率
四台并联时，每台旋风分离气分摊的气体处理量为：
第二节 沉降
三、离心沉降
惯性离心力场与重力场比较
重力场 力场强度 方 向
离心力场
g
指向地心
ut r
沿旋转半径从 中心指向外周 2 ut FC m r
2
作 用 力
Fg mg
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三、离心沉降
离心力
浮 力 阻 力
离心加速度 离心沉降速度
u 3 u Fc m T d p p T r 6 2 r
第二节 沉降
四、离心沉降设备
2. 旋风分离器的性能
(1)入口含尘气体流量：
Vs ui AB
(2)临界粒径：
d p ,c
9 B N p ui
N---气体旋转圈数，对细长器身的旋分器约等于5
①分离器尺寸（B）愈大，临界粒径愈大， 分离效率愈低。 ②入口气速（ui ）愈大，临界粒径愈小，分 离效率愈高。