第3章沉降与过滤
化学工程基础 第三章 沉降与过滤 课件
乳浊液：一种液体很细的分散于另一种（或数种）与之互不
溶的液体中所形成的乳状液。(油水混合物，油漆)
泡沫液：泡沫(CO2)灭火器。 其中：流体为连续相； 固体颗粒为分散相，或分散物质。
小知识
■沙尘暴：由于强风将地面大量尘沙吹起，使空气相当 混浊，水平能见度小于1.0km。 ■浮尘：尘土、细沙均匀地浮游在空中，使水平能见度 小于10.0km。浮尘多为远处尘沙经上层气流传播而来， 或为沙尘暴、扬沙出现后尚未下沉的细粒浮游空中而成。 ■霾：大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水 平能见度小于10.0Km的空气普遍混浊现象。霾使远处光 亮物体微带黄、红色，使黑暗物体微带蓝色。
则 utc降为原来的1/N
？
dpc降为原来的(1/N)0.5
这样更小的尘粒也能分离。
清洁气流
1 含尘气流
2
3.2 重力沉降
例3-2 现有一高1.5m、宽2m、长4m的重力降尘室，用以处理空气 中的粉尘。粉尘密度为1800kg/m3，操作条件下的空气密度为 0.75kg/m3，粘度为2.5×10-5Pas,流量为10m3/s.
3.2.3 悬浮液的沉聚 (1) 增稠器 沉聚：悬浮液在任何设备中静置，其固体颗粒都会产 生重力沉降，将澄清液与稠浆分离，这种操作即为沉 聚。
澄清：从浓度较低的悬浮液通过沉聚得到澄清液的操 作。
增稠：从浓度较高的悬浮液中通过沉聚得到稠浆称为 增稠。
澄清器和增稠器：用以澄清和增稠的设备。
3.2 重力沉降
3.1 概述
（2）曳力系数 颗粒所受阻力Fd与其动能成正比，用下式表示：
u 2 Fd A 2
A---颗粒在运动方向的投影面积
ζ---曳力系数，无量纲
(完整版)化工原理第三章沉降与过滤课后习题及答案(1)
第三章 沉降与过滤沉 降【3-1】 密度为1030kg/m 3、直径为的球形颗粒在150℃的热空气中降落，400m μ求其沉降速度。
解 150℃时，空气密度，黏度./30835kg m ρ=.524110Pa s μ-=⨯⋅颗粒密度，直径/31030p kg m ρ=4410p d m -=⨯假设为过渡区，沉降速度为()(.)()./..1122223345449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ--⎡⎤-⎡⎤⨯==⨯⨯=⎢⎥⎢⨯⨯⨯⎢⎥⎣⎦⎣⎦验算 .Re ..454101790．835=24824110p t d u ρμ--⨯⨯⨯==⨯为过渡区【3-2】密度为2500kg/m 3的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。
试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。
解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为()/218t p p u d g ρρμ=-由此式得（下标w 表示水，a 表示空气）()()2218= p w pw p a pat w ad d u g ρρρρμμ--=pw pad d =查得20℃时水与空气的密度及黏度分别为./,.339982 100410w w kg m Pa sρμ-==⨯⋅./,.35120518110a a kg m Pa sρμ-==⨯⋅已知玻璃球的密度为，代入上式得/32500p kg m ρ=.961pw pad d ==【3-3】降尘室的长度为10m ，宽为5m ，其中用隔板分为20层，间距为100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为，气体密度为，黏度为10m μ./311kg m ，颗粒密度为4000kg/m 3。
试求：(1)最小颗粒的沉降速度；(2)若需要.621810Pa s -⨯⋅最小颗粒沉降，气体的最大流速不能超过多少m/s? (3)此降尘室每小时能处理多少m 3的气体？解 已知,/./.6336101040001121810pc p d m kg m kg m Pa sρρμ--=⨯===⨯⋅,,(1) 沉降速度计算 假设为层流区().()(.)./.26269811010400011001181821810pc p t gd u m sρρμ---⨯⨯-===⨯⨯验算 为层流..Re .66101000111000505221810pc t d u ρμ--⨯⨯⨯===<⨯，(2) 气体的最大流速。
化工原理王志魁第五版习题解答：第三章 沉降与过滤
第三章沉降与过滤沉降【3-1】密度为1030kg/m 3、直径为400m μ的球形颗粒在150℃的热空气中降落，求其沉降速度。
解150℃时，空气密度./30835kg m ρ=，黏度.524110Pa sμ-=⨯⋅颗粒密度/31030p kg m ρ=，直径4410p d m -=⨯假设为过渡区，沉降速度为()(.)()./..1122223345449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ--⎡⎤-⎡⎤⨯==⨯⨯=⎢⎥⎢⎥⨯⨯⨯⎢⎥⎣⎦⎣⎦验算.Re ..454101790．835=24824110p t d u ρμ--⨯⨯⨯==⨯为过渡区【3-2】密度为2500kg/m 3的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。
试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。
解在斯托克斯区，沉降速度计算式为()/218t p p u d g ρρμ=-由此式得（下标w 表示水，a 表示空气）()()2218= p w pw p a pat w ad d u g ρρρρμμ--=pw pad d =查得20℃时水与空气的密度及黏度分别为./,.339982 100410w w kg m Pa s ρμ-==⨯⋅./,.35120518110a a kg m Pa sρμ-==⨯⋅已知玻璃球的密度为/32500p kg m ρ=，代入上式得.961pw pad d =【3-3】降尘室的长度为10m ，宽为5m ，其中用隔板分为20层，间距为100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为10m μ，气体密度为./311kg m ，黏度为.621810Pa s -⨯⋅，颗粒密度为4000kg/m 3。
试求：(1)最小颗粒的沉降速度；(2)若需要最小颗粒沉降，气体的最大流速不能超过多少m/s?(3)此降尘室每小时能处理多少m 3的气体？解已知,/./.6336101040001121810pc p d m kg m kg m Pa sρρμ--=⨯===⨯⋅,,(1)沉降速度计算假设为层流区().()(.)./.26269811010400011001181821810pc p t gd u m sρρμ---⨯⨯-===⨯⨯验算..Re .66101000111000505221810pc t d u ρμ--⨯⨯⨯===<⨯．为层流(2)气体的最大流速max u 。
第三章沉降与过滤
&第三章沉降与过滤第一节沉降教学目标：了解颗粒和颗粒群的特性及有关参数的计算方法。
理解重力沉降和离心沉降的意义，掌握颗粒在层流和团粒状态下自由沉降速度的计算公式。
掌握重力沉降设备的结构和工作原理。
掌握碟片式离心机、高速管式离心机、旋风分离器、旋液分离器等离心分设被的结构、工作原理及使用方法。
教学重点：碟片式离心机、高速管式离心机、旋风分离器等离心分设被的结构、工作原理及使用方法。
教学难点：自由沉降速度的计算公式的应用。
教学内容：一、颗粒的基本性质非均相体系的不连续相常常是固体颗粒。
由于不同的条件和过程将形成不同性质的固体颗粒，且组成颗粒的成分不同则其理化性质也不同，所以在分离操作过程中就要采用不同的工艺，因而有必要认识颗粒的性质。
1.颗粒的特性按照颗粒的机械性质可分为刚性颗粒和非刚性颗粒。
如泥砂石子、无机物颗粒属于刚性颗粒。
刚性颗粒变形系数很小，而细胞则是非刚性颗粒，其形状容易随外部空间条件的改变而改变。
常将含有大量细胞的液体归属于非牛顿型流体。
因这两类物质力学性质不同，所以在生产实际中应采用不同的分离方法。
如果按颗粒形状划分，则可分为球形颗粒和非球形颗粒。
球形颗粒的体积为334136V r d ππ== （3——1）其表面积为 224S r d ππ== （3——2）颗粒的表面积与其体积之比叫比表面积，用符号0S 表示，单位23m /m 。
其计算式为：06S S V d ==将非球形颗粒直径折算成球形颗粒的直径，这个直径叫当量直径e d 。
在进行有关计算时，将e d 代入相应的球形颗粒计算公式中即可。
根据折算方法不同，当量直径的具体数值也不同。
常见当量直径有：体积当量直径d e d e =3P6πV （3——3）表面积当量直径d es d es =πPS （3——4）球形度（形状系数）φs ＝PS S （3——5） 2.颗粒群的特性 由大小不同的颗粒组成的集合称为颗粒群。
在非均相体系中颗粒群包含了一系列直径和质量都不相同的颗粒，呈现出一个连续系列的分布，可以用标准筛进行筛分得到不同等级的颗粒。
第三章沉降与过滤(化工原理王志魁版)
互不碰撞、互不影响。
浮力Fb
阻力Fd
p , 颗粒下沉
p
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重力Fg
2
重力：Fg
mg
6
d p3pg
浮 力 ：Fb
6
d p3 g
阻力：Fd
Ap
u2
2
4
d p2
u2
2
Fg Fb Fd ma
6
dp3pg
6
d
3 p
g
4
d p2
u2
2
6
d
3 p
pa
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3
重力沉降速度: 颗粒受力平衡时，匀速阶段颗粒相对 于流体的运动速度。
缺点： 清灰难； 隔板间距小，
颗粒易被扬起。
15
3. 临界颗粒直径
临界颗粒直径dpC——降尘室理论上能100%除去的 最小颗粒直径。
层流
ut
d
2 pc
(
p
18
)g
ut
H L
u
qV WL
d pc
18 ( p )g ut
18 qV ( p )g WL
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（二）沉降槽（增稠器） 1. 悬浮液的沉聚过程
b ui
rm——平均旋转半径
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沉降速度：
ur
dp2(p 18
)
ui2 rm
沉降时间：r
b ur
18brm d p2 ( p )ui2
停留时间： 2 rm n n——旋转圈数
ui
沉降分离条件： r
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b 临界颗粒直径：d pc 3 nui ( p )
化工原理答案 第三章 沉降与过滤
第三章 沉降与过滤沉 降【3-1】 密度为1030kg/m 3、直径为400m μ的球形颗粒在150℃的热空气中降落，求其沉降速度。
解 150℃时，空气密度./30835kg mρ=，黏度.524110Pa sμ-=⨯⋅颗粒密度/31030p kg m ρ=，直径4410p d m -=⨯ 假设为过渡区，沉降速度为()(.)()./..1122223345449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ--⎡⎤-⎡⎤⨯==⨯⨯=⎢⎥⎢⎥⨯⨯⨯⎢⎥⎣⎦⎣⎦验算.R e ..454101790．835=24824110p t d u ρμ--⨯⨯⨯==⨯为过渡区【3-2】密度为2500kg/m 3的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。
试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。
解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为()/218t p p u d g ρρμ=-由此式得（下标w 表示水，a 表示空气）()()2218=pw p wp a pat wad d u gρρρρμμ--=pw pad d =查得20℃时水与空气的密度及黏度分别为./,.339982 100410w w kg m Pa s ρμ-==⨯⋅./,.35120518110a a kg m Pa s ρμ-==⨯⋅已知玻璃球的密度为/32500p kg m ρ=，代入上式得.961pw pad d =【3-3】降尘室的长度为10m ，宽为5m ，其中用隔板分为20层，间距为100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为10m μ，气体密度为./311kg m ，黏度为.621810Pa s -⨯⋅，颗粒密度为4000kg/m 3。
试求：(1)最小颗粒的沉降速度；(2)若需要最小颗粒沉降，气体的最大流速不能超过多少m/s? (3)此降尘室每小时能处理多少m 3的气体？解 已知,/./.6336101040001121810p c p d m k g m k g m P a sρρμ--=⨯===⨯⋅,, (1) 沉降速度计算 假设为层流区().()(.)./.26269811010400011001181821810p c p t gd u m sρρμ---⨯⨯-===⨯⨯验算..R e.66101000111000505221810pc t d u ρμ--⨯⨯⨯===<⨯． 为层流(2) 气体的最大流速m ax u 。
第三章 沉降与过滤
分散相的密度差异，使之发生相对运动而分离的操作。
一、 沉降速度
1、自由沉降 单个颗粒在流体中沉降，或者颗粒群在流体中充分分 散，颗粒之间互不接触、互不碰撞的条件下的沉降。
2、沉降速度推导
将表面光滑、刚性的球形颗粒置于静止的流体中 ，进行受 力分析 F g：重力 F b：浮力 F d：阻力
du d d P 2 u 2
1 2 q qe q K K
作τ/q ~ q 图， τ/q 与q之间具有线性关系，斜率为 1/K，截距为2q e/K
四、过滤设备
板框压滤机（间歇操作）、转筒真空过滤机（连 续操作）、离心过滤机
1、板框压滤机
1）结构：
滤板和滤框交替排列组装
非洗涤板：一钮板
洗涤板 ：三钮板
框：二钮板
组装顺序：1—2—3—2—1—2—3
过滤阻力
r v(V Ve ) Rc Rm A
过滤推动力
p pc pm
过滤速度方程
dV p Ad r v(V Ve ) / A
过滤速率方程
dV Ap d r v(V Ve ) / A
三、恒压过滤
1、滤液体积与过滤时间的关系 积分得：
A2 p (V Ve )dV 0 d rv
N
转筒旋转一周获得的滤液量为：Q/N 单位面积的滤液量为：
Q q AN
代入过滤速率方程：
Q Q ) K( ) 2qe ( AN N AN
2
解方程可得：
2 Q AN ( qe
K qe ) N
忽略过滤介质阻力
Q A KN
3、离心过滤机
4、影响沉降因素
第三章 沉降与过滤
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
P为常数，对于一定的滤 浆，、r、为定值 2P 设K r dV K A2 d 2 V Ve
重力：Fg m g 浮力：Fb
6
d P g
3 P
重力Fg向下 浮力Fb向上 阻力Fd向上 d P、 P — —颗粒的直径、密度
6
3 dP g
阻力：Fd
u 2
2
A
— —流体的密度 2 A d P u 沉降速度 4
颗粒在运动过程中，
（Fg Fb）不变，只有 Fd 随u变化 可以把沉降过程分为三 个阶段：
（2）处理量一定时，求最小分离粒径（临界粒径）
qV L H Hu 由 ，得utc u ut L W L 沉降处于层流区时， utc 对应临界粒径 d pc
2 P g dP 1 8
1 8qV p gWL
0 【例】 有一玉米淀粉水悬浮液，温度 20 C ，淀粉颗粒平
6 1 u 2 . 66 10 m s 计算结果表明，与假设相符，故算长5m，用于矿石焙烧炉的炉气除尘。矿尘的密度为 4500kg· m-3，其形状近于圆球。操作条件下气体流量为 25000m3/h ，气体密度 为 0.6kgkg/m3 、粘度为3×10 -5 Pa· s。试求理论上能完全除去的最小矿粒直径。
L
H 沉降时间为： t ut
2、分离过程
H
W
L
u
分离条件： 颗粒从入口到出口的停留时间大于或等于沉降时间
第三章沉降与过滤
增大，但增大ω更有效。从
转筒机械强度考虑，r 不宜 过大。
角速度ω
同一颗粒所受离心力与重力之比称为离心 分离因数：
因为离心力比重力大得多，所以离心分离用于颗 粒更小的非均相物系的分离。
二. 离心沉降速度
如果ρ p＞ρ ，则颗粒沿径向沉降，
受力分析
ζ——阻力系数
• 与重力沉降不同：
①将重力加速度变为离心 加速度；
第三章、沉降与过滤
本章学习的目的
第一节、概述 第二节、重力沉降 第三节、离心沉降 第四节、过滤 总结
过滤实验
本章学习目的
通过本章学习能够利用流体力学原 理实现非均相物系分离（包括沉降分离 和过滤分离），掌握过程的基本原理、 过程和设备的计算及分离设备的选型。
第一节、概述
三、增稠器
悬浮液在任何设备内都可构成重力沉降。
大量悬浮液的分离通常采用连续式沉降器或称增稠 器。增稠器通常是一个带锥形底的圆池，悬浮液从增稠
器中心距液面下0.3-1.0m处连续加入，在整个增稠器的
横截面上散开，液体向上流
动，清液由四周溢出。固体
颗粒沉降至底部，器底设有 缓慢旋转的齿耙，将沉渣慢 慢移至中心，用泥浆泵从底 部出口管连续排出。
在化工生产中经常涉及到由固体颗粒和流体
组成的两相流动物系。 非均相物系的分离依据：分散物质与分散介质 之间物性的差异，如密度，颗粒粒径等。 分离方法——机械法，使分散质与分散介质之
间发生相对运动实现分离。 沉降 过滤
非均相物系分离的主要目的： ① 收集分散物质 ； ② 净化分散介质 ； ③ 环境保护与安全生产。 总之，非均相物系的分离在工业生产中具
★评价旋风分离器的主要指标： 分离效率和气体经过分离器的压力损失。
化工原理讲稿-应化第三章沉降与过滤2
1－转筒；2－滤饼；3－割刀；4－分配头； 5－吸走滤液的真空凹槽；6－吸走洗水的真 空凹槽；7－通入压缩空气的凹槽； I－过滤区；II－洗涤脱水区；III－卸渣区
2.过滤操作：
➢ 转筒旋转一周，每一个扇形过滤室依次完成真空过滤、洗涤、和压缩 空气吹松、刮刀卸料等全部操作，相应分为过滤区、洗涤区、卸料区等 几个不同的工作区域。 ➢ 转筒转速多在0.1～3 r/min，浸入悬浮液中的吸滤面积约占总表面的 30～40%。滤饼厚度范围大约3～40mm。
（二）过滤基本方程式
定义饼液比：C＝滤饼体积/滤液体积V， m3饼/m3液
滤 饼 体C 积VAL 则： 介质当量滤饼 CVe体 A积 Le
d dV r'A ( L P 1 L se)r'(A C P V 1 C s e)V r' A C 2( V P 1 V se)
AA
dV A2P1s
d r'C(VVe)
滤液
2
装成一体插入箱体内。
淤泥
（二）叶滤机
2.操作：
悬浮液被加压送入或借真空泵进行抽吸，滤液穿过滤布进入丝网构成 的中空部分并汇集于下部总管流出，颗粒则沉积在滤布上形成滤饼，当 滤饼达到一定厚度时停止过滤。视悬浮液的性质和操作压强的大小，滤 饼厚度通常在5~35mm之间。
过滤结束后，通入洗涤液对滤饼进行洗涤，洗涤液的行程和流通面 积与过滤终了时滤液的行程和流通面积相同，在洗涤液与滤液的性质 接近的情况下，洗涤速率约为过滤终了时速率。可用振动或压缩空气 及清水等反吹卸滤渣。
2.过滤方式
表面过滤(滤饼过滤)：
➢ 过滤介质为织物、多孔材料或膜等， 孔径可大于最小颗粒的粒径。过滤初 期，部分小颗粒可能会进入或穿过介 质的小孔，后因颗粒的架桥作用使介 质的孔径缩小形成有效的阻挡。
“化工原理”第3章《沉降与过滤》复习题
《化工原理》第三章“沉降与过滤”复习题一、填空题：1. 悬浮液属液态非均相物系，其中分散相是指______；分散介质是指__________。
***答案*** 固体微粒，包围在微粒周围的液体2. 悬浮在静止流体中的固体微粒在重力作用下，沿重力方向作自由沿降时，会受到_____________三个力的作用。
当此三个力的______________时，微粒即作匀速沉降运动。
此时微粒相对于流体的运动速度，称为____________ 。
***答案*** 重力、阻力、浮力；代数和为零；沉降速度3. 沉降操作是使悬浮在流体中的固体微粒，在_________力或__________力的作用下，沿受力方向发生运动而___________ ，从而与流体分离的过程。
***答案*** 重；离心；沉积4. 过滤阻力由两方面因素决定：一方面是滤液本身的性质，即其_________；另一方面是滤渣层本身的性质，即_______ 。
***答案*** μ；γL5. 为了提高离心机的分离效率，通常使离心机的___________增高，而将它的________减少。
***答案** 转速；直径适当。
11. 球形颗粒在20ºC空气中沉降，当空气温度上升时，沉降速度将（设沉降过程符合stocks定律）；若该颗粒改在20ºC水中沉降，沉降速度将。
***答案*** 减小；减小二、选择题（2分）1. 欲提高降尘宝的生产能力，主要的措施是（）。
***答案*** CA. 提高降尘宝的高度；B. 延长沉降时间；C. 增大沉降面积2. 为使离心机有较大的分离因数和保证转鼓有关足够的机械强度，应采用（）的转鼓。
***答案*** BA. 高转速、大直径；B. 高转速、小直径；C. 低转速、大直径；D. 低转速，小直径；3. 旋风分离器的临界粒径是指能完全分离出来的（）粒径。
*答案* AA. 最小；B. 最大；C. 平均；4. 要使微粒从气流中除去的条件，必须使微粒在降尘室内的停留时间（）微粒的沉降时间。
第三章 沉降与过滤
横穿洗涤： 洗涤液由总管入板 滤布 滤饼 滤布 非洗涤板
排出
洗涤面=(1/2)过滤面积
置换洗涤：
洗涤液行程与滤液相同。洗涤面=过滤面 说明 ①间歇操作——过滤、洗涤、卸渣、整理、装合 ②主要优缺点
XAZ /2000-UB系列
Rc r V / A
Байду номын сангаас
Rm r Ve / A
P Pc Pm R Rc Rm
，对应克服介质阻力的压力为P m
dV p 将上式代入，可得 Ad r V Ve） A （ / dV Ap 过滤速率方程 d r V Ve） A （ /
嵌入式滤布的滤板
XASL /630-UB系列
XAZ /800-UB系
XKZ系列全自动快开式压滤机
DY-Q 带式压榨过滤机
2、叶滤机
NYB系列高效板式密闭过滤机
MYB型全自动板式密闭过滤机
WYB系列卧式叶片过滤机 SYB系列水平叶片过滤机
3、转筒过滤机 结构与工作原理
水平转筒分为若干段，滤布蒙于侧壁 段—管—分配头转动盘(多孔)——分配头固定盘 (凹槽2、凹槽1、凹槽3) —三个通道的入口 滤液真空管 洗水真空管 吹气管
第三章 沉降与过滤
第一节 概述
一、非均相物系的分离 气态：含烟尘和含雾的气体 液态：悬浮液、乳浊液及泡沫液 分散相和连续相 二、非均相物系分离的目的
回收分散物质
净制分散介质
劳动保护和环境卫生
过滤法
常用的方法 沉降法
液体洗涤除尘法
电除尘法 三、颗粒与流体相对运动时所受的阻力 流体与固体颗粒之间有相对
2
第三章沉降与过滤作业题
第三章沉降与过滤作业题一、填空题（30分，每空1分）1.在层流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的次方成正比。
2.降尘室的生产能力与降尘室的和有关。
3.已知某沉降室在操作条件下的气体流率为3600m3/h，沉降室长、宽、高尺寸为L×W×H =5×3×2,则其沉降速度为 m/s。
4.粒子沉降过程分阶段和阶段。
沉降速度是指加速终了时，相对于的速度。
5.在非均相物系中，处于__ _状态的物质，称为分散物质，处于状态的物质，称为分散介质。
6.旋风分离器性能的好坏，主要以来衡量。
7.实现过滤操作的外力可以是、或。
8.在滤饼过滤中，真正发挥拦截颗粒作用的主要是而不是。
9.对恒压过滤，当过滤面积增大一倍时，如滤饼可压缩，则过滤速率增大为原来的倍。
10. 化工生产中常用的过滤方式主要有和。
11.工业上常用的过滤介质主要有__ __、__ _、_ _。
12.若进口速度u i=20 m/s,旋转半径r=0.3 m，则离心分离因数的值是。
13.恒压过滤方程式的两种表示形式分别为和。
14.过滤阻力包括和。
15.在斯托克斯定律区，颗粒的沉降速度与其直径的次方成正比。
在牛顿定律区，颗粒的沉降速度与其直径的次方成正比。
16. 降尘室的设计原则是的时间大于等于颗粒沉降所需的时间。
二、选择题（共10分）1. 降尘室的生产能力取决于（）（A）沉降面积和降尘室高度;（B）沉降面积和能100%除去的最小颗粒的沉降速度；（C）降尘室长度和能100%除去的最小颗粒的沉降速度；（D）降尘室的宽度和高度。
2. 在降尘室中，尘粒的沉降速度与下列哪个因素无关。
（）（A）颗粒的几何尺寸（B）颗粒与流体的密度（C）流体的水平流速（D）颗粒的形状3. 在讨论旋风分离器分离性能时，临界直径这一术语是指（）。
(A)旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径(B)旋风分离器允许的最小直径(C)旋风分离器能够全部分离出来的最小颗粒的直径(D)能保持滞流流型时的最大颗粒直径4. 降尘室的设计中，应保证气体在降尘室内的流动处于（）。
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u 2 FD Ap 2
因此：
令： Re p
d p u
（颗粒雷诺数）
f Re p
称曳力系数
2.曳力系数经验值
(1)层流区: Re < 2 也称斯托克斯定律区
24 Re p
(2)过渡区 2< Re >500 也称阿仑区
18 .5 .6 Re 0 p
Re p
阻力系数由半理论半经验
d p ut
1.曳力系数（ Drag coefficient ）
流体沿一定方位绕过一定形状的颗粒时，各种有关因 素对于曳力的影响可表述为：
FD f d , u, ,
应用量纲分析法得：
d p u FD f 1 2 A p u 2
由于密度差,固体颗粒与流体作相对 运动而沉降分离时,颗粒受到如下几个力 的作用: (1)曳力或阻力 FD (2)颗粒的浮力 Fb
Fg
FD
Fb
(3)颗粒本身重力 Fg 设：向上的作用力为正，向下的作用力为负。
1.曳力或阻力 FD
设:球形颗粒直径为:d，密度为: s
由于流体存在粘度,当固体颗粒与流体作相对运动时, 流体对颗粒施加一个阻力FD,这个阻力由表皮阻力和形 体阻力两部分构成.
进行筛分时,将一套标准筛以筛孔大小为序从上到下 叠置一起,网眼最小的一个筛底下放置一无孔的底盘.把 已称重的颗粒群样品放入顶端的筛上,然后均匀摇动整套 筛子,颗粒因大小不同而分别截留于各号筛网上,称取各 号筛网上的颗粒筛余量,就得到筛分结果.
(二)筛的有效性与生产能力
理想的筛要求做到筛留物中最小的颗粒刚好大于筛过物 中最大的颗粒.
2.颗粒的浮力和重力
颗粒的浮力: Fb 颗粒的重力： 重力场：
3 d pg 6
Fg
6
d g
3
离心力场:
3 u Fg d 6 r
2 t
固体颗粒在流体中同时受到重力和浮力的作用， 两者之差称为：“净重力”。 颗粒净重力：
3 Fg Fb d p g p 6
流体与固体颗粒之间有相对运动时，将发生动量传递， 颗粒表面对流体有阻力，而流体则对颗粒表面有 —曳力。 阻力与曳力是一对作用力与反作用力。 由于颗粒表面几何形状和流体绕颗粒流动的流场这两个 方面的复杂性，流体与颗粒表面之间的动量传递规律远比在 固体壁面上要复杂得多。
爬流(Creeping flow)：
标准筛表达
筛目 200 250 300 400 500 孔径 0.074 0.061 0.050 0.0385 0.0308
(三)筛分结果的表示
筛分结果可用表或图表示,可直观地表示出颗粒的质量 分率或累计质量分率与其平均直径的关系.
表3-1中列出一个典型的筛分结果,图3-1则为表3-1相
对应的图.
(3)湍流区 500< Re < 2 *100000 也称牛顿区
0.44
阻力系数 ζ-ReP 关系图
3、沉降速度计算式
①层流区(Stokes区)
Re p 2
不发生边界层分离
24 Re P
表皮阻力占主导地位
ut
2 p g dp
18
—Stokes公式
筛 分
单颗粒最基本特性: 颗粒的大小(粒径)，形状及表面积. 它们对颗粒在流体中的运动过程有重要影响。
(一)球形颗粒：
比表面积:
2 d S 6 p S V d3 d p p 6
(二)非球形颗粒：
比表面积:
(1)等体积当量直径:
6V d es
3
(2) 等表面积当量直径:
三.标准筛与筛分分析
(一)筛分原理
标准筛是一套具有不同大小孔眼并经严格检定的筛, 筛网用金属丝制成,孔作成正方形,网面上一定长度所具 有孔数都有规定.常用的泰勒(Tyler)标准筛系是以每英 寸筛网上的孔数筛号或称目数.每一号的金属丝粗细及筛 孔的净宽是规定的,相邻筛号的筛孔宽度按 2 倍递增.
当使用某一号筛时,通过筛孔的颗粒量称为筛过量, 截留于筛网上的颗粒量称为筛余量.
当颗粒与流体的相对速度较小时，流体呈层从颗粒 两侧绕过，颗粒表面的边界层很薄，不产生边界层分离， 此时流体对颗粒的力主要为珍皮阻力。 当相对速度增大时，边界层增厚并出现边界层分离 而产生旋涡，表面阻力作用逐渐让位于形体阻力。
因此，对于一定物系，力大小主要取决于颗粒与流 体相对运动速度。
曳力（Drag ）:
< k
用法：
Ar
Re0 ut
④ 离心力场中的ut，将g替换为ar= ui2 / rm
二、重力沉降分离设备 （一）降尘室
降尘室：
分离含尘气体中固体颗粒的重力沉降设备。 设：气体通过速度为 u； 尘粒沉降速度为 ut。 若设颗粒的水平移动速度与气流速度相同，则颗粒通过 长度为 L 的降尘段的时间(停留时间)为:
(3) 等比表面积当量直径:
d es
S
d es
6 a
形状系数φ:
与非球形颗粒体积相等 的球的表面积 非球形颗粒的表面积
体积相等的球形颗粒的表面积最小, 故: φ≤1
二 颗粒群的特性
(一) 粒度分布
颗粒群中各颗粒的尺寸(粒度)不可能完全一样.某一 粒度范围的颗粒的质量分数随粒度的变化关系,称为颗粒 群的粒度分布,可用曲线来表示.有频率分布曲线与累计 分布曲线两种,见图3-1所示. 频率分布曲线为某一粒度范围的颗粒的质量分率与
因此有：
d P
4
2
u 2
2
6
d g p
3 p
又由于
3 du （F g Fb） FD d p p 6 d
将各项代入并整理得：
p du 3 g u2 d 4d p p p
g p K dp 2
1/ 3
避免试差带来的麻烦，可应用阿基米德数判断：
Ar—阿基米德数
或
Ar
1/ 3
d 3 s g
gd p p K dp 2
2
层流区k < 3.3 ;过渡区k= 3.3 -43.6 ；湍流区43.6
4、沉降速度 ut 公式使用方法
①事前能够确认流动区域，直接用对应公式 ②流动区域不能确定，采用试差法 假定流动处于层流区:
Stokesu0 Rep (？<2)，yes结束
no 换用相应区域公式 ut Rep 判断，修正
③通过实验整理数据得到(Rep<2105 )
Re p
Ar 18 0.6 Ar
—可以近似用到 Rep = 2
②过渡区(Allen区)
2 Re p 500
开始发生边界层分离
颗粒后部形成旋涡——尾流 尾流区压强低形体阻力增大
18.5 0.6 Re p
u t 0.269
gd p p Re
0.6 p
③湍流区(牛顿区)
500 Re 0 200000
来流速度很小时，流 体流动很缓慢，颗粒迎流 面与背流面的流线对称。
（a）当颗粒与流体的相对速度较小时,流体呈层流从颗粒 两侧绕过（图a）,颗粒表面的边界层很薄,不会产生边界层 分离,此时流体对颗粒的曳力主要为: 表皮阻力. （b）当相对速度增大时,边界层增厚并出现边界层分离而 产生旋涡（图b）,表面力作用逐渐让位于形体阻力.
重力沉降: 依靠重力使两相分离的称为重力没降; 离心沉降: 依靠离心力使两相分离的则称为离心沉降.
一.重力沉降原理 几点假设
①球形颗粒；②颗粒的沉降为自由沉降而互不干扰；③沉降 设备的尺寸远大于颗粒直径；④颗粒不存在布朗运动。
(一)固体颗粒作自由沉降
单个颗粒在无限大流体中降落过程,称为自由沉降.
固体颗粒在重力场中作自由沉降时的受力分析
令：
du 0 (均速) d
u ut
ut 4 g d p p 3
则，沉降速度计算式为：
ut 由颗粒与流体综合特性决定，包括待定的曳力系数 ζ
公式（3-14）成立，假定条件为：
①颗粒为球形； ②颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰 ③容器壁对沉降的阻滞作用可以忽略 ④ 颗粒直径不能小到受流体分子运动的影响
第二节
离的方法称为沉降分离.
沉降分离
利用非均相混合物在重力场或离心力场中,其中各个不同
成分所受到的重力或离心力不同,从而将各个不同成分加以分
当流体中含有固体颗粒时,不论流体处于静止还是运动 状态,因固体颗粒的密度大于流体的密度,所以在重力场下, 固体颗粒将沿重力方向与流体作相对运动,使之与流体分离, 这个过程称为：沉降.
标明这两部分物料的大小的界线称为:分割直径.
比分割直径小的颗粒的通过率与比分割直径大的颗粒的 截留率的乘积,称为筛的有效性(或称筛分效率).
显然,理想的筛的有效性等于1,实际的筛不可能达到这 种一刀切的效果,即筛留物中有些颗粒直径小于分割直径,而 筛过物中有些颗粒的直径大于分割直径,也就是说,实际筛的 有效性都小于1. 筛的生产能力以单位时间能够加到单位面积筛表面 上物料质量.生产能力与有效性是相互制约的,如提高筛 的摇动或振动速率可以提高其生产能力,但要以降低其有 效性为代价的.要分离的颗粒愈小,筛分愈困难,筛的生产 能力亦愈小.
代入式1得:
3 du （F g Fb） FD d p p 6 d
合力为零时，颗粒与流体之间将保持一个稳定的相对 速度。
Fg – Fb – Fd = 0 即
Fd F g - Fb
3 Fg Fb d p g p 6