第三章 沉降与过滤4
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 。
化工原理中的沉降与过滤
化工原理中的沉降与过滤引言在化工工艺中，沉降和过滤是常用的固液分离方法。
沉降是指根据固液颗粒的重力作用，通过静置使固体颗粒沉降到底部，而将悬浮液体分离出来。
过滤则是通过利用滤介质的孔隙或表面，将悬浮液体中的固体颗粒留下，而使液体通过，从而达到分离固液的目的。
本文将从理论和实际应用两个方面，对化工原理中的沉降与过滤进行介绍。
沉降原理沉降是基于固体颗粒的重力作用，通过静置使固体颗粒沉降到底部，从而实现固液分离的过程。
沉降速度取决于固体颗粒与液体的密度差和粒径大小。
根据Stokes定律，沉降速度与颗粒直径的平方成正比，与液体的粘度成反比。
沉降速度可由下式计算：v = (2/9) * (ρp - ρl) * g * (d^2) / μ其中，v为沉降速度，ρp为颗粒的密度，ρl为液体的密度，g为重力加速度，d为颗粒的直径，μ为液体的动力粘度。
过滤原理过滤是通过滤介质的孔隙或表面，将悬浮液体中的固体颗粒留下，而使液体通过，从而实现固液分离的过程。
滤介质常用的有滤纸、滤筒、滤板等，其孔隙大小决定了能够透过的颗粒大小。
根据Darcy定律，过滤速度与滤介质的孔隙直径的平方成正比，与液体的粘度成反比。
过滤速度可由下式计算：Q = (π/4) * (d^2) * (ΔP/μ) * A其中，Q为过滤速度，d为滤介质的孔隙直径，ΔP为过滤压差，μ为液体的动力粘度，A为过滤面积。
实际应用沉降的应用沉降在化工过程中被广泛应用，常见的应用场景包括：1.污水处理：污水中悬浮的固体颗粒通过沉降实现固液分离，从而达到净化水质的目的。
2.矿石提取：矿石中的有用矿物颗粒通过沉降分离出来，然后进行后续的加工和提取。
3.食品加工：在食品饮料生产中，一些颗粒物质需要通过沉降分离，以获得纯净的液体产品。
4.生物工程：在细胞培养和发酵工艺中，需要将细胞或发酵产物与培养基进行分离。
沉降是一种常用的分离方法。
5.药物制剂：在药物合成和制剂工艺中，沉降用于分离和提取所需的纯净物质。
2019年化工原理答案 第三章 沉降与过滤.doc
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 s μ-=⨯⋅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= 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 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,/./.6336101040001121810pc p d m kg m kg m Pa s ρρμ--=⨯===⨯⋅,, (1) 沉降速度计算 假设为层流区().()(.)./.26269811010400011001181821810pc p t gd u m s ρρμ---⨯⨯-===⨯⨯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。
化工原理第三章沉降与过滤课后习题包括答案.doc
第三章沉降与过滤沉 降【 3-1 】 密度为 1030kg/m 3、直径为 400 m 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0.835kg / m 3 ，黏度 2.41 10 5 Pa s颗粒密度p 1030kg / m3，直径 d p 4 10 4 m假设为过渡区，沉降速度为4 g 2 ( p)214 9 81 2 103013234u td p( . ) ( ) 4 101.79 m / s225225 2.41 10 50.835d p u t44101 79 0．835验算Re=.24 82 41 105..为过渡区3【 3-2 】密度为 2500kg/m 的玻璃球在 20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。
解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为u td 2ppg / 18由此式得（下标w 表示水， a 表示空气）18pw d pw2( pa )d pa2 u t =gwad pw ( d pa(pa )wpw)a查得 20℃时水与空气的密度及黏度分别为w998 2 3w 1 . 004 10 3 . kg / m , Pa s 1 205 3a1 81 10 5 Pa sa . kg / m , .已知玻璃球的密度为p2500 kg / m 3 ，代入上式得dpw( 2500 1 205 ) 1 . 004 10.d pa( 2500998 2 1 . 81 10. )359.61【 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10 m ，气体密度为1.1kg / m 3 ，黏度为 21.8 10 6 Pa 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 d pc10 10 6 m, p4000kg / m 3 ,1.1kg / m 3 ,21.8 10 6 Pa s(1) 沉降速度计算假设为层流区gd pc 2 (p) 9 . 81 ( 10 10 6 2 ( 4000 1 1u t)6 . ) 0.01m / s1818 21.8 10d pc u t10 10 6 0 01 1 1000505． 2 验算 Re21 8 10 6 为层流.(2) 气体的最大流速 umax 。
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
化工原理第三章---过滤
2、过滤基本方程的推导 简化模型：假定： (1)流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。 (2)细管的内表面积等于全部颗粒的表面积。
u 空床速度（表观速度）
p1
L
u le
de
真 实 速 度
u1
流体在固定床内流动的简化模型
讨论： 设滤饼的体积为Vc，颗粒的比表面积为a
① u1与u的关系
滤饼层的空隙体积
说明：随着过滤过程的进行，滤饼逐渐加厚，过滤阻力不断 增加，可以想见，如果过滤压力不变，即恒压过滤时，过滤 速度将逐渐减小。因此上述定义为瞬时过滤速度。
（二）涉及的几个术语
1. 空隙率: 单位体积床层中的空隙体积，用ε表示。 ε=空隙体积 / 床层体积 m3/m3
2. 颗粒比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积，用a表示。 a=颗粒表面 / 颗粒体积
③多孔固体介质：具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶 瓷、多孔塑料、多孔金属制成的管或板，能拦截1-3m的微细 颗粒。
④多孔膜：用于膜过滤的的各种有机高分子膜和无机材料膜。 醋酸纤维素和芳香酰胺系两大类有机高分子膜。可用于截留 1m以下的微小颗粒。
4、滤饼的压缩性及助滤剂
1）滤饼的可压缩性
滤饼
对基本过滤方程积分，得
积分得： V22VV eK2 A
或
q22qq e K
若过滤介质阻力可忽略不计，则
V2 KA2
或
q2 K
恒压过滤 方程
△p
u 表观速度
K ——过滤常数 由物料特性及过滤压强差所决定 ，m2/s
复 习：
1. 过滤的定义及相关术语（滤浆；滤液；滤饼；过滤介质）
2. 过滤基本方式（滤饼过滤；深层过滤；膜过滤）
化工原理(王志魁版)---第三章 沉降过程
P
AP
r( V Ve ) r(V Ve )
A
dV
A2P
d r(V Ve )
过滤基 本方程
3-4-2 过滤基本方程式
dV A2P
d r(V Ve )
对可压缩滤饼 r r(P)s
其中r ΄ ：单位压强差下滤饼的比阻，1/m2
p：过滤压强差，Pa
s：滤饼的压缩性指数，s=0~1，不可压缩滤饼s=0
1 当量直径de 2 非稳态过程 3 流动类型：层流
de
4润流湿通周截边面长积
4流通截面积 流道长度 润湿周边长 流道长度
4流道容积 流道表面积
V颗
4V床 颗粒比表面积
de
4 (1 )a
过滤速度：
u1
de 2 (Pc 32l
)
令u为滤液在整个床层截面积上的流速
则u=εu1
u
de2 (Pc) 32l
(4)2 K[(1 )a]2
Pc l
3 Ka2(1 )2
( Pc l
)
对于层流：K´=5
u
3
( Pc )
5a2(1 )2 l
3-4-2 过滤基本方程式
二 过滤速率与过滤速度
过滤速度：
dV
3
Pc
u Ad 5a2(1 )2 ( l )
过滤速率： 单位时间获得的滤液体积，m3/s
dV
3
APc
则Rm=r·Le u dV P P
Ad r(L Le ) (R Rm )
3-4-2 过滤基本方程式
五 过滤基本方程式
令为滤饼体积与相应的滤液体积之比
LA ,则L V
V
A
同样生成厚度为Le的滤饼所应获得的滤液体积为Ve
沉降与过滤
第三章沉降与过滤本章重点：重力沉降及恒压过滤第一节概述3-1非均相物系的分离混合物：均相混合物(物系)：物系内部各处物料性质均匀，无相界面。
例：混合气体、溶液。
非均相混合物(物系)：物系内部有隔开的相界面存在，而在相界面两侧的物料性质截然不同的物系。
例：含尘气体、悬浮液、乳浊液、泡沫液。
许多化工生产过程中，要求分离非均相物系。
含尘和含雾的气体，属于气态非均相物系。
悬浮液、乳浊液及泡沫液等属于液态非均相物系。
非均相物系◆分散相(分散物质)：处于分散状态的物质。
气体中尘粒、悬浮液中的颗粒、乳浊液中的液滴。
◆连续相(分散介质)：包围着分散相，处于连续状态的物质。
含尘气体中的气体、悬浮液中的液体。
均相混合物：吸收、蒸馏。
非均相混合物：分散相、连续相物理性质不同(ρ不同)→机械方法：沉降、过滤。
非均相物系分离的目的：（1）回收分散物质（2）净制分散介质本章将简要地介绍重力沉降、离心沉降及过滤等分离法的操作原理及设备。
第二节重力沉降沉降(settling)：在某种力(重力、离心力)作用下，利用连续相与分散相的密度差异，使之发生相对运动而分离的操作。
重力沉降：由地球引力(重力)作用而发生的沉降过程。
3-2颗粒与流体相对运动时所受的阻力球形颗粒的自由沉降自由沉降：单个颗粒在流体中沉降，或者颗粒群在流体中充分地分散颗粒之间互不接触互不碰撞的条件下的沉降。
将表面光滑、刚性的球形颗粒置于静止的流体中。
颗粒：ρP 、d P 、m 流体：ρ、μ、ρP ＞ρ颗粒与流体的的相对运动速度(相对于流体的降落速度)：u颗粒在流体中作重力沉降或离心沉降时，要受到流体的阻力作用,通常称为曳力（drag force ）或阻力。
F d分析颗粒受力情况：ζ：阻力系数，无量纲，实验测定。
ζ：量纲分析因次分析：ζ=f(Re)， 对于球形颗粒实验结果：10-4＜Re ≤2 层流区 ζ=24/ Re →斯托克斯区2＜Re ≤500 过渡区→艾伦区 500＜Re ≤2×105 湍流区 ζ=0.44 →牛顿区浮 图3－1 颗粒受力图dtdu ma u d g d g d F F mg F P P P P d==⋅⋅⋅-⋅⋅-⋅⋅=--=∑24161612233ρπζρπρπ浮μρ⋅⋅=u d P Re Re10=ζ3-3 沉降速度一、沉降速度(u t )的计算∑F 右边前两项与u 无关，mg 、F 浮→const ，第三项随u 增大而增大，F d ∝ u 2/2。
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 第三章 沉降与过滤
二.过滤基本方程
1. 定义 （1）空隙率：单位体积床层中的空隙体积，，m3/m3。 （2）比表面：单位体积颗粒所具有的表面积，a，m2/m3。 2. 孔道当量直径
(1)
3. 过滤速度： 由 所以
（2）
得
u1 u /
（3）
过滤介质层相垂直的方向上床层空隙中的滤液流速u1 按整个床层截面积计算的滤液平均流速u
1．降尘室的总高度H，m；
2．理论上能完全分离下来的最小颗粒尺寸；
解：1）降尘室的总高度H
273 t 273 427 VS V0 1 2.564m3 / s 273 273
VS 2.564 H bu 2 0.5
2.564m
2）理论上能完全出去的最小颗粒尺寸
Vs 2.564 ut 0.214m / s bl 2 6
将（1）、（3）代入（2）并写成等式
pc 1 3 u ' 2 ( ) 2 K a (1 ) L
层流流动，K’值可取为5。
Pc u 2 ( ) 2 5a (1 ) L
3
——过滤速度表达式
4. 过滤速率（体积流量）：单位时间内获得的滤液体积
显然
所以
5. 滤饼的阻力 令 — 滤饼的比阻
t
Vs blu t
——降尘室的生产能力
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
四第三章沉降与过滤
（1）b
dpc D 旋风分离器越大，分离效果越不好
所以生产能力较大时，一般采用多个小旋风分 离器并联。
（2）ui
dc 分离效果好
流动阻力大
ui 12 ~ 25m / s
4/4/2020
25
3. 气体通过旋风分离器的压力降
由于:
进、排气与筒壁之间的摩擦损失； 进入时突然扩大的局部阻力； 旋转中动能损失
或
L u H ut
4/4/2020
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2. 生产能力 qV——降尘室所处理含尘气体的体积流量
qV WHu
u qV WH
qV LWut
结论：降尘室的生产能力只与沉降面积WL及颗粒 沉降速度ut有关，而与高度H无关。
4/4/2020
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多层降尘室：
4/4/2020
若n个隔板，则
qV (n 1)WLut
N
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A KN
(m3 / s)
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（三） 离心过滤机
1.悬筐式离心机 2.往复活塞推渣离心机 3.离心力自动卸渣离心机
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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 )
特点： 同部位、不同时间进行不同的操作。
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（二）转筒真空过滤机 1.结构与操作
化工原理第三章沉降与过滤PPT
利用真空泵降低过滤介质两侧 的压力差进行过滤，适用于易 产生泡沫或悬浮液中含有大量
气体的场合。
过滤设备与操作
板框压滤机
由滤板和滤框组成，适 用于各种颗粒分离，但
操作较繁琐。
转筒真空过滤机
叶滤机
袋式过滤器
结构简单，操作方便， 但只适用于颗粒较大的
分离。
适用于精细颗粒的分离， 但设备成本较高。
过滤原理
利用颗粒大小、形状、密度等物 理性质的差异，使不同颗粒在过 滤介质两侧形成不同的速度或动 量，从而实现分离。
过滤操作的分类
恒压过滤
在恒定压力下进行过滤，适用 于颗粒粒度较小、悬浮液粘度
较大的情况。
变压过滤
在改变压力下进行过滤，适用 于颗粒粒度较大、悬浮液粘度 较小的情况。
热过滤
在加热条件下进行过滤，适用 于悬浮液中含有热敏性物质的 情况。
设备
沉降槽、沉降池、离心机等。
操作
将悬浮液引入沉降设备中，在重力作用下使固体颗粒下沉，上清液从上部排出， 底部沉积的固体经过排出装置排出。操作过程中需控制适当的温度、流量和停留 时间等参数，以保证分离效果。
02
过滤
过滤的定义与原理
过滤定义
通过多孔介质使固体颗粒截留， 从而使液体与固体分离的操作。
实验步骤 1. 准备实验装置，包括过滤器、压力计、流量计等。
2. 将过滤介质放入过滤器中。
过滤实验操作
3. 将待测流体引入过滤器，并施加一定的压力。 5. 收集过滤后的流体样本，测量其中颗粒的浓度。
4. 记录不同时刻的流量和压差数据。
注意事项：确保过滤器密封性好，避免流体泄漏；保持 恒定的流体流量和压力，以获得准确的实验数据。
三章沉降与过滤ppt课件
室了，气体在降尘室内的分布不均匀造成分离能力下降；所以在降
尘室的前后均有渐缩和渐扩装置；
②若L不变，u↑，生产能力不变；若流速太大，则沉降后的颗粒被 重新扬起，分离效率↓，故应保证气体流动维持层流状态，一般u < 3m/s，易扬起的物料u < 1.5m/s 。
（3）重力沉降中沉降速度无法提高，重力沉降的效果有限，一般
异度。
s
S SP
SP—真实颗粒表面积 S—与SP真实颗粒体积相等的球型颗粒表面积 de：代表当量直径，即与真实颗粒SP体积相等的圆球直径，即
VP
1 6
d
3 e
VP：任意形状的颗粒体积， 不同Фs下的ξ—Re，曲线不同。
4、影响沉降速度的其它因素
• 以上的沉降过程为在重力作用下球形颗粒的自由沉降： 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。 在实际情况中还需考虑以下因素的影响： • （1）、颗粒形状 颗粒形状偏离球形越大，其阻力系数就越大。 • （2）、壁效应 当颗粒靠近器壁的位置沉降时，由于器壁的影
降尘室用于分离气体中的固体颗粒 增稠器用于分离液体中的固体颗粒
离心沉降
旋风分离器用于分离气体中的固体颗粒 旋液分离器用于分离液体中的固体颗粒
二、 旋风分离器
（1）结构与工作原理
结构：上部圆柱形，下部圆锥形，进气 口、排气口、出尘口、灰斗组成。 工作流程： ①含尘气体由进气口自切线方向进入，受器壁约束向下作螺旋 形运动，叫外旋流，其上部为主要除尘区。 ②颗粒在惯性离心力作用下被甩向器壁汇聚于锥底。 ③净化后气体在中心轴附近由下而上作旋转运动，由顶部排出， 叫内旋流，与外旋流方向相反。 ④惯性离心力强度在器壁处最大，中心轴最小。
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
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第四节过滤一、悬浮液的过滤过滤基本原理固液混合物,外力驱动,多孔介质,颗粒截留,液体通过说明：名词： 过程推动力：重力；压力(差)；离心力❍●操作目的：固体或清净的液体洗涤——回收滤饼中残存的滤液或除去其杂质过滤介质:过滤采用的多孔物质；滤浆:所处理的悬浮液；滤液:通过多孔通道的液体；滤饼或滤渣:被截留的固体物质。
（一）两种过滤方式——深层过滤与滤饼过滤架桥现象(动画)滤饼过滤：颗粒沉积于过滤介质之上以饼层阻力为主深层过滤：颗粒细小，进入介质孔隙之中，以介质阻力为主（二）过滤介质作用: 支撑滤饼,截留颗粒,通过滤液要求: 流动阻力小,机械强度高,化学稳定性,热稳定性过滤介质的分类：织物介质(又称滤布) ：由棉、毛、麻、丝等天然纤维及合成纤维制成的织物，以及玻璃丝、金属丝等织成的网；可分离5-65 m颗粒,工业应用广泛堆积介质由各种固体颗粒（细砂、硅藻土、活性炭等）堆积而成，多用于深层过滤；多孔固体介质这类介质具有很多细微孔道，如多孔陶瓷、多孔塑料等。
多用于含少量细微颗粒（1-3μm）的悬浮液多孔膜有机膜、无机膜。
可分离1 μm以下颗粒(三)助滤剂可压缩滤饼与不可压缩滤饼滤饼受压↑，ε↓，流动阻力↑助滤剂是不可压缩的粉状或纤维状固体，如硅藻土、纤维粉末、活性炭、石棉等，可使滤饼疏松而坚硬使用时，可预涂，也可以混入待滤的滤浆中一起过滤(预混)。
预涂预混(四)悬浮液量、固体量、滤液量与滤渣量的关系即过滤过程的物料衡算.定义C 为滤渣与其中所含纯固体(干渣)的质量比,即每得到单位质量干渣所得到的湿滤渣的质量.ρρρ11-+=C Cp c (1) 滤渣密度的计算c ρ每得到1m ³滤液所得到的滤渣中所含有的固体质量为w kg,X 为悬浮液中固体颗粒的质量分率,则:ρ)1(CX X w -=(2) 干渣质量与滤液体积的比值w(3) 湿渣质量与滤液体积的比值,即每得到1m ³滤液所得到的湿滤渣的质量为Cw(4) 湿滤渣体积与滤液体积的比值,即每得到1m ³滤液所得到的湿滤渣的体积为cCw υρ=二、过滤速率基本方程式（一）过滤过程速率和速度的定义dVAd τ过滤速率指单位时间内得到的滤液体积，即,m 3/s 。
τd dV 过滤速度指单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积，即,m 3/m 2.s 。
说明：①随着过滤过程的进行，滤饼逐渐加厚。
对于最常见的Δp恒定的过滤过程，τ↗时，滤饼↗，过滤阻力↗，所以过滤速度d V／A dτ↘，即V增加的越来越慢。
②过滤过程中，若要维持过滤速度不变，即维持恒速过滤，则必须逐渐增加过滤压力或压差。
结论: 过滤是一个不稳定(非稳态)过程过滤阻力过滤推动力过滤速率=（二）过滤过程的推动力mc p p p ∆+∆=∆为滤液通过滤饼层时的压力降，也是通过该层的推动力cp ∆为滤液通过介质层时的压力降，也是通过该层的推动力mp ∆（三）过滤过程的阻力滤液滤饼中流动，层流:232dlu p c μ=∆/c l L V A∝=dV u Ad τ∝/c l V Aα=dV u Ad βτ=可表示为可表示为代入上式,并整理可得232C cp V V Ad d Aαβτμ∆=⎛⎫ ⎪⎝⎭d 应为定值,但无法确定,可将其并入常数(比阻)内.过滤速度的表达式：Cc p V V Ad r Aτμ∆==过滤推动力过滤阻力即滤饼阻力可以表示为://c c R rV A r V Aμμυ==ｒ为滤饼的比阻，其值完全取决于滤饼的性质。
232r dαβ=介质阻力:相当于得到一定量的滤液（）所形成的滤饼层的阻力，于是介质阻力可以表达为：eV /m e R r V Aμυ=()////c m e c m e e p p dV Ad r V A r V Ap p p r V A r V A r V V Aτμυμυμυμυμυ∆∆==∆+∆∆==++说明：过滤过程滤饼阻力由两方面的因素决定，一是滤饼层的性质及其厚度，二是滤液的粘度。
()2e dV A pd r V V τμυ∆=+过程中过滤速率与各参数间的关系，微分式，需积分过滤速率方程式上式表明，可用滤液通过串联的滤饼与滤布的总压强降来表示过滤推动力，用两层的阻力之和来表示总阻力。
过滤操作有两种典型方式：恒压过滤和恒速过滤。
()//c m e e p p dV p Ad r V A r V A r V V Aτμυμυμυ∆∆∆===+三、恒压过滤（一）滤液体积与过滤时间的关系分离变量：200()V e A p V V dV d r ττμυ∆+=⎰⎰2p K r μυ∆=令τ222KA VV V e =+积分得过滤速率方程式:()2e dV A pd r V V τμυ∆=+K 称为过滤常数，m 2/s 。
上式还可以写成如下形式：τK qq q e =+22为单位过滤面积得到的滤液体积A V q /=A V q e e /=相应有以上积分结果称恒压过滤方程式,反映了恒压条件下过滤时滤液量V(或q)与时间τ的关系(抛物线).恒压过滤时V~θ的关系ττoo e τeτ+ τeτ+ τebV+VeVV+V eVV e(q+q e )2=K (τ+ τe )(V+V e )2=KA 2(τ+ τe )τe =q e 2/K=V e /K A2影响K 的因素：影响q e 或V e 的因素：滤饼性质（压缩性、空隙率、比表面积）滤浆性质（颗粒含量、液相黏度）推动力（∆p ）过滤介质的性质（孔的结构、ε、r 0、厚度）1500τ 1000 q 5000 0.025 0.05 0.075qτ/q~q 图斜率1/K截距2q e /KτK qq q e =+22Kq q K q e 21+=τ（二）过滤常数的测定实测q ~ τ~qτq 作图eq K ,注意：过滤常数与诸多因素有关，只有当实际生产条件与实验条件完全相同时，实验测定的过滤常数才可用于生产设备的计算。
四、过滤设备按操作方式分类：间歇过滤机、连续过滤机 按操作压强差分类：压滤、吸滤和离心过滤 工业上使用的典型过滤设备：✓板框压滤机（间歇操作）✓转筒真空过滤机（连续操作）✓过滤式离心机一．板框压滤机板框悬浮液入口板框过滤机的过滤与洗涤过程(动画)1-非洗涤板；2-框；3-洗涤板；暗式四角均开孔组装: 1-2-3-2-1-2-3-2-1-2-3-2-1滤布—框的两侧过滤滤浆由总管入框→框内形成滤饼→滤液穿过饼和布→经每板上旋塞排出(明流)→从板流出的滤液汇集于某总管排出(暗流)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)过滤面积说明①间歇操作——过滤、洗涤、卸渣、整理、装合②主要优缺点——构造简单，过滤面积大而占地省，过滤压力高，便于用耐腐蚀材料制造，操作灵活，过滤面积可根据产生任务调节。
主要缺点是间歇操作，劳动强度大，产生效率低。
横穿洗涤: L w = 2L属间歇式置换洗涤:L w =L叶滤机滤叶结构：一个操作循环：过滤、洗涤、卸渣、整理重装特点：操作周期：滤浆滤液滤叶的构造D w ττττ++=∑与板框机相同(二)转筒真空过滤机真空转筒过滤机的工作过程(动画)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工作过程—跟综一段①当浸入滤浆中时，对应滤布—对应管—转动盘孔—凹槽2 —滤液真空管—滤液通道—过滤②当位于水喷头下，对应滤饼、滤布—对应管—转动盘孔—凹槽1 —洗水真空管—洗水通道—洗涤③吹气管—凹槽3—转动盘孔—对应管—滤布—滤饼—压缩空气通道—吹松④遇到刮刀—卸渣⑤两凹槽之间的空白处：没有通道——停工—两区不致串通主要优缺点：突出优点是操作自动，其缺点是转筒体积庞大而过滤面积相形之下嫌小；过滤推动力不大，悬浮液温度不能高。
(三)离心过滤机旋转液体产生的径向压差作为过滤的推动力。
(1)悬筐式离心机悬筐式离心机(2) 往复活塞推渣离心机(动画)活塞推渣离心机（3）离心力自动卸渣离心机(动画)例1某板框过滤机有5个滤框，框的尺寸为635⨯635⨯25mm 。
过滤操作在20℃、恒定压差下进行，过滤常数K =4.24⨯10-5m 2/s ，q e =0.0201m 3/m 2，滤饼体积与滤液体积之比υ=0.08m 3/m 3，滤饼不洗涤，卸渣、重整等辅助时间为10分钟。
试求框全充满所需时间和过滤机的生产能力。
解：以一个框为基准进行计算。
框全充满时滤饼的体积为：30101.0025.0635.0635.0mV =⨯⨯＝饼滤液量V V υ=饼23/156.0806.0126.0m m ==2806.0635.0635.022mA A ＝＝侧⨯⨯=过滤面积A V q =3126.008.00101.0m ==τK qq q e =+22再根据恒压过滤方程得：222e V VV KA τ+=K =4.24⨯10-5m 2/s ，q e =0.0201m 3/m 2min0.129.7211024.40201.0156.02156.02522==⨯⨯⨯+=+=-s Kqq q e τ()s m V Q D /10773.460100.12126.05534-⨯=⨯+⨯=+=ττ板框过滤机的生产能力为：。