第三章 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
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。
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 )
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）
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 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
化工原理第三章沉降与过滤
解决方案：优化过滤工艺，如增加过滤层数、调整过滤压力等
问题：过滤效果不佳，杂质残留 解决方案：优化过滤工艺，如增加过滤层数、调整过滤压力等
解决方案：定期维护设备，更换易损件，提高设备可靠性
问题：设备故障率高，维护成本高 解决方案：定期维护设备，更换易损件，提高设备可靠性
生物化工：利用生物技术，开发新型化工产品
纳米化工：纳米材料，提高产品性能和应用范围
环保化工：环保型化工产品，减少环境污染
汇报人：
感谢您的观看
离心过滤机：过滤速度快，过滤效果好，但设备复杂，成本高
袋式过滤机：结构简单，操作方便，过滤面积大，过滤效率高，但过滤精度低
陶瓷过滤机：过滤精度高，耐腐蚀，但设备复杂，成本高
膜过滤机：过滤精度高，过滤效果好，但设备复杂，成本高
04
沉降与过滤的比较
操作原理的比较
沉降：利用重力作用使悬浮颗粒下沉，达到分离目的
离心沉降应用：污水处理、食品加工、制药等领域
沉降原理：利用颗粒间的重力差进行分离工艺流程： a. 进料：将待分离的混合物送入沉降器 b. 沉降：颗粒在重力作用下沉降，液体上升 c. 澄清：液体澄清后从顶部流出 d. 排渣：沉降后的颗粒从底部排出沉降器类型： a. 重力沉降器：利用重力进行沉降 b. 离心沉降器：利用离心力进行沉降沉降效果影响因素： a. 颗粒大小：颗粒越大，沉降速度越快 b. 液体密度：液体密度越大，沉降速度越快 c. 颗粒形状：颗粒形状影响沉降速度 d. 液体黏度：液体黏度影响沉降速度沉降应用： a. 污水处理：去除悬浮物和颗粒物 b. 化工生产：分离固体和液体 c. 食品加工：分离固体和液体 d. 环境监测：监测颗粒物浓度
化工原理第三章沉降3-1
由此可知：
一定粒径的颗粒，沉降室的生产能力只与与底面积WL和 utc 有关，而与H无关。
故沉降室应做成扁平形，或在室内均匀设置多层隔板。
气速u不能太大，以免干扰颗粒沉降，或把沉下来的尘粒重新 卷起。一般u不超过3m/s。
降尘室
结构：入口截面为矩形气体
进口
思考1：为什么气体进入降尘 室后，流通截面积要扩大？
2.停留时间与沉降时间
L W
气体出口
降尘室底面积：A0＝W×L
气体入口
H
含尘气流通截面积：S＝ W×H 颗粒因沉降被除去的条件： 停留时间＞沉降时间 停留时间：t ＝L/u 沉降时间：0＝H/ut
集尘斗 净 化 气 体
颗粒
含 尘 气 体 降尘室操作示意图
L H u ut
3.临界粒径dpc（critical particle diameter）： 临界粒径:能100％除去的最小粒径。
ut非球<ut球
。
对于细微颗粒(d<0.5m)，应考虑分子热运动的影响，不能用 沉降公式计算ut；
沉降公式可用于沉降和上浮等情况。
(2) 壁效应 (wall effect) ： 当颗粒在靠近器壁的位置沉降时，由于器壁的影响，其沉 降速度较自由沉降速度小，这种影响称为壁效应。
（3）干扰沉降（hindered settling）：
第三章 沉降与过滤
重点：过滤和沉降的基本理论、基本方程
难点：过滤基本方程的应用、过滤设备
概 述
一、非均相物系的分离 混合物有： 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（天然气）、 溶液（石油）
非均相混合物(物系)：物系内部有隔开的相界面存在，而在相
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
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
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第三章沉降与过滤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。
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。
3.1 概述混合物：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。
3.2 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。
3.2.1 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 、dP、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 3.2.2 沉降速度(1)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。
u=0， a=a max ；随着颗粒向下沉降，u ↑，F d ↑，a ↓。
当u 增加到一定数值u t 时，du/dr=0。
于是颗粒开始作匀速沉降运动。
可见，颗粒的沉降过程分为两个阶段，起初为加速阶段，而后为匀速阶段。
对于小颗粒，在匀速阶段中，颗粒相对于流体的运动速度，称为沉降速度或终端速度u i ----加速阶段忽略不计。
-------a=0，匀速运动 → u tu t ：沉降速度(终端速度) 当F=0时： ζ代入：层流区（10-4＜Re ≤2） u t =gd P 2(ρP -ρ)/18μ 过渡区（1＜Re ≤500） 湍流区（500＜Re ≤105）已知球形颗粒直径，要计算沉降速度时，由于u t 为待求量，所以Re 值是未知量。
这就需要用试差法进行计算。
例如，当颗粒直径较小时，可先假设沉降属于层流区，则用斯托克斯式求出u i 。
然后用所求出的u i 计算Re 值，检验Re 值是否小于1。
如果浮 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 Re 10=ζξρρρ3)(4gd u P P t -=()PP t d g u 3/122254⎦⎤⎢⎣⎡-=μρρρρρρ/)(03.3P P t d g u -=计算的Re 值不在所假设的流型区域，则应另选用其它区域的计算式求u i 。
符合于所用计算式的流型范围为止。
[例3－1] 一直径为1.00mm 、密度为2500kg/m 3的玻璃球在20℃的水中沉降，试求其沉降速度。
解 由于颗粒直径较大，先假设流型层于过渡区，校核流型，Re=d P u t ρ/μ=10-3×0.157×103/10-3=157 故属于过渡区，与假设相符。
当已知沉降速度，求颗粒直径时，也需要试差计 (2) 影响沉降速度的其它因素颗粒形状 ：测定非球形粒的沉降速度，用沉降速度公式计算出粒径。
这样求出来的非球形颗粒的直径，称为当量球径。
即用球形颗粒直径来表示沉降速度与其相同的非球形颗粒的直径。
壁面效应：当颗粒靠近器壁沉降时，由于器壁的影响，其沉降速度较自由沉降速度小，这种影响称为壁效应。
(容器很大，100倍以上可忽略)干扰沉降：当非均相物系中的颗粒较多，颗粒之间相互距离较近时，颗粒沉降会受到其它颗粒的影响，这种沉降称为干扰沉降。
干扰沉降速度比自由沉降小。
(颗粒浓度＜0.2%,可近似为自由沉降) 3.2.3 降尘室(重力沉降设备)利用重力沉降从含尘气体中分离出尘粒的设备。
预分离器，粒径大于50μm 。
重力沉降分离器，依流体流动方式可分为水平流动型与上升流动型。
本节介绍最典型的水平流动型降尘室的操作原理。
降尘室的示意图，如图3－2所示。
含尘气体进入降尘室后，因流道截面积扩大而流速u 降低。
只要气体从降尘室进()()()sm d g u PP t /157.01010102251000250081.94225433/133223/12=⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=--μρρρHu图3－2 降尘室 图3－3 降尘室的计算口流到出口所需要的停留时间等于或大于尘粒从降尘室的项部沉降到底部所需的沉降时间，则尘粒就可以分离出来。
降尘室：长→L ，宽→W ，高→H ，V s ：生产能力，单位时间处理的含尘气体量。
m 3/s图3－3 降尘室所示，假设颗粒运动的水平分速度与气体的流速相同，则颗粒在降尘室中的水平流速： u= V s /WH 停留时间： θ＝L/u 沉降时间： θt ＝H/ u t颗粒分离条件： θ≥θt → L/u ≥H/ u t →→V s ≤WL u t临界粒径：若在各种不同粒径的尘粒中，刚好满足θ=θt 的条件，此粒径称为降尘室能100％除去的最小粒径，或称为临界粒径d pcV s ≤WL u t → V s ∝WL （沉降面积）及u t ，而与H 无关。
当降尘室用水平隔板分为N 层，则每层高度为H/N 。
V s ∝不变，u 不变，θ＝L/u 不变 而θt‘＝h/ u t =H/ Nu t =1/N θt沉降时间↓，可沉降出更细的颗粒。
θ≥1/N θt →时，V s ≤NWL u t →求临界粒径(d PC )：假设沉降处于斯托克斯区(Re ≤2)时，θ=θt 验证 Re ≤2例3-2 用高2m 、宽2.5m 、长5m 的重力降尘室分离空气中的粉尘。
在操作条件下空气的密度为0.779kg/m 3，黏度为2.53×10-5Pa.s ，流量为5.0×104m 3/h 。
粉尘的密度为2000 kg/m 3。
试求粉尘的粒径粒径。
解假设沉降处于过渡区：tsu H WHV L ≥⎪⎩⎪⎨⎧-+=↓)(1隔板数多层：扁平：水平面积很大，n n N H PC PC d Nd 1'=()WLNV gd u SP PC t=-=μρρ182()NWL V g d S p PC 118⋅⋅-=ρρμsm WL V u S tc /11.155.23600/100.54=⨯⨯==故属于过渡区，与假设相符。
例3－2 用总高4m 、宽1.7m 、长4.55m 的重力降尘室分离空气中的粉尘。
中间等高安排39块隔板，每小时通过降尘室的含尘气体为2000 m 3，在气体的密度为1.6kg/m 3(均标况)，气体温度为400℃，此时粘度为3×10-5Pa ·s ，粉尘的密度为3700 kg/m 3。
试求①此降尘室能分离的最小尘粒的直径②除去6μm 颗粒的百分率。
已知：H ，w ，n ，V 0，ρO ，t, μ，ρP 求：d pc 解：①∴假设成立，d PC =8.11μm 。
②d=6μm 由上可知沉降属于层流区()tS P Dt S NWLu V gd u m Kg T T s m V =-==+⨯===+⨯=μρρρρ18/649.04002732736.1/369.13600/273400273200023003假设沉降处于层流区：()()mm NWL V g d S p PC μρρμ11.81011.8407.155.481.9649.03700369.11031811865=⨯=⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯=⋅⋅-=--()21075.7103649.01022.41011.8Re /1042.418Re 453632〈⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==⨯=-=-----μρμρρt P D t du sm gd u ：验证()()()4.51053.2779.110.11058.1Re 1581058.1100.281.94779.01053.222511.1422542253443/123253/1223/122=⨯⨯===⨯=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡≈⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-=----μρμρμρρρμρtc pc p tc p tc pcu d mm g u g u d 校核流型：停留时间：θ=L/u=4.55×1.7×4/1.369=22.60s3.3 离心沉降离心沉降：依靠离心力的作用而实现的沉降过程。
图3－4所示的以一定角速度旋转的圆筒，筒内装有密度为ρ、粘度为μ的液体。
液体中悬浮有密度为ρp 、直径为d p 、质量为m 的球形颗粒。
假设筒内液体与圆筒有相同的转数。
当站在旋转轴上观测颗粒的运动，忽略颗粒的重力沉降，则可看到有离心力沿旋转半径向外作用于颗粒。
式中r 为颗粒到旋转轴中心的距离。
由此式可知，为了增大F c 可以提高也可以增大r 。
提高比增大r 更有效。
同时，从转筒的机械强度考虑，r 不宜太大。
3.3.1离心分离因数同一颗粒所受的离心力与重力之比，为称为离心分离因数是表示离心力大小的指标。
3.3.2离心沉降速度颗粒在离心力场中沉降时，在径向沉降方向上所受的作用力有离心力()%541.0054.01.0404054.06.221042.2'/1042.218332====⨯⨯=⋅=⨯=-=--除去百分率：每层高度：内沉降的高度：在沉降速度：m h m u h sm gd u t P D t θθμρρPCtS t S d NNWLu V WLu V 1多层：要点：==2361ωρπr d F P P C ⋅⋅=23261ωρπωr d r m F p p C ⋅⋅=⋅=gr K C 2ω=图3－4 转筒内颗粒在流体中的运动浮力（向中心） 阻力（向中心） 若这三个力达到平衡，则有此时，颗粒在径向上相对于流体的速度，就是它在这个位置上的离心沉降速度颗粒的离心沉降速度与重力沉降速度具有相似的关系式，只是重力加速度换为离心加速度而已。