第三章 沉降与过滤优秀课件

悬浮液-----固-液混合物 乳浊液-----液-液混合物 含尘气体----气-固混合物 含雾气体----气-液混合物
分离的依据：连续相与分散相的密度不同
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自来水厂的主要流程
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自来水厂水的净化分三步， 第一步是絮凝过程，也可以叫反应过程。在流动中使水中的杂质颗粒 絮凝长大； 第二步是沉降。沉降池是使大颗粒得以除去。 第三步是砂滤。砂滤池，进一步用900mm厚砂层，将小颗粒杂质滤去。
第三章 沉降与过滤
本章学习指导
1、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、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。
2、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、 旋风分离器的选型。 b 过滤操作的原理、过滤基本参数、过滤基本方程 式推导的思路，过滤常数的测定。
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重力沉降 (gravity settling)---依靠外力(重力)作 用，利用密度差异使之发生相对运动而分离的过 程
离心沉降----依靠离心力作用
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第二节 重力沉降
一、沉降速度 二、沉降设备
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一、 沉降速度(terminal veloci主ty)目录 次目录
流体流动
介质阻力---牛顿阻力定律 内摩擦力---牛顿粘性定律
F d=ζAρu2/2
F=μA du/dy
颗粒为球形,A---投影面积 直管阻力 hf=λl u2/2d
10-4－2， ζ=24/Re
小于或等于2000，λ=64/Re
过渡区 湍流区
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2－500，ζ=10/√Re 500－2×105，ζ=0.44
1、自由沉降 ---单个颗粒在无限流体 中的降落过程
加速段：极短，通常可以忽略
曳力FD
u02
2
d2
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浮力Fm b g s
等速段：该段的颗粒运动速度称为 沉降速度，用u0表示。
重力沉降速度：以球形颗粒为例
合 外 F c F b 力 F D 0
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mg1s 2u02 4d2 0
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2000--4000
大于或等于4000，λ查图， 近似常数
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3、球形颗粒沉降速度的计算
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若ut未知→ Ret未知→ζ未知 →无法选择计算公式→无法计 算ut，此时可采用试差法。 计算步骤：
假设某种流型
用相应公式计算出ut 校核Ret 例如：假设沉降处在滞流区，则选用Stokes公式：
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4）温度对u t的影响， 由层流时u t计算式可知
u t= 〔 4gd(ρs－ ρ)/3 ξ ρ〕½
层流时ut =d2(ρs－ ρ)g/18 µ 可知µ↗,u t↙
对气体而言，温度高的气体除尘较低温下 气体除尘困难。
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[思考题1] 同一大小的固体微粒从不同高度落下，问 它们的沉降速度是否相等？
设备因素：体现为壁效应wall effect(靠近壁面沉降)。
【例3-1】
【例3-2】
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讨论
1）自由沉降与自由落体
自由沉降考虑流体对颗粒产生的阻力；自 由落体不考虑流体对颗粒产生的阻力。
2）沉降速度ut是指重力、浮力和阻力平 衡时，颗粒作匀速沉降运动时的速度， 其值与流体、颗粒的密度ρs ，d及流动 形态等因素有关，可见，沉降速度ut是 一综合特性，不是操作特性。
3、学时安排
讲授5学时
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第三章 沉降与过滤
第一节 概述 第二节 重力沉降 第三节 离心沉降 第四节 过滤
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第一节 概述
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分离
均相物系 ------蒸馏、吸收 非均相物系 ------筛分、沉降、过滤
质m 量力或 gFm c ra
颗粒在流体中沉降时受力
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2、沉降速度
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d 63s1sgd 422 u0 20
u0
4ds g
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--介质阻力系数
Re0=du0/ 1或2
层流区 24
Re 0
u0
d2s g
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----斯托克斯定律
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ut
d2p(p )g 18
校核Ret 是否在104～1范围内， 是则假设正确，否则假设另一流型
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4、影响沉降速度的因素
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颗粒的因素：尺寸、形状(当量球径diameter of equivalent sphere)、密度、是否变形等；
介质的因素：流体的状态（气体还是液体）、密度、 粘度等； 环境因素：温度（影响ρ、μ）、压力、颗粒的浓度 （浓度大到一定程度使发生干扰沉降）等
[思考题2] 不同流体或同一流体在不同温度下沉降速 度的关系。
结论：沉降速度与高度无关，与颗粒大小及流体性 质有关。
一般液体粘度大于气体粘度，故液体沉降速度小 于气体的。
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某水厂全貌
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图中兰色粗管是来江中的原料水，条形池子是絮凝池，左侧池是沉降池。
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水厂沉降池 主目录
这是沉降池。图为絮凝之后的水，是从沉降池底部流入，到池子 上部水已很清了。
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图3-2 ζ -Ret关系曲线
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颗粒与流体相对运动时所受的阻力 主目录 次目录
1.曳力(drag force)介质阻力---相对运动时，流体对微 粒的作用力 2.对比分析
定律 表达式
滞流区
沉降
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3）流体的流速u与颗粒的沉降速度ut不同， u t ﹥u 时,颗粒向上运动，颗粒被流体带出 u t ＝u 时,颗粒静止于流体中,(如转子流量 计中的转子)
u t ﹤u 时,颗粒向下运动 可见沉降操作是在u t ﹤u 的条件下进行。
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