化工原理 沉降
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化工原理第三章沉降与过滤PPT
真空过滤
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。
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。
化工原理第三章 沉降
ut
2 d p ( p ) g
1.86 10 Pa s
5
18
(40 106 )2 9.81 ( 2600 1.165) 18 1.86 10 5
0.12m s
校核：
Re dut 0.3 2
(正确)
6.非球形颗粒的沉降速度
同样条件下 因此
1 3
1 则：Re k 18
令
Rep 1
则
k 2.62
层流区：
k 2.6 2 采用斯托克斯公式
过渡区：
湍流区：
2.62 k 60.1
60.1 k 2364
采用阿伦公式
采用牛顿公式
试差法： 假设 流型 选择 公式
验算
计算
ut
计算
Re t
例：求直径40μm球形颗粒在30℃大气中的自由沉降 速度。已知ρ颗粒为2600kg/m3,大气压为0.1MPa。 解： 查30℃、0.1MPa空气： 1.165kg m3 设为层流，则：
ζ是流体相对于颗粒运动时的雷诺数的函数，
(Re) (d pu / )
层流区 过渡区 湍流区
10 4 Re 2
24 Re
2 Re 500
500 Re 2 10
5
10 0.5 Re 0.44
第二节 重力沉降
目的：流体与固体颗粒分离
上部易形成涡流 ——倾斜式、 旁路 尘粒易带走 ——扩散式
螺旋面进口：结构复杂，设计制造不方便。
蜗壳形进口：结构简单，减小阻力。
轴向进口：常用于多管式旋风分离器。
常用型式
标准型、CLT/A型、CLP型、扩散式等。
2 d p ( p ) g
1.86 10 Pa s
5
18
(40 106 )2 9.81 ( 2600 1.165) 18 1.86 10 5
0.12m s
校核：
Re dut 0.3 2
(正确)
6.非球形颗粒的沉降速度
同样条件下 因此
1 3
1 则：Re k 18
令
Rep 1
则
k 2.62
层流区：
k 2.6 2 采用斯托克斯公式
过渡区：
湍流区：
2.62 k 60.1
60.1 k 2364
采用阿伦公式
采用牛顿公式
试差法： 假设 流型 选择 公式
验算
计算
ut
计算
Re t
例：求直径40μm球形颗粒在30℃大气中的自由沉降 速度。已知ρ颗粒为2600kg/m3,大气压为0.1MPa。 解： 查30℃、0.1MPa空气： 1.165kg m3 设为层流，则：
ζ是流体相对于颗粒运动时的雷诺数的函数，
(Re) (d pu / )
层流区 过渡区 湍流区
10 4 Re 2
24 Re
2 Re 500
500 Re 2 10
5
10 0.5 Re 0.44
第二节 重力沉降
目的：流体与固体颗粒分离
上部易形成涡流 ——倾斜式、 旁路 尘粒易带走 ——扩散式
螺旋面进口：结构复杂，设计制造不方便。
蜗壳形进口：结构简单，减小阻力。
轴向进口：常用于多管式旋风分离器。
常用型式
标准型、CLT/A型、CLP型、扩散式等。
(化工原理)第二节 沉降过程
布朗运动
沉降速度计算—试差法
四、沉降速度的计算
1、试差法
设Rep选公式 ut核算Rep判断
沉降速度计算—摩擦数群法
2、摩擦数群法
3
沉降速度计算—摩擦数群法
ζ是Ret的已知函数，则 ζRet2 也是Ret的已知函数。
ζ-Ret曲线转化为ζRet2Ret曲线
根据已知值,首先算出 ζRet2的值,再用ζRet2- Ret 曲线查出相应的Ret值,然 后根据Ret的定义式反算 出ut,即：
第二节 沉降过程
沉降速度
沉降速度
颗粒的沉降过程应分为两个阶段,起初为加速阶段,而后为等速 阶段
等速阶段里颗粒相对于流体的运动速度ut称为“沉降速度”， “终端速度”。
阻力系数 ζ
二、阻力系数 ζ
定义：颗粒与流体相对运动时的雷诺数
由Re、фs数，查图得ζ
阻力系数 ζ
阻力系数 ζ
气体在器内的运动情况
离心沉降-7
三、旋风分离器的性能 （分离效果、压强降）
（ 一）、临界粒径
旋风分离器中能被完全分离下来的最小颗粒直径。
临界粒径的计算式,可在如下简化条件之下 推导出来。
（1）进入旋风分离器的气流严格按螺旋形路线作等速运动,其 切向速度等于进口气速ui
(2) 颗粒向器壁沉降时,必须穿过厚度等于整个进气口宽度B的 气流层,方能到达壁面 而被分离。
作预除尘器使用。 多层降尘室虽能分离较细小的颗粒并节省地
面但出灰不便。
例3-2
例3-2
重力沉降设备–沉降槽
（二）、沉降槽 （过程）
1、沉降槽的构造与操作 又称增浓器或澄清器
重力沉降设备–沉降槽
浓悬浮液的沉聚过程 （自学） 连续沉降槽的直径,小者数米,大者可达
沉降速度计算—试差法
四、沉降速度的计算
1、试差法
设Rep选公式 ut核算Rep判断
沉降速度计算—摩擦数群法
2、摩擦数群法
3
沉降速度计算—摩擦数群法
ζ是Ret的已知函数，则 ζRet2 也是Ret的已知函数。
ζ-Ret曲线转化为ζRet2Ret曲线
根据已知值,首先算出 ζRet2的值,再用ζRet2- Ret 曲线查出相应的Ret值,然 后根据Ret的定义式反算 出ut,即：
第二节 沉降过程
沉降速度
沉降速度
颗粒的沉降过程应分为两个阶段,起初为加速阶段,而后为等速 阶段
等速阶段里颗粒相对于流体的运动速度ut称为“沉降速度”， “终端速度”。
阻力系数 ζ
二、阻力系数 ζ
定义：颗粒与流体相对运动时的雷诺数
由Re、фs数，查图得ζ
阻力系数 ζ
阻力系数 ζ
气体在器内的运动情况
离心沉降-7
三、旋风分离器的性能 （分离效果、压强降）
（ 一）、临界粒径
旋风分离器中能被完全分离下来的最小颗粒直径。
临界粒径的计算式,可在如下简化条件之下 推导出来。
（1）进入旋风分离器的气流严格按螺旋形路线作等速运动,其 切向速度等于进口气速ui
(2) 颗粒向器壁沉降时,必须穿过厚度等于整个进气口宽度B的 气流层,方能到达壁面 而被分离。
作预除尘器使用。 多层降尘室虽能分离较细小的颗粒并节省地
面但出灰不便。
例3-2
例3-2
重力沉降设备–沉降槽
（二）、沉降槽 （过程）
1、沉降槽的构造与操作 又称增浓器或澄清器
重力沉降设备–沉降槽
浓悬浮液的沉聚过程 （自学） 连续沉降槽的直径,小者数米,大者可达
化工原理第三章离心沉降
d
3 P
ut2 r
阻
力=
d
2 P
u
2 r
42
7/1/2019
当三力达到平衡时，则：
6
d
3 P
P
ut2 r
6
d
3 P
ut2 r
d
2 P
4
ur2
2
0
【定义】颗粒在径向上相对于流体的运动速度 ur 便
是此位置上的离心沉降速度。可推得：
径向速度
7/1/2019
ur
4dP P ut2
3 r
切向速度
——离心沉降速度基本计算式
2、离心沉降速度与重力沉降
3
ur
4dP P ut2
3 r
【表达式】重力沉降速度公式中的重力加速度改为 离心加速度；
【数值】重力沉降速度为颗粒运动的绝对速度，基 本上为定值；离心沉降速度为绝对速度在径向上的 分量，随颗粒在离心力场中的位置（r）而变。
往往很大）
7/1/2019
旋风分离器的技术规格
规格型号
CZT-3.9 CZT-5.1 CZT-5.9 CZT-6.7 CZT-7.8 CZT-9.0
7/1/2019
进口风速 m/s
11－15 11－15 11－15 11－15 11－15 11－15
风量 m3/h
790-1080 1340-1820 1800-2450 2320-3170 3170-4320 4200-5700
清液或含有微细颗粒的液体则从顶部的中心管排出称为溢送至配碱岗位回收液送盐水工序效蒸发器电解液电解液大罐加料泵螺旋式预热器效蒸发器效蒸发器效蒸发器旋液分离器中间槽段蒸发器冷却器澄清槽高位槽离心机加料槽烧碱生产蒸发流程图20161262016126结构特点是直径小而圆锥部分长
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。
化工原理14.非均相物系的分离-沉降
6 d s g
3
6
d g
3
u0 d 2
2
0
2
4d s g 3
4
u0
◆
影响沉降速度的因素 ① 颗粒直径
d s ，则 u t
其它条件相同时，小颗粒后沉降。
② 流体密度
，则 u t
其它条件相同时，颗粒在空气较在水中易沉降。
③ 颗粒密度
非球形颗粒：常用颗粒的当量直径和球形度表示其特性。 2.非球形颗粒-形状的描述 ① 颗粒的球形度φ
球形颗粒 非球形颗粒
球形度
与颗粒等体积的球形颗 颗粒的表面积
粒的表面积
公式表示：
As A
1
表明：颗粒形状接近于球形的程度； φ ↑，则颗粒越接近于球形。
球形颗粒： 1
(2) 描述颗粒大小
混合颗粒的特性参数
(1) 颗粒的筛分尺寸
标准筛：有不同的系列，常用泰勒标准筛。
筛号(目数)：每英寸长度筛网上的筛孔数目； 筛过量：通过筛孔的颗粒量； 筛余量：截留于筛面上的颗粒量。
颗粒的筛分尺寸
算术平均：
几何平均：
d pi
d pi
d i 1 d i 2
d i 1 d i
di-1 di
1.3 颗粒群的特性
(1).粒度分布 按颗粒尺寸对颗粒群进行排列划分的结果称为粒度分 布。根据颗粒大小的范围不同，采用不同的方法测量 颗粒群的粒度分布，对工业上常见的尺寸大于40μm的 颗粒群，一般采用标准筛进行测量，称为筛分。 a.筛分：标准筛由一系列筛孔大小不同的筛组成，筛 的筛网由金属丝网制成，筛孔呈正方形。一套标准筛 的各个筛的网孔大小按标准规定制成，通用的是泰勒 (Tyler)标准筛系列。 筛网上每英寸长度上的孔数作为筛号，也称为目，且每个筛 的筛网金属丝的直径也有规定，因此一定目数的筛孔尺寸一 定。如100号筛，1英寸长有筛孔100个，它的筛网的金属丝 直径规定为0.0042in，故筛孔的净宽度为：(1/1000.0042)=0.0058in=0.147mm，因而筛号愈大，筛孔愈小，相 邻筛号的筛孔尺寸之比为20.5(即筛孔面积按2的倍数递增)。
化工原理课件5.颗粒的沉降和流态化
ut
dP2(P )g 18
2 Re P
500，阿仑区
，ut
0.781
d
1.6 P
(
P
0.4
0.6
)
g
0.714
当dp ,500 ReP 2105，牛顿(Newton )定律区 ，
ut 1.74
dP (P )g
与u无关。
5. 颗粒的沉降和流态化
5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降
前提：P
一、沉降的加速阶段：设初始速度等于0。
在沉降过程中颗粒的受力如下：
Fb
1、体积力：重力场：Fg mg
离心力：Fg
其中：对于球形颗粒：m
mr2
1 d
2、浮力：重力场：Fb
m
p
6
g
3
p
p
离心力：Fb
m
p
r 2
3、曳力：FD
Ap
1 2
u 2
FD Fg
5. 颗粒的沉降和流态化
5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降
度，曳力减小。
5、非球形：曳力系数比同体积球形颗粒为大， ut减少。
返回
5. 颗粒的沉降和流态化
5.3 沉降分离设备
基础：颗粒在外力作用下产生沉降运动，具有两 相 p 为前提。悬浮颗粒的直径越大，两相的密 度差越大，使用沉降分离方法的效果就越好。
根据作用于颗粒上的外力不同，沉降分离设备 可分为重力沉降和离心沉降两大类。
二、沉降的等速阶段
u曳力项 ，du d
du
d
0, 此时恒定u
ut
球形颗粒：
du
d
(P )g P
3 4d P P
化工原理(王志魁版)---第三章 沉降过程
Ad r(L Le )
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
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
化工原理课件4颗粒的沉降
4 2
当作用力等于阻力时，可得离心沉降速度ur
4d ( s )ut2 d 2 ( s ) ut2 ur 相对运动为层流 3r 18 r
4.5 离心沉降（Centrifugal sedimentation ）
离 心 力 ut2 / r KC 20.4 r = 0.5m，ut = 10m/s时，分 离 因 数 重力 g
4.4 沉降槽（Settling tank）
4.4 沉降槽（Settling tank）
用于分离悬浮液，连续操作。其生产能力与降尘室一样 与底面积有关，与沉降槽高度无关。 悬浮液中加入电解质、絮凝剂等添加剂有利于絮凝现象 的发生，提高沉降速度；另外，提高悬浮液温度也可提高沉 降速度。 不论是降尘室还是沉降槽，都是利用重力作用的原理达 到分离的目的，对一定的分离体系，分离要求一定，则沉降 速度确定，其分离能力有限，分离直径大于10 μm的颗粒较为 适合，但对小于10 μm颗粒的分离重力沉降无法实现，则改用 离心沉降。
4.6 旋风分离器（Cyclone separators）
（1）结构与工作原理
4.6 旋风分离器（Cyclone separators）
（2）分离性能 旋风分离器能够分离出的颗粒大小是它的主要性能之一。 ① 临界直径dc（Critical diameter） 假设： a、颗粒与气体在旋风分离器内的切线速度ut恒定，与所在位 置无关，且等于进口处的速度ui； b、颗粒沉降过程中所穿过的气流最大厚度等于进口宽度B； c、颗粒与气流的相对运动为层流。 颗粒在旋风分离器中能被完全分离，其沉降时间必须不大 于停留时间
4.6 旋风分离器（Cyclone separators）
② 分离效率 —— 粒级效率、总效率 含尘气体中所有颗粒经分离器后被分离出的质量百分数 η0 ，称为总效率 : c进 口 c出 口 0 100% c进 口
当作用力等于阻力时，可得离心沉降速度ur
4d ( s )ut2 d 2 ( s ) ut2 ur 相对运动为层流 3r 18 r
4.5 离心沉降（Centrifugal sedimentation ）
离 心 力 ut2 / r KC 20.4 r = 0.5m，ut = 10m/s时，分 离 因 数 重力 g
4.4 沉降槽（Settling tank）
4.4 沉降槽（Settling tank）
用于分离悬浮液，连续操作。其生产能力与降尘室一样 与底面积有关，与沉降槽高度无关。 悬浮液中加入电解质、絮凝剂等添加剂有利于絮凝现象 的发生，提高沉降速度；另外，提高悬浮液温度也可提高沉 降速度。 不论是降尘室还是沉降槽，都是利用重力作用的原理达 到分离的目的，对一定的分离体系，分离要求一定，则沉降 速度确定，其分离能力有限，分离直径大于10 μm的颗粒较为 适合，但对小于10 μm颗粒的分离重力沉降无法实现，则改用 离心沉降。
4.6 旋风分离器（Cyclone separators）
（1）结构与工作原理
4.6 旋风分离器（Cyclone separators）
（2）分离性能 旋风分离器能够分离出的颗粒大小是它的主要性能之一。 ① 临界直径dc（Critical diameter） 假设： a、颗粒与气体在旋风分离器内的切线速度ut恒定，与所在位 置无关，且等于进口处的速度ui； b、颗粒沉降过程中所穿过的气流最大厚度等于进口宽度B； c、颗粒与气流的相对运动为层流。 颗粒在旋风分离器中能被完全分离，其沉降时间必须不大 于停留时间
4.6 旋风分离器（Cyclone separators）
② 分离效率 —— 粒级效率、总效率 含尘气体中所有颗粒经分离器后被分离出的质量百分数 η0 ，称为总效率 : c进 口 c出 口 0 100% c进 口
化工原理-沉降
2
例3.2
1）理论最小沉降颗粒直径（临界粒径）
18
（斯托克斯区）
d pc
多级降尘室的dpc更小 多级降尘室的水平隔板数 = N-1
qv NWLut
三、离心沉降
惯性离心力实现的沉降过程
离心沉降速度
切向速 度=rw
4d p ( p ) ui 2 ur 3 r
4d p ( p ) g 3
一、球形颗粒的自由沉降 ----重力沉降
沉降颗粒的受力情况： 重力
Fg
曳力Fd
浮力
曳力
Fb
6
6
d p pg
3
d p 3 g
Fd Ap
曳力 系数
u
2
2
牛顿第二定律
du d p ( p )g d p ( ) ma p d 6 dt 6 4 2 加速段 u 曳力
重力沉降速度的计算
假设沉降 试差法： 属于某一 流型
先假设处于 斯托克斯区 Re＜2 Re > 2
计算沉 降速度
核算 Re
dut Re
d 2 s ut g 18
ut 为所求 假设处于 阿伦区
例题： 3-1 再计算 p94 和判断
其它方法简介： 无因次判据法： 计算判据K 的值 由K值确 定沉降所 属区域
标准旋风 分离器： h=D/2， b=D/4， n=5， ξ=8
相关应用：
临界粒径、压强降的计算p100例 3-3
24 Re
10 Re
0.44
已知：
ut
4 gd p ( p ) 3
代入上式：
例3.2
1）理论最小沉降颗粒直径（临界粒径）
18
（斯托克斯区）
d pc
多级降尘室的dpc更小 多级降尘室的水平隔板数 = N-1
qv NWLut
三、离心沉降
惯性离心力实现的沉降过程
离心沉降速度
切向速 度=rw
4d p ( p ) ui 2 ur 3 r
4d p ( p ) g 3
一、球形颗粒的自由沉降 ----重力沉降
沉降颗粒的受力情况： 重力
Fg
曳力Fd
浮力
曳力
Fb
6
6
d p pg
3
d p 3 g
Fd Ap
曳力 系数
u
2
2
牛顿第二定律
du d p ( p )g d p ( ) ma p d 6 dt 6 4 2 加速段 u 曳力
重力沉降速度的计算
假设沉降 试差法： 属于某一 流型
先假设处于 斯托克斯区 Re＜2 Re > 2
计算沉 降速度
核算 Re
dut Re
d 2 s ut g 18
ut 为所求 假设处于 阿伦区
例题： 3-1 再计算 p94 和判断
其它方法简介： 无因次判据法： 计算判据K 的值 由K值确 定沉降所 属区域
标准旋风 分离器： h=D/2， b=D/4， n=5， ξ=8
相关应用：
临界粒径、压强降的计算p100例 3-3
24 Re
10 Re
0.44
已知：
ut
4 gd p ( p ) 3
代入上式：
化工原理第三章1沉降
实验装置与步骤
• 实验装置：沉降实验装置主要包括实验管、测量段、流量计、 压力计、搅拌器和数据采集系统等部分。实验管采用透明材料 制成，以便观察颗粒的沉降行为。测量段用于放置光学检测器 或摄像头，以便记录颗粒的沉降过程。流量计用于测量流体的 流量，压力计用于测量流体的压力，搅拌器用于保证流体的均 匀性。数据采集系统用于实时采集实验数据。
沉降的原理
由于颗粒或液滴受到重力 作用，它们会向气体的下 游方向移动，最终在某一 位置沉积下来。
沉降的分类
重力沉降、离心沉降和惯 性沉降。
重力沉降速度的计算
斯托克斯定律
颗粒在静止流体中的沉降速度与颗粒直径的平方成正 比，与流体粘度成反比。
修正的斯托克斯定律
考虑到颗粒形状、密度和流体粘度的影响，对斯托克 斯定律进行修正。
颗粒的密度
颗粒的密度是指颗粒的质量与其体积的比值。密度大的颗粒在流体中更容易下沉 ，而密度小的颗粒则更容易漂浮。
在化工生产中，密度差异是实现固液分离的重要依据之一。
颗粒的粒径和粒径分布
颗粒的粒径是指其直径或宽度，而粒 径分则是指颗粒群中不同粒径颗粒 的分布情况。
粒径和粒径分布对颗粒的沉降速度和 沉降效果有显著影响。在化工生产中， 控制颗粒的粒径和粒径分布对于提高 产品质量和生产效率具有重要意义。
数据分析
对处理后的数据进行统计分析，包括描述性统计、相 关性分析和回归分析等步骤。描述性统计主要是计算 平均值、中位数、标准差等统计量，相关性分析主要 是分析各因素之间的相关性，回归分析主要是建立数 学模型预测沉降速度。通过数据分析可以得出颗粒的 粒径、密度、流体粘度等因素对沉降速度的影响程度 和规律，为实际工业应用提供理论依据。
颗粒的流体阻力特性
(化工原理)第二节 沉降过程
同一种固体物质，球形或近球形颗粒 比同体积的非球形颗粒的沉降要快一些 4、颗粒粒径
布朗运动
沉降速度计算—试差法
四、沉降速度的计算
1、试差法
设Rep选公式 ut核算Rep判断
沉降速度计算—摩擦数群法
2、摩擦数群法
3
沉降速度计算—摩擦数群法
ζ是Ret的已知函数，则 ζRet2 也是Ret的已知函数。
气体在器内的运动情况
离心沉降-7
三、旋风分离器的性能 （分离效果、压强降）
（ 一）、临界粒径
旋风分离器中能被完全分离下来的最小颗粒直径。
临界粒径的计算式,可在如下简化条件之下 推导出来。
（1）进入旋风分离器的气流严格按螺旋形路线作等速运动,其 切向速度等于进口气速ui
(2) 颗粒向器壁沉降时,必须穿过厚度等于整个进气口宽度B的 气流层,方能到达壁面 而被分离。
离心沉降-3
颗粒的离心沉降速度 ur与重力沉降速度 ut 具有相似的关系式，只是将重力场强度 g 改为惯性离心力场强度 uT²/R
区别：
离心力沉降速度ur 不是颗粒运动的绝对速度，而是 绝对速度在径向上的分量，且方向不是向下而是沿 半径向外；
离心沉降速度ur 本身就不是一个恒定的数值，而重 力沉降速度ut 则是不变的。
标准型
课本有误
离心沉降-16
xi——粒径在第I小段范围内的颗粒占全部颗粒的质量分率 ηpi——第I小段粒径范围内的颗校的粒级效率, n——全部粒径被划分的段数。
压强降
（三）、 压强降
标准型旋风分离器,其阻力系数ξ=8.0 一般压强降在500-2000Pa
影响旋风分离器性能的因素多而复杂, 物系情况及操作条件是其中的重要方 面。
一、沉 降 速 度 （一）、球形颗粒的自由沉降
布朗运动
沉降速度计算—试差法
四、沉降速度的计算
1、试差法
设Rep选公式 ut核算Rep判断
沉降速度计算—摩擦数群法
2、摩擦数群法
3
沉降速度计算—摩擦数群法
ζ是Ret的已知函数，则 ζRet2 也是Ret的已知函数。
气体在器内的运动情况
离心沉降-7
三、旋风分离器的性能 （分离效果、压强降）
（ 一）、临界粒径
旋风分离器中能被完全分离下来的最小颗粒直径。
临界粒径的计算式,可在如下简化条件之下 推导出来。
（1）进入旋风分离器的气流严格按螺旋形路线作等速运动,其 切向速度等于进口气速ui
(2) 颗粒向器壁沉降时,必须穿过厚度等于整个进气口宽度B的 气流层,方能到达壁面 而被分离。
离心沉降-3
颗粒的离心沉降速度 ur与重力沉降速度 ut 具有相似的关系式，只是将重力场强度 g 改为惯性离心力场强度 uT²/R
区别：
离心力沉降速度ur 不是颗粒运动的绝对速度，而是 绝对速度在径向上的分量，且方向不是向下而是沿 半径向外；
离心沉降速度ur 本身就不是一个恒定的数值，而重 力沉降速度ut 则是不变的。
标准型
课本有误
离心沉降-16
xi——粒径在第I小段范围内的颗粒占全部颗粒的质量分率 ηpi——第I小段粒径范围内的颗校的粒级效率, n——全部粒径被划分的段数。
压强降
（三）、 压强降
标准型旋风分离器,其阻力系数ξ=8.0 一般压强降在500-2000Pa
影响旋风分离器性能的因素多而复杂, 物系情况及操作条件是其中的重要方 面。
一、沉 降 速 度 （一）、球形颗粒的自由沉降
化工原理 第三章 沉降与过滤
（1）作用：防止滤饼压缩及细小颗粒堵塞过滤介质的孔隙。 （2）使用方法： A . 在悬浮液中加入助滤剂后一起过滤。 B. 先把助滤剂配成悬浮液并过滤，形成助滤剂层后，才正式过滤。 应予注意，一般以获得清净滤液为目的时，采用助滤剂才是适宜的。 （3）要求 A.能形成多孔饼层刚性颗粒 B.物理、化学性质稳定 c.具有不可压缩性（在使用的压力范围内）
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
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
问题：过滤速度慢，影响生产效率 解决方案：采用高效过滤材料，如活性炭、膜过滤等
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
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
化工原理课件 沉降
外圆筒 切向入口
内圆筒
➢含尘气体从圆筒上部长方形切线进口进入。入口含尘气体 气速约为15～25m/s。
➢含尘气体沿圆筒内壁作旋转流动。颗粒的离心力 较大，被甩向外层，气流在内层。气固得以分离。
锥形筒
➢在圆锥部分，旋转半径缩小而切向速度增大，气 流与颗粒作下螺旋运动。
➢在圆锥的底部附近，气流转为上升旋转运动，最 后由上部出口管排出；
理就是一例。
5.3.1 重力沉降设备
（3）分级器
利用不同粒径或不同密度的颗粒在流体中的沉降速 度不同这一原理来实现它们的分离的设备称为分级 器。
密度相同、粒径不同的两种颗粒 密度不同、粒径相同的两种颗粒 密度、粒径均不同的a、b两种颗粒
da 21a 8gdb21b 8g
db da
a b
讨论：
★1）对一定物系，ut一定，降尘室的处理能力只取决于降尘室的底面积A，而与高度H无 关，故降尘室应设计成扁平形状，或在室内设置多层水平隔板。
净化气体
➢2）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。
含尘气体 粉尘
隔板
多层隔板降尘室示意图
5.3.1 重力沉降设备
重力 Fg
5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降
根据牛顿第二定律得：
FF gF bF Dm a
即：
6 d P 3P g 6 d P 3g 4 d P 2 1 2u 2 6 d P 3P d d u
d du(P P)g4d3P Pu2
◆开始瞬间，
， u 最0大，颗d粒u 作加速运动。 d
化工原理课件 沉降
5.1 概述
本章考察流固两相物系中固体颗粒与流体间的相对运动。 在流固两相物系中，不论作为连续相的流体处于静止还是作某种运动，只要固体颗
化工原理第三章概述重力沉降
•核算流型：
•故原假设层流区正确，求得的沉降速度有效。
••2020/10/11
•（2） 在20℃的空气中的沉降 •用阿基米德准数判断沉降区域： •查得20℃空气：ρ=1.205 kg/m3，μ=1.81×10-5 Pa.s •①计算阿基米德准数：
••2020/10/11
•②计算雷诺准数：
•由于 2＜Re＜500 ， 故知沉降处在过渡区。 •③据阿伦公式： •④由此可知，沉降速度为：
•【例如】粘性流体对球体的低速绕流（也称爬流） 时,可用斯托克斯（Stokes）公式计算，即：
••2020/10/11
• 当流速较高时，Sokes定律不成立。因此，对一般 流动条件下的球形颗粒及其其他形状的颗粒，Fd的 数值尚需通过实验解决。 • 对球形颗粒，经分析并整理后可得：
•——阻力计算的经验公式
••2020/10/11
•五、非均相物系分离的作用
•（1）回收分散物质；（从催化反应器中回收催化 剂颗粒）
•（2）净制连续介质；（二氧化硫气体除尘）
•（3）保护环境。（污水处理、除去烟道气中的粉 尘等）
••2020/10/11
•催化剂再生器
•催裂化反应器
•分馏塔
•旋液分离器
•催化裂化工艺流程图
•旋风分离器
•式中 ζ——形状阻力系数；
•
A——颗粒在运动方向上的投影面积；
•
u——颗粒与流体的相对运动速度。
••2020/10/11
•4、阻力（曳力）系数ζ •【规律】目前尚无法通过理论分析获得阻力系数计 算关系式，但大量的实验证明：阻力（曳力）系数ζ 是雷诺数及球形度的函数，即：
•【获取方法】当球形度一定时，阻力（曳力）系数ζ 获取方法有如下两种： •（1）查取ζ－Re关系曲线图； •（2）使用经验公式。
•故原假设层流区正确，求得的沉降速度有效。
••2020/10/11
•（2） 在20℃的空气中的沉降 •用阿基米德准数判断沉降区域： •查得20℃空气：ρ=1.205 kg/m3，μ=1.81×10-5 Pa.s •①计算阿基米德准数：
••2020/10/11
•②计算雷诺准数：
•由于 2＜Re＜500 ， 故知沉降处在过渡区。 •③据阿伦公式： •④由此可知，沉降速度为：
•【例如】粘性流体对球体的低速绕流（也称爬流） 时,可用斯托克斯（Stokes）公式计算，即：
••2020/10/11
• 当流速较高时，Sokes定律不成立。因此，对一般 流动条件下的球形颗粒及其其他形状的颗粒，Fd的 数值尚需通过实验解决。 • 对球形颗粒，经分析并整理后可得：
•——阻力计算的经验公式
••2020/10/11
•五、非均相物系分离的作用
•（1）回收分散物质；（从催化反应器中回收催化 剂颗粒）
•（2）净制连续介质；（二氧化硫气体除尘）
•（3）保护环境。（污水处理、除去烟道气中的粉 尘等）
••2020/10/11
•催化剂再生器
•催裂化反应器
•分馏塔
•旋液分离器
•催化裂化工艺流程图
•旋风分离器
•式中 ζ——形状阻力系数；
•
A——颗粒在运动方向上的投影面积；
•
u——颗粒与流体的相对运动速度。
••2020/10/11
•4、阻力（曳力）系数ζ •【规律】目前尚无法通过理论分析获得阻力系数计 算关系式，但大量的实验证明：阻力（曳力）系数ζ 是雷诺数及球形度的函数，即：
•【获取方法】当球形度一定时，阻力（曳力）系数ζ 获取方法有如下两种： •（1）查取ζ－Re关系曲线图； •（2）使用经验公式。
化工原理第五版陈敏恒沉降分类和原理
化工原理第五版陈敏恒沉降分类和原理你知道沉降吗？嗯，就是那种物体从水面或液体中慢慢下沉的过程。
听起来有点简单对吧？可是要把它搞得透彻，可就得动动脑筋了！这不，咱们今天就来聊聊“沉降分类”和“沉降原理”，不过别担心，我会尽量让它变得有趣，免得你觉得像读课本一样枯燥无味。
相信我，化工原理其实挺有意思的，尤其是陈敏恒老师那本书里写的东西，简直就是化工的宝藏。
嗯，话说回来，沉降分类和原理可是我们学化工的基础啊，它跟咱们日常生活中其实有不少关系呢！你想象一下，刚刚下过雨的地方，泥水坑里是不是总能看到一些脏东西慢慢往下沉？有时候一阵风吹过，水面上可能还会漂浮着一些轻飘飘的东西，像是纸屑、叶子之类的。
其实这些小东西要是继续呆在水面上不沉下去，那可就麻烦了。
可是它们为什么会沉呢？原理就是“沉降力”！这就是我们今天要说的第一部分。
大家应该都知道，沉降其实是因为有一个力在起作用，这个力叫“重力”。
而根据不同的情况，这个力会影响物体以不同的速度下沉，嗯，简单来说就是，东西越重，下沉的速度越快；而那些轻飘飘的东西，下得慢。
所以这就引出了我们今天的主题——如何分类和理解这种现象。
沉降分类嘛，一般来说可以分为几种。
第一种呢，是“自由沉降”。
顾名思义，就是物体在液体里受重力作用，自由下沉。
像你把石头丢进水里，石头就“咕咚”一下沉下去了，这就属于自由沉降。
再有一种叫“阻力沉降”，顾名思义，阻力就是在做“干扰”。
为什么有些物体下沉得不快呢？这是因为液体给它们加了“拖油瓶”。
也就是说，液体的粘度越大，物体就越难下沉。
比如在蜂蜜里放个小石子，石头就下不去那么快，因为蜂蜜特别粘。
你要是在水里做这个实验，石头就能咕噜咕噜地掉下去。
别小看这些简单的实验，它们可是能够帮助你理解沉降的关键所在！还有一种叫“层流沉降”，这是物体在流体中沉降的同时，液体流动的方式也是分层的，就像你看水流一样，最上面一层最容易流动，底部的水就像是被卡住了似的，流得慢。
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含尘气入
气体出
• 混合气切向入
──向下做螺旋旋
外 旋
转运动，颗粒在合
流 力作用下向下旋转
的同时，沿壁面做
沉降运动
尘粒出
含尘气入
气体出
尘粒出
内 • 气体向下达锥筒底
旋 流
部附近，转而向上旋
转上升，由中心排气
外
旋 流
管排出──形成外旋
流、内旋流(气芯)
• 外旋流是主要除尘
区，只要颗粒在排出
──终端速度即等速阶段速度── 沉降速度ut
颗粒的沉降速度
球形颗粒
du
d
0
即
du
d
P P
g
3 4dP P
u 2
0
u
4 gd
P
P
t
3
——通式
d
u
Pt
•层流区(Stokes区) ——颗粒较小时
Re<2，
u
gd 2
P
P
——斯托克斯公式
ζ =24/Re， t
18
•过渡区(Allen区) ：
r 2 u2
g gr
rω2——离心加速度 g——重力加速度
u=rω : 流体和颗粒的切向速度
α ：是反映离心分离设备性能的重要指标。
分离： 气－固非均相物系——旋风分离器 固体悬浮液——沉降或离心机
旋风分离器 演示 旋风分离器是利用离心沉降原理从气流中分离颗粒的 设备。
结构与操作原理(标准旋风分离器)
2<Re<500， ζ =18.5/Re 0.6
•湍流区(Newton区) —— 颗粒较大时
500<Re<×105， ζ ≈0.44
d g
u 1.74
P
P
t
—— 牛顿公式
沉降速度ut计算方法 计算ut时需先知道所在沉降区域──选择相应式计算。
试差法
设在层流区
计算ut
Re判断
no 设在过渡区
yes
结束 通常微小颗粒的沉降一般属层流区(Stokes区)
沉降速度的影响因素
（1）干扰沉降 发生于颗粒之间距离很小的情况下。多发生于非均 相物系的沉降过程（物系内部有两个以上相）。
当颗粒浓度↑，浮力 ↑ ── ut↓
（2）端效应（器壁效应）
容器壁对颗粒沉降有阻止作用 ，使实际沉降速度
ut<自由沉降速度。当D容器>100dp,可忽略影响。
球形度： s
s sp
s ──球形表面积 sp ──颗粒（非球形）表面积
0＜ s＜1
（5）液滴或汽泡的运动
液滴或气泡在曳力和压力作用下产生变形，使FD↑ 内部流体环流── FD ↓
5.3 沉降分离设备
沉降条件
非均相混合物流 沿一定途经从设 备入口流向出口
相对运动颗 粒向底面(或 沉积面)沉降
条件 τ停≥τ沉
5.2.2 静止流体颗粒的自由沉降
自由沉降
任一颗粒的沉降不因流体中存在其他颗粒而受到干扰。 自由沉降发生在流体中颗粒湍流的情况下，一般认为 混合物中颗粒的体积百分数不超过0.2时的沉降可看 成是自由沉降。
颗粒在沉降过程中受力
重
重力
Fg
mg
1 6
πd
3 p
pg
力 场 中
浮力
曳力
Fb FD
m p Ap
粗颗粒，一般用于预除尘。
⑸ 由下式可以确定：
已知qv、dmin──确定室尺寸LB
qv Aut
已知qv、LB──确定能100%除去 的最小颗粒dmin
已知LB，当100%除去的最小粒径定后 ──确定室的最大处理能力qvmax
⑹ 所谓最大生产能力指：
一定处理量qv─→dmin 一定dmin─→qvmax ──多层扁平沉降室(一般u<0.3m/s，dp>50μm)
g 1π 6
u2
2
d p3
g
重力
离心力 Fc mr 2
离心力 浮力 场中 曳力
Fb
m
p
r 2
FD
Ap
u2
2
r ── 颗粒作圆周运动的旋转半径
FD Fb
r
Fc
运 动 方 向
ω
ω── 颗粒的旋转角速度 m ── 颗粒的质量，球形颗粒 ρp ── 颗粒密度
m
1 6
d
3 p
p
Ap
4
d
2 p
—
（3）分子运动 当颗粒直径小到可与流体分子的平均自由程相比拟 时，颗粒可穿过快速运动的流体分子之间，沉降速 度可大于按斯托克斯定律的计算值。
对于dp<0.5μm的颗粒，沉降将受到流体分子热运动的 影响。在这种情况下，流体已不能当作连续介质，上述
关于颗粒所受曳力的讨论的前提已不再成立。
（4）球形度
球形或近球形比圆球形沉降快。
— 垂 直 沉 降 方 向 上 的 投影 面 积
据牛顿第二运动定律 F ma
重力场：
Fg
Fb
FD
m
du
d
或
du
d
P P
g
AP
2m
u2
球形颗粒
du
d
P P
g
3 4d
PP
u 2
沉降阶段
重力
加速段 Fg>Fb+FD， du/dτ> 0 等速段 Fg=Fb+FD ， du/dτ= 0
── u=ut
在达出口前 颗粒能达到 底面或沉积 面则被分离
特征
ut↓──τ沉↑ 为使颗粒沉降 τ停↑──设备尺寸↑
根据力场的不同，分离设备可分为 重力沉降设备 离心沉降设备。
5.3.1 重力沉降设备
重力沉降：受重力作用而发生沉降的过程。适用于分 离较大颗粒。
降尘室(气固沉降设备) 演示
L
简化模型：
B
① 长：宽：高
降尘室的最大生产能力： qv Aut
L B
•u
H ut
AH H qv ut
讨论 ⑴ 由 qv Aut ， 降尘室生产能力只与降尘室底面 积及沉降速度有关，而与高度无关，因此降尘室一 般设计成扁平形； ⑵在降尘室内设置隔板可增大底面积，提高生产能力， 若加1层隔板，则 生产能力增加 1倍；
若加n层隔板，则 生产能力增加n倍，
增稠器
演示
——连续式沉降器 澄清液体 增稠悬浮液
一般用于大流量、低 浓度悬浮液的处理。
旋转齿耙
烟道除尘 演示
湍球塔除尘器 演示
文丘里除尘器 演示
静电除尘器 演示
悬浮液 稠浆
澄清液
5.3.2 离心沉降设备
沉降运动理论── 离心沉降过程
重力沉降速度低──设备庞大。为提高沉降速度，可
以利用离心力场。
离心分离因数
u
＝L：B：H;
•u
H
② 流量为qV m3/s的气体
ut
入沉降室，均匀分布在截面上，以u平行流向出口;
③ 入口端气体中颗粒均匀分布在截面上。
降尘室底面积 A L B
颗粒在室内 随气流运动 沉降运动
u
气体通过时间： r （停留时间）
AH qv
沉降时间：
t
H ut
满足沉降的条件： τr≥τt
则
qv Aut
qv (n 1) Aut
⑶ 沉降速度应按完全分离下来的最小颗粒直径计算； 分离颗粒的粒径 d 时d，min理论上可以100％沉降除去 。
需分离颗粒的粒径 d dm时in 的沉降百分率为：
小颗粒分离％＝H % ut t % ut %源自Hut tut
⑷ 降尘室分离效率低，适于分离直径大于50μm的