化工原理第三章
化工原理(第三章)
up=u－u0
u = 0，up = u0 流体静止，颗粒向下运动； up = 0，u = u0 ，颗粒静止地悬浮在流体中； u > u0 ， up > 0， 颗粒向上运动； u < u0， up < 0，颗粒向下运动。
4、非球形颗粒的几何特征与阻力系数
一般采用与球形颗粒相对比的当量直径来表征非球形颗粒的 主要几何特征。 等体积当量直径 deV 等表面积当量直径 deA
非均相 混合物 2.悬浮液 3.乳浊液 4.含尘（或雾）气体
第一节 筛分
一、颗粒的特征 颗粒的基本特征是大小（粒径）、形状和表面积。 二、颗粒群的特征 颗粒群的基本特征有料径分布、平均直径 三、筛分 1.筛分原理 2.筛的有效性与生产能力
第二节 沉降分离
一、重力沉降原理 1、自由沉降的定义 单个颗粒在无限大流体（容器直径大于颗粒直径的 100倍以上）中的降落过程。它的特点是颗粒间没有干扰。 2、颗粒的流体中的受力分析 在重力场中，颗粒自由沉降时共 受三个力的作用，即重力(Fg)、浮力 (Fb)和阻力(Ff)。 Fg= π d 3 ρs g Fb= π d 3 ρ g 6 6 π d 2 ρu2 Ff= ζ 4 2
例3－2 尘料的直径为30μm，密度为2000kg/m3，求它在空 气中做自由沉降时的沉降速度。空气的密度为1.2kg/m3，粘 度为0.0185Pa.s。 解：先假设沉降在层流区，由斯托克斯公式有： d2 (ρs－ ρ) g u0 = 18μ (30×10－6)2 (2000－1.2) ×9.81 = = 0.053(m/s) －3 18×0.0185×10 核验 30×10－6 ×0.053×1.2 du0ρ Re0 = = 0.103＜2 = －3 μ 0.0185×10
化工原理第三章
第三章机械分离概述一、机械分离的应用在工业生产中，有很多情况需要将混和物分离，原料需要经过提纯或净化之后才符合加工要求，产品或中间产品也需要提纯净化才能出售，废气、废液、废渣也需要提纯分离才符合排放标准。
混和物分离有均相混和物分离和非均相混和物分离。
本章介绍非均相混和物的沉降、过滤的基本单元操作。
以碳酸氢铵的生产为例，如图是它的流程示意图。
氨水与二氧化碳在碳化塔1内进行碳化反应之后，生成的是含有碳酸氢铵晶体的悬浮液，即为一种液体与固体微粒的混合物，然后通过离心机或过滤机2将固体和液体分离开。
但分离后的晶体中仍然含有少量的水分，因此，还要将分离后的晶体经气流干燥器4干燥，即使物料在热气流的带动下迅速通过气流干燥器，使晶体中所含有的水分汽化并除去。
由于这时的固体粒子分散在气相之中，又要通过旋风分离器6等装置将其与气相分离开，以得到最后的产品。
在这个过程中，包含着流体与固体粒子的分离、混合与输送等不同的操作，而这些操作中又有一个共同的特点，即流体与固体粒子之间具有相相对运动，同时还往往伴随有热量和质量的传递。
主要应用有：1）对固体粒子或流体作进一步加工；2）回收有价值的物质；3）除去对下一工序有害的物质；4）减少对环境的危害。
二、常见分离方法1）沉降分离法，利用两相密度差；2）过滤分离法，利用两个相对多孔介质穿透性的差异；3）静电分离法，利用两相带电性差异；4）湿洗分离法，气固穿过液体，固体黏附于液体而分离。
三、均相物系与非均相物系不同成分的物质以相同的相态均匀混合组成的稳定系统为均相物系，各种气体总能够均匀地混合成均一的相，如空气。
墨水、乙醇+水、汽油+柴油、盐水、糖水等等也是均相物系。
含有不同相态的物质系统组成的混和物系为非均相物系，如云雾（气相+液相）、烟尘（气相+固相）、乳浊液（两种液相）就是非均相物系。
水+苯、水+砂子，沙尘暴等都是非均相系的例子。
非均相物系是指物质系统中存在着两相或更多的相。
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。
化工原理第三章 沉降
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。
考研必备《化工原理》第三章：非均相混合物
(五) 助滤剂
当悬浮液中的颗粒很细时，过滤时 很容易堵死过滤介质的孔隙，或所形成 的滤饼在过滤的压力差作用下，孔隙很 小，阻力很大，使过滤困难。一般加入 助滤剂解决。 常用的助滤剂：硅藻土、珍珠岩、 石棉、炭粉、纸浆粉
34
二、过滤设备
( 一 ) 板框压滤机
35
板框压滤机是间歇式压滤机中应 用最广泛的一种。 此机是由多块滤板和滤框交替排 列而组成。板和框都用一对支耳 架在一对横梁上，可用压紧装置 压紧或拉开。 为了组装时便于区分，在板和框 的边上作不同的标记，非洗涤板 以一钮记，框以两钮记，洗涤板 以三钮记。
15
3. 过滤时当颗粒尺寸比 过滤介质孔径小时， 过滤开始会有部分颗 粒进入过滤介质孔道 里，迅速发生“架桥” 现象 4. 典型设备：板框压滤机 叶滤机 真空转筒过滤机 密闭加耙过滤机
16
五、筛分
1．筛分分析：用一组泰勒制标准筛 分析出混合颗粒的粒径分布。 每英寸长度上的孔数为筛子的目数 相临筛号的筛孔的直径比 2
rm 称为过滤介质的比阻，是单位厚度过滤介 质的阻力，其数值等于粘度为1Pa· s的滤液以 1m/s的平均速度穿过厚度为1m的过滤介质所 需的压力降。 52
p 为滤液通过滤饼层的压力降 为滤液的粘度
Lm 过滤介质的厚度
为单位体积滤液可得滤饼体积
de 为毛细孔道的平均直径 Rm 为过滤介质阻力，是过滤介质比
可测得混合颗粒大小的粒度分布 进行筛分时，将若干个一系列的筛按筛孔大 小的次序从上到下叠起来，筛孔尺寸最大的 放在最上面，筛孔最小的筛放在最下面，它 的底下放一无孔的底盘。 把要进行筛分的混合颗粒放在最上面的一个筛 中，将整叠筛均衡地摇动，较小的颗粒通过各 17 个筛的筛孔依次往下落。
化工原理内容概要-第3章
《化工原理》内容提要第三章传热1. 基本概念1）热传导：热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部分或传递的与之接触的温度较低的另一物体的过程，简称导热。
2）对流：在流体中，不同冷、热部位的流体各部分质点发生相对位移而引起的热量传递过程，简称对流。
3）热辐射：物质因热的原因而发出电磁辐射能的过程称为热辐射。
4）间壁式换热：冷热流体分别流过间壁两侧，通过间壁非直接接触进行传热。
5）稳态传热与非稳态传热：物体中各点温度不随时间变化的传热过程称为稳态传热，反之则为非稳态传热。
6）对流换热：流体与壁面间以对流方式为主，伴有流体分子热传导的传热过程。
7）温度场：某一瞬时，空间或物体内所有质点的温度分布。
8）等温面：同一时刻，温度场中所有温度相同的点相连而成的面。
9）等温线：不同等温面与同一平面相交的交线。
10）温度梯度：等温面某点的等温面法线方向上的温度变化率。
11）热导率：热导率在数值上等于温度梯度为1℃/m，单位时间通过单位导热面积的热量，表征物质的导热能力。
热导率与材料的组成、结构、温度、湿度、压强以及聚集状态等因素有关。
12）对流传热系数的影响因素：流体的物理性质；引起流动的原因；流体流动形态；流体的相态变化；传热面形状、大小及相对位置。
13）定性温度：流体在传热过程中存在温度变化，流体的物性参数也随之变化。
确定特征数中流体的物性参数(μ、ρ、λ、c p、u、l、β)数值的温度称为定性温度。
14）定性尺寸（特征尺寸）：直接影响对流给热过程的几何尺寸；代表传热面几何特征的长度量。
15）膜状冷凝：冷凝液能够润湿壁面并形成一层完整的液膜，蒸汽冷凝放出的潜热只能以导热的形式通过液膜后传给壁面。
膜状冷凝的热阻较大。
16）滴状冷凝：若蒸汽中混有油脂类物质，或者壁面被油脂沾污时，冷凝液不能全部润湿壁面，而是结成滴状小液珠从壁面落下，重又露出新的冷凝面，这种冷凝称为滴状冷凝，其热阻较膜状冷凝时的小。
17）液体沸腾时的对流传热：液体加热时，伴有液相变为气相产生汽泡的过程称为沸腾。
化工原理第三章
第三章 非均相物系的分离
由于非均相混合物的连续相和分散相存在着较 大物理性质（如密度、黏度等）的差异，故可采用 机械方法实现两相的分离，其方法是使分散相和连 续相产生相对运动。常用的非均相混合物的分离方 法有沉降、过滤、湿法除尘和静电分离等，本章重 点介绍沉降和过滤的操作原理及设备。
从图中可以看出，对球形颗粒（ϕs＝1），曲线按 Re值大致分为三个区域，各区域内的曲线可分别用相应 的关系式表达如下：
层流区或斯托克斯区（10-4< Re<1）
第一节 沉 降 分 离
3. 颗粒沉降速度的计算
将式(3-8)、式（3-9）及式（3-10）分别代入式（3-5），并 整理可得到球形颗粒在相应各区的沉降速度公式，即
化工原理
第三章 非均相物系的分离
沉降分离 过滤 离心机
第三章 非均相物系的分离
知识目标
掌握沉降分离和过滤设备（包括沉降室、旋风分离器、过滤机） 的设计或选型。理解沉降分离和过滤的原理、过程的计算、影响沉 降分离的因素及恒压过滤过程的计算。熟悉典型过滤设备的特点与 生产能力的计算以及提高过滤设备生产能力的途径及措施。了解其 他分离设备的结构与选型。
图3-1 沉淀粒子的受力情况
第一节 沉 降 分 离
第一节 沉 降 分 离
静止流体中颗粒的沉降速度一般经历加速和恒速两个阶段。 颗粒开始沉降的瞬间，初速度u为零，使得阻力为零，因此加速 度a为最大值；颗粒开始沉降后，阻力随速度u的增加而加大，加 速度a则相应减小，当速度达到某一值ut时，阻力、浮力与重力 平衡，颗粒所受合力为零，使加速度为零，此后颗粒的速度不再 变化，开始做速度为ut的匀速沉降运动。
化工原理,第三章
3）器壁效应
当器壁尺寸远远大于颗粒尺寸时，（例如在100倍以上） 容器效应可忽略，否则需加以考虑。
ut
'
ut d 1 2.1 D
4）颗粒形状的影响
球形度 s
S Sp
对于球形颗粒，φs=1，颗粒形状与球形的差异愈大，球形 度φs值愈低。 对于非球形颗粒，雷诺准数Ret中的直径要用当量直径de代
Ret ut
ut
d
2
s g
18
Ret
d
3
s g
18
2
K
3
18
当Ret=1时K=2.62，此值即为斯托克斯区的上限
牛顿定律区的下限K值为69.1
例3-2：试计算直径为95μm，密度为3000kg/m3 的固体颗
粒分别在20℃的空气和水中的自由沉降速度。 解：1）在20℃水中的沉降。 用试差法计算 先假设颗粒在滞流区内沉降 ，
ut
Ret
d
计算在一定介质中具有某一沉降速度ut的颗粒的直径，
令ζ与Ret-1相乘，
Ret 4 ( s ) g 3 ut
2
1
2
ζ Ret-1～Ret关系绘成曲线 ，由ζ Ret-1值查得Ret的值，
再根据沉降速度ut值计算d。
d
3）无因次数群K也可以判别流型
1、床层简化模型
1）颗粒床层由许多平行的细管组成，孔道长度与床层高
度成正比；
2）孔道内表面积之和 = 全部颗粒的外表面积； 3）孔道内全部流动空间 = 床层中空隙的体积；
根据模型：
L
u (a)
u (b)
p f
L u1 d eb 2
化工原理第三章主要内容
第三章 机械分离均相混合物：物系内部各处物料性质均匀且不存在相界面。
非均相混合物：物系内部有隔开两相的界面存在且界面两侧物料性质截然不同。
连续相 (分散介质) ：处于连续状态且包围着分散相的物质分散相(分散物质)：处于分散状态、分散于流体中的物质第二节 沉降分离沉降：在某种力场中利用分散相和连续相之间的密度差异，使之发生相对运动而实现分离的过程。
重力沉降：分离效率低，可分离较大颗粒离心沉降：分离效率高，可分离较小颗粒一 重力沉降原理（一）自由沉降1、沉降速度受力：重力、浮力、阻（曳）力加速阶段、等速阶段沉降速度u 0：等速阶段中颗粒相对与流体的运动速度。
u 0∝ d, ρs , 1/ξ2、阻力系数ξ(1) 滞流区或斯托克斯(stokes)区（10 –4＜R e0<0.3）——斯托克斯公式 (2) 过渡区或阿伦定律区（Allen ）（2＜R e0<500）——阿伦公式(3) 滞流区或牛顿区（Nuton ）（500＜R e0 ＜ 2×105）——牛顿公式(4) R e0 > 2×105，ξ急剧↓，R e0（二）干扰沉降影响沉降速度的因素1）颗粒的体积浓度2）器壁效应3）颗粒形状的影响式中S －球形颗粒的表面积S p －等体积非球形颗粒的表面积球形颗粒φs=1；颗粒形状与球形的差异愈大，φs 值愈低；对于非球形颗粒，φs 愈小，阻力系数ξ愈大。
（三）沉降速度的计算（四）分级沉降含有两种直径不同(密度相同)或密度不同（粒径相同）的混合物，可用分级沉降方法加以分离。
0u =0e 00(R ),Re du f ρζμ==024R e ζ=()2018s d u ρρμ-=0.618.5R e t ξ=0u =0.44ξ=0u =0.1ξ≈s p S S ϕ=球形度二、重力沉降分离设备（一）降尘室：处理含尘气体1、降尘室的结构2、降尘室的生产能力Vs定义：降尘室所处理的含尘气体的体积流量，m3/s。
化工原理上册 第3章 流体相对颗粒(床层)的流动及机械分离
τm
AP
(a)
(b)
(c)
图3-5 物体的不同形状和位向对曳力的影响 （a）-平板平行于流向；（b）-平板垂直于流向；（c）-流线型物体
水平方向，颗粒所受曳力：
颗粒微元： dFD p cosdA w sindA
总曳力：FD p cosdA w sindA
A
A
Pcosa dA PdA
τwdA
aB
A VB
V
A a(1 ) (1 )
aB a
3.3 流体和颗粒的相对运动
流体和颗粒相对运动的情况：
① 颗粒静止，流体绕过颗粒流动； ② 流体静止，颗粒流动； ③ 颗粒和流体都运动，维持一定相对速度。
3.3.1 流体绕过颗粒的流动
(1) 曳力 阻力：颗粒对流体的作用力 曳力：流体对颗粒的作用力
② 非球形颗粒的曳力系数 计算方法： ◇ 近似用球形颗粒公式，ds→da 或 dv ◇ 实测ξ-Rep 关系（书P168 图3.3.2）
3.3.2 颗粒在流体中的流动
(1) 颗粒在力场中的受力分析
Fb
① 质量力 Fe mae Vs sae
②
浮力
Fb
m
s
ae
Vs ae
③
曳力
FD
AP
1 2
u 2
1
)3
( 6dV2 / a )1/3 ( 6dV2 )1/3
a
因此， dV
6
a
2）等比表面积当量直径 da 指：与非球形颗粒比表面积相等的球形颗粒的直径
a
as
d
2 s
6
d
3 s
6/ ds
da
因此，da 6 / a
化工原理 第三章 非均相物系的分离
集尘斗
降尘室
含尘气体
净化气体
ut
u
降尘室工作原理:
H 沉降时间： t ut L 停留时间： u
分离条件：
L H t u ut
——降尘室使颗粒沉降条件
降尘室的生产能力:
L H u ut
u Vs
HbL H Vs ut ( Hb)
Vs bLut
沉降分离：借助某种外力的作用，利用分散物质与 分散介质的密度差异使之发生相对运动而分离的 过程。
沉降方式:
重力沉降
作用力是重力
离心沉降
作用力是惯性离心力
一、重力沉降速度
1.球形颗粒的自由沉降： 受力分析
π 3 重力：Fg d s g 6 π 3 浮力：Fb d ρg 6
Fb
Fg
s
3）影响沉降速度的因素(以层流区为例)
1) 颗粒直径d:
水净化，加入絮凝剂（明矾）。
d 2 (s )g ut 18
啤酒生产，采用絮状酵母，d↑→ut↑，易于分离和澄清。
2) 连续相的粘度：
加酶：清饮料中添加果胶酶，使 ↓→ut↑，易于分离。 增稠：浓饮料中添加增稠剂，使 ↑→ut↓，不易分层。
已知ut 求d
ut3 2 令K' (s ) g 滞流区：Re t dut
18ut3 2 18 K ' 1 (s ) g ut3 2 K' 1000 2 2 1.74 ( s ) g 1.74
K ' 0.0556 湍流区：Re t dut
第二节颗粒及颗粒床层的特性
一、颗粒的特性（形状，体积和表面积） 1、单一颗粒特性 （1）球形颗粒
化工原理第三章(概述、重力沉降)
附录查得，水在20℃时 ρ＝998.2kg/m3，μ=1.005×10-3Pa.s
ut
95 10 3000 998.2 9.81 9.797 10
6 2
－3
18 1.005 10
3
(m / s )
核算流型：
Re d p ut
95 10 6 9.797 10 3 998.2 0.9244 2 3 1.005 10
3 d P g
2 d P u 2
4
2
0
由此可解出沉降速度：
ut
4 gd P P 3
——沉降速度基本计算式
2013-7-14
（1）颗粒从静止开始作沉降运动时，分为加速和匀 速两个阶段； （2）对于小颗粒，加速阶段时间很短，通常忽略， 可以认为沉降过程是匀速的。 （3）颗粒便作匀速运动时的速度 称为沉降速度。
和连续介质分别是什么？
2013-7-14
四、非均相物系的分离方法
一般可用机械方法加以分离，故又称机械分离。
常用的机械分离方法有：
（1）沉降分离法；
（2）过滤分离法；
（3）液体洗涤（湿法）分离法；
（4）静电除尘法；
（5）惯性力除尘法。
【说明】需根据分离对象确定分离方法。
2013-7-14
五、非均相物系分离的作用
去转化器
电除尘器
泡沫塔
二氧化硫除尘净化工艺流程简图
2013-7-14
水处理工艺流程图
2013-7-14
污水处理工艺流程图
2013-7-14
六、颗粒与流体相对运动时所受到的阻力
1、三种相对运动形式
化工原理第三章PPT
1 重力沉降
重力： 浮力： Fg Fb 6 6 4 d
2
d sg
3
阻力Fd 浮力Fb
d g
3
阻力：
Fd
u 2
2
6
d ( s )
3
4
d
2
u t 2
2
ut
4 d ( s )g 3
V2=KA2θ
q2=Kθ
• 例 拟在9.81kPa的恒定压强差下过滤悬浮于水中直径为 0.1mm的球形颗粒物质，悬浮液中固相体积分率为10%， 水的粘度为1×10-3Pa· s。过滤过程介质阻力不计，滤饼为 不可压缩滤饼，其空隙率为60%，过滤机过滤面积为10m2， 计算：(1)得到15m3滤液时需过滤时间；(2)若将过滤时间 延长一倍时，可得滤液共为若干? • 例 在100KPa的恒压下过滤某悬浮液，温度30℃，过滤 14 2 1 10 m 面积为40m2 ，并已知滤渣的比阻为 , υ值为 0.05m3/m-3。过滤介质的阻力忽略不计，滤渣为不可压 缩，试求：(1)要获得10m3滤液需要多少过滤时间？(2)若 仅将过滤时间延长一倍，又可以再获得多少滤液？(3)若 仅将过滤压差增加一倍，同样获得10m3滤液时又需要多 少过滤时间？
6.6 恒压过滤 (V+Ve)2=KA2(θ＋θe)
(q+qe)2=K(θ＋θe)
总结：恒压过滤方程式
以绝对滤液量为基准
(V+Ve)2=KA2(θ＋θe) V2+2VeV =KA2θe
以相对滤液量为基准
(q+qe)2=K(θ＋θe) q2+2qeq =Kθe qe=Kθe
化工原理：第三章 机械分离
(非均相混合物的分离)
1
返回
3-1 引言
一、机械分离 通过机械力（重力、离心力或压差）分离
非均相混合物的单元操作。 二、机械分离的目的及重要性 1. 使原料得到提纯和净化 2. 获得中间产品或成品 3. 回收有用物质 4. 机械分离在环境保护方面具有重要的作用 三、机械分离的常用方法 1. 筛分 2. 沉降 3. 过滤
因为沉降依据的有重力或离心力，
重力沉降 所以沉降又可分为
离心沉降
3
返回
（一）重力沉降原理—沉降速度
一 固体颗粒在流体中的沉降运动
1．颗粒沉降运动中的受力分析
d，s的球形颗粒
(1) 作用力
重力
6
d3sg
离心力
6
d
3 s ar
6
d 3s
ut2 r
4
返回
(2) 浮力 重力场 d 3g
6
(3)阻力
离心力场 d 3 ut2
都能提高除尘室的分离效率
对气体p
pM RT
,Vs
ms
21
返回
三 离心沉降设备
重力沉降的不足与离心沉降的优势
设备体积小而分离效率高
3-9．旋风分离器
一、构造与工作原理
圆筒、圆锥、矩形切线入口
气流获得旋转 向下锥口 向上，气芯
顶部中央排气口
22
返回
颗粒器壁滑落 各部分尺寸——按比例 (见教材) 二、旋风分离器的主要性能 1、分离性能——评价分离性能的两种不同方式有
② 作用力的方向不同 重力沉降 方向指向地心
离心沉降 方向沿旋转半径从中
心指向 ur 的方向
③ 重力沉降速度是颗粒运动的绝对速度
化工原理 第三章 非均相物系的分离和固体流态化.
' 4.17 0.29
Reb
pf L
1 2 a2u
4.17
3
1 au2
0.29 3
6 a
sde
pf L
1 2 u 150 3 sde 2
1 u2
1.75
3 sde
Reb
3
pf L
1 2 u 150 3 sde 2
Reb
100
pf L
1 u2 1.75 3 sde
第三章 非均相物系分离和固体流态化
目的→基于流体 力学（颗粒与流 体间的相对运 动），掌握非均 相物系的机械分 离方法、过程计 算及其典型设备 的结构、特性和 选型。
非均相物系 概念
颗粒和颗粒床层特性
非均相物系的
沉降
分离和固体流 机械分离
态化
过滤
固体流态化
概念－非均相物系
1. 非均相物系 ① 非均相物系
均相混合物 （均相物系）
溶液与混合气体
混合物
分散物质 固体颗粒、液滴或气泡
非均相混合物 （分散相）
（非均相物系） 分散介质 气态非均相物系（含尘气体）
（连续相） 液态非均相物系（悬浮液）
概念－非均相物系
② 非均相物系的分离方法 沉降→颗粒相对于流体(静止或运动)运动而实现悬 浮物系分离，作用力是重力或离心力。
1/100 0.0042 0.0058 in或147 μm
概念－颗粒
② 颗粒群的平均粒径 颗粒群的平均粒径→常用平均比表面积直径，即Sauter直径。
k
da2
6
da3
ni di2
i 1
k i 1
ni
6
di3
xi K nisdi3
化工原理第三章-流体输送与流体输送机械
0.5m
d
− p真 + g (H + 0.5) u 0 = 2 ρ
当水箱内的水排空，即 H=0 时，由上式算得导管内流 速 u0=1.50 m/s，所以水箱内的水能全部排出。所需时 间为
【例3-2】
⌠ 2 D − dH 2 × 1.0 2 t= 2 = × 16.95 − 2.24 = 420s 2 d − p真 9.81 × 0.03 + g (H + 0.5) ⌡1.5 2 ρ
3.2.2 管路计算的类型 qV一定， d∝1/u1/2（u=4qV/πd2）。 u↓，d↑，设备费用↑； u↑，d↓，操作费用↑；但 u 过小时， 维修费↑。
某些流体在管道中常用流速范围
流体种类及状况 水及一般液体 粘度较大的液体 低压气体 易燃、易爆的低压 气体（如乙炔等） 常用流速范围 m/s 1~3 0.5~1 8~15 <8 流体种类及状况 压力较高的气体 饱和水蒸气： 8大气压以下 3大气压以下 过热水蒸气 40~60 20~40 30~50 总费用 费用 操作费 设备费 uopt u
3.3.1 简单管路
简单管路的基本特点 u1 u2 u3
Байду номын сангаас
(1) 通过各段管路的质量流量相等
w = V 1 ρ 1 = V 2 ρ 2 = L = 常数
对于不可压缩流体，体积流量也相等
V = V 1 = V 2 = L = 常数
u1 A1 = u 2 A2 = L = 常数
(2) 全管路的流动阻力损失为各段直管阻力损失及所有 局部阻力之和
p a − p真
p真
D 1.5m
H
0.5m
2
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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、填空题：1.（2分）悬浮液属液态非均相物系，其中分散相是指______；分散介质是指 __________。
2.（3分）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____________ 。
3.（2分）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。
4.（3分）气体的净制按操作原理可分为________， _______， ______.旋风分离器属_____________ 。
5.（2分）过滤是一种分离悬浮在____________________的操作。
6.（2分）悬浮液中加入助滤剂进行过滤的目的是__________________ __________________。
7.（2分） 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_______ 。
8.（3分）某板框压滤机的框的尺寸为：长×宽×厚=810×810×25 mm ，若该机有10块框，其过滤面积约为_______________ m 2。
9.（3分）转鼓真空过滤机，转鼓每旋转一周，过滤面积，的任一部分都顺次经历___________________________________等五个阶段。
10.（3分） 离心分离因数是指_________________________________。
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。
1、一球形石英颗粒，分别在空气和水中按斯托克斯定律沉降，若系统温度升高，则其在水中的沉降速度将 ，在空气中的沉降速度将 。
2、在滞流(层流)区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 次方成正比。
23、降尘室的生产能力与降尘室的 和 有关。
4、已知某沉降室在操作条件下的气体流率为3600m 3/h ，沉降室长、宽、高尺寸为L H b ⨯⨯=5m×3m×2m,则其沉降速度为 s m /。
6、若降尘室的高度增加，则沉降时间 ，气流速度 ，生产能力 。
增加；7、一降尘室长8m ，宽4m ，高1.5m ，中间装有14块隔板，隔板间距为0.1m 。
现颗粒最小直径为12μm ，其沉降速度为0.02 m/s ，欲将最小直径的颗粒全部沉降下来， 则含尘气体的最大流速不能超过 m/s 。
8、在旋风分离器中，某球形颗粒的旋转半径为0.4 m, 切向速度为15 m/s 。
当颗粒与流体的相对运动属层流时，其分离因数C K 为 。
9、选择旋风分离器型式及决定其主要尺寸的根据是 ； ； 。
11、已知q 为单位过滤面积所得滤液体积V/A ，q e 为V e /A ，V e 为过滤介质的当量滤液体积(滤液体积为V e 时所形成的滤饼层的阻力等于过滤介质的阻力)，在恒压过滤时，测得Δτ/Δq=3740q+200 则过滤常数K = （ ）。
12、实现过滤操作的外力可以是 、 或 。
13、在饼层过滤中，真正发挥拦截颗粒作用的主要是 而不是 。
14、对恒压过滤，当过滤面积增大一倍，如介质阻力可以忽略，获得相同滤液体积时，则过滤速率增大为原来的 倍。
15、用板框式过滤机进行恒压过滤操作，随着过滤时间的增加，滤液量 ，生产能力 。
16、对恒压过滤，介质阻力可以忽略时，过滤量增大一倍，则过滤速率为原来的 。
1.描述单个非球形颗粒的形状和大小的主要参数为 、 。
2.固体颗粒在气体中自由沉降时所受的力有 力、 力和 力。
固体颗粒的自由沉降分为 阶段和 阶段。
3.沉降速度是指 ，此速度亦称为 速度。
5.降尘室的设计原则是 时间大于等于 时间。
6.理论上降尘室的生产能力与 和 有关，而与 无关。
7.分离因数的定义式为 。
如果颗粒在离心力场内作圆周运动，其旋转半径为0.2m ，切线速度为20s m ，则其分离因数为 。
9.旋风分离器的分割粒径50d 是 。
10.描述固体颗粒床层特性的主要参数有 、 、 和 。
11.过滤方式主要有 、 和 。
12.板框过滤机由mm mm mm 25810810⨯⨯的20个框组成，则其过滤面积为 。
13.板框过滤机处理某悬浮液，已知过滤终了时的过滤速率E d dV )(θ为0.04m 3，现采用横穿洗涤法洗涤10min ，洗涤时操作压力差与过滤时相同，洗水和滤液为相同温度的水，则洗涤速率w d dV )(θ为 ，所消耗的洗水体积为 。
15.用叶滤机过滤固含量10%（体积分数）的某悬浮液，已知形成的滤饼的空隙率为50%，则滤饼体积与滤液体积之比ν= 。
16.根据分离因数可将离心机分为 、 和 。
17.流体通过固体颗粒床层时，当气速大于 速度、小于 速度时，固体颗粒床层为流化床。
18.流化床的两种流化形式为 和 。
19.流化床的不正常现象有 和 。
20.气力输送按气流压力分类，可分为 和 。
按气流中固相浓度分类。
可分为 和 。
二、选择题1、 一密度为7800 kg/m 3 的小钢球在相对密度为1.2的某液体中的自由沉降速度为在20℃水（粘度为1.005cP ）中沉降速度的1/4000，则此溶液的粘度为 （设沉降区为层流）。
⋅A 4000 mPa·s ； ⋅B 40 mPa·s ； ⋅C 33.82 Pa·s ； ⋅D 3902 mPa·s2、含尘气体在降尘室内按斯托克斯定律进行沉降。
理论上能完全除去30μm 的粒子，现气体处理量增大1倍，沉降仍在斯托克斯区内，则该降尘室理论上能完全除去的最小粒径为 。
A ．m μ302⨯；B 。
m μ32/1⨯；C 。
m μ30；D 。
m μ302⨯3、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。
4、降尘室的特点是 。
A．结构简单，流体阻力小，分离效率高，但体积庞大；B．结构简单，分离效率高，但流体阻力大，体积庞大；C．结构简单，分离效率高，体积小，但流体阻力大；D．结构简单，流体阻力小，但体积庞大，分离效率低5、在降尘室中，尘粒的沉降速度与下列因素无关。
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6、在讨论旋风分离器分离性能时，临界粒径这一术语是指。
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7、旋风分离器的总的分离效率是指。
A. 颗粒群中具有平均直径的粒子的分离效率;B. 颗粒群中最小粒子的分离效率;C. 不同粒级(直径范围)粒子分离效率之和;D. 全部颗粒中被分离下来的部分所占的质量分率8、对标准旋风分离器系列，下述说法哪一个是正确的。
A．尺寸大，则处理量大，但压降也大；B．尺寸大，则分离效率高，且压降小；C．尺寸小，则处理量小，分离效率高；D．尺寸小，则分离效率差，且压降大。
9、恒压过滤时，如滤饼不可压缩，介质阻力可忽略，当操作压差增加1倍，则过滤速率为原来的。
A. 1 倍；B. 2 倍；C.2倍；D.1/2倍10、助滤剂应具有以下性质。
A. 颗粒均匀、柔软、可压缩;B. 颗粒均匀、坚硬、不可压缩;C. 粒度分布广、坚硬、不可压缩;D. 颗粒均匀、可压缩、易变形11、助滤剂的作用是。
A．降低滤液粘度，减少流动阻力；B．形成疏松饼层，使滤液得以畅流；C．帮助介质拦截固体颗粒；D．使得滤饼密实并具有一定的刚性12、下面哪一个是转筒真空过滤机的特点。
A．面积大，处理量大；B．面积小，处理量大；C．压差小，处理量小；D．压差大，面积小13、以下说法是正确的。
A. 过滤速率与A(过滤面积)成正比;B. 过滤速率与A2成正比;C. 过滤速率与滤液体积成正比;D. 过滤速率与滤布阻力成反比14、恒压过滤，如介质阻力不计，滤饼不可压缩，过滤压差增大一倍时，同一过滤时刻所得滤液量。
A.增大至原来的2倍;B. 增大至原来的4倍;C. 增大至原来的倍;D. 增大至原来的1.5倍15、过滤推动力一般是指。
A．过滤介质两边的压差；B. 过滤介质与滤饼构成的过滤层两边的压差; C. 滤饼两面的压差; D. 液体进出过滤机的压差16、恒压板框过滤机，当操作压差增大1倍时，则在同样的时间里所得滤液量将 （忽略介质阻力） 。
A ．增大至原来的2倍；B ．增大至原来的 2倍 ；Ｃ．增大至原来的 4 倍； D ．不变1.颗粒的球形度越（ ），说明颗粒越接近于球形。
A.接近0；B.接近1；C.大； Ｄ.小６.颗粒在静止的流体中沉降时，在相同的t Re 下，颗粒的球形度越小，阻力系数（ ）。
Ａ.越大； Ｂ.越小； Ｃ.不变； Ｄ.不确定７.沉降室的设计中，应保证气体在降尘室内的流动处于（ ）。
Ａ.层流； Ｂ.过渡流； Ｃ.湍流； D.无限制8.含尘气体通过边长4m ，宽为2m ，高位1m 的降尘室，若颗粒的沉降速度为s m 2.0，则降尘室的生产能力为（ ）。
A.s m 34； B. m 34.2； C. s m 36； D. m 36.110.若过滤和洗涤时操作压力差相同，洗水黏度和滤液黏度相同。
板框过滤机，采用横穿洗涤法洗涤滤饼，洗涤速率等于（ ）倍过滤终了时速率。
叶滤机采用置换洗涤法，洗涤速率等于（ ）倍过滤终了时速率。
A.1；B.2；C.0.5；D.0.2511.叶滤机在Pa 5102.1⨯表压下操作时，过滤常数s m K 25102-⨯=；若把操作压力加大到Pa 5104.2⨯表压，此时的过滤常数K 为（ ）s m2。
假设滤饼不可压缩。
A.5102-⨯； B. 5104-⨯； C. 5101-⨯； D. 5101.3-⨯12.理想流化床，随着气速的增大，床层高度（ ），床层压降（ ）。
Ａ.增加； Ｂ.减小； Ｃ.不变； Ｄ.不确定1.（2分） 欲提高降尘宝的生产能力，主要的措施是（ ）。
A. 提高降尘宝的高度；B. 延长沉降时间；C. 增大沉降面积2.（2分）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。
A. 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.（2分）旋风分离器的临界粒径是指能完全分离出来的（ ）粒径。
A. 最小；B. 最大；C. 平均；4.（2分） 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。