化工单元操作任务一 重力沉降

（2） 沉降槽（澄清器，增稠器，浓缩器）
连续式沉降槽示意图 适用于大流量、低浓度的悬浮液的分离。
沉降槽
沉降槽优缺点
沉降槽适于处理颗粒不太小、浓度不太高，但处理量 较大的悬浮液的分离。这种设备具有结构简单，可连续操
作且增稠物浓度较均匀的优点，缺点是设备庞大，占地面
积大、分离效率较低。
练习题
一、单项选择题
d 1.6 2.94 107 d 8.27 105 m
Ret d ut

8.27 105 0.694 0.6 ＝ 1.14 1 3 105
假设成立，所以 d 8.27 105 m 82.7m

提高沉降室效率的主要途径
解：先假定沉降在层流区进行，故可以用式（Ⅱ）计算: 6 s 1020 kg m3 已知：d p 15m 1510 m,
1.00510 Pa s 查出20℃的水的 998.2kg m , d 2 (s )g 代入式 ut 得： 18 (15 106 ) 2 (1020 998.2) 6 1 ut 9 . 807 2 . 66 10 m s 18 1.005 103 dut 15 106 2.66 106 998.2 R 检验 et 值 Ret 3.96 105 1 3 1.005 10
1
3 粘度 0.893710 Pa s
18 0.8937 103 0.01 2 d [ ] 2.02 104 m (1400 997) 9.807
检验 Ret 值： Ret
dut
2.02 104 0.01 997 2.25 1 0.8937 103
2 2
(2)浮力：Fb

d 3 g ,
由于是匀速运动，合力为零：
Fg Fb Fd

6
d s g
3

6
d g
3

4
d
2
u t2
2
4d ( s ) g …………（Ⅰ） ut 3
(二)阻力系数： f ( Ret , s )，Ret
dut
………………（Ⅳ）牛顿定律
ut 1.74
(三)沉降速度计算：
d (s )g

试差步骤：假设流型→采用对应公式计算 u t →校核 Ret 及流型
3、重力沉降计算举例 例题1-1： 有一玉米淀粉水悬浮液，温度20℃，淀粉颗粒平均直径为 15μm，淀粉颗粒吸水后的密度为1020kg· m-3 ，试求颗粒的沉降速度。
Vs l u ut H b H
Vs l b ut
…………（Ⅴ）
解：由式（Ⅴ）可知
ut
d (s )g 假定沉降在层流区，由式（Ⅱ）得： ut 18 d ut 9.21 105 0.694 0.6 18 3 105 0.694 5 ＝ 1.28 1 d ＝9.21 10 m Ret 5 3 10 4500 9.81
(一)球形颗粒沉降速度计算式推导： (1)重力： Fg mg d 3 s g ， 6 N ；
N ； 图1-1 颗粒在流 6 2 2 u F u F 体中的受力情况 p (3)阻力： hf t hf d t d 2 A 2 A
u u Fd A t d 2 t 2 4 2
3 3
6 1 假设相符，故算得的 ut 2.6610 m s
正确
例题1-2：有一温度为25℃的水悬浮液，其中固体颗粒的密度为 1400kg· m-3 ，现测得其沉降速度为0.01 m· s-1 ，试求固体颗粒的直径。
解：假设粒子在滞流区沉降，故可以用式（Ⅱ）求出其直径： s 1400 kg m3 已知：ut 0.01m s 1 , 查出25℃水的密度 997kg m 3 18ut 1 ] 2 式得： 代入 d [ (s )g
1、颗粒在空气中的自由沉降速度
颗粒在水中自由
沉降速度。 A.大于 B.等于
C.小于
D.无法判断
2、降尘室中，为完全分离某颗粒，其颗粒沉降时间 应——气体停留时间。 A 大于 B小于、等于
1A 2B
二、填空题 1、固体颗粒在空气中自由沉降，颗粒受——、—— 和——三种力的作用。其沉降速度为————。 2、沉降可分为——沉降和——沉降两大类。

降低沉降室内气流速度 增加沉降室长度 降低沉降室高度
不同粉尘的最高允许气流速度

沉降室内的气流速度一般为0.3～2.0m/s
降尘室的形状：即对一定气－固混合物，降尘室最大 的处理能力只取决于降尘室的底面积与速度ut，而与
高度H无关。
降尘室：扁平状。 降尘室的优缺点： 优点：结构简单、费用低，阻力损失小，易清理。 缺点：体积大、耗时长（沉降速度小）。 分离效率低，常作预除尘（及颗粒大、含量高时） 使用。如除去铁矿石燃烧产生SO2中的灰尘。

图1-2

－Ret关系曲线
非球形颗粒的形状可用球形度s 来描述。
s
S Sp
s—— 球形度；
S —— 颗粒的表面积，m2； Sp—— 与颗粒体积相等的圆球的表面积，m2。

对于
s＝1（球形度）的球形颗粒，由图1-2可知：

d 2 (s )g ∴ ut 18
24 Ret
重设正确
4、影响重力沉降速度的因素
① 颗粒形状
同一性质的固体颗粒，非球形颗粒的沉降阻力比球形颗
粒的大的多，因此其沉降速度较球形颗粒的要小一些。 ② 干扰沉降 当颗粒的体积浓度>0.2% 时，干扰沉降不容忽视。 ③ 器壁效应
当容器较小时，容器的壁面和底面均能增加颗粒沉降时
的曳力，使颗粒的实际沉降速度较自由沉降速度低。
降尘室平面运动图
降尘室的生产能力
多层降尘室的生产能力为：
降尘室
气体通过降尘室的停留时间 l u 颗粒在降尘室的沉降时间
t
H ut
图6-3
降尘室示意图
t 时，才可沉降
l H 或 u ut
降尘室计算举例 【例6-3】 某除尘室高2m、宽2m、长5m，用于矿石焙烧炉的炉气除尘。 3 矿尘的密度为4500 kg m ，其形状近于圆球。操作条件下气体流量为 25000 m 3 h 1 ，气体密度为0.6 kg m3 、粘度为 3 105 Pa s。 试求理论上能完全除去的最小矿粒直径。
Vs 25000/ 3600 0.694m s 1 bl 25 2
证明不在层流区，再假定在过渡区 d (s )g 0.6 u 0 . 27 R et 由式（Ⅲ）得： t
(0.694 ) 2 (0.27 ) 2 d 4500 9.81 d 0.694 0.6 0.6 （ ） 5 0.6 3 10
4 (1)层流区， 10 Ret 1
…………………（Ⅱ）斯托克斯定律
(2)过渡区， 1 Ret 10
，
3


18.5 Ret
， ，
0.6
0.6
∴ ut 0.27
d (s )g
Ret
……………（Ⅲ）阿仑定律
5 (3)湍流区， 1000 Ret 2 10
0.44
一、非均相物系的分离
1、非均相物系：存在相界面。对悬浮物有分散相与连续相。 2、非均相分离的分类 均相物系——传质操作（如蒸馏、吸收、萃取、干燥等） 非均相物系——机械操作（如沉降、过滤等） 3、常见非均相物系的分离操作 1）沉降：物系置于力场，两相沿受力方向产生相对运动而分离， 即沉降。 2）过滤：利用多孔的介质，将颗粒截留于介质上方达到液体与 固体分离。 3）湿法净制：“洗涤”气体 4）静电除尘：高压直流电场中，带电粒子定向运动，聚集分离。
项目六 其他单元操作技术
任课教师：苏小莉
项目六 其他单元操作技术



任务一 重力沉降 任务二 离心沉降 任务三 过滤操作技术 任务四 板框过滤机过滤常数的测定 任务五 萃取塔单元仿真 任务六 膜分离技术 任务七 冷冻技术 任务八 结晶操作
任务一 重力沉降

非均相物系的分离 重力沉降 重力沉降设备
与原假设不符，故重设固体颗粒在过渡区沉降，即应用式（Ⅲ）求解： d (1400 997) 9.81 d ( s ) g 0.6 0.01 0.27 (2.25) 0.6 ut 0.27 Ret 997
解出：
d 2.13 104 m
Ret
dut

2.13 104 0.01 997 2.37 0.8937 103
1、浮力、重力、阻力
2沉降设备主要 有——。 4、降尘室为气固两相分离设备，它的生产能力与该 设备的——有关，——无关。
3降尘室 旋风分离器 4面积 高
三、重力沉降设备
（1）降尘室：分离气——固混合物。
重力沉降从气流中除去尘粒的设备称为降尘室
（2）沉降槽：分离液——固混合物
重力沉降从悬浮液中分离出固体颗粒的设备称为沉降槽。 如用于低浓度悬浮液分离时亦称为澄清器；用于中等浓度 悬浮液的浓缩时，常称为浓缩器或增稠器。
（1） 降尘室
构造图
降尘室平面图
二、重力沉降
1、重力沉降分类
球形颗粒的自由沉降 颗粒在重力沉降过程中不受周围颗粒和器壁的影响，
称为自由沉降。
球形颗粒的干扰沉降
固体颗粒在重力沉降过程中，因颗粒之间的相互影响
而使颗粒不能正常沉降的过程称为干扰沉降。
2、重力沉降速度
ut
自由沉降速度：单一颗粒或充分分散的颗粒群（颗粒间 不接触）在粘性流体中沉降。 重力沉降速度——指自由沉降达匀速沉降时的速度。