(优选)制药工程原理与设备沉降与过滤

Sp
(3)比表面积当量直径:比表面积等于实际颗料比表面积的球形颗粒的直
da
6 ap
(4)形状系数：亦称球形度，用于表征颗粒的形状与球形的差异程度。
它定义为体积与实际颗粒相等时球形颗粒表面积与实际颗粒的表面
积之比，即：
s
S Sp
第二节 颗粒沉降的阻力
二、颗粒群的特性
粒度分布 -----频率分布曲线（见下图）、累计分布曲线(如图3-1所示)。
频率分布曲线
二、颗粒群的特性
平均直径
长度平均直径
d Lm
n1d1 n2d2 n1 n2
n3d3 nkdk n3 nk
k
nidi
i 1
k
ni
i 1
表面积平均直径----每个颗粒平均表面积等于全部颗粒的表面积之
和除以颗粒的总数
k
k
dAm
ni
d
2 i
ni
i 1
i 1
体积平均直径 ----每个颗粒平均体积等于全部颗粒的体积之
❖ 壁效应：当颗粒在靠近器壁的位置沉降时，由于器壁的 影响，使其沉降速度较自由沉降速度小，该影响称为壁 效应。壁效应以壁效应因子表示，的经验关联式为：
fw 1 d D 2.25
二、沉降设备
重
力
沉
降
设
备降沉尘降室槽气液固固体体系系---用于除去>75m以上颗粒
离
心
沉
降
设
备旋旋
风 液
分 分
离 离
全部动能变为压力能，因而此周围压力高而使流体沿圆 柱表面流过，在AB范围，水流收缩，流线渐密，即从A 到B流速逐渐增加，压力逐渐减小，在B点处压力最低， 流速达到最大，过B 点后，水流扩散，流线渐稀而流速 渐减，压力又逐渐增加。
颗粒与流体相对运动的阻力
边界层分离 ------如图，当流体流过非流线型物体时会发 生边界层脱离壁面的现象，称为~
加速段：极短，通常可以忽略
曳力Fd
ut2
2
Ap
浮力 mFbg g
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
合外力 Fg Fb Fd 0
mg1
s
ut2
2
4
d2
0
质量力mFgc
颗粒在流体中沉降时受力
1、自由沉降
d 3
6
p 1
p
g
d 2
4
ut2
2
❖ 沉降公式中的因素如颗粒粒径、流体粘度、颗粒与流体 密度差对沉降速度影响:显然流体粘度愈大，颗粒沉降速 度愈小
❖ 流动状态的影响：由不同流态所产生的三个沉降关系式 ，表明了流动状态对沉降速度的影响；
❖ 颗粒浓度的影响 ❖ 颗粒形状的影响：在所有形状的颗粒中，球形可了阻力
最小，非球形颗粒的阻力随与球形颗粒的偏离程度而增 大。
则表明，该颗粒能在降尘室 Ut
中除去。
颗粒在降尘室中的运动
降尘室
思考3：要想使某一粒度的颗粒在降尘室 中被100%除去，必须满足什么条件？
和除以颗粒的总数
dVm 3 1
k ai d3
i1 i
体积表面积平均直径----每个颗粒的平均比表面积等于全部颗粒的
比表面积平均值
k
比 表 面 积 ＝dV2Am
6
d3 VAm
nid
2 i
i 1Biblioteka Baidu
k i 1
ni
6
d
3 i
dVm 1
k ai d i 1 i
二、颗粒群的特性
颗粒的密度 单位体积内粒子的质量称为密度，kg/m3。若粒子体
非球形颗粒
当量直径，如体积当量直径 de
与颗粒体积相等的球的 表面积
颗粒的表面积
a＝ 6
de
非球形颗粒：工业上遇到的固体颗粒大多是非球形颗粒，常用
(1)体积当量直径：与实际颗粒体积相等的球形颗粒的直径定义为非球
de
3
6V p
(2)表面积当量直径：表面积等于实际颗粒表面积的球形颗粒的直径定
义为非球形颗粒的表面积当量直径。即： ds
器气 器液
固 固
体系
---用于除去>5～10m
体系
颗粒
1．重力沉降设备
降尘室
气体
结构：
进口
除尘原理：
思考1：为什么气体进入降尘 室后，流通截面积要扩大？
为了增大停留时间。
气体 出口
集灰斗
思考2：为什么降尘室要做成扁平的？
L
L 停留时间 t V
沉降时间 t2
高度 ut
含尘气体
B
V
H
若1 2
ut 3g p d p /
牛顿定律
湍流附面层区 Re 2 10 5
此时边界层也呈紊流，实验结果显示不规则现象。
非球形颗粒
沉降速度计算
❖ 试差法的计算步骤如下：先假设某种流型，再应用相应 公式计算出，然后校核是否与假设流型相符。若流型不 符，则需重新设定流型及计算。
沉降速度影响因素
颗粒与流体相对运动的阻力
当流到点S时，速度减为零。
压力逐渐减小
压力逐渐增大
边界层
S点下游的流体在逆压作用 下将倒流回来，它们在来流 的冲击下，就在点S附近形成 明显的旋涡，这旋涡象楔子 一样将边界层与物面分离开 来，就是边界层分离 。
A
S
分离点
D
第三节 重力沉降
一、沉降原理
1、自由沉降 ---单个颗粒在无限流体 中的降落过程
第二节 颗粒沉降的阻力
颗粒及颗粒（群）的性质
❖ 颗粒是指用有一定质量和形状、和环境具有明显边界 的独立物系。可分微观颗粒和宏观颗粒颗粒，即使宏 观意义上的亦种类繁多。本章所涉及的颗粒主要指宏 观上的固体颗粒和液体颗粒。
一、颗粒的特性
球形颗粒 大小（粒径） 直径d
形状
球形度 1
表面积
a球＝VS
6 d
（优选）制药工程原理 与设备沉降与过滤
1
《化工原理》电子教案/目录
❖ 工业上常需要对非均相物系进行分离目的
1）回收有用的分散物质
2）净化（精制）分散介质
3）劳动保护和环境卫生的需要为了保护人类生态环境， 要求排放的废气或废液浓度达到排放标准；很多含碳物质 及金属细粉与空气形成爆炸物，必须除去这些物质以消除 隐患。要求其含固量达到排放标准，以防止对大气、河流 湖泊等水体的污染。
积不包括颗粒之间的空隙，称为粒子的真密度，以 p 表 示。若粒子体积包括颗粒之间的空隙，称为粒子的堆积 密度或表观密度，以a 表示。 颗粒的空隙率和相互影响 将颗粒群中的空隙所占的比率称为空隙率。
颗粒与流体相对运动的阻力
流体流过颗粒时的运动阻力
流体的流动方向和 速度都沿圆柱周边 而变化，流体在A 点受壁面阻滞，速 度为为零
0
ut
4d p g 3
如图2-1中的实线所示。
10-4<Re2
层流区
24
Re 0
ut
d2
p 18
g
----斯托克斯定律
过渡区 2 Re 500
10 / Re
ut
4
g
2 p 225
2 1/ 3 dp
艾伦定律
湍流区 500 Re 2105 0.44