化工原理(第四版)第三章 沉降与过滤
化工原理课件3-沉降与过滤
阻力系数~Re0关系图
第三章 沉降与过滤
黄石职院化工原理电子课件
２
沉降速度的计算
已知球形颗粒直径，要计算沉降速度时，由于ut为待求量， 所以Re值是未知量。需要用试差法进行计算ut 。 例如，当颗粒直径较小时，
假设沉降属于层流区 斯托克斯式 u Re 属于层流区 结束计算
第三章 沉降与过滤
黄石职院化工原理电子课件 颗粒所受的阻力：
Fd A
阻力系数
u 2
2 (Re,s )
对球形颗粒（s=1）的曲线，可按Re分为三个区，
各区的曲线可用相应的经验关联式表达： 24／Re 层流区或Stokes定律区（10-4<Re<2）
10／Re0.5
故属于过渡区，与假设相符。
第三章 沉降与过滤
黄石职院化工原理电子课件
三
悬浮液的沉聚
沉聚 — 得到澄清液和稠浆 澄清 — 得到澄清液 增稠 — 得到稠浆
１．增稠器
原理：原液经中心处的进料管送至液面下0.3~1.0m处，固体 颗粒在上部自由沉降区边沉降边向圆周方向扩散， 液体向上流动。在这个区域中，当液体的流速小于 颗粒的沉降速度时，就能得到澄清液。 溢流---澄清液经槽的周边溢流出去, 底流---增稠压缩区下的槽底中心处排除的稠浆。
第三章 沉降与过滤
黄石职院化工原理电子课件
例3-2 用高2m 、宽2.5m、长5m的重力降尘室分离空气中的粉尘。 在操作条件下空气的密度为0.779kg/m3，黏度为2.53×10-5Pa.s， 流量为5.0×104m3/h。粉尘的密度为2000 kg/m3。试求粉尘的临 界粒径。 解：已知空气流量qvs，密度ρ，黏度μ，粉尘的密度ρp， 降尘室的宽度W，长度L, 可知：
化工原理第三章沉降与过滤课后习题及标准答案()
化工原理第三章沉降与过滤课后习题及答案()————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第三章 沉降与过滤沉 降【3-1】 密度为1030kg/m 3、直径为400m μ的球形颗粒在150℃的热空气中降落，求其沉降速度。
解 150℃时，空气密度./30835kg m ρ=，黏度.524110Pa s μ-=⨯⋅ 颗粒密度/31030p kg m ρ=，直径4410p d m -=⨯ 假设为过渡区，沉降速度为()(.)()./..1122223345449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ--⎡⎤-⎡⎤⨯==⨯⨯=⎢⎥⎢⎥⨯⨯⨯⎢⎥⎣⎦⎣⎦验算 .Re ..454101790．835=24824110p t d u ρμ--⨯⨯⨯==⨯ 为过渡区【3-2】密度为2500kg/m 3的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。
试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。
解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为()/218t p p u d g ρρμ=-由此式得（下标w 表示水，a 表示空气）()()2218= p w pw p a pat w ad d u g ρρρρμμ--= ()()pw p a w pap w ad d ρρμρρμ-=-查得20℃时水与空气的密度及黏度分别为./,.339982 100410w w kg m Pa s ρμ-==⨯⋅ ./,.35120518110a a kg m Pa s ρμ-==⨯⋅已知玻璃球的密度为/32500p kg m ρ=，代入上式得(.)..(.).35250012051004109612500998218110pw pad d ---⨯⨯==-⨯⨯【3-3】降尘室的长度为10m ，宽为5m ，其中用隔板分为20层，间距为100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为10m μ，气体密度为./311kg m ，黏度为.621810Pa s -⨯⋅，颗粒密度为4000kg/m 3。
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。
(完整版)化工原理第三章沉降与过滤课后习题及答案(1)
第三章 沉降与过滤沉 降【3-1】 密度为1030kg/m 3、直径为的球形颗粒在150℃的热空气中降落，400m μ求其沉降速度。
解 150℃时，空气密度，黏度./30835kg m ρ=.524110Pa s μ-=⨯⋅颗粒密度，直径/31030p kg m ρ=4410p d m -=⨯假设为过渡区，沉降速度为()(.)()./..1122223345449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ--⎡⎤-⎡⎤⨯==⨯⨯=⎢⎥⎢⨯⨯⨯⎢⎥⎣⎦⎣⎦验算 .Re ..454101790．835=24824110p t d u ρμ--⨯⨯⨯==⨯为过渡区【3-2】密度为2500kg/m 3的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。
试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。
解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为()/218t p p u d g ρρμ=-由此式得（下标w 表示水，a 表示空气）()()2218= p w pw p a pat w ad d u g ρρρρμμ--=pw pad d =查得20℃时水与空气的密度及黏度分别为./,.339982 100410w w kg m Pa sρμ-==⨯⋅./,.35120518110a a kg m Pa sρμ-==⨯⋅已知玻璃球的密度为，代入上式得/32500p kg m ρ=.961pw pad d ==【3-3】降尘室的长度为10m ，宽为5m ，其中用隔板分为20层，间距为100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为，气体密度为，黏度为10m μ./311kg m ，颗粒密度为4000kg/m 3。
试求：(1)最小颗粒的沉降速度；(2)若需要.621810Pa s -⨯⋅最小颗粒沉降，气体的最大流速不能超过多少m/s? (3)此降尘室每小时能处理多少m 3的气体？解 已知,/./.6336101040001121810pc p d m kg m kg m Pa sρρμ--=⨯===⨯⋅,,(1) 沉降速度计算 假设为层流区().()(.)./.26269811010400011001181821810pc p t gd u m sρρμ---⨯⨯-===⨯⨯验算 为层流..Re .66101000111000505221810pc t d u ρμ--⨯⨯⨯===<⨯，(2) 气体的最大流速。
化工原理第三章沉降与过滤思考题
化工原理第三章沉降与过滤思考题沉降与过滤是化工工艺中常用的分离技术，用于分离悬浮物与液体或固体颗粒与气体的混合物。
在化工原理第三章中，我们学习了沉降与过滤的原理和相关参数的计算方法。
下面是一些与该主题相关的思考题，以加深对这一章内容的理解。
1. 什么是沉降速度？沉降速度受到哪些因素的影响？沉降速度指的是颗粒在重力作用下沉降的速度。
它受到颗粒的直径、密度、形状以及介质的粘度等因素的影响。
一般来说，颗粒直径越大、密度越大、形状越不规则，沉降速度越快；介质的粘度越大，沉降速度越慢。
2. 什么是沉降系数？如何计算沉降系数？沉降系数是用来描述沉降速度的一个参数，通常用修正Stokes公式进行计算。
它是颗粒直径、密度、粘度和介质密度的函数。
计算沉降系数时，需要将这些参数代入修正Stokes公式中进行计算。
3. 什么是沉降池？沉降池有什么作用？沉降池是用来实现颗粒沉降的装置，它通常由一个垂直的池子组成。
在沉降池中，悬浊液从上面流入，颗粒在重力作用下向下沉降，而清液则从沉降池的上部流出。
沉降池的作用是将颗粒与液体或固体分离，使得悬浊液中的颗粒沉积到池底，从而实现液固分离。
4. 什么是过滤速度？过滤速度受到哪些因素的影响？过滤速度指的是单位时间内通过单位面积的过滤液体的体积。
它受到过滤介质的孔隙度、粒径分布、过滤压力以及过滤液体中的颗粒浓度等因素的影响。
一般来说，孔隙度越大、粒径分布越窄、过滤压力越大，过滤速度越快；过滤液体中颗粒浓度越高，过滤速度越慢。
5. 什么是过滤介质？过滤介质的选择有哪些考虑因素？过滤介质是用于过滤的材料，常见的过滤介质有滤纸、滤布、滤网等。
过滤介质的选择需要考虑颗粒的大小、过滤液体的性质、工艺要求以及经济因素等。
对于较大的颗粒，可以选择开孔较大的过滤介质；对于较小的颗粒，可以选择孔隙较小的过滤介质。
此外，过滤介质还需要具有较好的耐酸碱性、耐高温性和耐腐蚀性等特性。
通过对以上思考题的讨论，我们可以更加深入地理解沉降与过滤的原理和应用。
化工原理第三章沉降与过滤课后习题包括答案.doc
第三章沉降与过滤沉 降【 3-1 】 密度为 1030kg/m 3、直径为 400 m 的球形颗粒在 150℃的热空气中降落，求其沉降速度。
解 150℃时，空气密度0.835kg / m 3 ，黏度 2.41 10 5 Pa s颗粒密度p 1030kg / m3，直径 d p 4 10 4 m假设为过渡区，沉降速度为4 g 2 ( p)214 9 81 2 103013234u td p( . ) ( ) 4 101.79 m / s225225 2.41 10 50.835d p u t44101 79 0．835验算Re=.24 82 41 105..为过渡区3【 3-2 】密度为 2500kg/m 的玻璃球在 20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。
解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为u td 2ppg / 18由此式得（下标w 表示水， a 表示空气）18pw d pw2( pa )d pa2 u t =gwad pw ( d pa(pa )wpw)a查得 20℃时水与空气的密度及黏度分别为w998 2 3w 1 . 004 10 3 . kg / m , Pa s 1 205 3a1 81 10 5 Pa sa . kg / m , .已知玻璃球的密度为p2500 kg / m 3 ，代入上式得dpw( 2500 1 205 ) 1 . 004 10.d pa( 2500998 2 1 . 81 10. )359.61【 3-3 】降尘室的长度为10m ，宽为 5m ，其中用隔板分为 20 层，间距为 100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为10 m ，气体密度为1.1kg / m 3 ，黏度为 21.8 10 6 Pa s ，颗粒密度为4000kg/m 3。
试求： (1) 最小颗粒的沉降速度；(2) 若需要最小颗粒沉降，气体的最大流速不能超过多少m/s (3) 此降尘室每小时能处理多少m 3 的气体解 已知 d pc10 10 6 m, p4000kg / m 3 ,1.1kg / m 3 ,21.8 10 6 Pa s(1) 沉降速度计算假设为层流区gd pc 2 (p) 9 . 81 ( 10 10 6 2 ( 4000 1 1u t)6 . ) 0.01m / s1818 21.8 10d pc u t10 10 6 0 01 1 1000505． 2 验算 Re21 8 10 6 为层流.(2) 气体的最大流速 umax 。
[高中教育]第3章沉降与过滤ppt
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15.11.2020
16
3.3重力沉降
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操作过程。
重力 作用力
重力 沉降
(分离较大的颗粒）
惯性离心力
离心沉降
3.3.1重力沉降
(分离尺寸小的颗粒）
3.3.1.1球形颗粒的自由沉降
自由沉降：颗粒浓度低，分散好，沉降过程中互不碰 撞、互不影响。
的表面积最小，因此对非球形颗粒，总有S 1 ，颗粒的形 状越接近球形， S 越接近1，对于球形颗粒 S 1。
②颗粒的当量直径
颗粒的当量直径表示非球形颗粒的大小，通常有两种表示
方法： a)等体积当量直径
de
3
6
VP
V P－颗粒体积m3
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7
b)等比表面积当量直径
即与非球形颗粒比表面积相等的球形颗粒的直径为该颗粒的
连续相与分散相 分离
不同的物理性质
机械 分离
分散相和连续相 发生相对运动的方式
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沉降 过滤
3
3.1.2非均相物系分离的目的
（1）收集分散物质
例如从气流干燥器或喷雾干燥器排出的气体中回收固体产品。
（2）净化分散介质
例如：生产硫酸，二氧化硫炉气含杂质，净化。
（3）环境保护
空气中的粉尘、废水、废气治理。
。 (VG/S)/V
一般，乱堆床层ε＝0.4～0.7；均匀球体：松排列ε＝ 0.4，紧密排列ε＝0.26。
（2）床层的自由截面积
床层截面上未被颗粒占据的流体可以自由通过的面积， 称为床层的自由截面积。
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☆床层的各向同性：小颗粒乱堆床层可以认为是各向同性的 。各向同性床层的重要特性之一是其自由截面积与床层截面 积之比在数值上与床层的空隙率相等。同床层空隙率一样， 由于壁面效应的影响，壁面附近的自由截面积大。
《沉降与过滤》PPT课件
—与真空 管相连
15 不工作区 16-17吹松区、卸料 区 18 不工作区
—h槽 —压缩空气
第4节 膜过滤 一、膜过滤原理与膜组件 〔一〕膜过滤原理
原料液
小分子的 A物质
大分子的 B物质
溢流
膜
A物质
渗透液
?化工原理?课件——第3章 沉降与过滤
第4节 膜过滤
一、膜过滤原理与膜组件
〔二〕膜组件
渗透液
?化工原理?课件——第3章 沉降与过滤
第1节 重力沉降
一、重力沉降速度
球形颗粒： ——Stokes定律
层流区 1 4 0 R e 2区
24
Re
d2()g
ut
s
18
过渡区 2R e50—0—Allen定律区
10
Re0.5
ut d
4g2()2 s 225
?化工原理?课件——第3章 沉降与过滤
40um的颗粒的回收百分率？(4)如欲回收直径为
15um的尘粒，降尘室应各成多少层？
解:(1) VbLu
s
tc
4
utcV s (b)L250.4ms
?化工原理?课件——第3章 沉降与过滤
第1节 重力沉降
二、降尘室
设为层流沉降： utcdc2(1s8)g
dc
18utc (s )g
18 0.0261 030.4 (300 00.7)59.81
(L L e ) W 2 (L L e ) E
〔二〕转筒真空过滤机
转筒及分配头：
?化工原理?课件——第3章 沉降与过滤
第3节 过滤
二、过滤设备
工 作 原
1-7 过滤区 8-10 吸干 区11 不工作区
化工原理第三章1沉降解析
u0
d
2 s g
18
Re 0
du0
二、干扰沉降
颗粒之间距离很小的沉降称为干扰沉降。 • 干扰沉降的速度可用自由沉降速度的计算方法计
算，但要根据颗粒浓度对所用的流体密度及黏度 进行校正。 • 用上述方法计算干扰沉降的速度比自由沉降要小
二、重力沉降分离设备
一）降尘室 • 降尘室的生产能力
降尘室的生产能力是指降尘室所处理的含尘气体的体积流 量，用Vs表示，m3/s。 降尘室内的颗粒运动
以速度u
以速度u0
随气体流动 作沉降运动
颗粒在降尘室的停留时间 l u
颗粒沉降到室底所需的时间 0 H u0 为了满足除尘要求 0
l H ——降尘室使颗粒沉降的条件 u u0
0.44
u0 1.74
ds g
——牛顿公式
3)影响沉降速度的因素
①颗粒的体积浓度
在前面介绍的各种沉降速度关系式中，当颗粒的体积浓
度小于0.2%时，理论计算值的偏差在1%以内，但当颗粒浓
度较高时，由于颗粒间相互作用明显，便发生干扰沉降，
自由沉降的公式不再适用。
②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）
18VS
gs A底
• 说明
②最大的气体处理量还与降尘室底面积和颗粒的沉降速度 有关，底面积越大处理量越大，但处理量与高度无关。
为此，降尘室都做成扁平形；为提高气体处理量，室内 以水平隔板将降尘室分割若干层，称为多层降尘室。隔 板的间距应考虑出灰的方便。
• 降尘室的计算
设计型 已知气体处理量和除尘要求，求
化工原理 第三章 沉降与过滤
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
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
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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 沉降与过滤-例题
18×1.005×10
−3
= 9.797×10−3m/ s
核算流型
Rt= e dut ρ 95×10−6 ×9.797×10−3 05×10
−3
=0.9244 1 ＜
原假设滞流区正确，求得的沉降速度有效。
例 ： 拟采用降尘室除去常压炉气中的球形尘粒。降尘室 的宽和长分别为2m和6m,气体处理量为1标m3/s，炉气温度为 427℃，相应的密度ρ=0.5kg/m3 ，粘度µ=3.4×10-5Pa.s，固体 密度ρS=400kg/m3 操作条件下，规定气体速度不大于0.5m/s， 试求： 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； 3. 粒径为40µm的颗粒的回收百分率； 4. 欲使粒径为10µm的颗粒完全分离下来，需在降降尘室内设 置几层水平隔板？
解：1）降尘室的总高度H
273+t 273+427 V =V =1× = 2.564m3 / s S 0 273 273 V 2.564 H= S = . m bu 2×0.5 = 2 564
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
用试差法由ut求dmin。 假设沉降在斯托克斯区
例 ： 试计算直径为95µm，密度为3000kg/m3 的固体颗粒在 20℃的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 ，
d2(ρs − ρ)g ut = 18µ
附录查得，20℃时水的密度为998.2kg/m3,µ=1.005×10-3Pa.s
(95×10 ) (3000−998.2)×9.81 u=
18µut 18×3.4×10−5 ×0.214 dmin = = = 5.78×10−5m (ρs −ρ)g (4000−0.5) ×9.807
湖南农大化工原理第四版复习资料
《化工原理》复习题第三章沉降与过滤一．填空题1.悬浮液属液态非均相物系，其中分散内相是指固体微粒；分散外相是指包围在颗粒周围的液体。
2.悬浮在静止流体中的固体微粒在重力作用下，沿重力方向做自由沉降时，会受到重力、阻力、浮力三个力的作用。
当此三个力的代数和为零时，颗粒即作匀速沉降运动。
此时微粒相对于流体的运动速度，称为沉降速度。
3.自由沉降是沉降过程颗粒互不干扰的沉降。
4.当颗粒在介质中作自由沉降时，若粒子沉降的雷诺数相同时，球形度越大的微粒，介质阻力系数越小，球形粒子的球形度为1.5.沉降操作是使悬浮在流体中的固体微粒，在重力或者离心力的作用下，沿受力方向发生运动而沉积，从而与流体分离的过程。
6.球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是粒子所受合力的代数和为零。
滞留沉降时，其阻力系数=24/Re。
7.降尘室做成多层的目的是增大沉降面积，提高生产能力。
8.气体的净制按操作原理可分为重力沉降、离心沉降、过滤，旋风分离器属于离心沉降。
9.过滤是一种分离悬浮在液体或气体中固体微粒的操作。
10.过滤速率是指单位时间内通过单位面积的滤液体积。
在恒压过滤时，过滤速率将随操作的进行而逐渐变慢。
11.悬浮液中加入助滤剂进行过滤的目的是在滤饼中形成骨架，使滤渣疏松，孔隙率加大，滤液得以畅流。
12.过滤阻力有两方面因素决定：一方面是滤液本身的性质，即其粘度μ；另一方面是滤渣层本身的性质，即密度ρ和厚度L。
13.板框压滤机每个操作循环由装合板框、过滤、洗涤、卸渣、整理五个阶段组成。
14.转鼓真空过滤机，转股每旋转一周，过滤面积的任一部分都顺次历经过滤、吸干、洗涤、吹松、卸渣五个阶段。
15.离心分离因数是指物料在离心力场中所受的离心力与重力之比。
为了提高离心机的分离效率，通常使离心机的转速增高，而将它的直径适当减少。
16.离心机的分离因数越大，则分离效果越好；要提高离心机的分离效果，一般采用高转速、小直径的离心机。
17.在重力沉降操作中，影响沉降速度的因素主要有、和。
化工原理教案――第三章 沉降与过虑
第三章 颗粒流体力学基础与机械分离教学内容（8学时）：1. 流体与单个固体颗粒的相对运动、沉降速度，2. 重力沉降、离心沉降原理与设备，3. 过滤、过滤速率及其在恒压条件下的应用 基本要求：1. 理解：流体与单个固体颗粒的相对运动，2. 掌握：重力沉降室的沉降条件及生产能力；旋风除尘器分离能力的估算，3. 理解：过滤基本原理，过滤速率、过滤推动力的意义，掌握：恒压过滤的计算，了解过滤设备3-1 概述化工生产中，需要将混合物分离的情况很多。
如：原料的分离与纯化；产品的分离与纯化；生产中的废气、废液等在排放前都应将其中所含有的有害物质尽量除去。
大致来说，混合物可分为两大类：混合气体溶液如且不存在相界面的物系物系内部各处物性均匀均相物系),(:,:NaOH连续物质所组成的物系有相界面的分散物质和如具有不同物理性质非均相物系)(:ρ均相为互溶物系。
非均相为不互溶物系。
其中，非均相混合物包括⎩⎨⎧液态非均相气态非均相 由⎩⎨⎧悬浮、乳浊、泡沫液等连续物质含雾气体如含尘气体分散物质:,:非均相物系分离法一般用机械分离法，使分散相与连续相发生相对运动，从而分离。
均相物系分离法将在传热和传质有关章节中讲。
⎪⎩⎪⎨⎧流体相对于颗粒的运动过滤离心沉降过程颗粒相对于流体的运动重力沉降机械分离方法::惯性离心力还包括重力以压力差为主过滤作用力速度快还有重力以惯性离心力为主离心沉降作用力速度慢以重力为主重力沉降作用力,,:,,:,:重力沉降及离心沉降可用于分离气态及液态非均相；过滤多用于液态非均相，包括加压，减压，常压及离心过滤。
3-2 筛分1、固体颗粒的大小颗粒最基本的特性是其形状和大小(粒度)，形状均匀的为球形。
颗粒的大小可按其直径的大小来表示，粗的可用mm表示，细的可用标准筛的筛孔号数来表示，再细的则以μm来度量。
测量颗粒大小的最简易的方法是用筛。
标准筛为包括一系列具有不同大小孔眼的筛，若一种颗粒能通过某一号筛而截留于相邻的另一号孔眼较小的筛上，则此颗粒的直径一般认为等于此两号筛孔的宽度的平均值。
第三章 沉降和过滤
原假设成立。
第三节 离心沉降
依靠离心力的作用，使流体中的颗粒产 生沉降运动，称为离心沉降。 3.3.1 离心分离因数 离心力Fc=mrω2。方向：沿旋转半径向 外作用于颗粒。 为了增大离心力，可以增大r，也可以 增大ω。但提高ω比增加r更有效。 由于： 2 N / 60 Fc mrN 2 /100 同一颗粒所受的离心力和重力之比为：
[例3-1]现有一密度为2500kg/m3, 直径为0.5mm的尼龙 珠放在密度为800kg/m3的某液体中自由沉降,测得 ut=7.5×10-3m/s, 试求此液体的粘度。 解：设沉降处于层流区, 则：
d
p 2
p
Hale Waihona Puke g18ut(5 104 ) 2 (2500 800) 9.81 30.9 10 3 Pa s 18 7.5 103
4d p p 2 可得离心沉降速度： dr r d 3
6 6 4 2
dr 2 ( ) d 2
离心沉降速度与重力沉降速度有相似的关系式，只是重 16 力加速度换为离心加速度而已。
3.3.3 旋风分离器 1.构造与工作原理： 圆筒、圆锥、矩形切线入口 气体获得旋转 向下 锥口 向上 顶部中央排气口 颗粒 器壁 滑落 各部分尺寸－－按比例（见教材p107） 2. 分离性能估计 1)能被分离出的最小颗粒直径
1. 工作原理： 如图所示，气体入室后，因流通截面扩大而速度减慢。气 流中的尘粒一方面随气流沿水平方向运动，其速度与气流 速度相同；另一方面在重力作用下以沉降速度垂直向下运 动。只要气体室内所经历时间大于尘粒从室顶沉降到室底 10 所用时间，尘粒便可分离出来。
2. 能被除去的最小颗粒直径 某一粒径的粒子能100%被除去的条件是其从室顶沉降到 室底所需要时间小于气流在室内的停留时间：
化工原理 第三章 沉降与过滤资料
即：满足L / u＝H/ut 条件的粒径
当含尘气体的体积流量为qVs时， 则有
u= qVs / HW
ut≥qVs / LW 或 utc=qVs / WL
qVs≤ WLut
故与临界粒径dpc相对应的临界沉降速度为
临界沉降速度utc是流量和面积的函数。
2019/3/28 21
当尘粒的沉降速度小，处于斯托克斯区时，临界粒径为
含尘气体
内螺旋
外螺旋
锥形筒
颗粒的离心力较大，被甩向外层，
气流在内层。气固得以分离。 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； 固相沿内壁落入灰斗。 2019/3/28
关风器
(防止空气进入)
32
固相
ui
h
S
0.9244 2
14
假设正确，计算有效。
（三）影响沉降速度的其它因素 1.干扰沉降
u 干扰 u自由
2. 颗粒形状
与颗粒体积相等的球面 表 积 d e2 球形度 非球形颗粒的表面积 A
越小，阻力越大，Re相同时沉降速度越小。 3. 壁效应 使沉降速度下降。
2019/3/28 15
离心沉降速度为:
ur
ut
4d P ( P ) R 2 3
4d p ( p ) g 3
28
重力沉降速度为:
2019/3/28
层流区（斯托克斯Stokes区，10-4<Re<2）
ut
R 2 d 2 ( s ) 18
过渡区（艾仑Allen区，2<Re<500）
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ut
4d p ( p )g 3
2020/9/15
4
（二）流体中颗粒运动的阻力(曳力)
Fd
Ap
u2
2
4
d p2
u2
2
——阻力系数（曳力系数）
f (Re)
Re d p ut
、——流体特性
dp、ut——颗粒特性
2020/9/15
5
2020/9/15
6
2020/9/15
——球形 圆盘形
2020/9/15
16
（二）沉降槽（增稠器） 1. 悬浮液的沉聚过程
2020/9/15
17
2. 沉降槽（增稠器）
2020/9/15
18
第三节 离心沉降
一、离心沉降速度 （一）沉降过程
合
切向速度 u 径向速度 ur 合成u合
2020/9/15
19
离心力：FC
m
u2 r
6
d
3 p
p
u2 r
径向向外
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28
第四节 过 滤
一、悬浮液的过滤
滤浆 滤饼 过滤介质
滤液
推动力：压力差，离心力，重力 阻 力：滤饼、过滤介质阻力
2020/9/15
29
（一）两种过滤方式 1. 滤饼过滤
2020/9/15
30
2. 深层过滤
2020/9/15
31
（二）过滤介质
类别： • 织物介质 • 多孔性固体介质 • 堆积介质 • 多孔膜：高聚物膜、无机膜
t
H ut
W
分离条件： t
即
LH
u ut
或
L u H ut
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13
2. 生产能力 qV——降尘室所处理含尘气体的体积流量
qV WHu
u qV WH
qV LWut
结论：降尘室的生产能力只与沉降面积WL及颗粒 沉降速度ut有关，而与高度H无关。
2020/9/15
14
多层降尘室：
互不碰撞、互不影响。
浮力Fb
阻力Fd
p , 颗粒下沉
p
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重力Fg
2
重力：Fg
mg
6
d p3pg
浮 力 ：Fb
6
d p3 g
阻力：Fd
Ap
u2
2
4
d p2
u2
2
Fg Fb Fd ma
6
dp3pg
6
d
3 p
g
4
d p2
u2
2
6
d
3 p
pa
2020/9/15
3
重力沉降速度: 颗粒受力平衡时，匀速阶段颗粒相对 于流体的运动速度。
22
2. 临界颗粒直径
假设： • 切向速度ut=进口速度ui • 颗粒沉降的最大距离b • 层流
b ui
rm——平均旋转半径
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23
沉降速度：
ur
dp2(p 18
)
ui2 rm
沉降时间：r
b ur
18brm d p2 ( p )ui2
停留时间： 2 rm n n——旋转圈数
2020/9/15
若n个隔板，则
qV (n 1)WLut
缺点： 清灰难； 隔板间距小，
颗粒易被扬起。
15
3. 临界颗粒直径
临界颗粒直径dpC——降尘室理论上能100%除去的 最小颗粒直径。
层流
ut
d
2 pc
(
p
18
)g
ut
H L
u
qV WL
d pc
18 ( p )g ut
18 qV ( p )g WL
ui
沉降分离条件： r
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24
b 临界颗粒直径：d pc 3 nui ( p )
讨论：
（1）b
dpc D 旋风分离器越大，分离效果越不好
所以生产能力较大时，一般采用多个小旋风分 离器并联。
（2）ui
dc 分离效果好
流动阻力大
ui 12 ~ 25m / s
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1.干扰沉降
u干扰 u自由
2. 颗粒形状
球形度
与颗粒体积相等的球表面积 非球形颗粒的表面积
d
2 e
A
越小，阻力越大，Re相同时沉降速度越小。
3. 壁效应 使沉降速度下降。
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11
二、 重力沉降设备 （一）降尘室
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12
1. 沉降分离条件
停留时间： L
u
沉降时间：
(
p
18
)
u2 r
方向 向下，大小不变 径向向外，随r变化
ur ut
u2 gr
Fc Fg
KC
离心分离因数KC——同一颗粒在同种介质中所受离心 力与重力之比。
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21
二、 离心沉降设备 （一）旋风分离器 1. 结构与工作原理
KC为5~2500，可分离 气体中5~75m的颗粒。
2020/9/15
第三章 沉降与过滤
第一节 概述
非均相物系分离： 沉降（重力沉降、离心沉降） 过滤
分散物质（分散相）：处于分散状态的物质 分散介质（连续相）：处于连续状态的物质
分离的目的： 1. 回收分散物质; 2. 净化分散介质。
2020/9/15
1
第二节 重力沉降
一、重力沉降速度 （一）球形颗粒的自由沉降
自由沉降：颗粒浓度低，分散好，沉降过程中
（浮向力心力：）Fb
6
d p3
u2 r
指向中心
阻力：
Fd
A ur2
2
4
d
2 p
ur2
2
指向中心
受力平衡时，径向速度ur为该点的离心沉降速度。
ur
4d p ( p ) ut2 3 r
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20
（二）离心分离因数
重力沉降速度ut
层流
ut
dp2(p 18
)g
离心沉降速度ur
ur
d
2 p
2020/9/15
32
（三）滤饼的可压缩性与助滤剂
不可压缩滤饼：空隙不随压力变化 可压缩滤饼：空隙随压力增加而减小 ——加助滤剂
（四）过滤过程物料衡算 （1）湿滤渣密度
C 1 C 1
C p C——kg湿渣/kg干渣
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33
（2）干渣质量与滤液体积之比
25
3. 气体通过旋风分离器的压力降
由于:
进、排气与筒壁之间的摩擦损失； 进入时突然扩大的局部阻力； 旋转中动能损失
造成气体压力降：
p ui2
2
一般 p= 0.3~2 kPa
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26
(二) 旋液分离器
2020/9/15
27
(三) 沉降式离心机
1. 管式离心机 2. 碟式离心机 3. 螺旋式离心机
过渡区：
ut
4
g
2(p 255
)2
1/
3
d
p
湍流区： ut
3.03d p ( p )g
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9
试差计算法： • 假设沉降处于某一区域； • 计算ut； • 计算Re，校验区域； • 若符合，则正确，否则重新假设区域。
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10
（四）影响沉降速度的其它因素
7
（1）层流区 10－4< Re < 2 Stokes 区
24 Re
（2）过渡区 2< Re < 500
Allen 区
10
Re （3）湍流区 500< Re < 2105 Newton区பைடு நூலகம்
0.44 （球形）
2020/9/15
8
（三） 沉降速度的计算
层流区：
ut
d
2 p
(
p
18
)g
——Stokes(斯托克斯)式