化工原理 沉降
化工原理-沉降-选择题(含答案解析)
1、含尘气体中的尘粒称为（ ）。
A. 连续相；B. 分散相；C. 非均相。
答案：B2、自由沉降的意思是_______。
A 、颗粒在沉降过程中受到的流体阻力可忽略不计B 、颗粒开始的降落速度为零，没有附加一个初始速度C 、颗粒在降落的方向上只受重力作用，没有离心力等的作用D 、颗粒间不发生碰撞或接触的情况下的沉降过程答案： D3、在长为L ，高为H 的降尘室中，颗粒的沉降速度为u T m/s ，气体通过降尘室的水平流速为u m/s ，则颗粒能在降尘室内分离的条件是：____。
A 、 L/u ＜H/uTB 、 L/uT ＜H/uC 、 L/uT ≥H/uD 、L/u ≥H/uT答案： D4、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. 增大沉降面积答案：C5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；答案：B6、有一含尘气流，尘粒的平均直径在20～70μm ，现要达到较好的除尘效果，可采A. 降尘室；B. 旋风分离器；C. 湿法除尘；D. 袋滤器答案：b7、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；答案：A8、长3m 、宽2.4m 、高2m 的降尘室与锅炉烟气排出口相接。
操作条件下，锅炉烟气量为m 35.2，气体密度为3720.0m kg ，黏度为s Pa •⨯-5106.2，灰尘可看作球型颗粒，密度为32200m kg 。
计算:（1）则能被完全分离出去的颗粒的临界直径= μm 。
A 、86.8B 、91.8C 、72.3D 、69.1答案：A9、长3m 、宽2.4m 、高2m 的降尘室与锅炉烟气排出口相接。
操作条件下，锅炉烟气量为s m 35.2，气体密度为3720.0m kg ，黏度为s Pa •⨯-5106.2，灰尘可看作球型颗粒，密度为32200m kg 。
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 沉降
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
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。
化工原理_3 沉降与过滤资料
• 层流
rm——平均旋转半径
2018/10/23
23
沉降速度： ur
d p 2 ( p ) ui2 18 rm
18 brm b 2 沉降时间： r 2 ur d p ( p )ui
2 rm n n——旋转圈数 停留时间： ui
沉降分离条件：
2018/10/23
2
令
则
2 Δp K rv
dV KA2 d 2(V Ve )
——过滤基本方程
2018/10/23
39
三、恒压过滤
（一）滤液体积与过滤时间的关系 K为常数
dV KA2 d 2(V Ve )
V
0
(V Ve )dV
0
K 2 A d 2
V 2 2VVe KA2
3. 螺旋式离心机
2018/10/23
28
第四节
一、悬浮液的过滤
过
滤
滤 浆 滤 饼 过滤介质
滤 液
推动力：压力差，离心力，重力 阻
2018/10/23
力：滤饼、过滤介质阻力
29
（一）两种过滤方式 1. 滤饼过滤
2018/10/23
30
2. 深层过滤
2018/10/23
31
（二）过滤介质
类别：
r
24
d pc 临界颗粒直径：
讨论： （ 1） b dpc
b 3 nui ( p )
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
2018/10/23
化工原理11沉降分离原理及设备
PPT文档演模板
化工原理11沉降分离原理及设备
•第三章、非均相混合物 分离及固体流态化
•3.1 沉降分离原理及设备 •3.1.1 颗粒相对于流体的运动
PPT文档演模板
化工原理11沉降分离原理及设备
•一、颗粒的特性
•1. 球形颗粒：球形颗粒的尺寸由直径d确定。
体 积 表面 积 比表面 积
PPT文档演模板
•二、重力沉降设备
• 位于降尘室最高点的颗粒沉降到室底所需的时间为
•气体通过降尘室的时间为
•降尘室 高
•沉降速 度
•降尘室 长
欲使颗粒被分离出来，则
•气流水平通 过降尘室速
度
PPT文档演模板
或
化工原理11沉降分离原理及设备
•二、重力沉降设备
根据降尘室的生产能力，气体在降尘室内的水平 通过速度为
•降尘室生 产能力
PPT文档演模板
化工原理11沉降分离原理及设备
•概述
机械分离方法，即利用非均相混合物中两 相的物理性质（如密度、颗粒形状、尺寸等） 的差异，使两相之间发生相对运动而使其分离。
机械分离方法
沉降 过滤
PPT文档演模板
化工原理11沉降分离原理及设备
•概述
•非均相混和物分离的应用： •（1）收集分散物质。 •（2）净化分散介质。 •（3）环境保护。
•三、 阻力系数（曳力系数）
•滞流区 •过渡区 •湍流区
•表面摩擦阻力 •形体阻力
PPT文档演模板
化工原理11沉降分离原理及设备
•四、 影响沉降速度的因素
•自由沉降
• 沉降过程中，任一颗粒的沉降不因其它颗 粒的存在而受到干扰 •干扰沉降
• 如果分散相的体积分率较高，颗粒间有明 显的相互作用，容器壁面对颗粒沉降的影响不可 忽略，这时的沉降称为干扰沉降或受阻沉降。
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。
福州大学化工原理教案颗粒的沉降
一、教案基本信息1. 课程名称：化工原理2. 课时安排：2学时3. 教学目标：让学生了解颗粒沉降的基本概念和原理；使学生掌握颗粒沉降速度与颗粒大小、密度、介质密度和流体粘度的关系；培养学生运用化工原理解决实际问题的能力。
二、教学内容1. 颗粒沉降概述颗粒沉降的定义颗粒沉降在化工过程中的应用2. 颗粒沉降原理斯托克斯定律颗粒沉降速度的计算影响颗粒沉降速度的因素3. 沉降池设计沉降池的作用沉降池的设计原则沉降池的设计计算4. 颗粒沉降实验实验目的实验原理实验步骤实验数据处理5. 颗粒沉降在实际中的应用颗粒沉降在废水处理中的应用颗粒沉降在其他领域的应用三、教学方法1. 讲授法：讲解颗粒沉降的基本概念、原理和计算方法。
2. 实验法：组织学生进行颗粒沉降实验，观察实验现象，分析实验数据。
3. 案例分析法：分析颗粒沉降在实际中的应用案例，培养学生解决实际问题的能力。
四、教学评估1. 课堂问答：检查学生对颗粒沉降基本概念和原理的理解。
2. 实验报告：评估学生在实验过程中的操作能力和数据处理能力。
3. 课后作业：巩固学生对颗粒沉降知识的掌握。
五、教学资源1. 教材：《化工原理》2. 实验设备：沉降池、颗粒物料、流体介质等。
3. 辅助材料：PPT、教案、实验指导书等。
六、沉降理论的深入探讨1. 斯托克斯定律的应用深入解析斯托克斯定律在颗粒沉降中的作用探讨不同流体粘度对沉降速度的影响2. 沉降过程中的流体动力学分析颗粒在流体中的受力情况探讨流体流动对颗粒沉降的影响3. 非牛顿流体的沉降特性介绍非牛顿流体的定义和分类分析非牛顿流体中颗粒沉降的特点和计算方法七、沉降设备的设计与操作1. 沉降池的设计要点探讨沉降池尺寸、形状和材质的选择讲解沉降池的设计计算方法和步骤2. 沉降设备的操作与维护介绍沉降设备的操作流程和注意事项讲解沉降设备的维护保养方法3. 沉降设备的优化与改进探讨沉降设备在实际应用中的问题分析沉降设备的优化方向和改进措施八、颗粒沉降实验与数据分析1. 实验原理和方法介绍颗粒沉降实验的基本原理和方法讲解实验操作步骤和数据采集方式2. 实验数据的处理与分析探讨实验数据的处理方法分析实验数据与沉降理论之间的关系3. 实验结果的讨论与应用解读实验结果，探讨其对实际工程的启示分析实验结果在颗粒沉降研究中的应用价值九、颗粒沉降在各领域的应用案例分析1. 废水处理中的应用案例分析废水处理中颗粒沉降的作用和效果探讨废水处理中沉降设备的优化和改进2. 其他领域的应用案例介绍颗粒沉降在其他领域（如食品工业、环境工程等）的应用实例分析这些应用案例的优点和局限性十、总结与展望1. 颗粒沉降理论的发展趋势回顾颗粒沉降理论的发展历程展望未来颗粒沉降理论的研究方向2. 沉降技术在化工领域的应用前景分析沉降技术在化工领域的市场需求和发展潜力探讨沉降技术在新能源、环保等领域的拓展应用3. 教学反馈与改进建议邀请学生对本次课程进行评价和反馈根据学生反馈提出教学改进意见和建议十一、颗粒沉降过程的数值模拟1. 数值模拟的基本原理介绍颗粒沉降过程数值模拟的基本概念讲解数值模拟在颗粒沉降研究中的应用2. 颗粒沉降数值模拟的方法探讨常用的颗粒沉降数值模拟方法分析不同方法的优缺点和适用范围3. 数值模拟在沉降工程中的应用介绍数值模拟在沉降工程设计和管理中的应用实例探讨数值模拟在沉降工程中的优势和局限性十二、颗粒沉降与流体动力学的耦合分析1. 耦合分析的基本原理讲解颗粒沉降与流体动力学耦合分析的概念和意义介绍耦合分析的方法和步骤2. 耦合分析在颗粒沉降研究中的应用探讨耦合分析在颗粒沉降研究中的应用实例分析耦合分析对颗粒沉降理论的贡献3. 耦合分析在实际工程中的应用介绍耦合分析在实际工程（如污水处理、煤炭洗选等）中的应用实例探讨耦合分析在实际工程中的优势和局限性十三、颗粒沉降过程中的颗粒相互作用1. 颗粒相互作用的基本原理介绍颗粒相互作用在颗粒沉降过程中的作用和影响讲解颗粒相互作用的计算方法和模型2. 颗粒相互作用在颗粒沉降研究中的应用探讨颗粒相互作用在颗粒沉降研究中的应用实例分析颗粒相互作用对颗粒沉降过程的影响3. 颗粒相互作用在实际工程中的应用介绍颗粒相互作用在实际工程（如煤炭洗选、河道疏浚等）中的应用实例探讨颗粒相互作用在实际工程中的优势和局限性十四、颗粒沉降过程的优化与控制1. 沉降过程的优化方法介绍颗粒沉降过程优化方法（如遗传算法、粒子群优化等）分析不同优化方法的特点和适用范围2. 沉降过程的控制策略讲解颗粒沉降过程的控制策略（如PID控制、模糊控制等）探讨不同控制策略的优缺点和适用条件3. 优化与控制在实际工程中的应用介绍优化与控制在实际工程（如污水处理、煤炭洗选等）中的应用实例分析优化与控制对颗粒沉降过程的改善效果十五、课程总结与拓展学习建议1. 课程回顾与总结回顾整个课程的学习内容，总结颗粒沉降的基本原理和应用强调颗粒沉降知识在化工领域的重要性2. 拓展学习建议推荐颗粒沉降相关的学习资料和参考书籍鼓励学生参与颗粒沉降领域的科研活动和实践应用3. 课程反馈与改进建议邀请学生对整个课程进行评价和反馈根据学生反馈提出教学改进意见和建议重点和难点解析本文主要介绍了颗粒沉降的基本概念、原理、应用及其在化工领域的相关技术。
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。
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
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-沉降
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
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
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 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
- 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)。
① Stokes区(Rep<2) 表面曳力占主导地位，不发生边界层分离，曳力与速度成
正比，服从一次方定律。
② Allen区(2 ＜ Rep＜500) 开始发生边界层分离，颗粒后部形成旋涡——尾流→尾流
区压强低→形体曳力增大
③ Newton区(500 ＜ Rep＜2×105) 形体曳力占主导地位，表面曳力可以忽略。曳力∝u2 ，曳
d
P
4dP P
◆开始瞬间，u 0 ， du 最大，颗粒作加速运动。
d
5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降
d
P
4dP P
重力,浮力一定,u
,
FD
,
du
d
,当 du
d
0时u=ut
ut称为颗粒的沉降速度或终端速度。 对小颗粒，沉降的加速段很短，加速阶段所经历的距
dP (P )g
1） ut与dp有关，dp愈大，ut则愈大
2）斯托克斯区与阿仑区中，ut还与流体粘度有关。
对一定系统来说，ut = f (ρp, ρ,μ,dp)
T↑，气体μ↑，阻力↑ ，除沉不利
T↑，液体μ↓，阻力 ↓，除沉有利
液体粘度约为气体粘度的50倍，故颗粒在液体中的沉 降速度比在气体中的小很多。
ut
dP2(P )g 18
ut
4dP (P )g 3 24
ut
dP2(P )g 18
d put
5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降
2 Re P 500
ut
0.781
d
P
1.6 ( P 0.4
0.6
)
g
0.714
500 Re P 2 10 5
讨论：
ut 1.74
Fg
mg
6
dP3P g
FD
AP
1 2
u 2
4
dP2
1 2
u 2
u
Fb
6
dP3
g
阻力 FD 浮力 Fb
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：
F Fg Fb FD ma
即：
6
dP3P g
6
dP3 g
4
dP2
1 2
u2
6
d
3 P
P
du
d
du ( P )g 3 u2
➢ 球形颗粒 ( 1) 的曲线在不同的雷诺数范围内可用公
式表示如下R：e P 2 ，Stokes定律区：
24
Re P
2 Re P 500 ，Allen定律区： 500 Re P 2 10 5 ，Newton定律区：
18.5
Re P 0.6
0.44
5.2.1 流体对固体颗粒的绕流
（2）曳力（阻力）系数
FD =f (dp ,u, , )
对球形颗粒，用量纲分析并整理后可得：
AP
FD 1
2
u2
d
pu
若令：Re P
d p u
(Re P )
FD
AP
1 2
u 2
ξ——无因次曳力系数
Ap——流动方向上颗粒的投影面积
5.2.1 流体对固体颗粒的绕流
5.2.1 流体对固体颗粒的绕流
5.1 概述
许多化工生产过程与流固两相的相对运动密切 相关：
◆ 两相物系的沉降：包括重力沉降和离心沉降； ◆ 固体物料的干燥、矿粉焙烧等物理化学过程； ◆ 固体颗粒的流动输送。 流固两相物系内的相对运动规律是上述过程计
算的基础，其研究应从流体对颗粒运动的阻力 入手。
5.2 颗粒的沉降运动
5.2.1 流体对固体颗粒的绕流 5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降
粒；⑤ 液滴或气泡的运动。
5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降
沉降速度的求法小结： 求沉降速度通常采用试差法。 ① 假设流体流动类型； ② 计算沉降速度； ③ 计算Rep，验证与假设是否相符；
④ 如果不相符，则转①。如果相符，OK !
FD f (d p ,u, , )
黏性流体对球体的低速绕流（也称爬流）时FD的理论 式：
FD 3d pu ———斯托克斯（Stokes）定律
◆当流速较高时，Stokes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。
5.2.1 流体对固体颗粒的绕流
力系数与Rep无关。 ④ Rep>2×105 曳力系数骤然下降，层流边界层→湍流边界层分离点后移，
尾流区收缩，形体曳力突然下降，近似取ζ=0.1。
5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降
（1）沉降的加速阶段
问题：将一个表面光滑的球形颗粒置于静止的流体中， 若颗粒在重力的作用下沿重力方向作沉降运动，此时颗 粒受到哪些力的作用呢？
离也很小。因此，对小颗粒沉降的加速阶段可以忽略， 而近似认为颗粒始终以ut下降。
5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降
（3）颗粒的沉降速度
对球形颗粒，当 du 0 时
d
du ( P )g 3 u2
d
P
4dP P
Re P 2
ut
4dP (P )g 3
24 24 ReP d put
5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降
3）当流体做水平运动时：
4）当流体以一定的速度向上运动时： 当u>ut时，颗粒向上运动 当u<ut时，颗粒向下运动 当u=ut时，颗粒悬浮在流体中
5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降
（4）其他因素对沉降速度的影响
1）公式成立假定条件： ①颗粒为球形； ②颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰； ③容器壁对沉降的阻滞作用可以忽略； ④ 颗粒直径不能小到受流体分子运动的影响。 2）对实际颗粒需要考虑下列因素： ①干扰沉降；②端效应；③分子运动；④非球形颗
5.2.1 流体对固体颗粒的绕流
流体与固体颗粒之间的相对运动可分为以下三种情况：
①颗粒静止，流体对其做绕流；
②流体静止，颗粒作沉降运动；
③颗粒与流体都运动，但保持一定的相对运动。
FD
u
流体绕过颗粒的流动
5.2.1 流体对固体颗粒的绕流
（1）两种曳力—表 面曳力和形体曳力
5.2.1 流体对固体颗粒的绕流
第5章 颗粒的沉降和流态化
5.1 概述 5.2 颗粒的沉降运动 5.3 沉降分离设备 5.4 固体流态化技术 5.5 气力输送（自学）
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，只要固体颗粒的 密度大于流体的密度，那么在重力场中，固 体颗粒将在重力方向上与流体做相对运动， 在离心力场中，则与流体作离心力方向上的 相对运动。