非均相物系分离优秀课件
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2、过滤介质
织物介质 最常用的过滤介质，工业上称为滤布(网)，由天然纤维、 玻璃纤维、合成纤维或者金属丝编织而成。可截留的最小颗粒的直 径为5-65微米。 多孔固体介质 具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶瓷、多孔 金属及多孔性塑料制成的管或板，能截留1-3μm的微小颗粒。 堆积介质 由沙、木炭之类的固体颗粒堆积而成的床层，称作滤床， 用作过滤介质使含少量悬浮物的液体澄清。 多孔膜 用于膜过滤的各种有机分子膜和无机材料膜。
3.3 重力沉降设备 3.3.1 降尘室
气体 进口
集灰斗
降尘室
（1）工作原理
气体 出口
气体
L u
ut
B H
颗粒在降尘室中的运动
气体入室减速 颗粒的沉降运动&随气体运动 沉降运动时间<气体停留时间分离
3.3.2 增稠器（沉降槽） ① 结构
加料
清液溢流
增稠器的构造如右图。主要 清液
是一个底部略成锥形的大直径 水平挡板
沉降过程
自由沉降:颗粒间相互影响可忽略（稀悬浮液初期沉降）
干扰沉降:颗粒间相互影响不能忽略（浓悬浮液中期）
压缩沉降:颗粒已沉降在一起，靠颗粒自身重量将间隙 中的液体挤出，颗粒层压缩（沉降末期）
3.2.1 重力沉降
重力沉降是利用流体中的固体颗粒受地球吸引力场的 作用而发生的沉降过程
球形颗粒的自由沉降 阻力系数ζ 影响沉降速度的因素 沉降速度的计算
影响沉降速度的因素
1.颗粒的体积浓度
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，当 颗粒浓度较高时便发生干扰沉降
2.器壁效应
当容器尺寸远远大于颗粒尺寸时，器壁效应可忽略，否则需 加以考虑
3.颗粒形状的影响
同一种固体物质，球形或近球形颗粒比同体积非球形颗粒的沉 降快一些。
沉降速度的计算
3、饼层过滤与深床过滤 饼层过滤
固体物质沉积于过滤介质表面而形成滤饼层的操作，真正发挥 截留颗粒作用的主要是滤饼本身，因此称作饼层过滤。饼层过滤 主要用于含固量较大（>1%）的场合。
深层过滤
固体颗粒并不形成滤饼，而是沉积于较厚的粒状对滤介质床层 内部的过滤操作。深床过滤主要用于净化含固量很少（<0.1%）流 体，如水净化等。
3.2.1.1 球形颗粒的自由沉降
颗粒在流体中受到三个力的作用，如下所示：
质量力Fg 浮力Fb 曳力Fd
Fg=mg （重力），或 Fg=mac（离心力）
Fb=mg/p
Fd
dp2(u2 )
42
式中 为曳力系数
浮力 Fb 曳力 Fd
质量力 Fg
颗粒在沉降过程中的 受力分析
将表面光滑的刚性球形颗粒置于静止的流体介质中，若 颗粒的密度大于流体的密度，则颗粒将在流体中降落
③ 应用
增稠器既可用于间歇操作或连续操作，具有澄清液体和增 稠悬浮液双重功能。适用于量大、浓度不高且颗粒不太细微的 悬浮料浆，如污水、煤泥水处理等。工业上处理大量悬浮液时， 一般采用连续式增稠器。
④ 改变沉降速度的方法
Ⅰ添加絮凝剂： 一般采用添加少量电解质或表面活性剂的方法，使细小 颗粒凝聚或絮聚；
试差法
由于在计算出ut之前Rep的大小未知，因此要通过试差确定应
该选取的计算公式。即：先假设沉降属于某一流型，则可直
接选用与该流型相应的沉降速度公式计算，然后按求出的ut
检验Ret值是否在原假设的流型范围内。
摩擦数群法
该法是将ζ与雷诺数的关系曲线加以转换，使其两个坐标轴之 一变成不包含ut的无量纲数群，进而便可得ut
非均相混合物：物系内部有隔开两相的界面存在而界面两侧 的物料性质截然不同（含尘气体、含雾气体、悬浮液、乳 浊液、泡沫液等）。
沉降操作：依靠某种力的作用，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。
机械分离方法（按流动方式不同）：沉降和过滤。 沉降作用力：重力（重力沉降）和惯性离心力（离心沉降）。
非均相物系分离优秀课件
本章学习要求：
1本章学习目的 通过本章的学习，要重点掌握沉降和过滤这两种 机械分离操作的原理、过程计算、典型设备的结 构与特性。
2 本章应掌握的内容 a 沉降分离（包括重力沉降和离心沉降）的原理 、过程计算。 b 过滤操作的原理、过滤的计算
均相混合物：物系内部各处物料性质均匀而不存在相界面 （如溶液、混合气体等）。
3.1 概述
1 流体对固体颗粒的绕流
2 悬浮液的形成
含有固体颗粒的液体称为悬浮液。生产中液固分离的目的： 得到含液量比较少的固体产品，即低的液体损失率；或得 到含固体颗粒比较少的清液，即低的固体损失率。
3.2 沉降分离 沉降概述
沉降分离是常见的液固分离方法。 沉降分离：以颗粒和液体间的密度差为基础的分离方法。
（数米～百米以上）浅槽（高
度2.5～4m）。
② 工作原理
耙 稠浆
连续式沉降槽
料浆从中央进料口送入液面下0.3-1.0m处，以小扰动迅速分散 到整个横截面上，颗粒下沉，从等浓区 变浓区沉聚区；在槽 底缓慢转动的耙把浓浆中的液体挤出去，并把沉渣聚拢到锥底的中 央排渣口，以“底流”排出。清液向上流动，即使夹带颗粒粒，颗 粒在澄清区还是有机会再沉降，使“溢流”的澄清液体保持清洁。
24
Re p
ut
dp2(s )g 18
一般用于粒径小于50μm的颗粒
过渡区或艾仑定律区（ 1<Rep<103）
18 .5
Re
0 .6 p
ut 0.27 dp(s)gRt0e.6
湍流区或牛顿定律区（ 103<Ret<2×105）
0.44
ut 1.74
dp(s )g
Βιβλιοθήκη Baidu
一般用于粒径大于1.5mm的颗粒
Ⅱ改变操作条件：
通常采用诸如：加热、冷冻或震动等方法，使颗粒的粒度或 相界面积发生变化，从而提高或降低沉降速度。
3.4 过滤
过滤操作的基本概念 过滤基本方程式，过滤常数的测定 提高过滤生产能力的措施
3.4.1 过滤操作基本概念
1、过滤
利用重力或压差使悬浮液通过多孔性过滤介质，将固体颗粒截留， 从而实现固-液分离的单元操作。
根据牛顿第二运动定律，颗粒所受三个力的合力应等于颗 粒的质量与加速度的乘积，即
FgFbFDma
或
6d 3 (p)g 4 d 2 (2 u 2) 6d 3
du pd
由此可得沉降速度
ut
4gdp(p ) 3
阻力系数ζ
根据阻力随颗粒雷诺数变化的规律，可分为三个区域：
滞流区或斯托克斯定律区（10-4<Rep<2)
织物介质 最常用的过滤介质，工业上称为滤布(网)，由天然纤维、 玻璃纤维、合成纤维或者金属丝编织而成。可截留的最小颗粒的直 径为5-65微米。 多孔固体介质 具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶瓷、多孔 金属及多孔性塑料制成的管或板，能截留1-3μm的微小颗粒。 堆积介质 由沙、木炭之类的固体颗粒堆积而成的床层，称作滤床， 用作过滤介质使含少量悬浮物的液体澄清。 多孔膜 用于膜过滤的各种有机分子膜和无机材料膜。
3.3 重力沉降设备 3.3.1 降尘室
气体 进口
集灰斗
降尘室
（1）工作原理
气体 出口
气体
L u
ut
B H
颗粒在降尘室中的运动
气体入室减速 颗粒的沉降运动&随气体运动 沉降运动时间<气体停留时间分离
3.3.2 增稠器（沉降槽） ① 结构
加料
清液溢流
增稠器的构造如右图。主要 清液
是一个底部略成锥形的大直径 水平挡板
沉降过程
自由沉降:颗粒间相互影响可忽略（稀悬浮液初期沉降）
干扰沉降:颗粒间相互影响不能忽略（浓悬浮液中期）
压缩沉降:颗粒已沉降在一起，靠颗粒自身重量将间隙 中的液体挤出，颗粒层压缩（沉降末期）
3.2.1 重力沉降
重力沉降是利用流体中的固体颗粒受地球吸引力场的 作用而发生的沉降过程
球形颗粒的自由沉降 阻力系数ζ 影响沉降速度的因素 沉降速度的计算
影响沉降速度的因素
1.颗粒的体积浓度
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，当 颗粒浓度较高时便发生干扰沉降
2.器壁效应
当容器尺寸远远大于颗粒尺寸时，器壁效应可忽略，否则需 加以考虑
3.颗粒形状的影响
同一种固体物质，球形或近球形颗粒比同体积非球形颗粒的沉 降快一些。
沉降速度的计算
3、饼层过滤与深床过滤 饼层过滤
固体物质沉积于过滤介质表面而形成滤饼层的操作，真正发挥 截留颗粒作用的主要是滤饼本身，因此称作饼层过滤。饼层过滤 主要用于含固量较大（>1%）的场合。
深层过滤
固体颗粒并不形成滤饼，而是沉积于较厚的粒状对滤介质床层 内部的过滤操作。深床过滤主要用于净化含固量很少（<0.1%）流 体，如水净化等。
3.2.1.1 球形颗粒的自由沉降
颗粒在流体中受到三个力的作用，如下所示：
质量力Fg 浮力Fb 曳力Fd
Fg=mg （重力），或 Fg=mac（离心力）
Fb=mg/p
Fd
dp2(u2 )
42
式中 为曳力系数
浮力 Fb 曳力 Fd
质量力 Fg
颗粒在沉降过程中的 受力分析
将表面光滑的刚性球形颗粒置于静止的流体介质中，若 颗粒的密度大于流体的密度，则颗粒将在流体中降落
③ 应用
增稠器既可用于间歇操作或连续操作，具有澄清液体和增 稠悬浮液双重功能。适用于量大、浓度不高且颗粒不太细微的 悬浮料浆，如污水、煤泥水处理等。工业上处理大量悬浮液时， 一般采用连续式增稠器。
④ 改变沉降速度的方法
Ⅰ添加絮凝剂： 一般采用添加少量电解质或表面活性剂的方法，使细小 颗粒凝聚或絮聚；
试差法
由于在计算出ut之前Rep的大小未知，因此要通过试差确定应
该选取的计算公式。即：先假设沉降属于某一流型，则可直
接选用与该流型相应的沉降速度公式计算，然后按求出的ut
检验Ret值是否在原假设的流型范围内。
摩擦数群法
该法是将ζ与雷诺数的关系曲线加以转换，使其两个坐标轴之 一变成不包含ut的无量纲数群，进而便可得ut
非均相混合物：物系内部有隔开两相的界面存在而界面两侧 的物料性质截然不同（含尘气体、含雾气体、悬浮液、乳 浊液、泡沫液等）。
沉降操作：依靠某种力的作用，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。
机械分离方法（按流动方式不同）：沉降和过滤。 沉降作用力：重力（重力沉降）和惯性离心力（离心沉降）。
非均相物系分离优秀课件
本章学习要求：
1本章学习目的 通过本章的学习，要重点掌握沉降和过滤这两种 机械分离操作的原理、过程计算、典型设备的结 构与特性。
2 本章应掌握的内容 a 沉降分离（包括重力沉降和离心沉降）的原理 、过程计算。 b 过滤操作的原理、过滤的计算
均相混合物：物系内部各处物料性质均匀而不存在相界面 （如溶液、混合气体等）。
3.1 概述
1 流体对固体颗粒的绕流
2 悬浮液的形成
含有固体颗粒的液体称为悬浮液。生产中液固分离的目的： 得到含液量比较少的固体产品，即低的液体损失率；或得 到含固体颗粒比较少的清液，即低的固体损失率。
3.2 沉降分离 沉降概述
沉降分离是常见的液固分离方法。 沉降分离：以颗粒和液体间的密度差为基础的分离方法。
（数米～百米以上）浅槽（高
度2.5～4m）。
② 工作原理
耙 稠浆
连续式沉降槽
料浆从中央进料口送入液面下0.3-1.0m处，以小扰动迅速分散 到整个横截面上，颗粒下沉，从等浓区 变浓区沉聚区；在槽 底缓慢转动的耙把浓浆中的液体挤出去，并把沉渣聚拢到锥底的中 央排渣口，以“底流”排出。清液向上流动，即使夹带颗粒粒，颗 粒在澄清区还是有机会再沉降，使“溢流”的澄清液体保持清洁。
24
Re p
ut
dp2(s )g 18
一般用于粒径小于50μm的颗粒
过渡区或艾仑定律区（ 1<Rep<103）
18 .5
Re
0 .6 p
ut 0.27 dp(s)gRt0e.6
湍流区或牛顿定律区（ 103<Ret<2×105）
0.44
ut 1.74
dp(s )g
Βιβλιοθήκη Baidu
一般用于粒径大于1.5mm的颗粒
Ⅱ改变操作条件：
通常采用诸如：加热、冷冻或震动等方法，使颗粒的粒度或 相界面积发生变化，从而提高或降低沉降速度。
3.4 过滤
过滤操作的基本概念 过滤基本方程式，过滤常数的测定 提高过滤生产能力的措施
3.4.1 过滤操作基本概念
1、过滤
利用重力或压差使悬浮液通过多孔性过滤介质，将固体颗粒截留， 从而实现固-液分离的单元操作。
根据牛顿第二运动定律，颗粒所受三个力的合力应等于颗 粒的质量与加速度的乘积，即
FgFbFDma
或
6d 3 (p)g 4 d 2 (2 u 2) 6d 3
du pd
由此可得沉降速度
ut
4gdp(p ) 3
阻力系数ζ
根据阻力随颗粒雷诺数变化的规律，可分为三个区域：
滞流区或斯托克斯定律区（10-4<Rep<2)