任务2 了解重力沉降和离心沉降
任务2 了解重力沉降和离心沉降
颗粒的沉降速度不仅与颗粒的大小及密度有关，而且还与流体的____________有关。
根据作用力场的不同，可以分为____________沉降和___________沉降。
〖作业〗
1．与重力沉降相比，离心沉降有哪些优点及不足？
3分
7分
20分
15分
15分
15分
15分
任务2了解重力沉降和离心沉降
根据外力的不同，沉降又可分为重力沉降和离心沉降。
重力沉降就是颗粒在地球重力场的作用下，发生沉降运动。通过上述讨论知道，颗粒的重力沉降速度与颗粒的直径、密度及流体的粘度等性质有关，对一定的非均相物系，则颗粒的重力沉降速度是一定的，人们无法改变其大小。因此，在分离要求较高时，用重力沉降就很难达到要求。此时，若采用离心沉降，则可大大提高沉降速度，使分离效率提高，设备尺寸减小。
尽管离心分离沉降速度大、分离效率高，但离心分离设备要比重力沉降设备复杂，投资费用大，且需要消耗能量，操作严格而费用高。因此，对分离要求不高或处理量较大的场合，采用重力沉降更为经济合理，有时先用重力沉降，再进行离心分离也不失为一种行之有效的方法。
综合练习：在学习了上面的知识后，请你完成下面的填空：
沉降是借助于某种外力的作用，使两相之间发生____________而实现分离的操作。
【实例讲解】
沉降分离原理及方法
沉降分离原理及方法沉降分离是一种常用的物理分离方法，主要用于将混合物中的固体颗粒或浮游生物从液体中分离出来。
沉降分离原理基于不同物质的密度差异，通过重力作用使得较重的固体或浮游生物颗粒沉降到液体底部，从而实现分离的目的。
下面将详细介绍沉降分离的原理和常用的方法。
1.原理：沉降分离的原理是基于斯托克斯定律，即在流体中，一个颗粒的沉降速度与其体积、形状、密度以及流体的粘度和密度有关。
根据斯托克斯定律，一个颗粒在一定重力下的沉降速度可以用以下公式表示：v=(2g(ρp-ρm)r^2)/(9η)其中，v代表沉降速度，g代表重力加速度，ρp代表颗粒的密度，ρm代表流体的密度，r代表颗粒的半径，η代表流体的粘度。
根据上述公式可以看出，颗粒的沉降速度与颗粒的体积、密度以及流体的粘度有关。
通常情况下，沉降速度较慢的颗粒会更容易分离出来。
因此，在进行沉降分离时，可以通过控制颗粒的大小、密度以及流体的粘度来实现理想的分离效果。
2.方法：沉降分离的方法有许多种，下面介绍其中几种常见的方法。
（1）重力沉降：重力沉降是最基本也是最常用的沉降分离方法。
它利用物体在重力作用下向下沉降的特性，将混合物在重力的作用下静置一段时间，使得较重的固体颗粒沉降到液体底部。
然后通过倾倒或抽取的方式将上层液体倒掉，即可将固体与液体分离。
（2）离心沉降：离心沉降是通过离心力的作用加速沉降的过程。
离心沉降可以将颗粒分离得更彻底，分离速度更快。
离心沉降是利用离心机的转速和半径控制离心力的大小，通过调整离心机的参数，可以实现对不同颗粒的分离。
（3）沉降澄清：沉降澄清是通过调控液体的流速和流向，使颗粒在液体中进行不同速度的沉降，从而实现分离。
沉降澄清通常使用的装置是沉降澄清池或沉降澄清罐。
在这些装置中，通过设计合理的流场，使得颗粒在不同区域以不同的速度沉降，最终实现分离。
（4）浮选法：浮选法是通过将颗粒与空气或气泡结合在一起，使得颗粒浮在液体表面或高于液体表面，实现沉降分离的一种方法。
离心沉降
ηo=Σxiηpi Σ
分割粒径
• • • • • 粒级效率等于50％的颗粒直径 分割粒径 分割粒径) 粒级效率等于 ％的颗粒直径(分割粒径 对于标准旋风分离器 d50=0.27[µD/[ui(ρs-ρ)] µ ρ ρ 曲线。 ηP~d/d50曲线。 标准型旋风分离器，型号相同， 标准型旋风分离器，型号相同，结构尺 寸比例相同的旋风分离器可以用同一条 曲线。 曲线。
一、离心沉降速度 离心沉降速度
连续相运动方向
Fb Fd
Fu 颗粒沉降方向
• 假设，颗粒密度ρS , kg/m3, 颗粒直径d , m , 假设，颗粒密度ρ 颗粒直径d • 流体密度ρ 流体密度ρ , kg/m3 , • 颗粒在静止流体中流动。 颗粒在静止流体中流动。 惯性离心力作用下实现的沉降过程称为离心沉降。 颗粒受到三个力
旋风分离器类型 XLT/A型 XLP/B型 XLK型(扩散式)
旋液分离器 旋液分离器又称水力旋流器，是利用离心沉 降原理从悬浮液中分离固体颗粒的设备，它的结 构与操作原理和旋风分离器类似。
4、旋风分离器性能 旋风分离器性能
• 主要指标： 主要指标： • 尘粒从气流中的分离效果 • 气流经过旋风分离器的压强降
(1) 临界粒径
• 指旋风分离器能分离下来的最小粒径， 指旋风分离器能分离下来的最小粒径， 用于判断分离器的效率高低。 用于判断分离器的效率高低。 • 假设： 假设： • 在旋风分离器中，气流按螺旋路线等速 在旋风分离器中， 运动，其切向速度等于进口气速ui， 运动，其切向速度等于进口气速 ， • 颗粒穿过整个气层厚度 ，到达器壁被分 颗粒穿过整个气层厚度B， 离， • 颗粒在滞流情况下作自由离心沉降
平衡时颗粒在径向上相对于流体的运动速 度ur便是它在此位置上的离心沉降速度：
《化工原理》课程教学大纲
《化工原理》课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：260353课程名称：《化工原理》英文名称：Principles of Chemical Engineering课程类别：专业基础课学时：90学时，化工原理（上册）40，化工原理（下册）40，实验10学分：4个适用对象：环境工程专业考核方式：期末考试成绩（占70%）加平时成绩（占30%），其中期末考试为闭卷考试，平时成绩包括考勤，作业、实验和平时测验等。
先修课程：数学、物理、化学、物理化学二、课程简介中文简介：化工原理课程属化学工程技术科学学科，是理论性和实践性都很强的学科，是环境工程专业必修的一门专业基础课程。
本课程的总学时为90学时，其中80学时为课堂教学，而10个学时为实践教学。
其中课堂教学章节和实验教学内容都是按环境工程专业的专业特点而设定的，而与环境工程专业关系不为紧密的则建议自学。
英文简介：Chemical engineering is a technology of chemical engineering subdiscipline. This course specialize in strong theory, practice and is a compulsory courses to environmental engineering specialty. The total period is 90, including 80 period classroom teaaching and 10 period practice teaching. The content of this course is arranged according to the characteristics of environmental engineering. It is suggested that those content that has little relation with environmental engineering should be self-studied.三、课程性质与教学目的(一)课程性质《化工原理》是环境工程专业一门重要的专业基础课，它的内容是讲述化工单元操作的基本原理、典型设备的结构原理、操作性能和设计计算。
项目二_非均相物系的分离与设备
• （1） 旋液分离器 • 旋液分离器又称水力旋流 器，用以分离以液体为主 的悬浮液或乳浊液的设备。 工作原理与旋风分离器大 致相同。设备主体也是由 圆柱、圆锥两部分组成， 如图所示。料液由圆筒部 分以切线方向进入，作旋 转运动而产生离心力，下 行至圆锥部分更加剧烈。 料液中的固体粒子或密度 较大的液体受离心力的作 用被抛向器壁，并沿器壁 按螺旋线下流至出口（底 流）。澄清的液体或液体 中携带的较细粒子则上升， 由中心的出口溢流而出。
开眼界：龙卷风
• 当流体围绕某一中心轴作圆周运 动时，便形成惯性离心力场。龙 卷风就是自然界中流体旋转形成 离心力场的实例。 • 龙卷风是从强流积雨云中伸向地 面的一中小范围强烈旋风。龙卷 风出现时，往往有一个或数个如 同“象鼻子”样的漏斗状云柱从 云底向下伸展，同时伴随狂风暴 雨、雷电或冰雹。龙卷风经过水 面，能吸水上升，形成水柱，同 云相接，俗称“龙取水”。经过 陆地，常会卷倒房屋，吹折电杆， 甚至把人、畜和杂物吸卷到空中， 带往他处。
2.其他离心沉降设备
（2） 沉降离心机
蝶片式离心机
管式超速离心机
卧式螺旋卸渣沉降离心机示意图
3.提高离心沉降速度的方法
• 离心沉降是利用连续相与分散相在离心力场中所 受离心力的差异使重相颗粒迅速沉降实现分离的 操作。离心沉降速度是指重相颗粒相对于周围流 体的运动速度。设法提高离心沉降速度，无疑可 使分离效果提高，设备尺寸减少。同学们想一想， 有哪些提高离心沉降速度的方法呢？从下列影响 离心沉降速度的的因素着手，针对不同情况，采 取不同措施。
悬浮液和乳浊液
• 自然界里的大多数物质是混合物，混合物可分为均相混合 物和非均相混合物两大类。相是具有相同组成，相同物理 性质和相同化学性质的均匀物质。相与相之间有明确的界 面。 • 均相混合物的定义：均相混合物内部各处物质均匀而不存 在相界面，如空气、酒精等。 • 非均相混合物的定义：非均相混合物的内部有隔开两相的 界面存在，而界面两侧的物料性质截然不同，如悬浮液、 乳浊液、含尘气体等。 • 固体颗粒分散于液体中，因布朗运动而不能很快下沉，此 时固体分散相与液体的混合物称悬浮液。悬浮液中的固体 颗粒的粒径为10-3-10-4cm，大于胶体。血液,泥水,氢氧化 铜和水的混合液，碳酸钙和水的混合液等都是悬浮液。
离心沉降速度与重力沉降速度的比较
离心沉降速度为绝对速度在径向上的分量，随颗粒在
离心力场中的位置而变。
阻力同系一数颗：粒层在流同时一种 介质2R4中e 的u离r 心 沉d 2降1速8s度 与 重 u力Rt 2沉降速
1、气体处理量
旋风分离器的处理量由入口的气速决定，入口气体流
量是旋风分离器最主要的操作参数。一般入口气速ui在
15～25m/s。 旋风分离器的处理量
V ui B h
2、临界粒径 判断旋风分离器分离效率高低的重要依据是临界粒径。
临界粒径 ： 理论上在旋风分离器中能完全分离下来的最小
颗粒直径。 1） 临界粒径的计算式 a) 进入旋风分离器的气流严格按照螺旋形路线作等速运 动，且切线速度恒定，等于进口气速ut=ui；
中折线obcd。
实测的粒级效率曲线，直径小于10μm的颗粒，也有可观的
分离效果，而直径大于dc的颗粒，还有部分未被分离下来 直径小于dc的颗粒中
有些在旋风分离器进口处已很靠近壁面，在停留时间内能够
达到壁面上
有些在器内聚结成了大的颗粒，因而具有较大的沉降速度 直径大于dc的颗粒
气体涡流的影响，可能没达到器壁。 即使沉到器壁也会被重新扬起
颗粒到达器壁所需要的时间：t
停留时间为： 2Rm N
B ur
18Rm B d 2 sui2
ui
对某尺寸的颗粒所需的沉降时间θt恰好等于停留时间θ
，该颗粒就是理论上能被完全分离下来的最小颗粒，用dc表
示这种颗粒的直径，即临界粒径 。
18Rm B dc2 sui2
2Rm N
ui
p c ui2
生物分离-第三章-离心与沉降
离心过滤
离心过滤就是应用离心力代替压力差作为过滤推动力的分离方法， 也称为过滤式离心机。 左图为工业上常用的篮式过滤离心 机，过滤离心机的转鼓为一多孔圆 筒，圆筒转鼓内表面铺有滤布。 操作时，被处理的料液由圆筒口连 续进入筒内，在离心力的作用下， 清液透过滤布及鼓壁小口被收集排 出，固体微粒则被截留于滤布表面 形成滤饼
沉降设备的分类：
• • • • 矩形水平流动池 圆形水平流动池 垂直流动式圆形池 方形池
传统
沉降设备
新型 • 斜板式沉淀池 • 斜管式沉淀池
矩形水平流动池： 沉降特性好，池壁可两池共 用，节省费用
圆形水平流动池： 截面是圆形，高径比小，但 处理量较大，液体从中进入， 向外筒壁流动，通过溢流堰 排出
v0-泵送作用下的液体流速，m/s vc- 粒子在离心力作用下的运动速度， m/s 在多数场合下，vo随r的变化而变化，即r减小时，vo增大，因碟片 间的环隙通道截面积随r减小而缩小。且vo还是微粒位置的y坐标的
函数，即在碟片表面v0=0。 vo可表示为：
Q---为离心机泵送液体的流量，m3/s
n—碟片间隙数
μ—介质黏度，Pa〃s；
v —微粒运动速度，m/s。
这个等式仅当球形微粒较小时方能成立，即：
如果Re>1时，阻力为 f—摩擦系数 当球形粒子在介质中运动时速度较小，因此作用其上的阻力也 较小，当阻力与浮力平衡时，微粒加速度为零。联立方程 3.1 和3.2，得到下式， 此式给出了微粒稳定状态和最终速度
单位面积上的过滤体积可改写为
可得近似离心式过滤机由开始操作至滤饼厚度为(R0-Rc)时的过滤时 间
从一种发酵液中分离提取类固醇，类固醇晶体的 浓度为16kg/m3，料液密度为1000kg/m3.在过滤分 离小试中，处理0.25L发酵液需32min，实验室装 置的过滤面积为8.3· 10-4m2，过滤压降为105Pa， 所得滤饼密度为1090kg/m3，过滤介质阻力可忽 略。扩大实验使用篮式过滤离心机处理发酵液， 离心机转鼓内径为1.02m，高0.45m，转速为 530r/min，在过滤转速时，测知转鼓内的液层和 滤饼的厚度之和为0.055m。求处理1.6m3这种发 酵液所需的分离时间
环境工程原理教学大纲
《环境工程原理》教学大纲一、基本信息二、教学目标及任务《环境工程原理》是环境工程专业的重要专业基础课，该课程的主要任务是系统、深入地阐述环境污染控制工程，即水质净化与水污染控制工程、大气污染控制工程、固体废物处理与处置及资源化工程，以及其他污染控制工程中涉及的具有共性的工程学基础基本过程和现象，以及污染控制装置的基本原理。
通过本课程的学习应使学生能掌握物料与能量衡算、传热、传质、沉降、离心、过滤、吸收、吸附的基本原理和基本计算，掌握化学与生物反应动力学、各类化学及生化反应器理论，为后续专业课程的学习奠定基础。
课程学习结束后，学生应达到以下要求：①掌握环境工程学的基本概念和基本理论：主要包括物料与能量衡算、流体流动、热量传递和质量传递过程的基本概念和基本理论；②掌握分离过程的原理：主要包括沉淀、过滤、吸收、吸附、离子交换、膜分离等基本分离过程的原理；③掌握反应工程原理：主要包括化学与生物反应计量学及动力学，各类化学与生物反应器的解析与基本设计理论等。
本课程支撑环境工程专业毕业要求1、2、3、4、5、6和12。
三、学时分配四、教学内容及教学要求第一章绪论1.环境问题与环境学科的发展2.环境污染与环境工程学3.污染控制技术体系，包括水污染控制技术体系大气污染控制技术体系固体废物处理处置技术体系等。
4.污染控制技术原理的基本类型5.环境工程原理课程的主要内容本章重点、难点：环境污染与环境工程学；环境工程原理课程的主要内容本章教学要求：了解环境问题与环境学科的发展；了解环境工程学的学科体系；了解环境净化与污染控制的基本方法与原理；了解环境工程原理课程的主要内容及学习方法。
第二章质量与能量衡算第一节常用物理量1.计量单位2.物理量的单位换算3.量纲和无量纲准数4.常用物理量及其表示方法习题要点：物理量的单位换算；各种浓度的相互换算第二节质量衡算1.质量衡算的基本概念2.总质量衡算习题要点：质量衡算第三节能量衡算1.能量衡算方程2.热量衡算方程3.封闭系统的热量衡算4.开放系统的热量衡算习题要点：各类能量衡算本章重点、难点：计量单位、物理量的单位换算、量纲和无量纲准数、常用物理量及其表示方法。
任务2 了解重力沉降和离心沉降教案皮
表 5-2 板书设计：
任务 1 学习过滤操作的基本原理 3、过滤介质的种类： （1）织物介质 （2）粒状介质 （3）多孔固体介质 三、 滤饼 （1）不可压缩滤饼 （2）可压缩滤饼 四、助滤剂 五、过滤操作周期 〖作业布置〗 知识学习：什么是非均相混合物？ 一、过滤过程是如何进行的 1．滤饼过滤 2.深层过滤 二、认识过滤介质 1、什么是过滤介质？ 2、特点：
河北省技工学校 教师课时授课计划
学校： 唐山高级劳动技工学校 授课日期 授课班级 14 化工一 缺
课 题：
表 5-1
授课序号
6-3
14 化工二
席
拓展单元 1 过滤操作
本次授课目的与要求：掌握相的概念，分辨均相混合物与非均相混合物，掌握过滤操作的原理，方
法，及设备。了解影响过滤的因素
课 堂 类 型 ：单一
教具、挂图与参考书： 《化工单元操作》 ，多媒体软件，课件
考核对象： 全体学生
复习旧课要点：
1.蒸发操作的对象什么，吸收的应用有哪些？ 2.简述蒸发操作的条件。
新课难点，重点与解决措施： 难 点 ： 相的概念，分辨均相混合物与非均相混合物 重 点 ： 过滤操作的原理，方法，及设备。了解影响过滤的因素 解决措施：采用举例法理论联系实际附加适当的联系固知识
复习作业（复习题） ：
教案内补充作业
任课教师： 李燕龙 2015 年 9 月
组长审阅 年 月 日
本课小结与改进措施：
本课程采用一体化教学，边教学，边观察，理论联系实际教学，效果比较好。过滤操作与实际联系紧密 通过采用身边实例引入，使学生较快进入学习状态。如能增加学生动手过滤实验效果更好。
新课内容（附后）
《重力沉降法》课件
重力的作用效果是 使物体向地心加速 下落
重力沉降法的定义
重力沉降法是一种 利用重力作用使悬 浮颗粒从流体中分 离出来的方法。
原理：悬浮颗粒在 重力作用下，会逐 渐下沉，而流体则 向上流动，从而实 现颗粒与流体的分 离。
应用：广泛应用于 污水处理、化工、 食品等行业。
优点：操作简单， 成本低，效率高。
过滤法：操作简单，成本低，但分离效率 低，适用于大颗粒物质
磁选法：操作简单，成本低，但分离效率 低，适用于磁性物质
05 重力沉降法的实验操作
实验前的准备
实验材料：离心管、离心机、 溶液、样品等
实验环境：无尘、无菌、温度 适宜
实验设备：离心机、天平、量 筒、滴定管等
实验步骤：样品处理、离心、 收集、分析等
重力沉降法的原理
原理：利用颗粒物在重力作用下的沉 降速度不同，实现颗粒物的分离和净 化
过程：将待处理液体与颗粒物混合， 然后让其自然沉降，颗粒物沉降速 度大于液体，从而实现分离
应用：广泛应用于污水处理、空气净 化等领域
优点：操作简单，成本低，适用于大 规模处理
重力沉降法的应用
空气污染控制： 去除空气中的颗 粒物和悬浮物
记录实验数据：包括时间、温度、 压力、浓度等
绘制图表：将实验数据绘制成图表， 如柱状图、折线图等
添加标题
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数据处理：使用Excel或其他软件 进行数据处理和分析
分析结果：根据实验数据和图表， 分析实验结果，得出结论
实验结果分析
颗粒大小 对沉降速 度的影响
溶液浓度 对沉降速 度的影响
设备问题：重力沉降法需要大型设备，投资成本较高
环境问题：重力沉降法在处理过程中会产生噪音和粉尘，对环境造成影响
重力,离心沉降及设备图例
降尘室例题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，粘度为2.53×10-5 Pa.s ，流量为1.25×104m3/h。粉尘的密 度为2000kg/m3。试求粉尘的临界直径。
旋风分离器例题1
温度为20℃、压力为0.101MPa、流量为 2.5m3/s的含尘气体用3-9图a所示的旋风 分离器降尘。尘粒的密度为2500kg/m3， 最大允许压力损失是2.0KPa时，求：① 分离器尺寸；②临界粒径。
附图示，一个双锥分级器，利用它可将 密度不同或尺寸不同的粒子混合物分开。 混合粒子由上部加入，水经可调锥与外 壁的环隙向上流过。沉降速度大于水在 环隙处上升流速的颗粒进入底流，而沉 降速度小于该流速的颗粒则被溢流带出。 利用此双锥分级器对方铅矿与石英两种 粒子的混合物进行分离。已知：
续上
粒子形状：正方体；粒子尺寸：棱长为0.080.7mm;方铅矿密度：ρs1 =7500 kg/m3 石英密度：ρs2 =2650 kg/m3 ；20℃水的密度 和粘度ρ =980.2 kg/m3 ； μ=1.005×103 Pa.s
假定粒子在上升水流中作自由沉降，试求：⑴欲 得纯方铅矿粒，水的上升流速至少应取多少m ／s？⑵所得纯方铅矿粒的尺寸范围。
降尘室例题1
拟采用降尘室回收常压炉气中所含的球形固体 颗粒。降尘室底面积为10m2 ，/m3 ，粘度 为2.6×10-5 Pa.s ；固体的密度为3000 kg/m3 ；降尘室的生产能力为4 m3/s 。试求： ⑴理论上能完全扑集下来的最小颗粒直径；⑵ 粒径为40μm颗粒的回收百分率；⑶如欲完全 回收直径为15μm的尘粒，对原降尘室应采取 何种措施？
例题
用标准旋风分离器除去气流中所含固体 颗粒。已知固体密度为1100kg/m3 ，颗 粒直径为4.5μm ；气体密度为 1.2kg/m3 ，粘度为1.8×10-5 Pa.s ，流 量为0.4 m3/s ；允许压强降为1780 Pa 。 试估算以下各方案的设备尺寸及分离效 率：⑴一台旋风分离器。⑵四台相同的 旋风分离器串联。⑶四台旋风分离器并 联。
化工原理：(含答案)第三章 非均相物系的分离
第三章 非均相物系的分离一、填空题：1．⑴一球形石英颗粒，在空气中按斯托克斯定律沉降，若空气温度由20°C 升至50°C ，则其沉降速度将 。
⑵降尘室的生产能力只与降尘室的 和 有关，而与 无关。
解⑴下降 ⑵长度 宽度 高度2．①在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增加一倍，则沉降时间 ，气流速度 ，生产能力 。
②在滞流（层流）区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 次方成正比；在湍流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 次方成正比。
解①增加一倍 ， 减少一倍 ， 不变 ②2 ， 1/2沉降操作是指在某种 中利用分散相和连续相之间的 差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。
沉降过程有 沉降和 沉降两种方式。
答案：力场；密度；重力；离心3．已知q 为单位过滤面积所得滤液体积V/S ，e e e S V q V /，为为过滤介质的当量滤液体积（滤液体积为e V 时所形成的滤饼层的阻力等于过滤介质的阻力），在恒定过滤时，测得2003740/+=∆∆q q τ，过滤常数K ＝ ，e q = 。
解0.000535 ， 0.05354．⑴间歇过滤机的生产能力可写为Q ＝V/∑τ，此外V 为 ，∑τ表示一个操作循环所需的 ，∑τ等于一个操作循环中 ， 和 三项之和。
一个操作循环中得到的滤液体积 ，总时间 ，过滤时间τ ，洗涤时间τw ， 辅助时间τD⑵．一个过滤操作周期中，“过滤时间越长，生产能力越大”的看法是 ，“过滤时间越短，生产能力越大”的看法是 。
过滤时间有一个 值，此时过滤机生产能力为 。
不正确的 ，不正确的 ， 最适宜 ， 最大⑶．过滤机操作循环中，如辅助时间τ越长则最宜的过滤时间将 。
⑶ 越长(4). 实现过滤操作的外力可以是 、 或 。
答案：重力；压强差；惯性离心力5．⑴在过滤的大部分时间中， 起到了主要过滤介质的作用。
⑵最常见的间歇式过滤机有 和 连续式过滤机有 。
⑶在一套板框过滤机中，板有 种构造，框有 种构造。
工业分析技术专业《项目四 任务二 沉降学习指南》
工程四 非均相混合物别离技术任务二 重力沉降设备及操作技术一、重力沉降重力场中，颗粒在流体中受到重力、浮力和阻力，这些力会使颗粒产生一个加速度，根据牛顿第二定律：重力-浮力-阻力=颗粒质量×加速度。
当颗粒在流体中做均速运动时，g d s ρπ36-g d ρπ36-42220d u πρζ=0事实上，颗粒从静止开始作沉降运动时，分为加速和均速两个阶段。
速度越大阻力越大，加速度越小零；加速度为零时颗粒便作均速运动，其速度称为沉降速度。
一般而言，对小颗粒，加速阶段时间很短，通常忽略，可以认为沉降过程是均速的。
令颗粒所受合力为零，便可解出沉降速度：解得： ()ρζρρ340gd u s -=〔1〕其它因素对沉降速度的影响：上述计算沉降速度的方法，是在以下条件下建立的：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。
二、重力沉降设备降尘室〔1〕工作原理：如下图，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u 相同；另一方面在重力作用下以沉降速度0u 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所用时间，尘粒便可别离出来。
〔2〕能被除去的最小颗粒直径：显然，粒子直径越大，越容易被除去。
下面考虑如何确定能被作去的最小颗粒直径。
前已述及，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，前者可用该粒子的室高除以沉降速度而得；而后者由室长除以气流速度而得：u L u H ≤0，即 00A V LB HBu L Hu u s ==≥〔4〕其中s V 为以气体体积流量表示的处理量，m 3/s ；0A 为降尘室的底面积，㎡。
该式给出了颗粒能被除去的条件，即其沉降速度要大于处理量与底面积之商。
显然，该式取等号式时对应着能被除去的最小颗粒〔因为考虑的是最小颗粒直径，所以可以认为沉降运动处于层流区〕。
第二节沉降分离
重力
Fg
mg
sVg
d
6
3
s g
浮力
Ff
Vg
d
6
3
g
阻力
Fr
A u02
2
d 2
4
u0 2
2
重力沉降速度正
比于 (s-F)fg 和d.
当密度差不大、 粒F径r 也不大时， 沉降速度很小， 故低密度的Fg细颗
粒很难分离。
重力＝浮力+阻力
u0
4d (s )g 3
沉降速度公式
（二）阻力系数 阻力系数是流体与颗粒发生相对运动时雷诺数的函数
dc B
B,
B
(
d
2
)
dc
该式的含义：进入时离器壁为B'的颗粒中，直径等于d都能被
分离。 η即为直径等于d的颗粒的粒级效率。 注：η— d/dc关系
对于细小颗粒的分离，粒级效率更能反映分离器的分离性能好坏。
总效率 ：进入旋风分离器的全部粉尘能被分离出来的总质量分率。
总效率与旋O 风分离器的粒级效率、粉尘的粒度分布、浓度等有关。
评价旋风分离器性能的主要指标：分离性能和气体的压力降
1、分离性能——临界直径和分离效率
假定：
能分离出的最小颗粒直径 dc
①颗粒与气体在器内的切线速度ut恒定，等于进口处速度ui； ②颗粒沉降中所穿过的最大气层厚度等于进气口宽度B；
③颗粒与气流的相对运动为层流。
由③，颗粒沉降速度
ur
d2
s
18
(ut2 ) r
(3) 摩擦阻力损失以及各个部位的局部阻力损失等。
工程上主要采用经验公式：
p
1 2
u
【精编】环境工程原理-第五章-沉降.PPT课件
• 离心沉降速率在数值上远大于重力沉降速率。
第三节 离心沉降
离心加速度与重力加速度的比值（离心分离因素）Kc
Kc
r 2 g
大小可以人为调节
离心沉降分离设备有两种型式：旋流器和离心沉降机
旋流器的特点：设备静止，流体在设备中作旋转运行而产 生离心作用。Kc 一般在几十到数百之间。
离心沉降机的特点：装有液体混合物的设备本身高速旋转 并带动液体一起旋转，从而产生离心作用。Kc可以高达数 十万。
（3）湍流区：103<ReP<2105 CD = 0.44
ut 1.74
(P )gdP
牛顿（Newton）公式
第二节 重力沉降 上述式子有何意义？
• 了解影响颗粒沉速的因素（颗粒粒径……） • 在已知的颗粒粒径条件下求沉降速度 • 由颗粒沉降速度求颗粒粒径
……水处理中的沉降实验 • 由颗粒沉降速度求液体黏度
第三节 离心沉降 （二）旋流分离器
• 旋流分离器用于分离悬浮液，在结构和操作原理上与旋风 分离器类似。
• 旋流分离器的特点： ①形状细长，直径小，圆锥部分长，有利于颗粒分离。
②中心经常有一个处于负压的气柱，有利于提高分离效 果。
• 在水处理中，旋流分离器又称为水力旋流器，可用于高浊 水泥沙的分离、暴雨径流泥沙分离、矿厂废水矿渣的分离等。
第三节 离心沉降
二、旋流器工作原理
• 旋风分离器：用于气体非均相混合物分离 • 旋流分离器：用于液体非均相混合物分离
（一）旋风分离器
• 旋风分离器在工业上的应用已有近百年的历史。 • 旋风分离器结构简单、操作方便，在环境工程领
域也应用广泛。 • 在大气污染控制工程中，作为一种常用的除尘装
置，主要用于去除大气中的粉尘，常称为旋风除 尘器。
沉降过程与操作
学习情境4沉降过程与操作学习要求知识目标：1. 了解重力沉降及离心沉降基本知识。
2. 掌握旋风分离器、油水分离设备工作原理。
能力目标：1. 能使旋风分离器平稳运行。
2. 能使油水分离设备平稳运行。
学习情境4.1常压塔顶回流罐的油水分离【教学内容】化工生产中需要将混合物加以分离的情况横多，大致说来，混合物可分为两大类，即均相混合物和非均相混合物，详细内容下表。
均相：内部各处均匀不存在相界面的物系称为均相物系。
如溶液、混合气体及少量混合液体。
非均相：由具有不同物理性质（如密度和粒径）的分散物质和连续介质所组成的物系称非均相物系。
均相物系的分离属于传质内容，均相物系中的“固一固”物系不在讨论之列；非均相物系可以借助沉降、过滤、筛分等手段，利用物系中两相间的物性（如p或d）差，实现两相间的相对运动达到分离的目的。
这些属于机械分离，操作遵循流体力学的基本规律。
在非均相物系中，处于分散状态的物质称“分散相”；包围它的物质称“连续相”（即分散介质）。
沉降是将混合物置于力场中，在力场作用下，使分散相与连续相发生相对运动，密度大的物质定向地移向收集面，实现分离。
力场沉降类型物系重力场重力沉降自由沉降气一固、液一固气一液、液一液干扰沉降离心力场离心沉降同上电场电沉降电除尘器颗粒极微者电捕焦油器固一固物系往往要借助流体，使固固两相间的运动产生速度差。
在这里我们重点学习重力沉降，其沉降方向垂直向下。
沉降速度㈠球形颗粒的自由沉降自由沉降一一颗粒沉降中不受外界的任何影响。
将一粒表面光滑的刚性球形颗粒置于静止的流体中，颗粒p S＞液体的p ,于是颗粒受到的力分别为：重力Fg、浮力Fb、阻力Fd,其作用方向如图示。
当颗粒和流体的种类确定后，仅于p s、d和p有关的重力及浮力便为常量；阻力则随着颗粒运动的速度的变化而变化。
直径为d的颗粒，所受三力表示为（向下为正）：j三力之和，使颗粒产生加速度： a =du/d 0图4-1受力分析从颗粒沉降达到等速阶段， 理论上讲需要很长的时间，但达到0.99u t 需时很短，固可以忽略加速段，认为颗粒始终在等速U t 下运动。
《离心沉降》PPT课件 (2)
dc
9B 10 106 m Nui s
N=5
B
N s ui d c 2 9
5 2000 20.2 10 106 9 3.6 105
2
0.196m
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26
旋风分离器的直径 ：D=4B=4×0.196=0.78m
根据D与ui计算每个分离器的处理量，再根据气体流量确定
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3
惯性离心力场与重力场的区别
力场强度 方向 作用力
沉降速度
重力场
离心力场
重力加速度g
ut2/R
指向地心 Fg=mg 恒定
沿旋转半径从中心指向外周
FC
m uT 2 R
变化
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4
离心沉降时，如果颗粒与流体的相对运动属于滞流，阻力系数ξ
亦可用重力沉降中ξ关系式表达，则：
令气流的有效旋转圈数为Ne，它在器内运行的距
离便是2πRmNe ，则气体停留时间为：
2Rm Ne
ui
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D
12
θt＝θ时，
该颗粒就是理论上能被分离下来的最小颗粒(dc )
18Rm B d c 2 sui 2
2Rm Ne
ui
dc
9B Ne sui
影响临界粒径的因素
a) dc B Ｂ↑→dc↑
每台分离器 的压强减小
每台分离器 的流量减小
21
例 某含尘空气中微粒的密度为1500Kg/m3 温度为70℃，常压下 流量为1200m3/h，现采用筒体直径400mm的标准旋风分离器进 行除尘，试求能分离出尘粒的最小直径。
解： dc
9B Ne sui
B D 0.4 0.1m, 44
(化工原理)第二节 沉降过程
例3-4
例3-4
9.63m/s
例3-4
例3-5
例3-5
离心沉降-18
四、旋风分离器的结构型式与选用 近年来，在旋风分离器的结构设计中，
主要对以下几个方面进行改进，以提高 分离效率
（1）采用细而长的器身(增大惯性力、延长 停留时间)
（2）减小涡流的影响(避免短路)
若某种尺寸的颗粒所需的沉降时间θt恰 等于停留时间θ，该颗粒就是理论上能 被完全分离下来的最小颗粒。
离心沉降-11
临界粒径随分离器尺寸增大而增大,因此分离 效率随分离器尺寸增大而减小,所以当气体处 理量大时，常将若干个小尺寸的旋风分离器 并联使用(称为旋风分离器组),以维持较高的 除尘效率。
Ne的数值一般为0.5～3.0,但对标准旋 风分离器，可取Ne=5。
离心沉降-8
(3) 颗粒在滞流情况下作自由沉降，其径向沉降速度可用下式 计算
因ρ<<ρs ,故式中的ρ可以略去；又旋转半径R 可取平均值 Rm，则气流中的离心沉降速度为
离心沉降-9
颗粒到达器壁所需的沉降时间为
令气流的有效旋转圈数为Ne,它在器内 运行的距离便是2πRmNe,则停留时间为
离心沉降-10
作预除尘器使用。 多层降尘室虽能分离较细小的颗粒并节省地
面但பைடு நூலகம்灰不便。
例3-2
例3-2
重力沉降设备–沉降槽
（二）、沉降槽 （过程）
1、沉降槽的构造与操作 又称增浓器或澄清器
重力沉降设备–沉降槽
浓悬浮液的沉聚过程 （自学） 连续沉降槽的直径,小者数米,大者可达
数百米。小槽可用木料或金属制造,大 槽要用混凝土砌筑。小槽耙的转速约 为1r.p.m.,大槽只有0.1r.p.m.左右。
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综合练习：在学习了上面的知识后，请你完成下面的填空：
沉降是借助于某种外力的作用，使两相之间发生____________而实现分离的操作。
教学过程
教学内容
时间分配
【组织教学】
【复习提问】
【导入新课】
【新课板书】
【实例讲解，引入课题】
【概念】
【概念】
【学生活动，教师引导，学生独立完成】
【新课板书】
【挂图】
【利用生活常见豆浆引起学生兴趣】
【播放做豆浆视频】
【概念】
【由生活引申进入生产实例】
【概念】
【新课板书】
【实例讲解】
【新课板书】
【新课板书】
对于离心分离设备，通常用离心加速度和重力加速度的比值来表示离心的分离效果，我们把这一比值称为离心分离因数，用Kc表示：
（1-32）
式中ns和n均表示转速，其单位分别为r/s（转/秒）和r/min（转/分）。
由上式可知，要提高Kc，可通过增大半径R和转速ns来实现，但出于对设备强度、制造、操作等方面的考虑，实际上，通常采用提高转速并适当缩小半径的方法来获得较大的Kc。目前，超高速离心机的离心分离因数已经达到500000，甚至更高。
离心沉降就是依靠惯性离心力的作用而实现的沉降。当流体围绕某一中心轴作圆周运动时，便形成惯性离心力场。和重力沉降一样，在离心力的作用下，颗粒将沿径向发生沉降，其沉降速度即是颗粒与流体的相对速度。离心沉降速度与重力沉降速度的差异只是在于将重力加速度（重力场强度）换成了离心加速度（离心力场强度）。重力场强度是恒定的，而离心力场强度却随半径和切向速度而变，由于离心力场强度远大于重力场强度，因此离心沉降速度远大于重力沉降速度，而且离心力场强度（半径和切相速度）可以人为控制和改变，因此，只要我们选择合适的转速与半径，就能够根据获得足够的离心沉降速度，来完成要求较高的分离任务。
【实例讲解】
【新课板书】
【新课板书】
【新课板书】
【实物讲解】
【新课板书】
【新课板书】
【概念】
【Hale Waihona Puke 念】【概念】【新课板书】
【新课板书】
【作业】
课前组织教学，要求学生准备好书本，作业本，笔记本，组织教学秩序，使学生进入学习状态。
1.蒸发操作的对象什么，吸收的应用有哪些？
2.简述蒸发操作的条件。
在我们的生活中，常常会接触到这样一些混合物，例如用于消毒的酒精是乙醇和水的混合物，泥浆水是液体和固体的混合物，含尘气体是气体和固体的混合物等等。而在化工生产中，也有很多的原料、半成品及排放的废弃物等都是混合物，为了减少生产资料的浪费或者为了保护环境不受污染，要对这些混合物进行分离，现在工业生产中都使用什么样的方法对混合物进行分离呢？
任务2了解重力沉降和离心沉降
根据外力的不同，沉降又可分为重力沉降和离心沉降。
重力沉降就是颗粒在地球重力场的作用下，发生沉降运动。通过上述讨论知道，颗粒的重力沉降速度与颗粒的直径、密度及流体的粘度等性质有关，对一定的非均相物系，则颗粒的重力沉降速度是一定的，人们无法改变其大小。因此，在分离要求较高时，用重力沉降就很难达到要求。此时，若采用离心沉降，则可大大提高沉降速度，使分离效率提高，设备尺寸减小。
颗粒的沉降速度不仅与颗粒的大小及密度有关，而且还与流体的____________有关。
根据作用力场的不同，可以分为____________沉降和___________沉降。
〖作业〗
1．与重力沉降相比，离心沉降有哪些优点及不足？
3分
7分
20分
15分
15分
15分
15分