2010 第三章 第一节 沉降分离设备 文档
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化工原理第三章 沉降
ut
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。
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。
3.1沉降分离原理及设备
不同粒径范围内所含粒子的 个数或质量，即粒度分布。
11
3.1.2 颗粒及颗粒群的特性
2. 颗粒的平均直径
根据比表面积相等的原则 比表面积平均直径
颗粒的平均直径
长度平均直径
d am
1 xi
di
d Lm
xi
d
2 i
/
xi
d
3 i
表面积平均直径
d Am
xi di
/
xi
d
3 i
体积平均直径
故降低粘度对操作有利。
Ø 对悬浮液的沉降过程应设法提高温度， Ø 对含尘气体的沉降应降低气体温度。
u 颗粒的体积分数
当颗粒的体积分数小于0.2%时，理论计算值的偏差在1%以内。 当颗粒体积分数较高时，由于颗粒间相互作用明显，便发生干扰沉降。
22
3.2.1 重力沉降（Gravity Settling）
《化工原理》
第3章 非均相物系分离
绪论与沉降分离
Settlement Separation
3.1 概述
Ø 学习目的与要求 u 掌握沉降、过滤等过程的原理和计算方法 u 了解典型设备的结构特性 u 能够根据生产工艺的要求，合理选择设备。
2
3.1.1 非均相混合物的分离方法
Ø 分类
混合物
均相混合物
溶液 混合气体
标系中，
如 P215 图3－3所示。
26
3.2.1 重力沉降（Gravity Settling）
u 无量纲数群判别法
(1)已知d求ut
令K 3
d3 (s )g 2
滞流区：Re t
du t
11
3.1.2 颗粒及颗粒群的特性
2. 颗粒的平均直径
根据比表面积相等的原则 比表面积平均直径
颗粒的平均直径
长度平均直径
d am
1 xi
di
d Lm
xi
d
2 i
/
xi
d
3 i
表面积平均直径
d Am
xi di
/
xi
d
3 i
体积平均直径
故降低粘度对操作有利。
Ø 对悬浮液的沉降过程应设法提高温度， Ø 对含尘气体的沉降应降低气体温度。
u 颗粒的体积分数
当颗粒的体积分数小于0.2%时，理论计算值的偏差在1%以内。 当颗粒体积分数较高时，由于颗粒间相互作用明显，便发生干扰沉降。
22
3.2.1 重力沉降（Gravity Settling）
《化工原理》
第3章 非均相物系分离
绪论与沉降分离
Settlement Separation
3.1 概述
Ø 学习目的与要求 u 掌握沉降、过滤等过程的原理和计算方法 u 了解典型设备的结构特性 u 能够根据生产工艺的要求，合理选择设备。
2
3.1.1 非均相混合物的分离方法
Ø 分类
混合物
均相混合物
溶液 混合气体
标系中，
如 P215 图3－3所示。
26
3.2.1 重力沉降（Gravity Settling）
u 无量纲数群判别法
(1)已知d求ut
令K 3
d3 (s )g 2
滞流区：Re t
du t
化工原理沉降分离原理及设备
在实际沉降操作中，影响沉降速度的因素有： 1、颗粒的体积分数 2、器壁效应 3、颗粒形状的影响
21
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 3.1.2 重力沉降
22
一、 重力沉降速度的计算
1、试差法
假设沉降属 于某一流型
计算沉 降速度
核算 Ret
连续相或分散介质：包围着分散 相而处于连续状态的物质（如气 态非均相混合物中的气体、液态 非均相混合物中的液体）。
2
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
3
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。
ut
4gd(s ) 3
（3-15）
13
三、 阻力系数（曳力系数）
通过量纲分析可知，是颗粒与流体相对运 动时雷诺数Ret和球形度s的函数
f Ret ,s
Ret
dut ρ μ
随Ret及s 变化的实验测定结果见图3-2。
14
图3-2 Ret 关系曲线
三、 阻力系数（曳力系数）
第三章、非均相混合物分 离及固体流态化
学习目的 与要求
通过本章学习，掌握沉降、过滤、固体流态 化及气力输送等过程的原理、计算方法、典型设 备的结构特性，能够根据生产工艺的要求，合理 选择设备。
1
概述
物系中存在相界面的混合物就是非均相混合物
非均相混合物
分散相或分散物质：处于分散状 态的物质（如分散在流体中的固 体颗粒、液滴、气泡等）
21
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 3.1.2 重力沉降
22
一、 重力沉降速度的计算
1、试差法
假设沉降属 于某一流型
计算沉 降速度
核算 Ret
连续相或分散介质：包围着分散 相而处于连续状态的物质（如气 态非均相混合物中的气体、液态 非均相混合物中的液体）。
2
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
3
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。
ut
4gd(s ) 3
（3-15）
13
三、 阻力系数（曳力系数）
通过量纲分析可知，是颗粒与流体相对运 动时雷诺数Ret和球形度s的函数
f Ret ,s
Ret
dut ρ μ
随Ret及s 变化的实验测定结果见图3-2。
14
图3-2 Ret 关系曲线
三、 阻力系数（曳力系数）
第三章、非均相混合物分 离及固体流态化
学习目的 与要求
通过本章学习，掌握沉降、过滤、固体流态 化及气力输送等过程的原理、计算方法、典型设 备的结构特性，能够根据生产工艺的要求，合理 选择设备。
1
概述
物系中存在相界面的混合物就是非均相混合物
非均相混合物
分散相或分散物质：处于分散状 态的物质（如分散在流体中的固 体颗粒、液滴、气泡等）
第三章 非均相混合
r r0 p
s
式中 r0—单位压强差下滤饼的比阻，1/m2 s—滤饼的压缩性指数，由实验测定，其值在 0~1之间 实际上，过滤阻力包括过滤介质阻力和滤饼阻力 两个部分。若过滤介质阻力相当的滤饼厚度用Le 表示（Le又称为虚拟滤饼厚度），则：对于不可 压缩滤饼，有
dV P Adt r L Le
（二）过滤介质
1.过滤介质的作用 ①促使滤饼形成 ②支撑滤饼 2.过滤介质的基本要求 具有多孔性；流动阻力小；耐腐蚀，易于清洗消 毒；耐热；具有足够的机械强度；具有适当的表面 活性，便于卸除滤饼；安全无毒；不易滋生微生物。
3.常用的过滤介质 （1）织物介质 由棉、麻、丝、毛等天然纤维及各 种合成纤维制成的织物，此外还有玻璃丝、金属 丝等编织而成的滤网。 （2）粒状介质 由石砾、细沙、活性炭、硅藻土等 堆积而成，多应用于深床过滤。 （3）多孔性介质 由多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑 料等，多制成管状或板状。
此时，Δp为液体通过滤饼层和过滤介质层的总压强 差。
对于可压缩滤饼，有
dV (P)1s Adt r0 L Le
设C为获得单位体积滤液所形成的滤饼体积；Ve 为过滤介质的虚拟滤液体积，即形成厚度为Le的滤 饼所获得的滤液体积。
dV A2 (P)1s Adt r0 C V Ve
二、过滤操作计算 （一）过滤基本参数 （1）过滤面积A 过滤床 层的截面积，m2
（2）过滤速率 单位时间内获得的滤液体积， m3/s dV （3）过滤速度 Adt 单位时间内通过单位过滤面积的 滤液体积，m3/（m2· s）
dV dt
（二）过滤基本方程 由于过滤速率与推动力成正比，而与阻力成反 比，因此
，由式可
3
P
化工原理第三章概述、重力沉降
u t 9 1 5 6 1 2 0 1 3 . 0 8 1 0 0 9 3 . 2 0 0 5 9 9 . 8 0 8 9 . 1 7 1 9 － 3 ( m 0 7 /s )
核算流型：
R d e p u t 9 1 5 6 0 1 .9 0 .7 0 1 9 1 5 3 0 7 3 0 9.2 9 0 8 .92 2 4
f(Res,)
【获取方法】当球形度一定时，阻力（曳力）系数ζ 获取方法有如下两种： （1）查取ζ－Re关系曲线图； （2）使用经验公式。
【步骤】（1）根据颗粒的球形度找到对应的 曲线； （2）根据Re找到曲线上的一点； （3）由该点查得ζ ；
s
S Sp
(球形度）
ζ－Re关系曲线图
何谓球形度
s
S Sp
dP ，流体的密度为ρ，则：
Fg
6
dP3Pg
Fb
6
dP3g
Fd A2 u2
dP 2
4
u2
2
当颗粒在流体中做匀速运动（a＝0）时，颗粒所 受合力为零，即：
6dP 3Pg 6dP 3gd 4P 22 u20
由此可解出沉降速度：
ut
4gdPP
3
——沉降速度基本计算式
（1）颗粒从静止开始作沉降运动时，分为加速和匀 速两个阶段； （2）对于小颗粒，加速阶段时间很短，通常忽略， 可以认为沉降过程是匀速的。
S——与物体相同体积的球体的表面积； SP——物体的表面积。
【定义】与物体相同体积的球体的表面积和物体的 表面积之比。
（1）此处的雷诺数Re是指：
Re d Pu
计算Re时，dP应为足以表征颗粒大小的长度（特 性尺寸），对球形颗粒而言，就是它的直径。
核算流型：
R d e p u t 9 1 5 6 0 1 .9 0 .7 0 1 9 1 5 3 0 7 3 0 9.2 9 0 8 .92 2 4
f(Res,)
【获取方法】当球形度一定时，阻力（曳力）系数ζ 获取方法有如下两种： （1）查取ζ－Re关系曲线图； （2）使用经验公式。
【步骤】（1）根据颗粒的球形度找到对应的 曲线； （2）根据Re找到曲线上的一点； （3）由该点查得ζ ；
s
S Sp
(球形度）
ζ－Re关系曲线图
何谓球形度
s
S Sp
dP ，流体的密度为ρ，则：
Fg
6
dP3Pg
Fb
6
dP3g
Fd A2 u2
dP 2
4
u2
2
当颗粒在流体中做匀速运动（a＝0）时，颗粒所 受合力为零，即：
6dP 3Pg 6dP 3gd 4P 22 u20
由此可解出沉降速度：
ut
4gdPP
3
——沉降速度基本计算式
（1）颗粒从静止开始作沉降运动时，分为加速和匀 速两个阶段； （2）对于小颗粒，加速阶段时间很短，通常忽略， 可以认为沉降过程是匀速的。
S——与物体相同体积的球体的表面积； SP——物体的表面积。
【定义】与物体相同体积的球体的表面积和物体的 表面积之比。
（1）此处的雷诺数Re是指：
Re d Pu
计算Re时，dP应为足以表征颗粒大小的长度（特 性尺寸），对球形颗粒而言，就是它的直径。
3-1 颗粒沉降及分离设备
u ut 加速段 匀速段 t
4d P g ( P ) ut 3
自由沉降包括两个过程：加速阶段与恒速阶段
曳力系数
(Re p )
d P u
Re P
(Re p 是颗粒雷诺数）
ReP中的 dp 取体积当量直径 对于球形颗粒的曲线，按Rep值大致分为三个区： a) 层流区或托斯克斯(stokes)定律区（Re<2）
以上计算有效
2、增稠器
工业上用于对大量悬浮液的分离
加料 清液溢流 水平 挡板 耙 清液
双重功能： 澄清液体 增稠悬浮液
颗粒在增稠器内的沉降：
自由沉降
干扰沉降
稠浆 连续式沉降槽
增稠器
在一定直径的增稠器中，颗粒的停留时间取决于进口
管以下增稠器的深度：
H t ut
vu
设进入增稠器的悬浮液流量为qvf ，颗粒浓度为vf 稠浆排出量qvu，颗粒浓度为 澄清液流出增稠器流量为qvo，颗粒浓度为
1
体积相等时，球形颗粒的表面积最小
非球形颗粒：定义的体积当量直径为 de 和形状系数
V
6
d
3 e
d e2 S
6 a de
颗粒床层的最重特性：
床层体积 颗粒所占的体积 床层体积
液固分离的难度主要取决于悬浮液中固体颗粒的大小， 即颗粒粒度 颗粒愈小，分离难度愈大
H 颗粒沉降时间 t ut
因为
t r
才可除尘，所以
AH H qV ut
qV Aut
qV Aut
结论：
降尘室的处理能力只取决于降尘室的底面积而与高度无关 降尘室应设计成扁平形状或在室内设置多层水平隔板
4d P g ( P ) ut 3
自由沉降包括两个过程：加速阶段与恒速阶段
曳力系数
(Re p )
d P u
Re P
(Re p 是颗粒雷诺数）
ReP中的 dp 取体积当量直径 对于球形颗粒的曲线，按Rep值大致分为三个区： a) 层流区或托斯克斯(stokes)定律区（Re<2）
以上计算有效
2、增稠器
工业上用于对大量悬浮液的分离
加料 清液溢流 水平 挡板 耙 清液
双重功能： 澄清液体 增稠悬浮液
颗粒在增稠器内的沉降：
自由沉降
干扰沉降
稠浆 连续式沉降槽
增稠器
在一定直径的增稠器中，颗粒的停留时间取决于进口
管以下增稠器的深度：
H t ut
vu
设进入增稠器的悬浮液流量为qvf ，颗粒浓度为vf 稠浆排出量qvu，颗粒浓度为 澄清液流出增稠器流量为qvo，颗粒浓度为
1
体积相等时，球形颗粒的表面积最小
非球形颗粒：定义的体积当量直径为 de 和形状系数
V
6
d
3 e
d e2 S
6 a de
颗粒床层的最重特性：
床层体积 颗粒所占的体积 床层体积
液固分离的难度主要取决于悬浮液中固体颗粒的大小， 即颗粒粒度 颗粒愈小，分离难度愈大
H 颗粒沉降时间 t ut
因为
t r
才可除尘，所以
AH H qV ut
qV Aut
qV Aut
结论：
降尘室的处理能力只取决于降尘室的底面积而与高度无关 降尘室应设计成扁平形状或在室内设置多层水平隔板
第3章 沉降与过滤-化工原理讲解
dr d p2 ( p ) r 2 d p2 ( p ) ui2
d
18
18 r
分离变量，积分求得沉降时间；
60
沉降时间 ≤ 颗粒旋转n圈（平均半径rm)的停留时间：
d pc 3
b n( p )ui
ui ——进口气流的流速，m/s
b——入口宽度，m n ——气流旋转的圈数, 计算时通常取n=5。
20 2 9.81 0.3
136
48
二、 离心沉降速度
切向速度 u
合
径向速度 ur 合成u合
dr
ur d
49
离心力：FC
m
u2 r
6
d p3 p
u2 r
径向向外
浮力：
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。
61
d pc 3
b n( p )ui
33
沉降室设计
一定粒径的颗粒，沉降室的生产能力只与与底面积
WL和 utc有关，而与H 无关。
故沉降室应做成扁平形，或在室内均匀设置多层隔板。 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。
34
净化气体
含尘气体 粉尘 隔板
多层隔板降尘室示意图
若加入n个隔板，则： qV (n 1)WLut
4
d p2
u2
2
第三章 非均相物系分离
B B
含尘气体
用途：适用于含颗粒浓度为 0.01 ～ 500g/m3、粒度不小于5μm的气体净 化与颗粒回收操作，尤其是各种气固流态化装置的尾气处理。
排尘
结构和工作原理：含尘气体以较高的线速度切向进入器内， 在外筒与排气管之间形成旋转向下的外螺旋流场，到达锥底 后以相同的旋向折转向上形成内螺旋流场直至达到上部排气 管流出。颗粒在内、外旋转流场中均会受离心力作用向器壁 方向抛出，在重力作用下沿壁面下落到排灰口被排出。
2 gd p ( p )
18ut 0.153Pa s
9.81 (1.25103 ) 2 (7900 880) 18 0.039
校核雷诺数 R ep 上述计算有效
d put
1.25103 0.039 880 0.28 2 0.153
三、重力沉降设备－降尘室 降尘室：分离含尘气体中颗粒的重力沉降设备。
2 P
比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积
S 6 a V dP
2、非球形颗粒
（1）当量直径 A：体积当量直径 B：面积当量直径：
d ev
3
6V
S
d es
C：比表面当量直径： d 6 6 ea a S /V （2）形状因数 常用球形度 Ψ 表示，即与颗粒等体积的一个球的表面积 与颗粒的表面积之比 2 2 d ev d ev 2 2 d es d es
CD为阻力系数，与颗粒的雷诺数Rep有关。对球形颗粒 24 d p u A：Rep＜2，层流区 Rep 此时 CD Rep 2 gd p ( p ) 由此推出 u －斯托克斯公式 t 18
适用范围10－4＜Rep＜2
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0
整理得此速度的 计算公式：
ut ?
4d p ?? p ? ? ?g
3?? D
dp为颗粒的直径。
7
? 曳力系数?D ： 为雷诺数 Rep=dput? /? 的函数
? (1) Rep ?2，层流区，又称斯托克斯（Stokes）区，此时
24 ? D ? Rep
? (2) 2? Rep ? 500
过渡区，又称阿仑 (Allen) 区，此时
2
A
?p、 ?为颗粒、液体的密度 式中?D为曳力系数，A为颗
粒在流动方向上的投影面积
6
? 牛二定理：
du FB ? Fb ? FD ? m dt
? 对于小颗粒，整个沉降过程可认为是匀速沉降，此时合力为零。用
ut表示此时的颗粒速度：
m
????g1 ?
? ?p
?? ??
?
?
D
?u
2 t
2
?
4
d
2 p
?
则，若设要沉降的颗粒恰在出口处沉降，则有t1 ? t 2 ,
? ? ? ? H ? ?
R
2
2－R
2 1
Q
＝ dp2
18? ?p?
?
?
2
?ln????
R2 R1
????
此时对应着最大流量Q
19
? ? ? ? 解出Q＝d p2 ? p ? ? ? 2 ?H ? ? R 22－R12
18?
? 沉降效果受 颗粒沉降速度 ＋ 场的大小 的影响
5
1.重力场中 沉降速度 的推导
浮力 Fb 曳力 FD
? 颗粒在流体中受到三个力的作用：
质量力 FB
? 质量力FB FB=mg
图 3-13 颗粒在流体 中沉降时受力
（重力）
? 浮力Fb
? 曳力FD
即流体的阻力
Fb=m? g/? p
FD
??D
?u 2
? 轴向：从进口走到出口
? 径向：在离心力场下，从进口处距 轴为R1的距离，到接触到鼓壁。
? 两过程时间相等。
? 设离心机的处理能力为Q，m3 /s：
设R2为转鼓内径， R1 为料液在鼓内的半径。
18
轴向：从进口走到出口 ，所需时间：
? ? t1
?
离心机的容量 ＝离心机的长度H ? ?
Q
Q
R 2 2－R 12
短纤维、块状物料脱水
? 高速型：3500-50000 液
ห้องสมุดไป่ตู้
细颗粒、稀薄悬浮液或乳浊
? 超高速：f≥50000 液、不同分子量的气体
分散度较高的乳浊液、胶体溶
13
? 三足式过滤离心机： f ≤1000 ； ? 卧螺沉降离心机： f≤4000，特殊的6000-10000 ? 碟片式离心机： f≤ 10000 ? 管式离心机： 10000≤ f≤250000
其中
R和D 为离心机转鼓的半径 和直径， m
? 为转鼓角速度，s?1
n 为转鼓转速，rpm
? 提高转速n对分离更有效－－管式离心机
管式离心机转速一般为15000 rpm，f为50000，则其半径是多少？
12
f是设备的指标
按f值大小，可将离心机分为：
? 普通型：f≤3500
适用于50um-10mm颗粒，中等
3
本章内容
? 第一节 沉降分离设备 ? 原理－－重力沉降与离心力沉降 ? 管式沉降离心机 ? 碟式沉降离心机 ? 卧螺式沉降离心机
? 第二节 过滤分离设备 ? 第三节 膜分离设备
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第一节
原理
沉降分离设备
? 利用液固密度差，在重力场或 离心力场中实现分离
? 重力沉降的推动力小，很少应 用，离心沉降占主要。
g
?修正1：
发酵液中的微生物不是球形，有丝状、杆状和椭球形等， 计算时应以当量直径代入。
9
? 修正2：一定固含量的液体中，颗粒沉降是干扰沉降，一 般以下式修正：
uT ' ? uT ?
1
1
1? ? ?i 3
i：固体与液体的体积比 ? : 是i的函数，关系式见表
颗粒情况 不规则颗粒 球形颗粒 极稀薄悬浮液
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? 分离悬浮液中的液、固两相的离心机：离心澄清机。 ? 分离乳浊液中的液、液两相的离心机 ：离心分离机。
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已知要处理的物料性质、单位时间处理量，沉降设 备如何选型？
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当量沉降面积－ →选型依据
? 考虑一个颗粒恰好在出口处沉降 到鼓壁上的情况：
? 以下两个方向的运动同时进行：
注意，转筒内不是 装满液体的！
第三章 固液分离设备
概述 液固分离用于： ? 分离液体中的固体颗粒或菌体
? 啤酒生产中麦汁的过滤 ? 啤酒酵母的分离 ? 无菌水的制备；
? 晶体与母液的分离 ? 污泥浓缩
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方法：沉降 和 过滤 ? 沉降：重力沉降和离心沉降； ? 过滤：常压、加压、真空及离心过滤
部分沉降分离设备，也用于液液分离 另 膜分离设备不局限于固液分离，更包括气固分离
r?
2
r：颗粒所在位置到离心场中心的距离，即离中心 远近不同，其径向的沉降速度也不同
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3.场的大小指标： 分离因数 f
? f：离心加速度与重力加速度g的比值。（离心力场是 重力场的几倍 ）
f
?
R?
2
?
? ?
2?
n
? ?
2
R
? 60 ?
?
n2 R? 2
?
n2R
?
n2D
g
g
900 g 900 1800
i范围 0.15~0.5 0.2~0.5 i<0.15
α取值公式
? ? 1 ? 305i 2.84
? ? 1 ? 229i 3.43 ? ?1~ 2
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2. 离心场中 沉降速度 的推导
? 简单地：可将颗粒在重力沉降公式中的加速度g，换为离 心加速度rw2：
层流区：
? ? ut
?
dp2
?p ? ? 18?
?D
?
18.5 Re0p.6
? (3) 500< Rep <2?105 湍流区，又称牛顿 (Allen) 区，此时
? D ? 0.44
? (4) Rep ?2?105 ?D将突然下降，呈现不规则现象。
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将曳力系数的值代入沉降速度表达式：
? ? 层流区，重力沉降速度：
ut
?
d p2
?p ? 18?
?
径向： 颗粒径向走过dr的距离，花时间
? ? ? ? dt 2 ?
dr ut
?
d p2
dr ?p ? ?
r? 2
?
dp2
18? ?p ? ?
?2
?dr r
18?
对上式积分，从R1积到R 2，有
? ? t2
?
dp2
18? ?p?
?
?
2
?ln????
R R
2 1
????
一般情况时，t1≥t2 即，颗粒没有走到出口就沉降了
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一 管式沉降离心机 ? 细长、高速旋转的转鼓
? 特点： ? f大，可达50000 ? 可用于液－液分离和悬 浮液的澄清。 ? 生产能力低
图为分离液－液－固的管式离心机 1 电机支架 2 驱动装置 3 环形堰板 4 排液管 5 轻液 6 重液 7 转鼓 8 固 体 9 制动器 10 机架 11 液体入口