化工原理 沉降与过滤

Fg
Fb
Fd
m du
d
恒速沉降时，du/dτ＝0，u=u0，于是：
Fd Fb Fg
d
3 p
6
(p
)g
dp2
4
u02
2
u0
4d p ( p )g —沉降速度 3
注意：沉降速度u0为颗粒与流体的相对运动速度
（2）阻力系数
f (Re )，Re d pu0
(a)流动为层流(Re 2) : 24 Re
第三章 沉降与过滤
学习本章的基本要求
了解非均相物系用机械方法进行分离的原理、适用范围及 主要设备的性能。要求能根据分离任务正确选择分离方法 及设备。具体要求如下：
（１）掌握重力沉降和离心沉降的基本原理、沉降速度的 定义、意义及基本计算方法；
（２）掌握降尘室、旋风分离器的结构特点、主要性能及 选型、操作要点；了解沉降槽、旋液分离器的主要特点；
（1）旋风分离器
结构与操作
分离性能
假设颗粒与气流的相对运动为层流，
ur
d p2 ( p )ui2 18rm
沉降时间
b ur
18rmb d p2 ( p )ui2
气体在筒内旋转的圈数为n，
则运行的距离为2 rmn，故 停留时间 2 rmn ui
18rmb 2 rm N
d
2 pc
(
p
)ui2
ui
d pc
9b nui ( p )
上式中，n ≈5
阻力损失
p f ui2 / 2 对教材图3 7的类型， 30bh D /(d 2 L H )
（2） 旋液分离器
离心机
目的：
（1）分散相的分离回收 （2）连续相的分离回收 （3）分散相与连续相的同时分离回收 （4）连续相的净化
常用方法：
（1）沉降 （2）过滤
第二节 重力沉降
一 重力沉降速度
（1来自百度文库球形颗粒的自由沉降
重力：Fg 6d p3 p g
浮力：Fb 6d p3g
阻力：Fd
A u2
2
d p2
4
u 2
2
(1) 非球形颗粒 校正。
可采用球形颗粒的方法计算，然后予以
(2) 干扰沉降 在颗粒的体积浓度<0.2%时，偏差<1%。当 浓度较高时，干扰沉降速度可先按自由沉降计算，然后予以 校正。
(3) 壁效应 容器的器壁及底面均增加颗粒沉降时的阻力， 使实际沉降速度减小。若容器直径不到颗粒直径的100倍左 右，这种作用便显出，计算时应该加以修正。
1.70mm/s，试计算此时液体的粘度。当d/D<0.1时，器壁对沉降速度的
影响可用下式校正：
u0
1
u0 2.104
d
解：
d D
0.16 103 20 103
0.008
D
u0
u0
1
2.104
d D
1.70103
1
2.104 0.008
1.73103
d 2 s g 18u0
0.16103 2 8010 9809.81
0.44
u0 1.74 gd p ( p )
沉降速度计算公式的假设条件
(1) 颗粒为球形 (2) 颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰 (3) 容器壁对颗粒沉降的阻滞作用可以忽略
(4) 颗粒直径不能小到受流体介质分子热运动的影响，否 则沉降速度要变小，严重时便不能沉降
（3）其他因素对沉降速度的影响
dp3
6
p
ut2 r
球形颗粒在离心力场中所受的浮力：d p
3
ut2
6r
颗粒在运动中所受的介质阻力： d p2 ur2
42
上面三力达平衡时有：ur
4d p ( p )ut2 3r
当颗粒与流体介质的相对运动属于层流时， 24 Rer
离心沉降速度为：ur
dp2(p 18
)
( ut2 r
)
2、离心沉降设备
18 1.73 103
0.0567Pa s
校核雷诺数
Re
du0
0.16103 1.70103 980 0.0567
4.78103
1
分级沉降
若沉降速度可按斯托克斯定律计算，则a, b两种颗粒达到 相同的沉降速度时
d
2 a
(
a
)g
db2 (b
)g
18
18
1
故 db da
a b
2
db da 为达到完全分离的两种颗粒的直径比。
u0
dp2(p 18
)g
—Stokes公式
（b）流动为过渡状态(Re 2 ~ 500, Allen区)
18.5
R 0.6 e
u0 0.269
gd p ( p
)
R 0.6 e
或u0
0.781[
d
1.6 p
(p 0.4
0.6
) ]0.714
(c)流动为湍流(Re 500 ~ 200000,牛顿区)
含尘气体的最大处理量为：
u0 min
qV A0
gd
2 pc
(
p
)
18
qV HBu BLu0 A0u0 ,与H无关 故降尘室可做成多层的。
d pc
18 qV g( p ) A0
（2）沉降槽 悬浮液的沉聚过程
沉降槽
第三节 离心沉降
1、离心沉降速度
离心分离因数Kc
r 2
g
离心力
mar
mr 2
(4) 分子运动 当dp<0.5m时，沉降将受到分子热运动的 影响。
（4） 沉降速度的计算
有两类问题（1）已知d求u0 (2)已知u0求d 落球粘度计
现有密度为1080kg/m3、直径为0.16mm的钢球置于密度980 kg/m3的某
液体中，盛放液体的玻璃管的内径D为20mm。测得小球的沉降速度为
（３）了解过滤操作的基本概念及过滤介质、过滤速率、 恒压过滤、过滤常数等概念；
（４）掌握板框过滤机、叶滤机、回转真空过滤机的基本 结构、操作方法及相关计算。掌握过滤常数的测定方法。
第一节 概述
混合物
均相混合物 〈1〉固体颗粒混合物
非均相混合物 〈2〉悬浮液 〈3〉乳浊液
〈4〉含尘气体等
非均相物系分离
类似可写出通式：
db da
a b
n
n=1/2, n=1, n=1/2~1,
层流区 湍流区 过渡区
二 重力沉降设备
（1）降尘室
颗粒在室内的停留时间：1 L u LBH qV
位于降尘室最高点的颗粒沉降至室底的时间：2 H u0
颗粒能沉降而分离出的条件是：1 2
即：L H u u0
u Lu0 / H