第四章沉降与过滤

层流时曳力 Fd 3πμdu (N)
Fd
24
π 4
d2(
μ duρ
)ρ u2 2
令
Re p
duρ μ
称修正雷诺数
A π d 2 为球形颗粒投影面积，m2
4
ζ 24 Re p
称为阻力因数
Fd
ζAρ u2 2
非层流时，ζ～Rep 关系可实验求得
（1）层流区
（Stockes区） （Rep<1）
(
1 ρp
8μ ρ )
g
qv bL
降尘室用水平隔板分为N层， dc 降至原 1 /N
例（习题4，p.147）O/W混合物，滴径0.05mm,油水
质量比1：4。温度38℃，料液流量2t/h,油的相对密度
为0.9，求沉降槽的沉降面积。（符Stokes定律）
解
dp = 5×10-5m 查38℃水：μw =
(2) 滤饼过滤 （cake filtration） 开始有架桥现象
3.过滤的推动力和阻力
过滤推动力是上下游的压力差Δp 过滤按其推动力的来源分四类：
（1）重力过滤 一般 Δp<50kPa （2）加压过滤 Δp可达 500kPa （3）真空过滤 一般 Δp<85kPa （4）离心过滤 Δp可↑103～104倍
由连续沉降条件：u1 u0
qm (C0 CR ρA0
)
u0
A0 qm （4）生产能力
(C0 ρu0
CR
)
(m 2 )
qv
qm (C0 C R ρ
)
A0u0
(m 3/s)
4-3 气溶胶的重力沉降
4.3A 立式沉降室
u1<< u0
u1
qv A0
4qv πD 2
βu0
圆筒部分直径：
(β 1 )
(2) 复验法
先假定流型区域→ u0 再代入Rep式求Rep复验 (3) 直接法
K
d[
ρ(ρ p μ2
ρ)g
1
]3
K
2.62
43.6
层流区
过渡区
湍流区
4-2 悬浮液的重力沉降
4.2A 间歇式沉降器
沉降器的生产 能力qv
qv
V t0
h0 A0 t0
h0 u0t0
qv u0 A0
(m3s1 )
4.2B 半连续式沉降器
0.691×10-3Pa·s
则油滴 ρo =ρ1w0=009×930.k9g=/m9300kg/m3
qv
2 0.81000 3600 993
4.48 104 m 3 /s
u0
d2
ρp ρ 18μ
g
5 105 2 900 9939.81
18 0.691103
= -1.96×10-4 m/s (上浮)
1．临界流速
Fd=Ff 对应的uL即为临界流速uc
ζ
π d 2 ρ uc2 42
π 6
d 3 (ρp
ρ)gμs
uc
4d(ρp ρ)gμs 3ζρ
应使 uL< uc
2.沉降器尺寸
L h0 uL u0
uL
u0
L h0
3.生产能力
qv bh0uL
qv
bh0u0
L h0
u0bL
u0 A0
4.2C 连续式沉降器
π 6
Fg Fb d3ρpg
π
6
Fd d3
ρg
ζ
π 4
d
2
ρ
u0 2 2
1 6
d(ρp
ρ)g
1 8
ζρu02
u0
4d(ρp ρ)g 3ζρ
Fb Fd Fg
这是球形颗粒自由沉降速度的一般公式
(1) 层流区的Stokes定律：
1 6
d(ρp ζ
ρ)g 24 Re p
1 8
ζρu02 Re p
4.过滤的程序
（1）过滤阶段
（3）滤饼脱湿
（2）滤饼洗涤
（4）滤饼卸除
5.过滤介质
基本要求：
（1）多孔性结构
（2）足够的机械强度
（3）适当的表面特性 工业上常用过滤介质分类
（1）织物介质 （2） 粒状介质 （3） 多孔固体介质
6.助滤剂（filter aid）
为↑滤速而预覆于滤布上或混入滤浆中的物质 如硅藻土、珍珠岩粉、炭粉等
D 4qv 1.13 qv
βπu0
βu0
圆筒部分高度：H1=(1.0~2.0)D
4.3B 卧式沉降室
必要条件： tL 百度文库t0
L h0
uL u0
uL
qv bh0
u0
uL
h0 L
u0
qv bL
临界粒径 dc ：恰能100％沉降分离的颗粒粒径
u0c
qv bL
u0c
d
2 c
(ρp 18μ
ρ)g
dc
A0
qv u0
4.48104 1.96104
2.29
m2
4-4 过滤的基本概念
1.过滤操作概念
过滤介质 （filtration medium） 滤浆 (slurry) 滤饼（filter cake） 滤液（filtrate）
2.两种过滤方式
(1) 深床过滤 （deep bed filtration）
第四章
沉降与过滤
Settling and Filtration
第一节 重力沉降 第二节 过 滤 第三节 离心分离
第一节 重力沉降
4-1 颗粒在流体中的运动
4.1A 颗粒与流体相对运动时所受的力 4.1B 沉降速度
4-2 悬浮液的重力沉降
4.2A 间歇式沉降器 4.2B 半连续式沉降器 4.2C 连续式沉降器
分离条件为：
u0 u1
u1
设：qm－料液中固
体的质量流量,
kgs/s
C0－料液中清液含量, kgL/kgs CR－增浓液的清液含量, kgL/kgs
（1）清液流量
qv
qm (C0 CR ρ
)
(m 3 /s )
（2） 清液向上流速
u1
qv A0
qm (C0 CR ρA0
)
(m/s)
（3） 沉降面积A0
4-3 气溶胶的重力沉降
4.3A 立式沉降室 4.3B 卧式沉降室
由地球引力作用而产生的分散质颗粒沉降过程， 称为重力沉降（gravity settling）
4-1 颗粒在流体中的运动
4.1A 颗粒与流体相对运动时所受的力
流体绕过球形体的运动
理想流体绕流
实际流体绕流
实际流体有黏度,对颗粒会产生曳力（drag force）
du0 ρ μ
u0
d 2 (ρp 18μ
ρ)g
(2) 过渡区的Allen定律：
u0
d 0.154[
1.6
d
(ρp 0.4
ρ)g 5 μ0.6 ]7
(3)湍流区的Newton 定律：
u0 1.74
d(ρp ρ)g ρ
2.沉降速度的求算
u0←ζ ←Rep ←u0 ? (1) 试差法
先假定u01→ Rep→ ζ→ u02
ζ 24 Re p
（2）过渡区
（Allen区）
（1< Rep<500）
Rep
ζ 18.5
Re
0.6 p
（3）湍流区（500< Rep<1.5×105）， Newton区
ζ 0.44
4.1B 沉降速度
1.球形颗粒的自由沉降（ free settling）
颗粒受向下重力Fg，向上浮力Fb,向上阻力Fd 三 力平衡：