最新化工原理上册天津大学柴诚敬25-26学时
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19
一、固体颗粒群的特性
2. 颗粒群的平均直径 粒群的平均直径计算式为
dp
1 xi
d pi
（3-46）
20
பைடு நூலகம்、固体颗粒床层的特性
1. 床层的空隙率 空隙率以ε表示，即
床层体 床积 层-体 颗积 粒体积
21
二、固体颗粒床层的特性
2. 床层的自由截面积
床层截面上未被颗粒占据的流体可以 自由通过的面积，称为床层的自由截面积。
可压缩滤饼
当滤饼两侧的压力差增大时，颗粒的形状和 颗粒间的空隙会有明显的改变，单位厚度饼层的 流动阻力随压力差增大而增大。
34
三、滤饼的压缩性和助滤剂
助滤剂 助滤剂是某种质地坚硬而能形成疏松饼层
的固体颗粒或纤维状物质，将其混入悬浮液或 预涂于过滤介质上，可以改善饼层的性能，使 滤液得以畅流。
35
练习题目
L
3
（3-55）
欧根（Ergun）方程
0.17Reb330
L P f 150(13 (s)d 2e u ) 21.75(1 3()sd eu )2 （3-58）
28
第三章、非均相混合物 分离及固体流态化
3.2 过滤分离原理及设备 3.2.1 流体通过固体颗粒床层的流动 3.2.2 过滤操作的原理
29
过滤 过滤是在外力作用下，使悬浮液中的液体
通过多孔介质的孔道，而固体颗粒被截留在介 质上，从而实现固、液分离的操作。
30
图3-17 过滤操作示意图
动画16
31
一、过滤方式
1．饼层过滤 √ 2．深床过滤 3．膜过滤 饼层过滤时发生“架桥”现象
图3-18 32
二、过滤介质
（1）对过滤介质的性能要求 具有足够的机构强度和尽可能小的流动阻力，
筛分是用单层或多层筛面将松散的物料按 颗粒粒度分成两个或多个不同粒级产品的过程。 分布函数
分布函数Fi定义为第i层筛网的筛过量占样 品总量的质量分数，以dpi为横坐标，Fi为纵坐
标得到的曲线即为分布函数曲线。
18
一、固体颗粒群的特性
频率函数
f
dF
d dp
图3-16 颗粒的分布函数曲线和频率函数曲线
将流体通过床层的流动看作流体通过一组当量直
径为deb的平行细管流动，可得到其压力降为：
Pf ' (1)au2
L
3
（3-52）
床层的摩擦系
数，是床层雷
床层雷诺数
Reb
debu1 u a(1)
诺数的函数
27
三、流体通过固体颗粒床层 （固定床）的压降
康采尼（Kozeny）方程 Reb 2
Pf 5(1)2a2u
思考题 1.分析影响旋风分离器临界粒径的因素。 2.选择旋风分离器时应该依据哪些性能指标? 3.过滤的方式有哪些？饼层过滤时，真正起过滤作 用的是什么？ 作业题: 4、5
36
15
二、离心沉降设备
2. 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。
16
第三章、非均相混合物 分离及固体流态化
3.2 过滤分离原理及设备 3.2.1 流体通过固体颗粒床层的流动
17
一、固体颗粒群的特性
1.颗粒群的粒度分布 筛分
同时，还应具有相应的化学稳定性，耐腐蚀性和 耐热性。应用于食品和生物制品过滤的介质还应 考虑无毒，不易滋生微生物，易清洗消毒等。
（2）工业上常用的过滤介质的种类
①织物介质(又称滤布) ②堆积介质
③多孔固体介质
④多孔膜
33
三、滤饼的压缩性和助滤剂
不可压缩滤饼
当滤饼两侧的压力差增大时，颗粒的形状和颗 粒间的空隙不会发生明显变化，单位厚度床层的流 动阻力可视作恒定。
度为 L，当量直径为 d e b 的一组平行细管，并且规
定： （1）细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙容 积； （2）细管的内表面积等于颗粒床层的全部表面积。
24
二、固体颗粒床层的特性
依照非圆形管当量直径的定义，可推出
deb细 4管 的 床 全 层 部 流 内 动 表 空 面 间 积
deb （1－）a
同一型式且尺寸比例相同的旋风分离器
～
p
d d 50
曲线相同，因此此曲线估算旋风分离器的效率较 为方便。
9
二、离心沉降设备
图3-11
标准旋风分离器的
～
p
d d 50
曲线
10
二、离心沉降设备
③压力降
p
u
2 i
2
阻力系数 标准旋风分离器为8
④影响旋风分离器性能的因素
操作温度，颗粒密度、粒径、进口气速度及粉尘 浓度等情况。
3. 床层的比表面积 床层的比表面积是指单位体积床层中具
有的颗粒与流体接触的表面积。 若忽略床层中颗粒间相互重叠的接触面
积。
22
二、固体颗粒床层的特性
ab a(1)
床层的比表面积也可用颗粒的堆积密度估算，即
ab
6b sd
61
d
颗粒的 真实密
度
颗粒的堆 积密度
23
二、固体颗粒床层的特性
4. 床层的当量直径 简化模型是将床层中不规则的通道假设成长
11
二、离心沉降设备
（3）旋风分离器类型
XLT/A型
12
二、离心沉降设备
XLP/B型
13
二、离心沉降设备
XLK型(扩散式)
14
二、离心沉降设备
（4）旋风分离器的选用 首先应根据系统的物性，结合各型设备的
特点，选定旋风分离器的类型； 然后依据含尘气的体积流量，要求达到的
分离效率，允许的压力降计算决定旋风分离器 的型号与个数。
化工原理上册天津大学柴诚敬 25－26学时
一、离心沉降速度及分离因数
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
惯性离心力
＝
6
d 3 s
u2 T R
向心力＝
d 3
u
2 T
6R
阻力 ＝ d 2 ur2
42
颗粒的圆周 运动速度
颗粒与流体 在径向上的 相对速度
2
二、离心沉降设备
（3-49）
25
三、流体通过固体颗粒床层 （固定床）的压降
流体通过固定床的压力降主要有两方面： 一是流体与颗粒表面间的摩擦作用产生的压力降。 二是流动过程中，孔道截面积突然扩大和突然缩 小以及流体对颗粒的撞击产生的压力降。
26
三、流体通过固体颗粒床层 （固定床）的压降
采用计算床层当量直径时所用的简化模型，
一、固体颗粒群的特性
2. 颗粒群的平均直径 粒群的平均直径计算式为
dp
1 xi
d pi
（3-46）
20
பைடு நூலகம்、固体颗粒床层的特性
1. 床层的空隙率 空隙率以ε表示，即
床层体 床积 层-体 颗积 粒体积
21
二、固体颗粒床层的特性
2. 床层的自由截面积
床层截面上未被颗粒占据的流体可以 自由通过的面积，称为床层的自由截面积。
可压缩滤饼
当滤饼两侧的压力差增大时，颗粒的形状和 颗粒间的空隙会有明显的改变，单位厚度饼层的 流动阻力随压力差增大而增大。
34
三、滤饼的压缩性和助滤剂
助滤剂 助滤剂是某种质地坚硬而能形成疏松饼层
的固体颗粒或纤维状物质，将其混入悬浮液或 预涂于过滤介质上，可以改善饼层的性能，使 滤液得以畅流。
35
练习题目
L
3
（3-55）
欧根（Ergun）方程
0.17Reb330
L P f 150(13 (s)d 2e u ) 21.75(1 3()sd eu )2 （3-58）
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第三章、非均相混合物 分离及固体流态化
3.2 过滤分离原理及设备 3.2.1 流体通过固体颗粒床层的流动 3.2.2 过滤操作的原理
29
过滤 过滤是在外力作用下，使悬浮液中的液体
通过多孔介质的孔道，而固体颗粒被截留在介 质上，从而实现固、液分离的操作。
30
图3-17 过滤操作示意图
动画16
31
一、过滤方式
1．饼层过滤 √ 2．深床过滤 3．膜过滤 饼层过滤时发生“架桥”现象
图3-18 32
二、过滤介质
（1）对过滤介质的性能要求 具有足够的机构强度和尽可能小的流动阻力，
筛分是用单层或多层筛面将松散的物料按 颗粒粒度分成两个或多个不同粒级产品的过程。 分布函数
分布函数Fi定义为第i层筛网的筛过量占样 品总量的质量分数，以dpi为横坐标，Fi为纵坐
标得到的曲线即为分布函数曲线。
18
一、固体颗粒群的特性
频率函数
f
dF
d dp
图3-16 颗粒的分布函数曲线和频率函数曲线
将流体通过床层的流动看作流体通过一组当量直
径为deb的平行细管流动，可得到其压力降为：
Pf ' (1)au2
L
3
（3-52）
床层的摩擦系
数，是床层雷
床层雷诺数
Reb
debu1 u a(1)
诺数的函数
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三、流体通过固体颗粒床层 （固定床）的压降
康采尼（Kozeny）方程 Reb 2
Pf 5(1)2a2u
思考题 1.分析影响旋风分离器临界粒径的因素。 2.选择旋风分离器时应该依据哪些性能指标? 3.过滤的方式有哪些？饼层过滤时，真正起过滤作 用的是什么？ 作业题: 4、5
36
15
二、离心沉降设备
2. 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。
16
第三章、非均相混合物 分离及固体流态化
3.2 过滤分离原理及设备 3.2.1 流体通过固体颗粒床层的流动
17
一、固体颗粒群的特性
1.颗粒群的粒度分布 筛分
同时，还应具有相应的化学稳定性，耐腐蚀性和 耐热性。应用于食品和生物制品过滤的介质还应 考虑无毒，不易滋生微生物，易清洗消毒等。
（2）工业上常用的过滤介质的种类
①织物介质(又称滤布) ②堆积介质
③多孔固体介质
④多孔膜
33
三、滤饼的压缩性和助滤剂
不可压缩滤饼
当滤饼两侧的压力差增大时，颗粒的形状和颗 粒间的空隙不会发生明显变化，单位厚度床层的流 动阻力可视作恒定。
度为 L，当量直径为 d e b 的一组平行细管，并且规
定： （1）细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙容 积； （2）细管的内表面积等于颗粒床层的全部表面积。
24
二、固体颗粒床层的特性
依照非圆形管当量直径的定义，可推出
deb细 4管 的 床 全 层 部 流 内 动 表 空 面 间 积
deb （1－）a
同一型式且尺寸比例相同的旋风分离器
～
p
d d 50
曲线相同，因此此曲线估算旋风分离器的效率较 为方便。
9
二、离心沉降设备
图3-11
标准旋风分离器的
～
p
d d 50
曲线
10
二、离心沉降设备
③压力降
p
u
2 i
2
阻力系数 标准旋风分离器为8
④影响旋风分离器性能的因素
操作温度，颗粒密度、粒径、进口气速度及粉尘 浓度等情况。
3. 床层的比表面积 床层的比表面积是指单位体积床层中具
有的颗粒与流体接触的表面积。 若忽略床层中颗粒间相互重叠的接触面
积。
22
二、固体颗粒床层的特性
ab a(1)
床层的比表面积也可用颗粒的堆积密度估算，即
ab
6b sd
61
d
颗粒的 真实密
度
颗粒的堆 积密度
23
二、固体颗粒床层的特性
4. 床层的当量直径 简化模型是将床层中不规则的通道假设成长
11
二、离心沉降设备
（3）旋风分离器类型
XLT/A型
12
二、离心沉降设备
XLP/B型
13
二、离心沉降设备
XLK型(扩散式)
14
二、离心沉降设备
（4）旋风分离器的选用 首先应根据系统的物性，结合各型设备的
特点，选定旋风分离器的类型； 然后依据含尘气的体积流量，要求达到的
分离效率，允许的压力降计算决定旋风分离器 的型号与个数。
化工原理上册天津大学柴诚敬 25－26学时
一、离心沉降速度及分离因数
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
惯性离心力
＝
6
d 3 s
u2 T R
向心力＝
d 3
u
2 T
6R
阻力 ＝ d 2 ur2
42
颗粒的圆周 运动速度
颗粒与流体 在径向上的 相对速度
2
二、离心沉降设备
（3-49）
25
三、流体通过固体颗粒床层 （固定床）的压降
流体通过固定床的压力降主要有两方面： 一是流体与颗粒表面间的摩擦作用产生的压力降。 二是流动过程中，孔道截面积突然扩大和突然缩 小以及流体对颗粒的撞击产生的压力降。
26
三、流体通过固体颗粒床层 （固定床）的压降
采用计算床层当量直径时所用的简化模型，