第三章沉降与过滤

解：
（ 1）假设流型处于过渡流
区，则
ut
4g
2( 225
p
)2
1/3
d
p
4
9 .81 225
2 ( 2500 10 3
1000 1000
)2
1/3
0 .157
m /s
Re
d put
0 .001
0 .157 10 3
1000
157
流型属于过渡流，与假
设相符。
影响沉降速度的因素
降速度为原来的1/N，临界粒径为原来的1/ N
例3－2
用高2m、宽2.5m、长5m的重力降尘器分离空 气中的粉尘。在操作条件下空气的密度为 0.779kg/m3，黏度为2.53×10-5Pas，流量为 1.25×104m3/h。粉尘的密度为2000kg/m3。试 求粉尘的临界粒径。
解：临界粒径的粉尘在 停留时间与沉降时间相
层流区：
ut
dp2(p )g 18
过渡流区 ：
1
ut
4(2p 25)2
g2
3
dp
湍流区：
ut
3.03dp(p )g
沉降速度的计算
假设沉降属于某一流型，则按该流型选择相 应的公式计算ut；再算Ret校核流型。 设流型 选公式 ut Ret 校核 流型 再设流型
例3－1
一直径为1.0mm、密度为2500kg/m3的 玻璃球在20℃的水中沉降，试求其沉 降速度。
u
H
ut
当 (停留时间 （ t）沉降时间 时，）
颗粒才能在降尘室中分离出来。
而
qvs uHW， u
qvs HW
LH
u ut
ut
q vs WL
W H
L u
ut
ut
dp2(p )g 18
所以
dpc
18 qvs (p )g WL
— 能完全分离的最小 粒径 — 临界粒径
降尘室的形状
当含尘气体的体积流量q不变时，降尘室的高度 H减为原来的1/2，则颗粒的沉降时间减半，在 降尘室的停留时间也减半。 当降尘室有多层（N层）隔板时，由于气体流 动的截面积不变，颗粒的水平流速不变，停留 时间不变，沉降时间H/ut不变，因而颗粒的沉
1.颗粒形状 对非球形颗粒(球形度<1)，因阻力系数 增大，其沉降得慢一些。
2.壁效应 当容器直径较小时，便发生受阻沉降。
3.干扰沉降 浓度较高时，便发生干扰沉降。
降尘室
结构（见P102，图3－3）
原理
如图，颗粒水平分速度与气体平均的流速u
相等，则
L W
停留时间为：
L u
沉降时间为：
t
H ut
0.44 ，湍流区或Newton定律(500<Re<2105)
第二节 重力沉降
主要概念
重力沉降、自由沉降、临界粒径
重点内容
沉降速度的计算及其影响因素 降尘室的计算
沉降速度
重力沉降：依靠重力而发生的颗粒沉降过程。
球形颗粒的自由沉降：单个颗粒沉降或颗粒之 间互不影响的沉降。
设某个球形颗粒在流体中自由沉降，则该颗粒
则颗粒所受离心力： Fc mr2
设圆筒转速为N，r/min，
则 2N ，弧度/秒
60
uT
ur
r
dp, p,m
,
所以
mrN 2 Fc 100
离心分离因数：
Kc
Fc Fg
mr 2
mg
rN2
900
离心沉降速度
设某个球形颗粒在流体中自由离心沉降，则
降尘室的 等
L L LWH ， H
u q / WH q
tc
u tc
所以
u tc
q LW
1 .25 10 4 / 3600 2.5 5
0.278 m / s
设临界粒径的粉尘的沉 降属于层流区
d pc
18 p
g
ut
18
2000
2 .53 10 5
0.779 9.81
絮凝剂：能促进微粒絮凝的物质。
常用的絮凝剂明矾[KAl(SO4)212H2O]、三氯 化铝、聚合氯化铝、绿矾(FeSO47H2O)、三 氯化铁、聚合硫酸铁等。
作业
P125 3-2、3－3
第三节 离心沉降
离心沉降：依靠离心力而使流体中的颗粒产 生沉降的运动。
离心分离因数
如图，假设筒内液体与圆筒转速相同，
0 .278
80 .3m
Re
d pc u tc
80 .6 10 6 0 .278 0.799 2 .53 10 5
0.687
属于层流区。
悬浮液的沉聚
增稠器
沉聚：悬浮液在大型容器中，其固体颗粒在重 力下沉降，得到澄清液与稠浆的操作。 澄清：从较稀悬浮液中得到澄清液的过程操作， 所用设备叫澄清器。 从较稠的悬浮液中尽可能把液体分离出来而得 到稠浆的设备，称为增稠器。
一种物质中所组成的物系。 分散相（分散物质）：处于分散状态的物质。 连续相（分散介质）：处于连续状百度文库的物质。
非均相物系
非均相物系
悬浮液， 固液 乳浊液， 液液 泡沫液， 气液 含尘气体，固气 含雾气体，液气
非均相物系分离的目的
回收分散物质 净制分散介质 环境保护
非均相物系的分离方法
沉降： 过滤：
第三章 沉降与过滤
3.1 概述 3.2 重力沉降 3.3 离心沉降 3.4 过滤
第一节 概述
主要概念
非均相物系
重点内容
非均相物系的分离方法 颗粒与流体相对运动时所受的阻力
非均相物系的分离
均相物系：内部无相界面的分散物系。 非均相物系：内部有相界面的分散物系。 分散物系：由一种或几种物质的微粒分散在另
重力沉降
离心沉降 重力过滤 加压过滤
真空过滤 离心过滤
利用力场 利用过滤介质
液体洗涤除尘：利用液体洗去固体颗粒，产生大量污水。 电除尘：利用电场力分离气体中的颗粒，成本高（设备费 和操作费高）
颗粒与流体相对运动时所受的阻力
流体由于具有粘性，流经颗粒时，颗粒会对流 体产生阻力；反之，颗粒在流体中运动时，流 体也会对颗粒产生阻力。
颗粒与流体相对运动时，颗粒所受的阻力Fd可 以这样计算：
F dA2 u24dp 22 u2
hf
p F u2 A 2
A——颗粒在运动方向上的投影面积，m2。
(Re)(dpu) ——阻力系数。
24 ，层流区或Stokes定律区（10-4<Re<2） Re
ξ 10 ，过渡流区或Allen定律区(2<Re<500) Re
所受力有：
重力 浮力 阻力
Fg mg6dp3pg
Fb
6
dp3
g
F dA2 u24dp 22 u2
由牛顿第二定律 Fma ，得
6d p 3(p )g 4d p 22 u 2 6d p 3pd d u
当 du 0 时，解得
d
ut
4dp(p )g 3
— 沉降速度或终端速度
将与Re的关系代入上式，得