第四章沉降与过滤

第四章沉降与过滤
4.2B 半连续式沉降器
1．临界流速
Fd=Ff 对应的uL即为临界流速uc
ζπd2ρuc2 42
π 6d3(ρpρ)gs μ
第四章沉降与过滤
uc
4 d( ρ p ρ)gμ s 3 ζρ
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
2.两种过滤方式
(1) 深床过滤 （deep bed filtration）
(2) 滤饼过滤 （cake filtration）
第四章沉降与过开滤 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：
qv
bh 0 u 0
L h0
u0bL u0 A0
第四章沉降与过滤
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(
C 0CR) (m 3/s) ρ 第四章沉降与过滤
du0 μ
ρ
u0
d2(ρp ρ)g 18μ
(2) 过渡区的Allen定律：
u0 0.15d14d.6(0[ρ.4pμ0ρ.6)]g75
(3)湍流区的Newton 定律：
u0
1.74d(ρp ρ)g ρ 第四章沉降与过滤
2.沉降速度的求算
u0←ζ ←Rep ←u0 ? (1) 试差法
先假定u01→ Rep→ ζ→ u02
u0
d2
ρp ρg 18μ
51 052909 0939.81
1 80.69 1 1 03
= -1.96×10-4 m/s (上浮)
A0
qv u0
14..946811第00四44章沉降2与.过2滤9
m2
第二节 过 滤
使含固体颗粒的非均匀混合物通过多孔性介质 分离出固体颗粒的单元操作，称为过滤（filtration）
临界粒径 dc ：恰能100％沉降分离的颗粒粒径
u0c
qv bL
u0c
dc2
(ρp ρ)g 18μ
dc (ρp18ρμ)gbqvL
降尘室用水平隔板分为N层， dc 降至原 1/ N 第四章沉降与过滤
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
第四章沉降与过滤
层流时曳力 Fd 3πμdu (N)
Fd 24π 4d2(dμuρ)ρu22
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
ζAρu2 2
非层流时，ζ～Rep 关系可实验求得 第四章沉降与过滤
（1）层流区
（Stockes区） （Rep<1）
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
第四章沉降与过滤
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
4-4 过滤的基本概念
4-5 过滤的基本理论
4.5A 过滤基本方程 4.5B 恒压过滤和恒速过滤
4-6 过滤设备
4.6A 板框压滤机 4.6B 转鼓真空过滤机 4.6C 袋滤器
第四章沉降与过滤
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）
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 = 0.691×10-3Pa·s ρw = 993 kg/m3
则油滴 ρo = 1000×0.9 = 900kg/m3
q v2 3 06 .1 9 0 80 9 0 4 0 3.0 4 1 8 4 0 m 3/s
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第四章沉降与过滤
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：
4.3A 立式沉降室
u1<< u0 u1A qv0π 4qvD 2β0u (β1)
圆筒部分直径：
D 4qv 1.13qv
βπ0u
βu0
圆筒部分高度：H1=(1.0~2.0)D 第四章沉降与过滤
4.3B 卧式沉降室
必要条件： tL t0
L h0
uL u0
uL
qv bh 0
u0
uL
h0 L
u0
qv bL
（2） 清液向上流速
u1A qv0 qm(C ρ0A 0CR) (m/s)
（3） 沉降面积A0
由连续沉降条件：u1 u0
qm(C0 CR ρA0
)
u0
（4）生产A0能力qm(C ρ00uCR) (m 2)
qvqm (C 0ρCR)A 0u0 (m 3/s) 第四章沉降与过滤
4-3 气溶胶的重力沉降
4-3 气溶胶的重力沉降
4.3A 立式沉降室 4.3B 卧式沉降第室四章沉降与过滤
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ຫໍສະໝຸດ Baidu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）
(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
Kd[ρ(ρpμ2 ρ)g]13
K
2.62
43.6
层流区
过渡区
第四章沉降与过滤
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
h0A0 t0
h0 u0t0
qv u0A0
(m 3 s 1 )
π 6d F3gρpg F b π 6F dd3ρ gζπ 4d2ρu 2 02
16dρ(pρ)g18ζρ0u2
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 第四章沉降与过滤
(1) 层流区的Stokes定律：
16dζ ρ(pR2e4ρp )g18ζRρep0u2