第三章-沉降与过滤分析课件

1/70分离

悬浮液-----固-液混合物乳浊液-----液-液混合物含尘气体----气-固混合物

含雾气体----气-液混合物------筛分、沉降、过滤------吸收、精馏、萃取第三章沉降与过滤第一节概述1/70分离悬浮液-----固-液混合物------筛分、2023/1/52非均相物系分离：沉降（重力沉降、离心沉降）过滤分散物质（分散相）：处于分散状态的物质分散介质（连续相）：处于连续状态的物质分离的目的：回收分散物质;2.净化分散介质。2022/12/292非均相物系分离：沉降（重力沉降、离心沉2023/1/53p第二节重力沉降一、重力沉降速度（一）球形颗粒的自由沉降重力Fg浮力Fb阻力Fd自由沉降：颗粒浓度低，分散好，沉降过程中互不碰撞、互不影响。颗粒下沉2022/12/293p第二节重力沉降一、重力沉2023/1/54（二）流体中颗粒运动的阻力(曳力)——阻力系数（曳力系数）、——流体特性dp、ut——颗粒特性2022/12/294（二）流体中颗粒运动的阻力(曳力)—2023/1/552022/12/2952023/1/562022/12/2962023/1/57

大颗粒，加速时间长，走过距离长,

几乎一直在加速。小颗粒，加速时间短，走过距离短,

加速段可忽略。2022/12/297大颗粒，加速时间长，走过距离2023/1/58重力沉降速度:

颗粒受力平衡时，匀速阶段颗粒相对于流体的运动速度。2022/12/298重力沉降速度:颗粒受力平衡时，匀速阶2023/1/59（1）层流区10－4<

Re<2Stokes区

（2）过渡区2<Re<500Allen区

（3）湍流区500<Re<2105Newton区（球形）2022/12/299（1）层流区10－4<Re<22023/1/510（三）沉降速度的计算层流区：——Stokes(斯托克斯)式过渡区：湍流区：2022/12/2910（三）沉降速度的计算层流区：——S2023/1/511试差计算法：假设沉降处于某一区域；计算ut；计算Re，校验区域；若符合，则正确，否则重新假设区域。2022/12/2911试差计算法：2023/1/512（四）影响沉降速度的其它因素1.干扰沉降2.

颗粒形状越小，阻力越大，Re相同时沉降速度越小。3.

壁效应使沉降速度下降。2022/12/2912（四）影响沉降速度的其它因素1.干扰例1现有一密度为2500kg/m3,直径为0.5mm的尼龙珠放在密度为800kg/m3的某液体中自由沉降,测得ut=7.5×10-3m/s,试求此液体的黏度。例1现有一密度为2500kg/m3,直径为0.5mm的尼解：设Re<2,则验原设成立第三章-沉降与过滤分析课件2023/1/515二、重力沉降设备（一）降尘室2022/12/2915二、重力沉降设备（一）降尘室2023/1/5161.沉降分离条件停留时间：沉降时间：分离条件：W2022/12/29161.沉降分离条件停留时间：沉降时间2023/1/5172.

生产能力qV——降尘室所处理含尘气体的体积流量结论：降尘室的生产能力只与沉降面积WL及颗粒沉降速度ut有关，而与高度H无关。2022/12/29172.生产能力结论：降尘室的生产能力2023/1/518多层降尘室：若n个隔板，则缺点：清灰难；隔板间距小，颗粒易被扬起。2022/12/2918多层降尘室：若n个隔板，则缺点：2023/1/5193.

临界颗粒直径临界颗粒直径dpC——降尘室理论上能100%除去的最小颗粒直径。层流2022/12/29193.临界颗粒直径临界颗粒直径dpC例2用降尘室除去含尘气体中的球形尘粒，尘粒密度ρp=4000kg/m3，降尘室长3m,宽2m,高1m。含尘气体μ=2×10-5Pas,密度ρ=1.2kg/m3，流量为3000m3/h。试求：①可被100%除下的最小粒径；②可被50%除下的粒径。例2用降尘室除去含尘气体中的球形尘粒，尘粒密度ρp=400解：①设Re<2,则验②第三章-沉降与过滤分析课件2023/1/522第三节离心沉降一、离心沉降速度（一）沉降过程切向速度ut径向速度ur合成u合

合t2022/12/2922第三节离心沉降一、离心沉降速2023/1/523离心力：径向向外浮力：（向心力）指向中心阻力：指向中心受力平衡时，径向速度ur为该点的离心沉降速度。ttt2022/12/2923离心力：径向向外浮力：指向中心阻2023/1/524重力沉降速度ut离心沉降速度ur方向向下，大小不变径向向外，随r变化层流（二）离心分离因数离心分离因数KC——同一颗粒在同种介质中所受离心力与重力之比。2022/12/2924重力沉降速度ut离心沉降速度ur方向2023/1/525二、离心沉降设备（一）旋风分离器1.结构与工作原理

KC为5~2500，可分离气体中5~75m的颗粒。2022/12/2925二、离心沉降设备（一）旋风分离器2023/1/5262.临界颗粒直径uib假设：切向速度ut=进口速度ui

颗粒沉降的最大距离b

层流rm——平均旋转半径2022/12/29262.临界颗粒直径uib假设：rm—2023/1/527n——旋转圈数沉降时间：停留时间：沉降分离条件：沉降速度：2022/12/2927n——旋转圈数沉降时间：停留时间：沉2023/1/528临界颗粒直径：讨论：（1）bdpc

D旋风分离器越大，分离效果越不好所以生产能力较大时，一般采用多个小旋风分离器并联。（2）uidc分离效果好流动阻力大2022/12/2928临界颗粒直径：讨论：（1）b2023/1/5293.气体通过旋风分离器的压力降一般p=0.3~2kPa进、排气与筒壁之间的摩擦损失；进入时突然扩大的局部阻力；旋转中动能损失造成气体压力降：由于:2022/12/29293.气体通过旋风分离器的压力降一般30/70第四节过滤一、概述深层过滤这种过滤是在过滤介质内部进行的，介质表面无滤饼形成。过滤用的介质为粒状床层或素烧（不上釉的）陶瓷筒或板。此法适用于从液体中除去很小量的固体微粒，例如饮用水的净化。30/70第四节过滤一、概述深层过滤这种过滤31/70一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液----推动力：重力、压力、离心力滤饼过滤31/70一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液----推动力：重力、32/70一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤工业用过滤介质主要有：棉、麻、丝、毛、合成纤维、金属丝等编织成的滤布。过滤介质：多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。32/70一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤工业用过滤介质33/70一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼的压缩性：

空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。

33/70一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼的压缩性：34/70一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤使用时，可预涂，也可以混入待滤的滤浆中一起过滤。助滤剂能形成结构疏松、而且几乎是不可压缩的滤饼。可改善原滤饼的可压缩性和过于致密的缺点。助滤剂：----是颗粒细小、粒度分布范围较窄、坚硬而悬浮性好

的颗粒状或纤维固体，如硅藻土、纤维粉末、活性

炭、石棉。34/70一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤使用时，2023/1/535颗粒的特性2022/12/2935颗粒的特性2023/1/5362022/12/29362023/1/5372022/12/293738/70二、过滤基本方程------滤液量V～过滤时间的关系(1)细管长度le与床层高度L成正比(2)细管的内表面积等于全部颗粒的表面积，

流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。1、过滤基本方程的推导简化模型：假定：真实速度

u滤饼体积滤饼的比表面积颗粒的比表面积aB为滤饼的比表面积(单位体积的滤饼层所具有的表面积)a为颗粒的比表面积孔隙率38/70二、过滤基本方程------滤液量V～过滤时间的39/70二、过滤基本方程------滤液量V～过滤时间的关系滤饼内，雷诺数很小，属层流流动，------哈根-泊谡叶方程le、de表达式由质量守恒得：滤饼截面积A39/70二、过滤基本方程------滤液量V～过滤时间的40/70二、过滤基本方程△p2△p1u------滤液量V～过滤时间的关系思考：影响过滤阻力的因素有哪些？影响过滤速度的因素有哪些？40/70二、过滤基本方程△p2△p1u------滤液41/70二、过滤基本方程------滤液量V～过滤时间的关系设每获得单位体积滤液时，被截留在过滤介质上的滤饼体积为c（m3滤饼/m3滤液），则令滤饼滤液1c思考：滤饼中全是固体物吗？压缩指数0<s<1（可压缩滤饼）s=0（不可压缩滤饼）41/70二、过滤基本方程------滤液量V～过滤时间的42/70二、过滤基本方程-----过滤基本方程过滤常数，由实验测定△pu思考：影响K的因素有哪些？影响Ve或qe的因素有哪些？------滤液量V～过滤时间的关系42/70二、过滤基本方程-----过滤基本方程过滤常数，由43/70二、过滤基本方程------滤液量V～过滤时间的关系影响K的因素：影响qe或Ve

的因素：滤饼性质（s、、a）滤浆性质（c、）推动力（p）过滤介质的性质（孔的结构、、r0、厚度）△pu43/70二、过滤基本方程------滤液量V～过滤时间的44/70二、过滤基本方程------滤液量V～过滤时间的关系2、恒压过滤△pu表观速度特点：K为常数

积分得：

或若过滤介质阻力可忽略不计，则

或，过滤速度愈来愈小。恒压过滤方程44/70二、过滤基本方程------滤液量V～过滤时间的45/70三、过滤常数的测定恒压时：logp~logK作图求出压缩指数s/q~q图45/70三、过滤常数的测定恒压时：logp~logK作图46/70五、过滤设备及过滤计算过滤设备

46/70五、过滤设备及过滤计算过滤设备（一）间歇式过滤机－板框压滤机1.结构：（一）间歇式过滤机－板框压滤机1.结构：2.过滤操作：（一）间歇式过滤机－板框压滤机2.过滤操作：（一）间歇式过滤机－板框压滤机3.洗涤操作：置换洗涤：（一）间歇式过滤机－板框压滤机当洗液粘度与滤液相同时，由过滤基本方程式可知：洗涤速率等于过滤终了速率置换洗涤易造成洗液走短路，洗涤效果不好，为了提高洗涤效果，可采用横穿洗涤。洗涤液洗出液框板框板洗涤板非洗涤板板非洗涤板3.洗涤操作：置换洗涤：（一）间歇式过滤机－板框压滤机当洗液洗涤液的行程（包括滤饼和滤布）约为过滤终了时滤液行程的2倍，而流通面积却为其1/2，故洗涤速率约为过滤终了速率的1/4。洗涤液洗出液框板框板洗涤板非洗涤板板非洗涤板（一）间歇式过滤机－板框压滤机横穿洗涤洗涤液的行程（包括滤饼和滤布）约为过滤终了时滤液行程的2倍，2023/1/551洗涤液洗出液框板框板洗涤板非洗涤板板非洗涤板洗涤液洗出液框板框板洗涤板非洗涤板板非洗涤板置换横穿2022/12/2951洗涤液洗出液框板框板洗涤板非洗涤板板2023/1/552（二）转筒真空过滤机1.结构与操作特点：同时间、不同部位进行不同的操作。2022/12/2952（二）转筒真空过滤机1.结构与操作特2023/1/553设转筒的转速为N(1/s)操作周期：浸液率：（浸没分数）N有效过滤时间：2.生产能力2022/12/2953设转筒的转速为N(1/s)操作周期2023/1/554恒压过滤：生产能力：当过滤介质阻力忽略时:2022/12/2954恒压过滤：生产能力：当过滤介质阻力忽55/70小结沉降

设备：降尘室结构

公式：（Re<2）降尘室：能100%去除的最小颗粒满足气体处理能力与底面积呈正比，与高度无关。重要概念：自由沉降、沉降速度、影响沉降速度的因素斯托克斯公式55/70小结沉降设备：降尘室结构公式：（Re<2）降尘56/70小结1、重要概念：滤浆滤饼过滤介质滤液生产能力过滤：56/70小结1、重要概念：过滤：57/70小结2、公式：与滤饼性质有关（比阻r0、比表面积a、空隙率、压缩指数s）

与滤浆的性质（浓度、密度、粘度）有关。

与推动力有关r与滤饼的结构、性质（比表面积a、空隙率）有关Ve与过滤介质的性质有关恒压过滤方程57/70小结2、公式：与滤饼性质有关（比阻r0、比表面积a58/70分离

悬浮液-----固-液混合物乳浊液-----液-液混合物含尘气体----气-固混合物

含雾气体----气-液混合物------筛分、沉降、过滤------吸收、精馏、萃取第三章沉降与过滤第一节概述1/70分离悬浮液-----固-液混合物------筛分、2023/1/559非均相物系分离：沉降（重力沉降、离心沉降）过滤分散物质（分散相）：处于分散状态的物质分散介质（连续相）：处于连续状态的物质分离的目的：回收分散物质;2.净化分散介质。2022/12/292非均相物系分离：沉降（重力沉降、离心沉2023/1/560p第二节重力沉降一、重力沉降速度（一）球形颗粒的自由沉降重力Fg浮力Fb阻力Fd自由沉降：颗粒浓度低，分散好，沉降过程中互不碰撞、互不影响。颗粒下沉2022/12/293p第二节重力沉降一、重力沉2023/1/561（二）流体中颗粒运动的阻力(曳力)——阻力系数（曳力系数）、——流体特性dp、ut——颗粒特性2022/12/294（二）流体中颗粒运动的阻力(曳力)—2023/1/5622022/12/2952023/1/5632022/12/2962023/1/564

大颗粒，加速时间长，走过距离长,

几乎一直在加速。小颗粒，加速时间短，走过距离短,

加速段可忽略。2022/12/297大颗粒，加速时间长，走过距离2023/1/565重力沉降速度:

颗粒受力平衡时，匀速阶段颗粒相对于流体的运动速度。2022/12/298重力沉降速度:颗粒受力平衡时，匀速阶2023/1/566（1）层流区10－4<

Re<2Stokes区

（2）过渡区2<Re<500Allen区

（3）湍流区500<Re<2105Newton区（球形）2022/12/299（1）层流区10－4<Re<22023/1/567（三）沉降速度的计算层流区：——Stokes(斯托克斯)式过渡区：湍流区：2022/12/2910（三）沉降速度的计算层流区：——S2023/1/568试差计算法：假设沉降处于某一区域；计算ut；计算Re，校验区域；若符合，则正确，否则重新假设区域。2022/12/2911试差计算法：2023/1/569（四）影响沉降速度的其它因素1.干扰沉降2.

颗粒形状越小，阻力越大，Re相同时沉降速度越小。3.

壁效应使沉降速度下降。2022/12/2912（四）影响沉降速度的其它因素1.干扰例1现有一密度为2500kg/m3,直径为0.5mm的尼龙珠放在密度为800kg/m3的某液体中自由沉降,测得ut=7.5×10-3m/s,试求此液体的黏度。例1现有一密度为2500kg/m3,直径为0.5mm的尼解：设Re<2,则验原设成立第三章-沉降与过滤分析课件2023/1/572二、重力沉降设备（一）降尘室2022/12/2915二、重力沉降设备（一）降尘室2023/1/5731.沉降分离条件停留时间：沉降时间：分离条件：W2022/12/29161.沉降分离条件停留时间：沉降时间2023/1/5742.

生产能力qV——降尘室所处理含尘气体的体积流量结论：降尘室的生产能力只与沉降面积WL及颗粒沉降速度ut有关，而与高度H无关。2022/12/29172.生产能力结论：降尘室的生产能力2023/1/575多层降尘室：若n个隔板，则缺点：清灰难；隔板间距小，颗粒易被扬起。2022/12/2918多层降尘室：若n个隔板，则缺点：2023/1/5763.

临界颗粒直径临界颗粒直径dpC——降尘室理论上能100%除去的最小颗粒直径。层流2022/12/29193.临界颗粒直径临界颗粒直径dpC例2用降尘室除去含尘气体中的球形尘粒，尘粒密度ρp=4000kg/m3，降尘室长3m,宽2m,高1m。含尘气体μ=2×10-5Pas,密度ρ=1.2kg/m3，流量为3000m3/h。试求：①可被100%除下的最小粒径；②可被50%除下的粒径。例2用降尘室除去含尘气体中的球形尘粒，尘粒密度ρp=400解：①设Re<2,则验②第三章-沉降与过滤分析课件2023/1/579第三节离心沉降一、离心沉降速度（一）沉降过程切向速度ut径向速度ur合成u合

合t2022/12/2922第三节离心沉降一、离心沉降速2023/1/580离心力：径向向外浮力：（向心力）指向中心阻力：指向中心受力平衡时，径向速度ur为该点的离心沉降速度。ttt2022/12/2923离心力：径向向外浮力：指向中心阻2023/1/581重力沉降速度ut离心沉降速度ur方向向下，大小不变径向向外，随r变化层流（二）离心分离因数离心分离因数KC——同一颗粒在同种介质中所受离心力与重力之比。2022/12/2924重力沉降速度ut离心沉降速度ur方向2023/1/582二、离心沉降设备（一）旋风分离器1.结构与工作原理

KC为5~2500，可分离气体中5~75m的颗粒。2022/12/2925二、离心沉降设备（一）旋风分离器2023/1/5832.临界颗粒直径uib假设：切向速度ut=进口速度ui

颗粒沉降的最大距离b

层流rm——平均旋转半径2022/12/29262.临界颗粒直径uib假设：rm—2023/1/584n——旋转圈数沉降时间：停留时间：沉降分离条件：沉降速度：2022/12/2927n——旋转圈数沉降时间：停留时间：沉2023/1/585临界颗粒直径：讨论：（1）bdpc

D旋风分离器越大，分离效果越不好所以生产能力较大时，一般采用多个小旋风分离器并联。（2）uidc分离效果好流动阻力大2022/12/2928临界颗粒直径：讨论：（1）b2023/1/5863.气体通过旋风分离器的压力降一般p=0.3~2kPa进、排气与筒壁之间的摩擦损失；进入时突然扩大的局部阻力；旋转中动能损失造成气体压力降：由于:2022/12/29293.气体通过旋风分离器的压力降一般87/70第四节过滤一、概述深层过滤这种过滤是在过滤介质内部进行的，介质表面无滤饼形成。过滤用的介质为粒状床层或素烧（不上釉的）陶瓷筒或板。此法适用于从液体中除去很小量的固体微粒，例如饮用水的净化。30/70第四节过滤一、概述深层过滤这种过滤88/70一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液----推动力：重力、压力、离心力滤饼过滤31/70一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液----推动力：重力、89/70一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤工业用过滤介质主要有：棉、麻、丝、毛、合成纤维、金属丝等编织成的滤布。过滤介质：多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。32/70一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤工业用过滤介质90/70一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼的压缩性：

空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。

33/70一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼的压缩性：91/70一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤使用时，可预涂，也可以混入待滤的滤浆中一起过滤。助滤剂能形成结构疏松、而且几乎是不可压缩的滤饼。可改善原滤饼的可压缩性和过于致密的缺点。助滤剂：----是颗粒细小、粒度分布范围较窄、坚硬而悬浮性好

的颗粒状或纤维固体，如硅藻土、纤维粉末、活性

炭、石棉。34/70一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤使用时，2023/1/592颗粒的特性2022/12/2935颗粒的特性2023/1/5932022/12/29362023/1/5942022/12/293795/70二、过滤基本方程------滤液量V～过滤时间的关系(1)细管长度le与床层高度L成正比(2)细管的内表面积等于全部颗粒的表面积，

流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。1、过滤基本方程的推导简化模型：假定：真实速度

u滤饼体积滤饼的比表面积颗粒的比表面积aB为滤饼的比表面积(单位体积的滤饼层所具有的表面积)a为颗粒的比表面积孔隙率38/70二、过滤基本方程------滤液量V～过滤时间的96/70二、过滤基本方程------滤液量V～过滤时间的关系滤饼内，雷诺数很小，属层流流动，------哈根-泊谡叶方程le、de表达式由质量守恒得：滤饼截面积A39/70二、过滤基本方程------滤液量V～过滤时间的97/70二、过滤基本方程△p2△p1u------滤液量V～过滤时间的关系思考：影响过滤阻力的因素有哪些？影响过滤速度的因素有哪些？40/70二、过滤基本方程△p2△p1u------滤液98/70二、过滤基本方程------滤液量V～过滤时间的关系设每获得单位体积滤液时，被截留在过滤介质上的滤饼体积为c（m3滤饼/m3滤液），则令滤饼滤液1c思考：滤饼中全是固体物吗？压缩指数0<s<1（可压缩滤饼）s=0（不可压缩滤饼）41/70二、过滤基本方程------滤液量V～过滤时间的99/70二、过滤基本方程-----过滤基本方程过滤常数，由实验测定△pu思考：影响K的因素有哪些？影响Ve或qe的因素有哪些？------滤液量V～过滤时间的关系42/70二、过滤基本方程-----过滤基本方程过滤常数，由100/70二、过滤基本方程------滤液量V～过滤时间的关系影响K的因素：影响qe或Ve

的因素：滤饼性质（s、、a）滤浆性质（c、）推动力（p）过滤介质的性质（孔的结构、、r0、厚度）△pu43/70二、过滤基本方程------滤液量V～过滤时间的101/70二、过滤基本方程------滤液量V～过滤时间的关系2、恒压过滤△pu表观速度特点：K为常数

积分得：

或若过滤介质阻力可忽略不计，则

或，过滤速度愈来愈小。恒压过滤方程44/70二、过滤基本方程------滤液量V～过滤时间的102