化工原理(第四版)第三章 沉降与过滤
化工原理课件3-沉降与过滤
阻力系数~Re0关系图
第三章 沉降与过滤
黄石职院化工原理电子课件
２
沉降速度的计算
已知球形颗粒直径，要计算沉降速度时，由于ut为待求量， 所以Re值是未知量。需要用试差法进行计算ut 。 例如，当颗粒直径较小时，
假设沉降属于层流区 斯托克斯式 u Re 属于层流区 结束计算
第三章 沉降与过滤
黄石职院化工原理电子课件 颗粒所受的阻力：
Fd A
阻力系数
u 2
2 (Re,s )
对球形颗粒（s=1）的曲线，可按Re分为三个区，
各区的曲线可用相应的经验关联式表达： 24／Re 层流区或Stokes定律区（10-4<Re<2）
10／Re0.5
故属于过渡区，与假设相符。
第三章 沉降与过滤
黄石职院化工原理电子课件
三
悬浮液的沉聚
沉聚 — 得到澄清液和稠浆 澄清 — 得到澄清液 增稠 — 得到稠浆
１．增稠器
原理：原液经中心处的进料管送至液面下0.3~1.0m处，固体 颗粒在上部自由沉降区边沉降边向圆周方向扩散， 液体向上流动。在这个区域中，当液体的流速小于 颗粒的沉降速度时，就能得到澄清液。 溢流---澄清液经槽的周边溢流出去, 底流---增稠压缩区下的槽底中心处排除的稠浆。
第三章 沉降与过滤
黄石职院化工原理电子课件
例3-2 用高2m 、宽2.5m、长5m的重力降尘室分离空气中的粉尘。 在操作条件下空气的密度为0.779kg/m3，黏度为2.53×10-5Pa.s， 流量为5.0×104m3/h。粉尘的密度为2000 kg/m3。试求粉尘的临 界粒径。 解：已知空气流量qvs，密度ρ，黏度μ，粉尘的密度ρp， 降尘室的宽度W，长度L, 可知：
化工原理第三章沉降与过滤课后习题及标准答案()
化工原理第三章沉降与过滤课后习题及答案()————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第三章 沉降与过滤沉 降【3-1】 密度为1030kg/m 3、直径为400m μ的球形颗粒在150℃的热空气中降落，求其沉降速度。
解 150℃时，空气密度./30835kg m ρ=，黏度.524110Pa s μ-=⨯⋅ 颗粒密度/31030p kg m ρ=，直径4410p d m -=⨯ 假设为过渡区，沉降速度为()(.)()./..1122223345449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ--⎡⎤-⎡⎤⨯==⨯⨯=⎢⎥⎢⎥⨯⨯⨯⎢⎥⎣⎦⎣⎦验算 .Re ..454101790．835=24824110p t d u ρμ--⨯⨯⨯==⨯ 为过渡区【3-2】密度为2500kg/m 3的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。
试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。
解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为()/218t p p u d g ρρμ=-由此式得（下标w 表示水，a 表示空气）()()2218= p w pw p a pat w ad d u g ρρρρμμ--= ()()pw p a w pap w ad d ρρμρρμ-=-查得20℃时水与空气的密度及黏度分别为./,.339982 100410w w kg m Pa s ρμ-==⨯⋅ ./,.35120518110a a kg m Pa s ρμ-==⨯⋅已知玻璃球的密度为/32500p kg m ρ=，代入上式得(.)..(.).35250012051004109612500998218110pw pad d ---⨯⨯==-⨯⨯【3-3】降尘室的长度为10m ，宽为5m ，其中用隔板分为20层，间距为100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为10m μ，气体密度为./311kg m ，黏度为.621810Pa s -⨯⋅，颗粒密度为4000kg/m 3。
化工原理第三章沉降与过滤PPT
利用真空泵降低过滤介质两侧 的压力差进行过滤，适用于易 产生泡沫或悬浮液中含有大量
气体的场合。
过滤设备与操作
板框压滤机
由滤板和滤框组成，适 用于各种颗粒分离，但
操作较繁琐。
转筒真空过滤机
叶滤机
袋式过滤器
结构简单，操作方便， 但只适用于颗粒较大的
分离。
适用于精细颗粒的分离， 但设备成本较高。
过滤原理
利用颗粒大小、形状、密度等物 理性质的差异，使不同颗粒在过 滤介质两侧形成不同的速度或动 量，从而实现分离。
过滤操作的分类
恒压过滤
在恒定压力下进行过滤，适用 于颗粒粒度较小、悬浮液粘度
较大的情况。
变压过滤
在改变压力下进行过滤，适用 于颗粒粒度较大、悬浮液粘度 较小的情况。
热过滤
在加热条件下进行过滤，适用 于悬浮液中含有热敏性物质的 情况。
设备
沉降槽、沉降池、离心机等。
操作
将悬浮液引入沉降设备中，在重力作用下使固体颗粒下沉，上清液从上部排出， 底部沉积的固体经过排出装置排出。操作过程中需控制适当的温度、流量和停留 时间等参数，以保证分离效果。
02
过滤
过滤的定义与原理
过滤定义
通过多孔介质使固体颗粒截留， 从而使液体与固体分离的操作。
实验步骤 1. 准备实验装置，包括过滤器、压力计、流量计等。
2. 将过滤介质放入过滤器中。
过滤实验操作
3. 将待测流体引入过滤器，并施加一定的压力。 5. 收集过滤后的流体样本，测量其中颗粒的浓度。
4. 记录不同时刻的流量和压差数据。
注意事项：确保过滤器密封性好，避免流体泄漏；保持 恒定的流体流量和压力，以获得准确的实验数据。
(完整版)化工原理第三章沉降与过滤课后习题及答案(1)
第三章 沉降与过滤沉 降【3-1】 密度为1030kg/m 3、直径为的球形颗粒在150℃的热空气中降落，400m μ求其沉降速度。
解 150℃时，空气密度，黏度./30835kg m ρ=.524110Pa s μ-=⨯⋅颗粒密度，直径/31030p kg m ρ=4410p d m -=⨯假设为过渡区，沉降速度为()(.)()./..1122223345449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ--⎡⎤-⎡⎤⨯==⨯⨯=⎢⎥⎢⨯⨯⨯⎢⎥⎣⎦⎣⎦验算 .Re ..454101790．835=24824110p t d u ρμ--⨯⨯⨯==⨯为过渡区【3-2】密度为2500kg/m 3的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。
试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。
解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为()/218t p p u d g ρρμ=-由此式得（下标w 表示水，a 表示空气）()()2218= p w pw p a pat w ad d u g ρρρρμμ--=pw pad d =查得20℃时水与空气的密度及黏度分别为./,.339982 100410w w kg m Pa sρμ-==⨯⋅./,.35120518110a a kg m Pa sρμ-==⨯⋅已知玻璃球的密度为，代入上式得/32500p kg m ρ=.961pw pad d ==【3-3】降尘室的长度为10m ，宽为5m ，其中用隔板分为20层，间距为100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为，气体密度为，黏度为10m μ./311kg m ，颗粒密度为4000kg/m 3。
试求：(1)最小颗粒的沉降速度；(2)若需要.621810Pa s -⨯⋅最小颗粒沉降，气体的最大流速不能超过多少m/s? (3)此降尘室每小时能处理多少m 3的气体？解 已知,/./.6336101040001121810pc p d m kg m kg m Pa sρρμ--=⨯===⨯⋅,,(1) 沉降速度计算 假设为层流区().()(.)./.26269811010400011001181821810pc p t gd u m sρρμ---⨯⨯-===⨯⨯验算 为层流..Re .66101000111000505221810pc t d u ρμ--⨯⨯⨯===<⨯，(2) 气体的最大流速。
化工原理第三章沉降与过滤思考题
化工原理第三章沉降与过滤思考题沉降与过滤是化工工艺中常用的分离技术，用于分离悬浮物与液体或固体颗粒与气体的混合物。
在化工原理第三章中，我们学习了沉降与过滤的原理和相关参数的计算方法。
下面是一些与该主题相关的思考题，以加深对这一章内容的理解。
1. 什么是沉降速度？沉降速度受到哪些因素的影响？沉降速度指的是颗粒在重力作用下沉降的速度。
它受到颗粒的直径、密度、形状以及介质的粘度等因素的影响。
一般来说，颗粒直径越大、密度越大、形状越不规则，沉降速度越快；介质的粘度越大，沉降速度越慢。
2. 什么是沉降系数？如何计算沉降系数？沉降系数是用来描述沉降速度的一个参数，通常用修正Stokes公式进行计算。
它是颗粒直径、密度、粘度和介质密度的函数。
计算沉降系数时，需要将这些参数代入修正Stokes公式中进行计算。
3. 什么是沉降池？沉降池有什么作用？沉降池是用来实现颗粒沉降的装置，它通常由一个垂直的池子组成。
在沉降池中，悬浊液从上面流入，颗粒在重力作用下向下沉降，而清液则从沉降池的上部流出。
沉降池的作用是将颗粒与液体或固体分离，使得悬浊液中的颗粒沉积到池底，从而实现液固分离。
4. 什么是过滤速度？过滤速度受到哪些因素的影响？过滤速度指的是单位时间内通过单位面积的过滤液体的体积。
它受到过滤介质的孔隙度、粒径分布、过滤压力以及过滤液体中的颗粒浓度等因素的影响。
一般来说，孔隙度越大、粒径分布越窄、过滤压力越大，过滤速度越快；过滤液体中颗粒浓度越高，过滤速度越慢。
5. 什么是过滤介质？过滤介质的选择有哪些考虑因素？过滤介质是用于过滤的材料，常见的过滤介质有滤纸、滤布、滤网等。
过滤介质的选择需要考虑颗粒的大小、过滤液体的性质、工艺要求以及经济因素等。
对于较大的颗粒，可以选择开孔较大的过滤介质；对于较小的颗粒，可以选择孔隙较小的过滤介质。
此外，过滤介质还需要具有较好的耐酸碱性、耐高温性和耐腐蚀性等特性。
通过对以上思考题的讨论，我们可以更加深入地理解沉降与过滤的原理和应用。
化工原理第三章沉降与过滤课后习题包括答案.doc
第三章沉降与过滤沉 降【 3-1 】 密度为 1030kg/m 3、直径为 400 m 的球形颗粒在 150℃的热空气中降落，求其沉降速度。
解 150℃时，空气密度0.835kg / m 3 ，黏度 2.41 10 5 Pa s颗粒密度p 1030kg / m3，直径 d p 4 10 4 m假设为过渡区，沉降速度为4 g 2 ( p)214 9 81 2 103013234u td p( . ) ( ) 4 101.79 m / s225225 2.41 10 50.835d p u t44101 79 0．835验算Re=.24 82 41 105..为过渡区3【 3-2 】密度为 2500kg/m 的玻璃球在 20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。
解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为u td 2ppg / 18由此式得（下标w 表示水， a 表示空气）18pw d pw2( pa )d pa2 u t =gwad pw ( d pa(pa )wpw)a查得 20℃时水与空气的密度及黏度分别为w998 2 3w 1 . 004 10 3 . kg / m , Pa s 1 205 3a1 81 10 5 Pa sa . kg / m , .已知玻璃球的密度为p2500 kg / m 3 ，代入上式得dpw( 2500 1 205 ) 1 . 004 10.d pa( 2500998 2 1 . 81 10. )359.61【 3-3 】降尘室的长度为10m ，宽为 5m ，其中用隔板分为 20 层，间距为 100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为10 m ，气体密度为1.1kg / m 3 ，黏度为 21.8 10 6 Pa s ，颗粒密度为4000kg/m 3。
试求： (1) 最小颗粒的沉降速度；(2) 若需要最小颗粒沉降，气体的最大流速不能超过多少m/s (3) 此降尘室每小时能处理多少m 3 的气体解 已知 d pc10 10 6 m, p4000kg / m 3 ,1.1kg / m 3 ,21.8 10 6 Pa s(1) 沉降速度计算假设为层流区gd pc 2 (p) 9 . 81 ( 10 10 6 2 ( 4000 1 1u t)6 . ) 0.01m / s1818 21.8 10d pc u t10 10 6 0 01 1 1000505． 2 验算 Re21 8 10 6 为层流.(2) 气体的最大流速 umax 。
[高中教育]第3章沉降与过滤ppt
![[高中教育]第3章沉降与过滤ppt](https://img.taocdn.com/s3/m/08dc7dad14791711cd79178c.png)
15.11.2020
16
3.3重力沉降
沉降 在某种力场中利用分散相和连续相之间的密度差异 ，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。
重力 作用力
重力 沉降
(分离较大的颗粒）
惯性离心力
离心沉降
3.3.1重力沉降
(分离尺寸小的颗粒）
3.3.1.1球形颗粒的自由沉降
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。
的表面积最小，因此对非球形颗粒，总有S 1 ，颗粒的形 状越接近球形， S 越接近1，对于球形颗粒 S 1。
②颗粒的当量直径
颗粒的当量直径表示非球形颗粒的大小，通常有两种表示
方法： a)等体积当量直径
de
3
6
VP
V P－颗粒体积m3
15.11.2020
7
b)等比表面积当量直径
即与非球形颗粒比表面积相等的球形颗粒的直径为该颗粒的
连续相与分散相 分离
不同的物理性质
机械 分离
分散相和连续相 发生相对运动的方式
15.11.2020
沉降 过滤
3
3.1.2非均相物系分离的目的
（1）收集分散物质
例如从气流干燥器或喷雾干燥器排出的气体中回收固体产品。
（2）净化分散介质
例如：生产硫酸，二氧化硫炉气含杂质，净化。
（3）环境保护
空气中的粉尘、废水、废气治理。
。 (VG/S)/V
一般，乱堆床层ε＝0.4～0.7；均匀球体：松排列ε＝ 0.4，紧密排列ε＝0.26。
（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。
15.11.2020
10
☆床层的各向同性：小颗粒乱堆床层可以认为是各向同性的 。各向同性床层的重要特性之一是其自由截面积与床层截面 积之比在数值上与床层的空隙率相等。同床层空隙率一样， 由于壁面效应的影响，壁面附近的自由截面积大。
《沉降与过滤》PPT课件
—与真空 管相连
15 不工作区 16-17吹松区、卸料 区 18 不工作区
—h槽 —压缩空气
第4节 膜过滤 一、膜过滤原理与膜组件 〔一〕膜过滤原理
原料液
小分子的 A物质
大分子的 B物质
溢流
膜
A物质
渗透液
?化工原理?课件——第3章 沉降与过滤
第4节 膜过滤
一、膜过滤原理与膜组件
〔二〕膜组件
渗透液
?化工原理?课件——第3章 沉降与过滤
第1节 重力沉降
一、重力沉降速度
球形颗粒： ——Stokes定律
层流区 1 4 0 R e 2区
24
Re
d2()g
ut
s
18
过渡区 2R e50—0—Allen定律区
10
Re0.5
ut d
4g2()2 s 225
?化工原理?课件——第3章 沉降与过滤
40um的颗粒的回收百分率？(4)如欲回收直径为
15um的尘粒，降尘室应各成多少层？
解:(1) VbLu
s
tc
4
utcV s (b)L250.4ms
?化工原理?课件——第3章 沉降与过滤
第1节 重力沉降
二、降尘室
设为层流沉降： utcdc2(1s8)g
dc
18utc (s )g
18 0.0261 030.4 (300 00.7)59.81
(L L e ) W 2 (L L e ) E
〔二〕转筒真空过滤机
转筒及分配头：
?化工原理?课件——第3章 沉降与过滤
第3节 过滤
二、过滤设备
工 作 原
1-7 过滤区 8-10 吸干 区11 不工作区
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ut
4d p ( p )g 3
2020/9/15
4
（二）流体中颗粒运动的阻力(曳力)
Fd
Ap
u2
2
4
d p2
u2
2
——阻力系数（曳力系数）
f (Re)
Re d p ut
、——流体特性
dp、ut——颗粒特性
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5
2020/9/15
6
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——球形 圆盘形
2020/9/15
16
（二）沉降槽（增稠器） 1. 悬浮液的沉聚过程
2020/9/15
17
2. 沉降槽（增稠器）
2020/9/15
18
第三节 离心沉降
一、离心沉降速度 （一）沉降过程
合
切向速度 u 径向速度 ur 合成u合
2020/9/15
19
离心力：FC
m
u2 r
6
d
3 p
p
u2 r
径向向外
2020/9/15
28
第四节 过 滤
一、悬浮液的过滤
滤浆 滤饼 过滤介质
滤液
推动力：压力差，离心力，重力 阻 力：滤饼、过滤介质阻力
2020/9/15
29
（一）两种过滤方式 1. 滤饼过滤
2020/9/15
30
2. 深层过滤
2020/9/15
31
（二）过滤介质
类别： • 织物介质 • 多孔性固体介质 • 堆积介质 • 多孔膜：高聚物膜、无机膜
t
H ut
W
分离条件： t
即
LH
u ut
或
L u H ut
2020/9/15
13
2. 生产能力 qV——降尘室所处理含尘气体的体积流量
qV WHu
u qV WH
qV LWut
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。
2020/9/15
14
多层降尘室：
互不碰撞、互不影响。
浮力Fb
阻力Fd
p , 颗粒下沉
p
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重力Fg
2
重力：Fg
mg
6
d p3pg
浮 力 ：Fb
6
d p3 g
阻力：Fd
Ap
u2
2
4
d p2
u2
2
Fg Fb Fd ma
6
dp3pg
6
d
3 p
g
4
d p2
u2
2
6
d
3 p
pa
2020/9/15
3
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。
22
2. 临界颗粒直径
假设： • 切向速度ut=进口速度ui • 颗粒沉降的最大距离b • 层流
b ui
rm——平均旋转半径
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23
沉降速度：
ur
dp2(p 18
)
ui2 rm
沉降时间：r
b ur
18brm d p2 ( p )ui2
停留时间： 2 rm n n——旋转圈数
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若n个隔板，则
qV (n 1)WLut
缺点： 清灰难； 隔板间距小，
颗粒易被扬起。
15
3. 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
ut
d
2 pc
(
p
18
)g
ut
H L
u
qV WL
d pc
18 ( p )g ut
18 qV ( p )g WL
ui
沉降分离条件： r
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24
b 临界颗粒直径：d pc 3 nui ( p )
讨论：
（1）b
dpc 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）ui
dc 分离效果好
流动阻力大
ui 12 ~ 25m / s
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1.干扰沉降
u干扰 u自由
2. 颗粒形状
球形度
与颗粒体积相等的球表面积 非球形颗粒的表面积
d
2 e
A
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。
2020/9/15
11
二、 重力沉降设备 （一）降尘室
2020/9/15
12
1. 沉降分离条件
停留时间： L
u
沉降时间：
(
p
18
)
u2 r
方向 向下，大小不变 径向向外，随r变化
ur ut
u2 gr
Fc Fg
KC
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。
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21
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。
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第三章 沉降与过滤
第一节 概述
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： 1. 回收分散物质; 2. 净化分散介质。
2020/9/15
1
第二节 重力沉降
一、重力沉降速度 （一）球形颗粒的自由沉降
自由沉降：颗粒浓度低，分散好，沉降过程中
（浮向力心力：）Fb
6
d p3
u2 r
指向中心
阻力：
Fd
A ur2
2
4
d
2 p
ur2
2
指向中心
受力平衡时，径向速度ur为该点的离心沉降速度。
ur
4d p ( p ) ut2 3 r
2020/9/15
20
（二）离心分离因数
重力沉降速度ut
层流
ut
dp2(p 18
)g
离心沉降速度ur
ur
d
2 p
2020/9/15
32
（三）滤饼的可压缩性与助滤剂
不可压缩滤饼：空隙不随压力变化 可压缩滤饼：空隙随压力增加而减小 ——加助滤剂
（四）过滤过程物料衡算 （1）湿滤渣密度
C 1 C 1
C p C——kg湿渣/kg干渣
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33
（2）干渣质量与滤液体积之比
25
3. 气体通过旋风分离器的压力降
由于:
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：
p ui2
2
一般 p= 0.3~2 kPa
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26
(二) 旋液分离器
2020/9/15
27
(三) 沉降式离心机
1. 管式离心机 2. 碟式离心机 3. 螺旋式离心机
过渡区：
ut
4
g
2(p 255
)2
1/
3
d
p
湍流区： ut
3.03d p ( p )g
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9
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。
2020/9/15
10
（四）影响沉降速度的其它因素
7
（1）层流区 10－4< Re < 2 Stokes 区
24 Re
（2）过渡区 2< Re < 500
Allen 区
10
Re （3）湍流区 500< Re < 2105 Newton区பைடு நூலகம்
0.44 （球形）
2020/9/15
8
（三） 沉降速度的计算
层流区：
ut
d
2 p
(
p
18
)g
——Stokes(斯托克斯)式