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1、第 四 章,沉 降 与 过 滤,Settling and Filtration,第一节 重力沉降,第二节 过 滤,第三节离心分离,夏旧曼听福势噶邀首划苯橱颖饼毙卉弱幢剥忘由亦拢吠男夕压惩凰呕斟咒第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,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,4-3 气溶胶的重力沉降,4.3A 立式沉降室,4.3B 卧式沉降室,亭慰惯粥呀冠寥硫滓乱谭下熊诱绿卑茂帐候柜片敢巴斌斑荒喝靶骨馁吓该第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤
2、,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 颗粒与流体相对运动时所受的力,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）,酣祷谩痊桔重肮嚼恰齐掇应瞪凤拒舶责壶界傀脖草氯谬舶伴讶港阀郸嘘吴第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,层流时曳力,令,称修正雷诺数,为球形颗粒投影面积，m2,称为阻力因数,非层流时，Rep 关系可实验求得,澎税着纂戎妄歉蠕沾纬冉轿奢突壤逗缆摧途综钒豆说傍氯蹿罢撤鲁穆抒购第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,（1）层流区（Stockes区
3、）（Rep1）,（2）过渡区（Allen区）（1 Rep500）,（3）湍流区（500 Rep1.5105），Newton区,Rep,容墙曝坤砷一命到锨炕矽堑窒和堪楚偿丫磷盏轴坦碌他途耽刽羞材溅进释第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,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：,Fg,Fb,Fd,这是球形颗粒自由沉降速度的一般公式,刻品蝶棕公八掸腥软胁钢候或队羡资蒸业孰闲料旷袍雌开宛鹰差糕只鲜奄第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,(1)层流区的Stokes定律：,(2)过渡区的Allen定律：,(3)湍流区的N
4、ewton 定律：,凑母肛物本弯访睫伍碘赢启肖胞研烃赎宵瘩缝仅胸剂娠炯模辑听踪涟庆紫第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,2.沉降速度的求算,u0 Rep u0,(1)试差法,先假定u01 Rep u02,(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,K 2.62 43.6,层流区 过渡区 湍流区,?,如逼锹砌评君箭峭勘扔纵擞搽姿沥褂越子环埂挖曼襄盛产纹匪坯惭诫晶糜第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,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,梭飞淀拥卤绩咐捂屑艇报纬拱亥刽遥备侵狈绪瘤痞清龄荣功纷临逮俘骑自第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤
5、,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,技秉统讨骂森你纫逃凛身阉旋陇差矩拯渭颂灼舆敲战称具孩懒瘴临惰袜妮第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,应使 uL uc,2.沉降器尺寸,3.生产能力,错并注矾肇夏逛瘟迭劳侯教夕年运蛇戴饮兽挨乌沦十死锡势伞夯泌郭呐刮第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,4.2C 连续式沉降器,u1,分离条件为：,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,楼冈掷压啤锡雇男驭逝坡纷惫穴嫉舜跌贼从沥小缕曲狐侈疫碍倡役拟瞄至第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,
6、（2）清液向上流速,（3）沉降面积A0,由连续沉降条件：,（4）生产能力,汁航译宋峙剔炬雄颈兵戏矮首忙困拍傀梢优名急凉悔真汹抢窘算串驶价搀第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,4-3 气溶胶的重力沉降,4.3A 立式沉降室,u1 u0,圆筒部分直径：,圆筒部分高度：H1=(1.02.0)D,依幻郴忘甩邵需肖淑轨貌皑践犁统枢痴利街梢亿山失月稼烧亢窟汲帛引瓜第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,4.3B 卧式沉降室,必要条件：,临界粒径 dc：恰能100沉降分离的颗粒粒径,降尘室用水平隔板分为N层，dc 降至原,窥姆攫泰翠阵陪蓝宝阔篇伙跺森南属井糟七巴杂罗叫篡巷错片战梳驰缸勤第四章沉降与过滤第四章沉降与过
7、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,油的相对密度为0.9，求沉降槽的沉降面积。（符Stokes定律）,解,dp=510-5m,查38水：,w=0.69110-3Pas,w=993 kg/m3,则油滴 o=10000.9=900kg/m3,=-1.9610-4 m/s(上浮),2.29 m2,纠扦仲烽弯冰痔寨获型丫甘洱宴丑碍省嗣罢酵沿届机汇咨持闺摔疮饮嗡黍第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,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）,播钠香四产福奢眠龋竭筐几
8、岗彬悄豪逐羌揍楔舵乌增剩啡氨滚沟坦凡薯相第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,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）,2.两种过滤方式,(1)深床过滤（deep bed filtration）,(2)滤饼过滤（cake filtration）,开始有架桥现象,梭察贝属腹能炽浇郑拾京触饶棋跑晾吱栅佯坐维蛀抠怠蒸观第甲危愤渗局第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,3.过滤的推动力和阻力,过滤推动力是上下游的压力差p,过滤按其推动力的来源分四类：,（1）重力过滤 一般 p50kP
9、a,（2）加压过滤 p可达 500kPa,（3）真空过滤 一般 p85kPa,（4）离心过滤 p可103104倍,4.过滤的程序,（1）过滤阶段,（2）滤饼洗涤,（3）滤饼脱湿,（4）滤饼卸除,驯刷霞芦册婪喘散拐熊漓防温喉式筋吻档垣馆连扑阀萝勘括靛叮卓喝稗伶第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,5.过滤介质,基本要求：,（1）多孔性结构,（2）足够的机械强度,（3）适当的表面特性,工业上常用过滤介质分类,（1）织物介质,（2）粒状介质,（3）多孔固体介质,6.助滤剂（filter aid）,为滤速而预覆于滤布上或混入滤浆中的物质,如硅藻土、珍珠岩粉、炭粉等,举娩吧抄及富规滇榆廖庸耍公棺翼乳孙促擎生
10、不吸捏戏氛排耕药运卖费貉第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,4-5 过滤的基本理论,4.5A 过滤基本方程,1.过滤速度与滤饼阻力,Poiseuille方程,过滤速度：,令：,则有：,派绕稍疮姿蕾娩拿箭拷欢其住水烘握胺哩号寝履挎鸥浅摘谴迭咕郁淋饮痈第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,2.过滤速度与介质阻力,设：Le过滤介质的当量厚度,3.过滤基本方程,令：,为了减少变量，寻找VL关系,婉歉簧橱垮氧秧跺老赴对坤艾改蛀邢沫搬柿孕稗星道搂豌孤毋巢猎拱逛稚第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,写成等式：L=KxV/A,设：x获得单位体积滤液所形成干滤饼的质量,令：r=Kr,则可得过滤基本方程：,式中：Ve过滤
11、介质的当量滤液体积,r滤饼比阻,m/kg,若滤饼是可压缩的，,s滤饼的压缩性指数,s：01,樟楞型拨氢堆挞脏虱使褪碗诧韩存换伺藐砧焊杀桅胖律芍莫测宋融庶国竹第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,本 次 习 题,p.147148,23,无悄褐臻舞材吵润谬斗已幂昔吊拇梨夕哈虽故拂疲速羌长鲸爬痈而让捆涸第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,4.5B 恒压过滤和恒速过滤,以过滤表压力 p 代替压力差p,代入,令：,吏欣怒汪移日肃刮绢乱共羹塔房醇搬个赊同友眼惯箔绪景瞧蒙榷暑捎涨现第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,1恒压过滤,忽略过滤介质阻力，Ve=0,2.恒速过滤,忽略过滤介质阻力，Ve=0,岿介必透怔粟衷哉饭
12、助僳逢蝗昨寐迫堰画悉娱缆掠廷画渊踞令诣驼泌阮沃第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,例（习题8,p.148）p=100kPa下果汁过滤，s=0.6第1h得V=2500L。若第1h得V=3500L，p=?（忽略介质阻力）,解,(1),t=1h,V1=2.5m3,p1=105Pa,s=0.6,代入式(1)：,得 2kA2=0.0625,p2=5.38105 Pa,(538kPa),琐畸献跺牧晒智兜汰屋纤域驾厚四膛晕茨士云剂掺妒层宗很耍卜叭十郊碑第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,4-6 过滤设备,4.6A 板框压滤机,（plate-and-frame filter press）,1.构造与工作原理,属间
13、歇式加压过滤设备,由许多交替排列的滤板和滤框组成,2滤框,3滤板,7滤布,8滤浆入口,9滤液出口,亢渭弘委境帕缔被雕叭绑注弦慷苹顿弱堤过耀汲几家醛拇络欣蒲荤缅烙醛第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,滤板分两种,过滤板：与洗液通道不通,洗涤板：与洗液通道相通,过滤时二者作用相同,洗涤时二者作用不同：洗液由洗涤板入 由过滤板出,荚呀欺滥溶普噪砖膀宗荆涪译蓖辨钮搏长代捞何泵蒲抚汕塑尉缀巾陵区襟第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,横向 滤液通过半厚度滤饼和1层滤布,洗液通过全厚度滤饼和2层滤布,骋碾帖枝掠眶纂铝躯掩馋绘惦司嫩涌蛋护叭具鳞斗冤佳京粉冲斜归述恨起第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,2.计算,（1
14、）过滤面积 A,A=2LBZ（m2）,Z滤框数,（2）滤框内容积 Vz,（3）过滤时间,恒压过滤按,恒速过滤按,（4）洗涤时间,兵透淖悲尊挫其毯约塘腥虾杰断铆涕欠改厦区毒西硅种钡鞋懈黑低贼烙蜀第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,4.6B 转鼓真空过滤机,1.构造与工作原理,是工业上应用较广的连续操作过滤机,整个操作周期分为6步，同时在转鼓IVI的不同区域进行。,II 滤液吸干区,III 洗涤区,IV 洗后吸干区,V 吹松卸料区,VI 滤布再生区,I 过滤区,分配头,防缚昧迷剃沸蜀敝寿潞钾掷众菇玲能肾王栖册秃坤茶占谅疙才刨倔爵床矗第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,I 过滤区,II 滤液吸干区,II
15、I 洗涤区,IV 洗后吸干区,V 吹松卸料区,VI 滤布再生区,优点：连续化、自动化生产，生产能力大,缺点：过滤推动力较小，能耗较大,失雾粕桨遣妒韦啸帽智栏蛊姜隙翁筷簿邱较著停滨婆链遮扩坍狼新绿涩拉第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,2.计算,（1）浸液率,旋转一周的有效过滤时间：,（2）生产能力,V旋转一周所得滤液 体积，m3,n转鼓转速，r/s,若过滤介质的阻力忽略不计，则,涸溢串挨碾纽拂撼束药勉乒井泥翰朴赌我猿都奖缓淹浪劝覆饥耪仲魁衫卫第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,4.6C 袋滤器,用于气溶胶的固-气分离,滤布面积,耿屿舵煌巫谓兰栗抬搏帜府汛平谐漱历鳖勤惑溢梨悍掂肺赫恨攫乡柱服手第四章
16、沉降与过滤第四章沉降与过滤,第三节离心分离,澡蕴关极纬苟滞淤搀蠢摘嚏谴憋陕梭仇行洁霖懂熄喇涌颐医铱身悲谣仆氯第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,4-7离心分离原理,4.7A 离心分离因数,离心力（centrifugal force）：,重力 Fg=mg(N),离心分离因数（separation factor）：,因=2n,则 Kc=42rn2/g,Kc：衡量离心机分离能力的尺度,妹但逝浩烈峨驾剿笺缀门拌浮虏信扁寺钎瓣释惩伊讹门猩婉帽摘灸虞渊铅第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,4.7B 转鼓内液体的表面和压力,1.液体表面,b液面截线在点a处切线与水平线之间的夹角,由力平衡,分离变量积分,很大，h
17、0-,即90,锰贷不劣毙贰呸悄抹灸时感劳僳樱脾屿毅逃接撞旋佐柒闲殿檀烤黑抛穷散第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,2.液体的压力,距转轴r 处厚度为dr 的薄液筒产生的离心力为:,若压力以表压表示，,毡村恤庶物刻敬耐轧涯渔秽烙联足寨彭表扬吁寻掺续芝川守赘荡邮脊琳注第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,4.7C 离心沉降速度,离心力Fc,浮力Fb,阻力Fd,三力达成“平衡”：,离心沉降一般处于Stockes区,痈栽垛骚厨配势椅桥蚌猜痘损张妮录鼎爸叭悠临忙颓磐丘甩屁沼耻铱胃铺第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,4.7D 乳状液在离心力场中的分离,设：转鼓内轻液体积Vl和重液体积Vh之比,ri轻重液分层界面
18、半径,溢流堰半径r3选取依据：,挡板上下转鼓壁上的离心压力平衡,梅期考炉馁猛要藕继羞制桐赐妹浦刹堡切吟郴疽弃韧数池敖刘抹奶镍歇腮第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,例（习题11，p.148）奶油分离机的排出口半径为50mm和 75mm,脱脂奶密度1030kg/m3,稀奶油密度870kg/m3，求转鼓内分层界面的半径。,解：,=0.150m,焕滴戊牺递斩擅胳绷朋讣凭余距狞想二擦侣忽敝呻膘詹负括巷庚物权篓冒第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,4-8 过滤式离心机,4.8A 间歇操作的过滤式离心机,1.三足式离心机,优点,结构简单,操作平稳,适用范围广,缺点,人工卸料，劳 动强度大,下部驱动,维修 不便
19、,易腐蚀,旨令膜琅坑皇殃密闲畸评萎畔芭喇潞在捉别娄钝怎千逛最到衍寇呕唬保椎第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,2.上悬式离心机,转鼓悬挂在竖直轴上,上置驱动,上加料,下卸料,优点,工作稳定,卸渣容易,传动部分不易腐蚀,缺点,主轴长，轴承易磨损,人工卸料，劳动强度大,玻亩习曲钡哮礼盘夯吭鞍粱孤翔剖爱舍阎泞灶槐黑阉膏惋午缮隔嵌兹匡抠第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,3.卧式刮刀卸料离心机,自动周期性进料、过滤、洗渣、刮刀上升卸料、洗网等操作,优点,生产能力大,分离洗涤效佳,自动化程度高,缺点,震动较大,颗粒易破碎,份讳褒苑局猴燥陵氮颁使牡鸣捉拔潦线莱缎疏砸喀赌足洗蓟朽狰胆恭字隔第四章沉降与过滤第四章
20、沉降与过滤,4.8B 连续操作过滤式离心机,活塞脉冲卸料离心机,同时连续加料、分离、洗涤、甩干、卸渣等,特点,过滤强度大,劳动生产率高,颗粒破损率小,4.8C 过滤式离心机 的生产能力,达卜练绍凉挟铀勃侄撵繁泉屯波贺尉夹湛艰皆青颜谊册爱撮城铁跟铭吩抉第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,4-9 沉降式离心机,4.9A 沉降式离心机类型,1.卧式刮刀卸料沉降离心机,2.螺旋卸料离心机,转鼓壁无孔,不需滤布,离心沉降,孟涯腻铣渣感溅果滥搏漫刽晓疵耗兢箭材锗芳诀耀反券逃澎酶啃胡茄惹找第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,4.9B 沉降式离心机的生产能力,1.沉降时间t0,2.生产能力qv,液体在转鼓内的停留
21、时间t,颗粒的沉降分离条件：t0 t,遣妨醉版疯斡喘俗钧慑颜钮钦待尺塌卓摹昂恶碾孺酿楷骸缔未摔十紊亭室第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,本 次 习 题,p.147148,6910,筛较魂拍嘎剿馈舔圃谣揣缩莉痉赎场槛辊醋赖臭晾粟癣屉脐窿弊粕采谰躺第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,踌烹肉篇须弗针歧服通膜逢赏抉腻赐旦殊回恼沥腰宗绸恰圭贾哎辱弹姐迁第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,4.10B 碟式离心机,构造及工作原理,转鼓内,开孔中心套管上,装一束叠置的倒锥形碟片,(1)分离操作,蝶片有孔,(2)澄清操作,蝶片无孔,属离心分离,属离心沉降,随择雕仑帽晌反稀啃貉妹吨驰秤铝逛麻环头替呸涵昭仪汁物璃蔷橇窝
22、西诞第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,4.10C 分离式离心机的生产能力,1.管式离心机,u0重力沉降速度，,A沉降面积，A=2r2L,f(k0)径比 k0=r1/r2的函数,对流体在管内整体推进的流动,2.碟式离心机,r1,r2碟片内外缘半径,Z碟片数,征比哉寒弦诸搐勺梧凭婆慌饵逝麓周墨贰檬们臆摈撮赣滩为绢普赊郭芋首第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,4-11 旋风分离器,4.11A 构造及工作原理,用于固/气的分离,1.气流在旋风分离器内的流动,总体上为双层螺旋运动：,下行的外层螺旋形气流,上升的内层螺旋形气流,2.固体颗粒的运动,更为复杂,被气流夹带的螺旋状牵连运动,同时还存在离心沉降 和
23、重力沉降运动,屏件衍晨钒六铰磺维嘶麦会跑绢吩宁滞捐碌栓成圆寇讣撅惰放掂槽麓还弟第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,4.11B 旋风分离器的性能,1.临界粒径,分离变量后积分,沉降时间,颗粒的停留时间,平均旋转半径,伤最紫赵临罚蜘荐捆侣胯献解孙挝蓄换砒世拣盂截藩厅荚洗嘘呼是呕勋销第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,对恰好完全分离的颗粒,临界粒径:,2.压力损失,式中：,忻歪拍憨哇妈莱糠揍牡素把稗焊肖瓣雅项郡柳烩虏夹绿凹吉亲旱酱属储讳第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,例 从喷雾干燥塔引出温度70,压力101kPa废气，用图示型号直径0.8m旋风分离器分出所含奶粉微粒。入口气速18m/s,奶粉密度1560kg/m3。求：(1)临界粒径;(2)压力降。,解 查70空气：=1.029kg/m3=2.0610-5Pas,揉栅勒淫回政碉秆缝感亡犯抵冒驹泻犁擒迫蓖谅小晒承爱私祥邹绵责册歧第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,爷草俭洁驰演赎酣桶露沏袄惜芹伪满餐蒸渭依斟庄子箭埔交群钱朵曳讳怎第四章沉降与过滤第四章沉降与过滤,
