第三章 过滤与沉降

沉，此时固体分散相与液体的混合物称悬浮液。
乳浊液：一种液体很细的分散于另一种（或数种）与之互不
溶的液体中所形成的乳状液。(油水混合物，油漆)
泡沫液：泡沫(CO2)灭火器。 其中：流体为连续相； 固体颗粒为分散相，或分散物质。
小知识
■沙尘暴：由于强风将地面大量尘沙吹起，使空气相当 混浊，水平能见度小于1.0km。 ■浮尘：尘土、细沙均匀地浮游在空中，使水平能见度 小于10.0km。浮尘多为远处尘沙经上层气流传播而来， 或为沙尘暴、扬沙出现后尚未下沉的细粒浮游空中而成。 ■霾：大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水 平能见度小于10.0Km的空气普遍混浊现象。霾使远处光 亮物体微带黄、红色，使黑暗物体微带蓝色。
则 utc降为原来的1/N
？
dpc降为原来的(1/N)0.5
这样更小的尘粒也能分离。
清洁气流
1 含尘气流
2
3.2 重力沉降
例3-2 现有一高1.5m、宽2m、长4m的重力降尘室，用以处理空气 中的粉尘。粉尘密度为1800kg/m3，操作条件下的空气密度为 0.75kg/m3，粘度为2.5×10-5Pas,流量为10m3/s.
3.2.3 悬浮液的沉聚 (1) 增稠器 沉聚：悬浮液在任何设备中静置，其固体颗粒都会产 生重力沉降，将澄清液与稠浆分离，这种操作即为沉 聚。
澄清：从浓度较低的悬浮液通过沉聚得到澄清液的操 作。
增稠：从浓度较高的悬浮液中通过沉聚得到稠浆称为 增稠。
澄清器和增稠器：用以澄清和增稠的设备。
3.2 重力沉降
3.1 概述
（2）曳力系数 颗粒所受阻力Fd与其动能成正比，用下式表示：
u 2 Fd A 2
A---颗粒在运动方向的投影面积
ζ---曳力系数，无量纲

真空过滤
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。

&第三章沉降与过滤第一节沉降教学目标：了解颗粒和颗粒群的特性及有关参数的计算方法。

理解重力沉降和离心沉降的意义，掌握颗粒在层流和团粒状态下自由沉降速度的计算公式。

掌握重力沉降设备的结构和工作原理。

掌握碟片式离心机、高速管式离心机、旋风分离器、旋液分离器等离心分设被的结构、工作原理及使用方法。

教学重点：碟片式离心机、高速管式离心机、旋风分离器等离心分设被的结构、工作原理及使用方法。

教学难点：自由沉降速度的计算公式的应用。

教学内容：一、颗粒的基本性质非均相体系的不连续相常常是固体颗粒。

由于不同的条件和过程将形成不同性质的固体颗粒，且组成颗粒的成分不同则其理化性质也不同，所以在分离操作过程中就要采用不同的工艺，因而有必要认识颗粒的性质。

1.颗粒的特性按照颗粒的机械性质可分为刚性颗粒和非刚性颗粒。

如泥砂石子、无机物颗粒属于刚性颗粒。

刚性颗粒变形系数很小，而细胞则是非刚性颗粒，其形状容易随外部空间条件的改变而改变。

常将含有大量细胞的液体归属于非牛顿型流体。

因这两类物质力学性质不同，所以在生产实际中应采用不同的分离方法。

如果按颗粒形状划分，则可分为球形颗粒和非球形颗粒。

球形颗粒的体积为334136V r d ππ== （3——1）其表面积为 224S r d ππ== （3——2）颗粒的表面积与其体积之比叫比表面积，用符号0S 表示，单位23m /m 。

其计算式为：06S S V d ==将非球形颗粒直径折算成球形颗粒的直径，这个直径叫当量直径e d 。

在进行有关计算时，将e d 代入相应的球形颗粒计算公式中即可。

根据折算方法不同，当量直径的具体数值也不同。

常见当量直径有：体积当量直径d e d e =3P6πV （3——3）表面积当量直径d es d es =πPS （3——4）球形度（形状系数）φs ＝PS S （3——5） 2.颗粒群的特性 由大小不同的颗粒组成的集合称为颗粒群。

在非均相体系中颗粒群包含了一系列直径和质量都不相同的颗粒，呈现出一个连续系列的分布，可以用标准筛进行筛分得到不同等级的颗粒。

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 。