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化工原理 第三章

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化工原理第三章

化工原理第三章

第三章机械分离概述一、机械分离的应用在工业生产中，有很多情况需要将混和物分离，原料需要经过提纯或净化之后才符合加工要求，产品或中间产品也需要提纯净化才能出售，废气、废液、废渣也需要提纯分离才符合排放标准。

混和物分离有均相混和物分离和非均相混和物分离。

本章介绍非均相混和物的沉降、过滤的基本单元操作。

以碳酸氢铵的生产为例，如图是它的流程示意图。

氨水与二氧化碳在碳化塔1内进行碳化反应之后，生成的是含有碳酸氢铵晶体的悬浮液，即为一种液体与固体微粒的混合物，然后通过离心机或过滤机2将固体和液体分离开。

但分离后的晶体中仍然含有少量的水分，因此，还要将分离后的晶体经气流干燥器4干燥，即使物料在热气流的带动下迅速通过气流干燥器，使晶体中所含有的水分汽化并除去。

由于这时的固体粒子分散在气相之中，又要通过旋风分离器6等装置将其与气相分离开，以得到最后的产品。

在这个过程中，包含着流体与固体粒子的分离、混合与输送等不同的操作，而这些操作中又有一个共同的特点，即流体与固体粒子之间具有相相对运动，同时还往往伴随有热量和质量的传递。

主要应用有：1）对固体粒子或流体作进一步加工；2）回收有价值的物质；3）除去对下一工序有害的物质；4）减少对环境的危害。

二、常见分离方法1）沉降分离法，利用两相密度差；2）过滤分离法，利用两个相对多孔介质穿透性的差异；3）静电分离法，利用两相带电性差异；4）湿洗分离法，气固穿过液体，固体黏附于液体而分离。

三、均相物系与非均相物系不同成分的物质以相同的相态均匀混合组成的稳定系统为均相物系，各种气体总能够均匀地混合成均一的相，如空气。

墨水、乙醇+水、汽油+柴油、盐水、糖水等等也是均相物系。

含有不同相态的物质系统组成的混和物系为非均相物系，如云雾（气相+液相）、烟尘（气相+固相）、乳浊液（两种液相）就是非均相物系。

水+苯、水+砂子，沙尘暴等都是非均相系的例子。

非均相物系是指物质系统中存在着两相或更多的相。

化工原理第三章传热

化工原理第三章传热

Q S
Kt m
t m
1/ K
(1-3)
传 热 速 率
传热温度差（推动力） 热阻（阻力）
式中：△tm──传热过程的推动力， ℃ 1/K ──传热总阻力（热阻），m2 ·℃/W
两点说明：
➢ 单位传热面积的传热速率(热通量)正比于推动力，反比于 热阻。因此，提高换热器的传热速率的途径是提高传热推
动力和降低热阻。
三、 换热器类型
换热器：实现冷、热介质热量交换的设备
用于输送热量的介质—载热体。 加热介质（加热剂）：起加热作用的载热体。水蒸气、热水等。 冷却介质（冷却剂）：起冷却作用的载热体。冷水、空气制冷剂。
① 直接混合式 —— 将热流体与冷流体直接混合的一种传热方式。 ② 蓄热式 —— 热量 存储在热载体上 传递给冷流体。如
式中：d1为套管的内管直径，d2为套管的内管直径。
应用范围：
Re 1200 ~ 220000, d2 1.65 ~ 17 d1
特征尺寸： 流动当量直径de。
定性温度： 流体进、出口温度的算术平均值。
滴状冷凝：若冷凝液不能润湿壁面，由于表面张力的作用，冷凝 液在壁面上形成许多液滴，并沿壁面落下，此中冷凝 称为。在实际生产过程中，多为膜状冷凝过程。
➢ 一般金属（固体）的导热系数>非金属（固体）>液体>气体
➢ 多数固体λ与温度的关系
λ=k0+k×t
单位：W/(m •K)
k0 --0℃下的导热系数
k为经验常数。
对大多数金属材料，其k值为负值；对非金属材料则为正值。
➢ 对于金属 t ↑ λ↓(通过自由电子的运动) 对于非金属 t ↑ λ↑ (通过靠晶格结构的振动) 对于液体 t ↑ λ↓ (通过靠晶格结构的振动) 对于气体 t ↑ λ↑ (通过分子不规则热运动)

考研必备《化工原理》第三章：非均相混合物

考研必备《化工原理》第三章：非均相混合物
33

(五) 助滤剂

当悬浮液中的颗粒很细时，过滤时 很容易堵死过滤介质的孔隙，或所形成 的滤饼在过滤的压力差作用下，孔隙很 小，阻力很大，使过滤困难。一般加入 助滤剂解决。 常用的助滤剂：硅藻土、珍珠岩、 石棉、炭粉、纸浆粉
34
二、过滤设备
( 一 ) 板框压滤机
35
板框压滤机是间歇式压滤机中应 用最广泛的一种。 此机是由多块滤板和滤框交替排 列而组成。板和框都用一对支耳 架在一对横梁上，可用压紧装置 压紧或拉开。 为了组装时便于区分，在板和框 的边上作不同的标记，非洗涤板 以一钮记，框以两钮记，洗涤板 以三钮记。
15
3. 过滤时当颗粒尺寸比 过滤介质孔径小时， 过滤开始会有部分颗 粒进入过滤介质孔道 里，迅速发生“架桥” 现象 4. 典型设备：板框压滤机 叶滤机 真空转筒过滤机 密闭加耙过滤机
16
五、筛分
1．筛分分析：用一组泰勒制标准筛 分析出混合颗粒的粒径分布。 每英寸长度上的孔数为筛子的目数 相临筛号的筛孔的直径比 2
rm 称为过滤介质的比阻，是单位厚度过滤介 质的阻力，其数值等于粘度为1Pa· s的滤液以 1m/s的平均速度穿过厚度为1m的过滤介质所 需的压力降。 52
p 为滤液通过滤饼层的压力降 为滤液的粘度
Lm 过滤介质的厚度

为单位体积滤液可得滤饼体积
de 为毛细孔道的平均直径 Rm 为过滤介质阻力，是过滤介质比
可测得混合颗粒大小的粒度分布 进行筛分时，将若干个一系列的筛按筛孔大 小的次序从上到下叠起来，筛孔尺寸最大的 放在最上面，筛孔最小的筛放在最下面，它 的底下放一无孔的底盘。 把要进行筛分的混合颗粒放在最上面的一个筛 中，将整叠筛均衡地摇动，较小的颗粒通过各 17 个筛的筛孔依次往下落。

化工原理第三章

化工原理第三章
（3）环境保护与安全生产。例如,对排放的废气、废液中的 有害固体物质分离处理，使其达到规定的排放标准等。
第三章 非均相物系的分离
由于非均相混合物的连续相和分散相存在着较 大物理性质（如密度、黏度等）的差异，故可采用 机械方法实现两相的分离，其方法是使分散相和连 续相产生相对运动。常用的非均相混合物的分离方 法有沉降、过滤、湿法除尘和静电分离等，本章重 点介绍沉降和过滤的操作原理及设备。
从图中可以看出，对球形颗粒（ϕs＝1），曲线按 Re值大致分为三个区域，各区域内的曲线可分别用相应 的关系式表达如下：
层流区或斯托克斯区（10-4< Re<1）
第一节 沉 降 分 离
3. 颗粒沉降速度的计算
将式(3-8)、式（3-9）及式（3-10）分别代入式（3-5），并 整理可得到球形颗粒在相应各区的沉降速度公式，即
化工原理
第三章 非均相物系的分离
沉降分离 过滤 离心机
第三章 非均相物系的分离
知识目标
掌握沉降分离和过滤设备（包括沉降室、旋风分离器、过滤机） 的设计或选型。理解沉降分离和过滤的原理、过程的计算、影响沉 降分离的因素及恒压过滤过程的计算。熟悉典型过滤设备的特点与 生产能力的计算以及提高过滤设备生产能力的途径及措施。了解其 他分离设备的结构与选型。
图3-1 沉淀粒子的受力情况
第一节 沉 降 分 离
第一节 沉 降 分 离
静止流体中颗粒的沉降速度一般经历加速和恒速两个阶段。 颗粒开始沉降的瞬间，初速度u为零，使得阻力为零，因此加速 度a为最大值；颗粒开始沉降后，阻力随速度u的增加而加大，加 速度a则相应减小，当速度达到某一值ut时，阻力、浮力与重力 平衡，颗粒所受合力为零，使加速度为零，此后颗粒的速度不再 变化，开始做速度为ut的匀速沉降运动。

化工原理第三章

化工原理第三章
板框过滤机的生产能力 Q＝
5V = 4.773 × 10 − 4 m 3 / s τ +τD
流体输送机械
6
4、实验室用一片过滤面积为 0.1m2 的滤叶对某种悬浮液进行实验，滤叶内部真 空度为 8×104Pa，测出 qe 为 0.01m3/m2，θe 为 20s，且知每获 1L 滤液便在滤叶 表面累积 1mm 厚的滤渣。 今选用板框压滤机在 3.2×105Pa 表压下过滤该悬浮液， 所用过滤介质与实验相同。该压滤机滤框为正方形，其边长为 810mm，框厚为 42mm，共 20 个框。滤饼不可压缩。试求： （1）滤框完全充满滤饼所需的过滤时 间； （2）若滤饼洗涤与装卸时间为 0.5h，求以滤液体积计的生产能力。
1
1、 颗粒的自由降是指 颗粒间不发生碰撞或接触等相互影响得情况下的沉降
2、粒子在重力场中沉降时，受到的力有
重力、阻力和压差力
。
。
3、在重力场中，微小颗粒的沉降速度与 无关。 A (A) 粒子的几何形状； (B) 粒子的尺寸大小； (C) 流体与粒子的密度； (D) 流体的速度。
4、将降尘室用隔板分层后，若能 100%除去的最小颗粒直径要求不变，则降尘室 的生产能力将 A ，颗粒的沉降速度 C ，沉降时间 B 。 (A) 变大； (B) 变小； (C) 不变 ； (D) 不确定。
代入数据可解得： q e = 2.5 × 10 −3 m 3 / m 2 , K = 7.5 × 10 −7 m 2 / s ∴恒压过滤方程 q + 5 × 10 q = 7.5 × 10 θ
2 −3 −7
当θ3＝800s 时，代入上式可得
q 3 = 0.0221m 3 / m 2 ,V = q3 A = 0.0221 × 0.12 = 2.652 × 10 −3 m 3

化工原理第三章离心沉降

化工原理第三章离心沉降

d
3 P

ut2 r
阻
力=
d
2 P
u
2 r
42
7/1/2019
当三力达到平衡时，则：

6
d
3 P

P
ut2 r


6
d
3 P

ut2 r

d
2 P
4
ur2
2
0
【定义】颗粒在径向上相对于流体的运动速度 ur 便
是此位置上的离心沉降速度。可推得：
径向速度
7/1/2019
ur
4dP P ut2
3 r
切向速度
——离心沉降速度基本计算式
2、离心沉降速度与重力沉降
3
ur
4dP P ut2
3 r
【表达式】重力沉降速度公式中的重力加速度改为 离心加速度；
【数值】重力沉降速度为颗粒运动的绝对速度，基 本上为定值；离心沉降速度为绝对速度在径向上的 分量，随颗粒在离心力场中的位置（r）而变。
往往很大）
7/1/2019
旋风分离器的技术规格
规格型号
CZT-3.9 CZT-5.1 CZT-5.9 CZT-6.7 CZT-7.8 CZT-9.0
7/1/2019
进口风速 m/s
11－15 11－15 11－15 11－15 11－15 11－15
风量 m3/h
790-1080 1340-1820 1800-2450 2320-3170 3170-4320 4200-5700
清液或含有微细颗粒的液体则从顶部的中心管排出称为溢送至配碱岗位回收液送盐水工序效蒸发器电解液电解液大罐加料泵螺旋式预热器效蒸发器效蒸发器效蒸发器旋液分离器中间槽段蒸发器冷却器澄清槽高位槽离心机加料槽烧碱生产蒸发流程图20161262016126结构特点是直径小而圆锥部分长

化工原理第三章主要内容

化工原理第三章主要内容

第三章 机械分离均相混合物：物系内部各处物料性质均匀且不存在相界面。

非均相混合物：物系内部有隔开两相的界面存在且界面两侧物料性质截然不同。

连续相 (分散介质) ：处于连续状态且包围着分散相的物质分散相(分散物质)：处于分散状态、分散于流体中的物质第二节 沉降分离沉降：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过程。

重力沉降：分离效率低，可分离较大颗粒离心沉降：分离效率高，可分离较小颗粒一 重力沉降原理（一）自由沉降1、沉降速度受力：重力、浮力、阻（曳）力加速阶段、等速阶段沉降速度u 0：等速阶段中颗粒相对与流体的运动速度。

u 0∝ d, ρs , 1/ξ2、阻力系数ξ(1) 滞流区或斯托克斯(stokes)区（10 –4＜R e0<0.3）——斯托克斯公式 (2) 过渡区或阿伦定律区（Allen ）（2＜R e0<500）——阿伦公式(3) 滞流区或牛顿区（Nuton ）（500＜R e0 ＜ 2×105）——牛顿公式(4) R e0 > 2×105，ξ急剧↓，R e0（二）干扰沉降影响沉降速度的因素1）颗粒的体积浓度2）器壁效应3）颗粒形状的影响式中S －球形颗粒的表面积S p －等体积非球形颗粒的表面积球形颗粒φs=1；颗粒形状与球形的差异愈大，φs 值愈低；对于非球形颗粒，φs 愈小，阻力系数ξ愈大。

（三）沉降速度的计算（四）分级沉降含有两种直径不同(密度相同)或密度不同（粒径相同）的混合物，可用分级沉降方法加以分离。

0u =0e 00(R ),Re du f ρζμ==024R e ζ=()2018s d u ρρμ-=0.618.5R e t ξ=0u =0.44ξ=0u =0.1ξ≈s p S S ϕ=球形度二、重力沉降分离设备（一）降尘室：处理含尘气体1、降尘室的结构2、降尘室的生产能力Vs定义：降尘室所处理的含尘气体的体积流量，m3/s。

化工原理第三章---过滤

化工原理第三章---过滤

2、过滤基本方程的推导 简化模型：假定： (1)流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。 (2)细管的内表面积等于全部颗粒的表面积。
u 空床速度（表观速度）
p1
L
u le
de
真 实 速 度
u1
流体在固定床内流动的简化模型
讨论： 设滤饼的体积为Vc，颗粒的比表面积为a
① u1与u的关系
滤饼层的空隙体积
说明：随着过滤过程的进行，滤饼逐渐加厚，过滤阻力不断 增加，可以想见，如果过滤压力不变，即恒压过滤时，过滤 速度将逐渐减小。因此上述定义为瞬时过滤速度。
（二）涉及的几个术语
1. 空隙率: 单位体积床层中的空隙体积，用ε表示。 ε=空隙体积 / 床层体积 m3/m3
2. 颗粒比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积，用a表示。 a=颗粒表面 / 颗粒体积
③多孔固体介质：具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶 瓷、多孔塑料、多孔金属制成的管或板，能拦截1-3m的微细 颗粒。
④多孔膜：用于膜过滤的的各种有机高分子膜和无机材料膜。 醋酸纤维素和芳香酰胺系两大类有机高分子膜。可用于截留 1m以下的微小颗粒。
4、滤饼的压缩性及助滤剂
1）滤饼的可压缩性
滤饼
对基本过滤方程积分，得
积分得： V22VV eK2 A
或
q22qq e K
若过滤介质阻力可忽略不计，则
V2 KA2
或
q2 K
恒压过滤 方程
△p
u 表观速度
K ——过滤常数 由物料特性及过滤压强差所决定 ，m2/s
复 习：
1. 过滤的定义及相关术语（滤浆；滤液；滤饼；过滤介质）
2. 过滤基本方式（滤饼过滤；深层过滤；膜过滤）

化工原理(王志魁版)---第三章 沉降过程

化工原理(王志魁版)---第三章 沉降过程
Ad r(L Le )
P
AP
r( V Ve ) r(V Ve )
A
dV
A2P
d r(V Ve )
过滤基 本方程
3-4-2 过滤基本方程式
dV A2P
d r(V Ve )
对可压缩滤饼 r r(P)s
其中r ΄ ：单位压强差下滤饼的比阻，1/m2
p：过滤压强差，Pa
s：滤饼的压缩性指数，s=0~1，不可压缩滤饼s=0
1 当量直径de 2 非稳态过程 3 流动类型：层流
de
4润流湿通周截边面长积
4流通截面积 流道长度 润湿周边长 流道长度
4流道容积 流道表面积
V颗
4V床 颗粒比表面积
de
4 (1 )a
过滤速度：
u1
de 2 (Pc 32l
)
令u为滤液在整个床层截面积上的流速
则u=εu1
u
de2 (Pc) 32l
(4)2 K[(1 )a]2
Pc l
3 Ka2(1 )2
( Pc l
)
对于层流：K´=5
u
3
( Pc )
5a2(1 )2 l
3-4-2 过滤基本方程式
二 过滤速率与过滤速度
过滤速度：
dV
3
Pc
u Ad 5a2(1 )2 ( l )
过滤速率： 单位时间获得的滤液体积，m3/s
dV
3
APc
则Rm=r·Le u dV P P
Ad r(L Le ) (R Rm )
3-4-2 过滤基本方程式
五 过滤基本方程式
令为滤饼体积与相应的滤液体积之比
LA ,则L V
V
A
同样生成厚度为Le的滤饼所应获得的滤液体积为Ve

化工原理第三章(概述、重力沉降)

化工原理第三章(概述、重力沉降)
2013-7-14
附录查得，水在20℃时 ρ＝998.2kg/m3，μ=1.005×10-3Pa.s
ut
95 10 3000 998.2 9.81 9.797 10
6 2
－3
18 1.005 10
3
(m / s )
核算流型：
Re d p ut

95 10 6 9.797 10 3 998.2 0.9244 2 3 1.005 10
3 d P g
2 d P u 2
4
2
0
由此可解出沉降速度：
ut
4 gd P P 3
——沉降速度基本计算式
2013-7-14
（1）颗粒从静止开始作沉降运动时，分为加速和匀 速两个阶段； （2）对于小颗粒，加速阶段时间很短，通常忽略， 可以认为沉降过程是匀速的。 （3）颗粒便作匀速运动时的速度 称为沉降速度。
和连续介质分别是什么？
2013-7-14
四、非均相物系的分离方法
一般可用机械方法加以分离，故又称机械分离。
常用的机械分离方法有：
（1）沉降分离法；
（2）过滤分离法；
（3）液体洗涤（湿法）分离法；
（4）静电除尘法；
（5）惯性力除尘法。
【说明】需根据分离对象确定分离方法。
2013-7-14
五、非均相物系分离的作用
去转化器
电除尘器
泡沫塔
二氧化硫除尘净化工艺流程简图
2013-7-14
水处理工艺流程图
2013-7-14
污水处理工艺流程图
2013-7-14
六、颗粒与流体相对运动时所受到的阻力
1、三种相对运动形式

化工原理 第三章 沉降与过滤

化工原理 第三章 沉降与过滤
（1）作用：防止滤饼压缩及细小颗粒堵塞过滤介质的孔隙。 （2）使用方法： A . 在悬浮液中加入助滤剂后一起过滤。 B. 先把助滤剂配成悬浮液并过滤，形成助滤剂层后，才正式过滤。 应予注意，一般以获得清净滤液为目的时，采用助滤剂才是适宜的。 （3）要求 A.能形成多孔饼层刚性颗粒 B.物理、化学性质稳定 c.具有不可压缩性（在使用的压力范围内）
二.过滤基本方程
1. 定义 （1）空隙率：单位体积床层中的空隙体积，，m3/m3。 （2）比表面：单位体积颗粒所具有的表面积，a，m2/m3。 2. 孔道当量直径
(1)
3. 过滤速度： 由 所以
（2）
得
u1 u /
（3）
过滤介质层相垂直的方向上床层空隙中的滤液流速u1 按整个床层截面积计算的滤液平均流速u
1．降尘室的总高度H，m；
2．理论上能完全分离下来的最小颗粒尺寸；
解：1）降尘室的总高度H
273 t 273 427 VS V0 1 2.564m3 / s 273 273
VS 2.564 H bu 2 0.5
2.564m
2）理论上能完全出去的最小颗粒尺寸
Vs 2.564 ut 0.214m / s bl 2 6
将（1）、（3）代入（2）并写成等式
pc 1 3 u ' 2 ( ) 2 K a (1 ) L
层流流动，K’值可取为5。
Pc u 2 ( ) 2 5a (1 ) L
3
——过滤速度表达式
4. 过滤速率（体积流量）：单位时间内获得的滤液体积
显然
所以
5. 滤饼的阻力 令 — 滤饼的比阻
t
Vs blu t
——降尘室的生产能力

化工原理：第三章 机械分离

化工原理：第三章 机械分离
第三章 机械分离
(非均相混合物的分离)
1
返回
3-1 引言
一、机械分离 通过机械力（重力、离心力或压差）分离
非均相混合物的单元操作。 二、机械分离的目的及重要性 1. 使原料得到提纯和净化 2. 获得中间产品或成品 3. 回收有用物质 4. 机械分离在环境保护方面具有重要的作用 三、机械分离的常用方法 1. 筛分 2. 沉降 3. 过滤
因为沉降依据的有重力或离心力，
重力沉降 所以沉降又可分为
离心沉降
3
返回
（一）重力沉降原理—沉降速度
一 固体颗粒在流体中的沉降运动
1．颗粒沉降运动中的受力分析
d，s的球形颗粒
(1) 作用力
重力
6
d3sg
离心力
6
d
3 s ar
6
d 3s
ut2 r
4
返回
(2) 浮力 重力场 d 3g
6
(3)阻力
离心力场 d 3 ut2
都能提高除尘室的分离效率
对气体p
pM RT
,Vs
ms
21
返回
三 离心沉降设备
重力沉降的不足与离心沉降的优势
设备体积小而分离效率高
3-9．旋风分离器
一、构造与工作原理
圆筒、圆锥、矩形切线入口
气流获得旋转 向下锥口 向上，气芯
顶部中央排气口
22
返回
颗粒器壁滑落 各部分尺寸——按比例 (见教材) 二、旋风分离器的主要性能 1、分离性能——评价分离性能的两种不同方式有
② 作用力的方向不同 重力沉降 方向指向地心
离心沉降 方向沿旋转半径从中
心指向 ur 的方向
③ 重力沉降速度是颗粒运动的绝对速度

化工原理 第三章 非均相物系的分离和固体流态化.

化工原理 第三章 非均相物系的分离和固体流态化.

' 4.17 0.29
Reb
pf L
1 2 a2u
4.17
3
1 au2
0.29 3
6 a
sde
pf L
1 2 u 150 3 sde 2
1 u2
1.75
3 sde
Reb
3
pf L
1 2 u 150 3 sde 2
Reb
100
pf L
1 u2 1.75 3 sde
第三章 非均相物系分离和固体流态化
目的→基于流体 力学（颗粒与流 体间的相对运 动），掌握非均 相物系的机械分 离方法、过程计 算及其典型设备 的结构、特性和 选型。
非均相物系 概念
颗粒和颗粒床层特性
非均相物系的
沉降
分离和固体流 机械分离
态化
过滤
固体流态化
概念－非均相物系
1. 非均相物系 ① 非均相物系
均相混合物 （均相物系）
溶液与混合气体
混合物
分散物质 固体颗粒、液滴或气泡
非均相混合物 （分散相）
（非均相物系） 分散介质 气态非均相物系（含尘气体）
（连续相） 液态非均相物系（悬浮液）
概念－非均相物系
② 非均相物系的分离方法 沉降→颗粒相对于流体(静止或运动)运动而实现悬 浮物系分离，作用力是重力或离心力。
1/100 0.0042 0.0058 in或147 μm
概念－颗粒
② 颗粒群的平均粒径 颗粒群的平均粒径→常用平均比表面积直径，即Sauter直径。
k
da2
6
da3
ni di2
i 1
k i 1
ni
6
di3
xi K nisdi3

化工原理第三章-流体输送与流体输送机械

化工原理第三章-流体输送与流体输送机械

0.5m
d
− p真 + g (H + 0.5) u 0 = 2 ρ
当水箱内的水排空，即 H=0 时，由上式算得导管内流 速 u0=1.50 m/s，所以水箱内的水能全部排出。所需时 间为
【例3-2】
⌠ 2 D − dH 2 × 1.0 2 t= 2 = × 16.95 − 2.24 = 420s 2 d − p真 9.81 × 0.03 + g (H + 0.5) ⌡1.5 2 ρ
3.2.2 管路计算的类型 qV一定， d∝1/u1/2（u=4qV/πd2）。 u↓，d↑，设备费用↑； u↑，d↓，操作费用↑；但 u 过小时， 维修费↑。
某些流体在管道中常用流速范围
流体种类及状况 水及一般液体 粘度较大的液体 低压气体 易燃、易爆的低压 气体（如乙炔等） 常用流速范围 m/s 1~3 0.5~1 8~15 <8 流体种类及状况 压力较高的气体 饱和水蒸气： 8大气压以下 3大气压以下 过热水蒸气 40~60 20~40 30~50 总费用 费用 操作费 设备费 uopt u
3.3.1 简单管路
简单管路的基本特点 u1 u2 u3
Байду номын сангаас
(1) 通过各段管路的质量流量相等
w = V 1 ρ 1 = V 2 ρ 2 = L = 常数
对于不可压缩流体，体积流量也相等
V = V 1 = V 2 = L = 常数
u1 A1 = u 2 A2 = L = 常数
(2) 全管路的流动阻力损失为各段直管阻力损失及所有 局部阻力之和
p a − p真
p真
D 1.5m
H
0.5m
2

化工原理第三章沉降与过滤

化工原理第三章沉降与过滤
问题：过滤速度慢，影响生产效率 解决方案：采用高效过滤材料，如活性炭、膜过滤等
解决方案：优化过滤工艺，如增加过滤层数、调整过滤压力等
问题：过滤效果不佳，杂质残留 解决方案：优化过滤工艺，如增加过滤层数、调整过滤压力等
解决方案：定期维护设备，更换易损件，提高设备可靠性
问题：设备故障率高，维护成本高 解决方案：定期维护设备，更换易损件，提高设备可靠性
生物化工：利用生物技术，开发新型化工产品
纳米化工：纳米材料，提高产品性能和应用范围
环保化工：环保型化工产品，减少环境污染
汇报人：
感谢您的观看
离心过滤机：过滤速度快，过滤效果好，但设备复杂，成本高
袋式过滤机：结构简单，操作方便，过滤面积大，过滤效率高，但过滤精度低
陶瓷过滤机：过滤精度高，耐腐蚀，但设备复杂，成本高
膜过滤机：过滤精度高，过滤效果好，但设备复杂，成本高
04
沉降与过滤的比较
操作原理的比较
沉降：利用重力作用使悬浮颗粒下沉，达到分离目的
离心沉降应用：污水处理、食品加工、制药等领域
沉降原理：利用颗粒间的重力差进行分离工艺流程： a. 进料：将待分离的混合物送入沉降器 b. 沉降：颗粒在重力作用下沉降，液体上升 c. 澄清：液体澄清后从顶部流出 d. 排渣：沉降后的颗粒从底部排出沉降器类型： a. 重力沉降器：利用重力进行沉降 b. 离心沉降器：利用离心力进行沉降沉降效果影响因素： a. 颗粒大小：颗粒越大，沉降速度越快 b. 液体密度：液体密度越大，沉降速度越快 c. 颗粒形状：颗粒形状影响沉降速度 d. 液体黏度：液体黏度影响沉降速度沉降应用： a. 污水处理：去除悬浮物和颗粒物 b. 化工生产：分离固体和液体 c. 食品加工：分离固体和液体 d. 环境监测：监测颗粒物浓度

化工原理,第三章

化工原理,第三章

3）器壁效应
当器壁尺寸远远大于颗粒尺寸时，（例如在100倍以上） 容器效应可忽略，否则需加以考虑。
ut
'
ut d 1 2.1 D
4）颗粒形状的影响
球形度 s
S Sp
对于球形颗粒，φs=1，颗粒形状与球形的差异愈大，球形 度φs值愈低。 对于非球形颗粒，雷诺准数Ret中的直径要用当量直径de代
Ret ut
ut
d
2
s g
18
Ret
d
3
s g
18
2

K
3
18
当Ret=1时K=2.62，此值即为斯托克斯区的上限
牛顿定律区的下限K值为69.1
例3-2：试计算直径为95μm，密度为3000kg/m3 的固体颗
粒分别在20℃的空气和水中的自由沉降速度。 解：1）在20℃水中的沉降。 用试差法计算 先假设颗粒在滞流区内沉降 ，
ut
Ret
d
计算在一定介质中具有某一沉降速度ut的颗粒的直径，
令ζ与Ret-1相乘，
Ret 4 ( s ) g 3 ut
2
1
2
ζ Ret-1～Ret关系绘成曲线 ，由ζ Ret-1值查得Ret的值，
再根据沉降速度ut值计算d。
d
3）无因次数群K也可以判别流型
1、床层简化模型
1）颗粒床层由许多平行的细管组成，孔道长度与床层高
度成正比；
2）孔道内表面积之和 = 全部颗粒的外表面积； 3）孔道内全部流动空间 = 床层中空隙的体积；
根据模型：
L
u (a)
u (b)
p f
L u1 d eb 2
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增稠悬浮液，必须有足够的停留时间
絮凝剂
第三节 离心沉降
问题：为什么要进行离心沉降？
答： 小颗粒，Stocks 区, u tc
2 gd pc ( p )
18
细颗粒d p 或两密度差( p ) , 而改变因工艺而异 u t
离心沉降 : rw 2 代替g , r , w rw 2 u t
B、重力沉降的几个阶段
1. 沉降的加速阶段： 设初始速度为0，根据牛顿第二定律：
du Fg Fb Fd m 0 d
p du 3 ( )g u2 d p 4d p p
2. 沉降的等速阶段
u Fd ,
du du 某一时刻， 0, Fg Fb Fd 0, 此时u ut d d
(3) Re p 500 , 形体曳力 表面曳力, 0.44, Fd u 2 , 服从平方定律
注意
计算阻力时Ap 应取颗粒的最大投影面积.
第二节
前提 : P
重力沉降
一、静止流体中颗粒的自由沉降
重力场中
分析：静止流体中，颗粒在重力(或离心力)作用下将沿重力 方向(或离心力方向)作沉降运动。设颗粒的初速度为零，起
相邻颗粒的运动改变了原来单个颗粒周 ① 干扰沉降： 围的流场，颗粒沉降相互干扰 ② 壁效应：壁面，底面处曳力 ③ 颗粒形状： ↓
例 5-1 颗粒大小测定
已测得密度为 ρp = 1630kg/m3 的塑料珠在 20℃ 的 CCl4 液体中的
沉降速度为 1.70×10-3m/s，20℃时CCl4 的密度ρ=1590kg/m3，粘度 μ=1.03×10-3Pa/s，求此塑料珠的直径
u tc
18
u tc 2 2 u ' tc d ' pc 1
d pc
2
降尘室应设计 成扁平形状， 或在室内设置 多层水平隔板。
d ' pc
1 2
d pc
是否是越多层越好？
③能降下60%的颗粒粒径
H 0 .6 H r u tc u 't
d'p ?
u 't 0. 6 u tc
方法：①
4 gd p ( p ) 3
d p ut
方程组非线性，须试差求解
)

首先假设处于Stock s 区, 再校验 Re p 2, 否则， 假设 0.44, 校验 Re p 500 , 否则，Allen 区
② 无因次判据：K
2. 影响的
u t 因素与应用
2 gd p ( p )
的尾气处理。
旋风分离器结构和工作原理：
含尘气体以较高的线速度切向进入器内，在外筒与排气
管之间形成旋转向下的外螺旋流场，到达锥底后以相同的旋
向折转向上形成内螺旋流场直至达到上部排气管流出。颗粒 在内、外旋转流场中均会受离心力作用向器壁方向抛出，在 重力作用下沿壁面下落到排灰口被排出。 严格地说，旋风分离器内气流的运动情况相当复杂。由于细粉 的凝聚与分散，器壁对细粉的反弹作用以及粒子间的摩擦作用 等原因，分离机理很复杂，理论上的研究从未停止过。
p 3 2 即： ( )g ut 0 p 4d p p
ut
4 gd p ( p ) 3
ut 称为沉降速度或终端速度
将的不同计算式代入即可计算
(1)处于Stock s 区时, u t
2 gd p ( p )
18
， (d p 较小)
1 3
A、降尘室
1、结构特点
降尘室的特点：
1: 容积一般较大；
2: 气速低；
3: 气流进出口采用流线型设计；
4: 通常可捕获> 50μm 颗粒。
颗粒在降尘室的运动.swf
气流速度和颗粒速度的关系
在流体水平方向上颗粒的速度与流体速度相同， 故颗粒在室内的停留时间也与流体质点相同。 在垂直方向上，颗粒在重力作用下以沉降速度ut 向下运动。
沉降方向不是向下，而是沿半径向外
小颗粒沉降时一般处于斯托克斯区，故
dr d
d p ( p )
2
18
r 2
三、旋风分离器
旋流器：旋风和旋液分离器 旋液分离器：用于液-固体系 旋风分离器：用于气-固体系
旋风分离器
旋风分离器.swf
用途：适用于含颗粒浓度为0.01～500g/m3、粒度不小于5um 的气体净化与颗粒回收操作，尤其是各种气-固流态化装置
Chongqing Technology and Business University
3 沉降与过滤
本章将考察流固两相物系中固体颗粒与流体间的相对运动。
讲解内容
概述 颗粒的沉降运动 沉降分离设备 过滤原理及设备
第一节 概述
一、混合物的分类
均相混合物： 物系内部各处物料性质均匀，且不存在相界面 分散物质（分散相）+分散介质（连续相） 气态非均相物系：含尘气体，含雾气体
为满足除尘要求，气流的停留时间τr至少必须与颗粒的沉降时间τt相等，
除尘条件： 即： 临界条件：
r t
AH H qV ut
AH H 临界粒径d pc , 临界沉降速度utc qV ut
2 gd pc ( p )
小颗粒，Stocks 区, u tc
d pc
处理能力：
实验测定： ~ Re p
对于球形颗粒
Rep＜2
2≤Rep＜500
( 1)
Stokes区 Allen区
24 Ret

10 Re
500≤Rep＜2×105 Newton 区
0.44
说明 (1) Re p 2, Fd u, 服从一次方定律
( 2) Re p , 边界层开始脱体，形体曳力增大
18
18 V ( p )g A
qV Aut
此式表明对一定物系，降尘室的处理能力只取决于降尘 室的底面积，而与高度无关。
讨论
d pc ①什么是“能100%除下的最小颗粒？”及
②降尘室有隔板与无隔板时的 无：V 之比 d pc
Autc
2 gd pc ( p )
有： 1 V Au'tc 2
Ut：可根据不同的情况，用公式求解。
2.过程数学描述
降尘室 : 底面积A LB, 高H
含尘气 : 在流动截面上均匀分布,Vm3 / s
L AH r 任一流体质点（颗粒）的停留时间（水平 ）： u qV
位于降尘室最高点的颗粒降至室底所 需时间 (沉降时间，垂直方向) 为：
H t ut
免除小球初期的加速及管底对沉降的影响。当
颗粒直径 dp 与容器直径 D 之比dp/ D <0.1、雷诺 数在斯托克斯定律区时，器壁对沉降速度的影
响可用下式修正
二、沉降分离设备
基础：颗粒在外力的作用下产生沉降，且以两相 ( P )为前提， 按作用于颗粒的外力分：重力沉降设备、离心沉降设备
若在Stock s 区, u t
18
p , u t
d p , u t , d p 影响最大， 尤其注意
, u t
, u t , 气 : T
液 : T
问题
气体先冷后除尘，还是相反？ 液体先冷后除尘，还是相反？
E、其它因素对沉降速度的影响
例 5-2 落球粘度计
使用光滑小球在粘性液体中的自由沉降可以测定液体的粘度。
现有密度为 8010kg/m3、直径为 0.16mm 的钢球置于密度为 980kg/m3 的某液体中，盛放液体的玻璃管内径为 20mm。测得小球的沉降
速度为 1.70mm/s，试验温度为 20℃，试计算此时液体的粘度。
测量是在距液面高度 1/3 的中段内进行的，从而
操作型：(1)已知 : A, p , ， ，d
pc
, 求处理能力qV
(2)已知 : A, p , ， ，q V , 求d pc
(3)由一种工况推算另一种工况
例 5-3 降尘室空气处理能力的计算
现有一底面积为 2m2的降尘室，用以处理 20℃的常压含 尘空气。尘粒密度为 1800kg/m3。现需将直径为 25μm 以上 的颗粒全部除去，试求： (1) 该降尘室的含尘气体处理能力，m3/s；
(2) 若在该降尘室中均匀设置 9 块水平隔板，则含尘气 体的处理能力为多少 m3/s？
B、增稠器----分离悬浮液（连续生产过程）
悬浮液在任何设备内静置，均会发生沉降过程，其中固体颗粒在 重力作用下沉降与液体分离
工作原理： 沉降的两个阶段：
上部----自由沉降
下部----干扰沉降
双重功能：得到澄清液体，产率取决于D器
初颗粒只受重力和浮力的作用。如果颗粒的密度大于流体的
密度，作用于颗粒上的外力之和不等于零，颗粒将产生加速 度。但是，一旦颗粒开始运动，颗粒即受到流体施予的曳力。
A、受力分析 重力：Fg mg
浮力： Fb

6
d3 ppg

6 d3 p g
m
p
g
1 2 曳力： Fd Ap u 2

d'p d pc
0 .6
④ 温度对降尘室生产能力的影响
AH V r V G不变，T H u t t ut
除尘能力
3、过程计算
小颗粒：
qV Autc
2 gd pc ( p )
u tc
7个变量，自由度为5
18
设计型： 已知 : qV , p , 工艺要求d pc , 选择， ， 求A