(化工原理)第二节 沉降过程
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沉降 小结
一、 沉降
1. 定义:利用两相密度的差异,将分均相混合物以分离的单元操作
2. 重力沉降:
1)沉降速度
(斯区 Re<2)
2)沉降设备(降尘室)
生产能力V=u t .A 底 (仅与底面积有关,与高度无关) 3. 离心沉降
1)
沉降速度 Re<2)
2) 沉降设备(旋风分离器) (1) 分离性能 a. 临界直径 b. 分离效率
总效率
粒级效率 (2) 压力降
i
i C C C 0
0-=
η进
出
进,,,i i i i C C C -=η2
1/16D AB c =ζ
二、过滤
1.定义:在外力的作用下,使悬浮液通过多孔介质,将固体颗粒截
留,从而使悬浮液得以分离的单元操作
2.过滤基本方程
或
3.
恒压过滤
4.过滤常数K、q e、V e、θ由实验确定直线)
5.过滤设备
1)间歇操作(板框压滤机、叶压机等)
2)连续操作(转筒真空过滤机)。
化工原理中的沉降与过滤引言在化工工艺中,沉降和过滤是常用的固液分离方法。
沉降是指根据固液颗粒的重力作用,通过静置使固体颗粒沉降到底部,而将悬浮液体分离出来。
过滤则是通过利用滤介质的孔隙或表面,将悬浮液体中的固体颗粒留下,而使液体通过,从而达到分离固液的目的。
本文将从理论和实际应用两个方面,对化工原理中的沉降与过滤进行介绍。
沉降原理沉降是基于固体颗粒的重力作用,通过静置使固体颗粒沉降到底部,从而实现固液分离的过程。
沉降速度取决于固体颗粒与液体的密度差和粒径大小。
根据Stokes定律,沉降速度与颗粒直径的平方成正比,与液体的粘度成反比。
沉降速度可由下式计算:v = (2/9) * (ρp - ρl) * g * (d^2) / μ其中,v为沉降速度,ρp为颗粒的密度,ρl为液体的密度,g为重力加速度,d为颗粒的直径,μ为液体的动力粘度。
过滤原理过滤是通过滤介质的孔隙或表面,将悬浮液体中的固体颗粒留下,而使液体通过,从而实现固液分离的过程。
滤介质常用的有滤纸、滤筒、滤板等,其孔隙大小决定了能够透过的颗粒大小。
根据Darcy定律,过滤速度与滤介质的孔隙直径的平方成正比,与液体的粘度成反比。
过滤速度可由下式计算:Q = (π/4) * (d^2) * (ΔP/μ) * A其中,Q为过滤速度,d为滤介质的孔隙直径,ΔP为过滤压差,μ为液体的动力粘度,A为过滤面积。
实际应用沉降的应用沉降在化工过程中被广泛应用,常见的应用场景包括:1.污水处理:污水中悬浮的固体颗粒通过沉降实现固液分离,从而达到净化水质的目的。
2.矿石提取:矿石中的有用矿物颗粒通过沉降分离出来,然后进行后续的加工和提取。
3.食品加工:在食品饮料生产中,一些颗粒物质需要通过沉降分离,以获得纯净的液体产品。
4.生物工程:在细胞培养和发酵工艺中,需要将细胞或发酵产物与培养基进行分离。
沉降是一种常用的分离方法。
5.药物制剂:在药物合成和制剂工艺中,沉降用于分离和提取所需的纯净物质。
学习情境4沉降过程与操作学习要求知识目标:1. 了解重力沉降及离心沉降基本知识。
2. 掌握旋风分离器、油水分离设备工作原理。
能力目标:1. 能使旋风分离器平稳运行。
2. 能使油水分离设备平稳运行。
学习情境4.1常压塔顶回流罐的油水分离【教学内容】化工生产中需要将混合物加以分离的情况横多,大致说来,混合物可分为两大类,即均相混合物和非均相混合物,详细内容下表。
均相:内部各处均匀不存在相界面的物系称为均相物系。
如溶液、混合气体及少量混合液体。
非均相:由具有不同物理性质(如密度和粒径)的分散物质和连续介质所组成的物系称非均相物系。
均相物系的分离属于传质内容,均相物系中的“固一固”物系不在讨论之列;非均相物系可以借助沉降、过滤、筛分等手段,利用物系中两相间的物性(如p或d)差,实现两相间的相对运动达到分离的目的。
这些属于机械分离,操作遵循流体力学的基本规律。
在非均相物系中,处于分散状态的物质称“分散相”;包围它的物质称“连续相”(即分散介质)。
沉降是将混合物置于力场中,在力场作用下,使分散相与连续相发生相对运动,密度大的物质定向地移向收集面,实现分离。
力场沉降类型物系重力场重力沉降自由沉降气一固、液一固气一液、液一液干扰沉降离心力场离心沉降同上电场电沉降电除尘器颗粒极微者电捕焦油器固一固物系往往要借助流体,使固固两相间的运动产生速度差。
在这里我们重点学习重力沉降,其沉降方向垂直向下。
沉降速度㈠球形颗粒的自由沉降自由沉降一一颗粒沉降中不受外界的任何影响。
将一粒表面光滑的刚性球形颗粒置于静止的流体中,颗粒p S>液体的p ,于是颗粒受到的力分别为:重力Fg、浮力Fb、阻力Fd,其作用方向如图示。
当颗粒和流体的种类确定后,仅于p s、d和p有关的重力及浮力便为常量;阻力则随着颗粒运动的速度的变化而变化。
直径为d的颗粒,所受三力表示为(向下为正):j三力之和,使颗粒产生加速度: a =du/d 0图4-1受力分析从颗粒沉降达到等速阶段, 理论上讲需要很长的时间,但达到0.99u t 需时很短,固可以忽略加速段,认为颗粒始终在等速U t 下运动。