03第三章 沉降与过滤

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。
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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。

ut
4d p ( p )g 3
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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
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6
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——球形 圆盘形
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（二）沉降槽（增稠器） 1. 悬浮液的沉聚过程
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2. 沉降槽（增稠器）
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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
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离心力：FC
m
u2 r
6
d
3 p
p
u2 r
径向向外
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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
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（一）两种过滤方式 1. 滤饼过滤
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2. 深层过滤
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（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

Re 0
du0

阻力系数~Re0关系图
①层流区(Stokes区) 不发生边界层分离
24 Re 0
Re 0 0.3
表皮阻力占主导地位
d s g u0 18
2
—Stokes公式 —可以从理论上推导出 —可以近似用到Re0=2
②过渡区(Allen区) 开始发生边界层分离
自由沉降
自由沉降是指在沉降过程中，任一颗粒的沉降不因其他颗 粒的存在而受到干扰。即流体中颗粒的浓度很低，颗粒之 间距离足够大，并且容器壁面的影响可以忽略。单个颗粒 在大空间中的沉降或气态非均相物系中颗粒的沉降以及颗 粒浓度很低的液态非均相物系中颗粒的沉降都可视为自由 沉降。
(1) 重力
重力

d 3 s g 离心力 6
w rc (V终了 Ve ) 2(V终了 Ve ) dV w V w / 2 A p A2 K d W
②板框压滤机的洗涤速度和洗涤时间——横穿洗涤
Lw 2L
AW A / 2
Aw p ( A / 2) p 1 dV d W rc w (V终了 Ve ) rc(V终了 Ve ) 4 2(V终了 Ve )
A—滤饼层总截面积；—过滤时间；V—滤液体积
说明
u1与u的关系
dV u u1 Ad
(2)过程推动力 ——滤浆侧和滤液侧的压差
p p1 p2
滤饼压降 介质压降
说明 l(L)，如p不变，则u —瞬时速度 恒压降速，恒速升压 (3) p1的表达——Hagen-Poiseuille 方程
②当位于水喷头下，对应滤饼、滤布—对应管—转动盘 孔—凹槽1 —洗水真空管 —洗水通道—洗涤 ③吹气管—凹槽3—转动盘孔— 对应管—滤布—滤饼 —压 缩空气通道—吹松 ④ 遇到刮刀 —卸渣 ⑤两凹槽之间的空白处：没有通道 ——停工—两区不 致串通

&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。