第三章 沉降与过滤

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）
① 干扰沉降：相邻颗粒的运动改变了原来单个颗粒周 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
A、受力分析
重力：Fg
mg
6
d
3 p
p
g
浮力：
Fb
m
p
g
6
d
3 p
g
曳力： Fd
Ap
1 u2
2
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：
Fg
Fb
Fd
m du
d
0
du
(p
)g
3
u2
d
p
4d p p
2. 沉降的等速阶段
u Fd
, du
d
某一时刻，du d
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

18
)
2Ret 103,
ut 0.27
dsg(s
)
Ret 0.6
103 Ret 2 105,
ut 1.74
dsg(s )
艾伦公式
牛顿公式
讨论：
整个区域内，ds及（ρs- ρ ）越大，沉降速度ut越大； 在层流区，流体的粘度越大，表面摩擦阻力越大，沉降速 度越小，二者成反比； 流速与密度的关系： ρs>ρ：ut为正值，表示颗粒下沉， ut表示沉淀速度； ρs<ρ：ut为负值，表示颗粒上浮， ut的绝对值表示沉淀速 度； ρs=ρ： ut为零，表示颗粒不上浮，不下沉，说明此颗粒不 能用重力沉降分离法去除。
即：流体中的颗粒浓度很低，颗粒之间距离足够 大，并且容器壁面的影响可以忽略。
球形颗粒的受力情况分析
G
6
d
3
ss
g
Fb
6
d s 3 g
Fd
A
ut 2
2
Fb Fd
G
静止流体中颗粒受力示意图
备注：A: 颗粒沿沉降方向的最大投影面积，m2；
ut：颗粒相对于流体的沉降速度，m/s； ζ：沉降阻力系数。
受力说明：
由斯托克斯公式可以看出，沉降速度与颗粒直径ds的平 方成正比，故加大颗粒的粒径有助于提高沉淀效率；
粘度与沉降速度成反比，而温度又与粘度成反比，故提
高流体温度有助于颗粒沉淀效果；
在计算沉降速度时，可使用试差法， 即先假设颗粒沉降所属某个区域，选择相 对应的计算公式进行计算，然后再将结果 进行Ret校核。
G Fb Fd ma
当颗粒沉降瞬间，u为零，阻力为零，加速度a为最大值时，
随着u增大，阻力也增大，直到速度增大到一定值后，三种力

第三章沉降与过滤练习题一、填空：1、旋风分离器分离的是混合物，旋液分离器分离的是混合物，它们都属于混合物。

2、过滤操作有两种方式过滤和过滤。

4、恒压过滤时，过滤速度随时间增加而，洗涤速率随时间增加而，操作压差将随时间增加而。

( A、增加B、减少C、不变) 5、板框压滤机的洗涤速率是过滤终了速率的倍，叶滤机的洗涤速率是过滤终了速率的倍。

6、恒压过滤某悬浮液，过滤1小时得滤液10m3,，若不计介质阻力，再过滤2小时可共得滤液m3。

8、离心分离因数Kc= ，其值大小表示性能。

二、计算1、密度为1030 Kg/m3、直径为400μm的球形颗粒在150℃的热空气中降落，求其沉降速度。

(1.8m/s)2、求直径为80μm的玻璃球在20℃水中等自由沉降速度，已知玻璃球的密度2500 Kg/m3，水的密度为1000 Kg/m3，水在20℃时的黏度为0.001 Pas (5.23×10-3m/s)3、密度为2500 Kg/m3的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降，求在这两种介质中沉降的颗粒直径之比值，假设沉降处于斯托克斯区。

(9.61)4、一种测定粘度的仪器由一钢球及玻璃筒组成，测试时筒内充满被测液体，记录钢球下落一定距离的时间，球的直径为6mm，下落距离为200mm，测试一种糖浆时记下的时间间隔为7.32s，此糖浆密度为1300Kg/m3，钢球的密度为7900 Kg/m3，求此糖浆的粘度。

(4.74Pas)5、直径为0.08mm，密度为2469 Kg/m3的玻璃球在温度300K和101.3kpa的空气中沉降。

计算自由沉降速度。

另有球形闪锌矿颗粒，密度为1000 Kg/m3，同样在空气中沉降，若其自由沉降速度与上述玻璃球相同，计算该颗粒的直径。

(0.443m/s，6.05×10-5m)6、悬浮液中固体颗粒浓度为0.025kg悬浮液，滤液密度为1120 m3，湿滤渣与其中固体的质量之比为 2.5kg/kg，试求与 1 m3滤液相对应得干滤渣量ω，Kg/m3(29.9)7、一叶滤机过滤面积为0.2 m2，过滤压差为200KPa，过滤开始1小时得滤液20m3，又过滤1小时，又得滤液10m3，此时过滤终止，在原压差下用5 m3水洗涤滤饼，求洗涤时间。

过滤方式：饼层过滤和深层过滤
过滤设备
滤池：完成过滤工艺的构筑物 分类：快滤池、压力滤池、转筒真空过滤机、微滤机、
布袋除尘器等 工作原理：过滤和反洗
其他气体净制方法
重力沉降与离心沉降主要用于固体浓度较高的含尘气体 的分离净制，而对分离效率要求高的净制工艺或对含尘浓 度低且含微细尘气的净制，需要其他的气体净制方法和 设备。
沉降与过滤：过滤
过滤
概念
过滤：在外力的作用下，悬浮液中的液体通过多孔介 质的孔道，而使固体颗粒被截留下来，从而实现非均相物 系的固液分离单元操作。
过滤推动力：过滤介质两侧的压力差。其由自身重力、 离心力、外加压力等力产生；
过滤介质：过滤操作所用的多孔性介质 工业上分类：
a. 织物介质：由天然或合成纤维、金属丝等编织而成的筛 网、滤布，适于滤饼过滤。 b. 多孔性固体介质：由素瓷、金属或玻璃烧结物、塑料细 粉粘结而成的多孔性塑料管等，适于含粘软性絮状悬浮颗 粒或腐蚀性混悬液的过滤。 c. 粒状介质：由各种固体颗粒或非编织纤维堆积而成，适 于深层过滤。 d. 微孔滤膜：由高分子材料制成的薄膜状多孔介质，适于 精滤。
干法净制 气体净制的分类 湿法净制
电净制
干法净制
袋滤器：是用过滤法将含
尘气体中尘粒滤
除的气体净制方
法。 主要构造：
气体由袋外进入袋内
滤袋；滤袋支撑骨架；进气口；
灰斗；出灰口； 出气口。
湿法净制
概念：是使含尘气体与水接触使其中尘粒被水粘 附除去的净制方法。
基本原理：在设备内产生气-固-水三相高度湍动， 以提高三相的接触，使尘粒粘附。
文丘里洗涤器 主要构造：收缩管、喉管、扩散管
旋风分离器
电净制