第三章 沉降与过滤
第三章 沉降与过滤
第一节 概 述 一、非均相物系的分离 混合物——均匀混合物（均相物系） 例：水与乙醇 不均匀混合物（非均相物系） 例：气溶胶，悬浮液，乳浊液 其中，固体颗粒称为分散相，气、液相称为连续相或分散介质 分离方法 均相物系——蒸馏、吸收、萃取、结晶等 非均相物系——沉降、过滤、膜分离等 二、学习内容 沉降——重力沉降、离心沉降 过滤——压力过滤 三、学习目的 掌握几种操作的原理及应用计算 了解理论的建立过程及几种典型设备
第一节 概 述 一、非均相物系的分离 混合物——均匀混合物（均相物系） 例：水与乙醇 不均匀混合物（非均相物系） 例：气溶胶，悬浮液，乳浊液 其中，固体颗粒称为分散相，气、液相称为连续相或分散介质 分离方法 均相物系——蒸馏、吸收、萃取、结晶等 非均相物系——沉降、过滤、膜分离等 二、学习内容 沉降——重力沉降、离心沉降 过滤——压力过滤 三、学习目的 掌握几种操作的原理及应用计算 了解理论的建立过程及几种典型设备
自来水厂水的净化分三步， 第一步是絮凝过程，也可以叫反应过程。在流动中使水中的杂质颗粒絮凝长大； 第二步是沉降。沉降池是使大颗粒得以除去。 第三步是砂滤。砂滤池，进一步用900mm厚砂层，将小颗粒杂质滤去。 自来水厂的主要流程
自来水厂水的净化分三步， 第一步是絮凝过程，也可以叫反应过程。在流动中使水中的杂质颗粒絮凝长大； 第二步是沉降。沉降池是使大颗粒得以除去。 第三步是砂滤。砂滤池，进一步用900mm厚砂层，将小颗粒杂质滤去。 自来水厂的主要流程
第二节 沉 降 一、重力沉降 1、球形颗粒在流体中的自由沉降 自由沉降：当颗粒在流体中只受重力和浮力，不受其它因素影响而发生沉降 时，称为自由沉降。 颗粒受力：重力、浮力和阻力。 设颗粒从静止开始运动，沉降时，阻力方向与运动方向相反 A u F F d g G mg d g d b P P P 2 6 6 2 3 3 = = = = 阻力： 浮力： 重力： 沉降速度 — —流体的密度 、 — —颗粒的直径、密度 阻力 向上 重力 向下 浮力 向上 A = d u − − d F G F P P P d b 2 4
第二节 沉 降 一、重力沉降 1、球形颗粒在流体中的自由沉降 自由沉降：当颗粒在流体中只受重力和浮力，不受其它因素影响而发生沉降 时，称为自由沉降。 颗粒受力：重力、浮力和阻力。 设颗粒从静止开始运动，沉降时，阻力方向与运动方向相反 A u F F d g G mg d g d b P P P 2 6 6 2 3 3 = = = = 阻力： 浮力： 重力： 沉降速度 — —流体的密度 、 — —颗粒的直径、密度 阻力 向上 重力 向下 浮力 向上 A = d u − − d F G F P P P d b 2 4
颗粒在运动过程中， 匀速沉降阶段，合力为 ， ， 为定值， ， 为定值 加速阶段， ； 初始阶段，沉降速度 ， 可以把沉降过程分为三个阶段： （ ）不变，只有 随 变化 d d d b d a u u u F u F u F G F F u 0 0 0 0 0 = = = = − Fb Fd mg
颗粒在运动过程中， 匀速沉降阶段，合力为 ， ， 为定值， ， 为定值 加速阶段， ； 初始阶段，沉降速度 ， 可以把沉降过程分为三个阶段： （ ）不变，只有 随 变化 d d d b d a u u u F u F u F G F F u 0 0 0 0 0 = = = = − Fb Fd mg
2、沉降速度计算 (1)层流区，斯托克 斯定律 10 Re 1 4 − 18 ( ) 2 0 d g u P P − = 1 Re 500 ( ) 7 5 0.4 0.6 1.6 0 0.514 − = P P P d d g u 5 500 Re 1.510 d g u P P ( ) 0 1.74 − = (2)过渡区，阿仑定律 （3）湍流区，牛顿定律 计算时，采用试差法： 步骤：假设流型→采用对应公式计算→校核 及流型 0 Re d P u Re =
2、沉降速度计算 (1)层流区，斯托克 斯定律 10 Re 1 4 − 18 ( ) 2 0 d g u P P − = 1 Re 500 ( ) 7 5 0.4 0.6 1.6 0 0.514 − = P P P d d g u 5 500 Re 1.510 d g u P P ( ) 0 1.74 − = (2)过渡区，阿仑定律 （3）湍流区，牛顿定律 计算时，采用试差法： 步骤：假设流型→采用对应公式计算→校核 及流型 0 Re d P u Re =
3、重力沉降的具体应用，降尘室 分离条件：从入口到出口的停留时间大于等于沉降时间 u L 停留时间 = u0 H 沉降时间 = u0 H u L 即
3、重力沉降的具体应用，降尘室 分离条件：从入口到出口的停留时间大于等于沉降时间 u L 停留时间 = u0 H 沉降时间 = u0 H u L 即
应用计算： （1）颗粒粒径一定时，求最大处理量 结论：气体处理量与底面积有关，与高度无关 — —多层隔板 最大气体流量 分离极限条件： 0 0 max 0 0 H W L W u H Lu q uA H Lu u u H u L V = = = = = （2）处理量一定时，求最小分离粒径（临界粒径） ( ) ( )gWL q d d g W L q L Hu u u H u L P V P c V P P c − = − = = = = 18 18 2 0 0 对应临界粒径 由 得
应用计算： （1）颗粒粒径一定时，求最大处理量 结论：气体处理量与底面积有关，与高度无关 — —多层隔板 最大气体流量 分离极限条件： 0 0 max 0 0 H W L W u H Lu q uA H Lu u u H u L V = = = = = （2）处理量一定时，求最小分离粒径（临界粒径） ( ) ( )gWL q d d g W L q L Hu u u H u L P V P c V P P c − = − = = = = 18 18 2 0 0 对应临界粒径 由 得
沉降除尘室动画
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烟道除尘动画
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