hgyl~第四章非均相物系的分離

1、2022-6-201第四章第四章 非均相物系的分離非均相物系的分離 化工原理化工原理陳玉琴陳玉琴2022-6-202本章學(xué)習(xí)指導(dǎo)v本章學(xué)習(xí)目的本章學(xué)習(xí)目的 通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，要重點(diǎn)掌握沉降和過(guò)濾這通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，要重點(diǎn)掌握沉降和過(guò)濾這兩種機(jī)械分離操作的原理、典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)與特兩種機(jī)械分離操作的原理、典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)與特性。性。v本章應(yīng)掌握的內(nèi)容本章應(yīng)掌握的內(nèi)容 a 沉降分離（包括重力沉降和離心沉降）的沉降分離（包括重力沉降和離心沉降）的原理、降塵室的簡(jiǎn)單計(jì)算。原理、降塵室的簡(jiǎn)單計(jì)算。 b 過(guò)濾操作的原理、過(guò)濾基本參數(shù)、過(guò)濾基過(guò)濾操作的原理、過(guò)濾基本參數(shù)、過(guò)濾基本方程式。本方程式。2022-6-20

2、3 4 41 1 概述概述 化工單元操作中有相當(dāng)大的一部分，其作化工單元操作中有相當(dāng)大的一部分，其作用是將混合物加以分離。用是將混合物加以分離。 這都要采用適當(dāng)?shù)姆蛛x方法與設(shè)備，并消這都要采用適當(dāng)?shù)姆蛛x方法與設(shè)備，并消耗一定的物料或能量。為了實(shí)現(xiàn)上述分離目的，耗一定的物料或能量。為了實(shí)現(xiàn)上述分離目的，必須根據(jù)混合物性質(zhì)的不同而采用不同的方法必須根據(jù)混合物性質(zhì)的不同而采用不同的方法。2022-6-204 一、一、混合物的分類混合物的分類 兩大類：兩大類：均相混合物及非均相混合物均相混合物及非均相混合物 1 1、均相混合物均相混合物 （1 1）概念：又稱）概念：又稱均相物系均相物系。是指物系內(nèi)部各

3、處的是指物系內(nèi)部各處的性質(zhì)均勻一致且不存在相界面者性質(zhì)均勻一致且不存在相界面者。即整個(gè)物系只有一。即整個(gè)物系只有一個(gè)相。溶液及混合氣體都是均相混合物。個(gè)相。溶液及混合氣體都是均相混合物。 （2 2）特點(diǎn)特點(diǎn)： 只有一個(gè)相，不同的物質(zhì)之間并沒(méi)只有一個(gè)相，不同的物質(zhì)之間并沒(méi)有相界面隔開(kāi)，體系內(nèi)各處的性質(zhì)一樣。有相界面隔開(kāi)，體系內(nèi)各處的性質(zhì)一樣。 2022-6-205 2、非均相混合物非均相混合物 （1 1）概念：）概念：又稱又稱非均相物系非均相物系。是指物系內(nèi)部有一。是指物系內(nèi)部有一個(gè)以上的相存在，且物系內(nèi)部有隔開(kāi)不同相的界面存?zhèn)€以上的相存在，且物系內(nèi)部有隔開(kāi)不同相的界面存在，而界面兩側(cè)的物料性質(zhì)

4、截然不同者。在，而界面兩側(cè)的物料性質(zhì)截然不同者。 （2 2）特點(diǎn)：非均相物系中存在相界面，且界面兩）特點(diǎn)：非均相物系中存在相界面，且界面兩側(cè)物料的性質(zhì)不同。側(cè)物料的性質(zhì)不同。包括：氣固系統(tǒng)：如空氣中含有塵埃包括：氣固系統(tǒng)：如空氣中含有塵埃含塵氣體；含塵氣體； 液固系統(tǒng)：如液體中含有固體顆粒液固系統(tǒng)：如液體中含有固體顆粒懸浮液；懸浮液； 氣液系統(tǒng)：如氣體中含有液滴氣液系統(tǒng)：如氣體中含有液滴含霧氣體含霧氣體； 液液系統(tǒng)：如乳濁液等。液液系統(tǒng)：如乳濁液等。2022-6-206（1 1）分散相分散相：又稱分散物質(zhì)。是指在非均相物又稱分散物質(zhì)。是指在非均相物系里，處于分散狀態(tài)的物質(zhì)系里，處于分散狀態(tài)的物

5、質(zhì)。如懸浮液中的固。如懸浮液中的固態(tài)顆粒、乳濁液中的微小液滴、泡沫液中的氣態(tài)顆粒、乳濁液中的微小液滴、泡沫液中的氣泡等都為分散相。泡等都為分散相。 （2 2）連續(xù)相連續(xù)相：是指在非均相物系里，包圍著分散是指在非均相物系里，包圍著分散相而處于連續(xù)狀態(tài)的相而處于連續(xù)狀態(tài)的流體流體。如氣態(tài)非均相物系里。如氣態(tài)非均相物系里的氣體、液態(tài)非均相物系里的液體都是連續(xù)相。的氣體、液態(tài)非均相物系里的液體都是連續(xù)相。 本章只討論非均相物系的分離方法。本章只討論非均相物系的分離方法。2022-6-207 根據(jù)相態(tài)和分散物質(zhì)尺寸的大小，非均相混合物的分離根據(jù)相態(tài)和分散物質(zhì)尺寸的大小，非均相混合物的分離方法如下表所示方

6、法如下表所示 2022-6-208 二、二、非均相物系分離的依據(jù)非均相物系分離的依據(jù) 非均相物系中的非均相物系中的連續(xù)相與分散相具有不同的物理連續(xù)相與分散相具有不同的物理性質(zhì)性質(zhì)( (不同的密度）不同的密度），據(jù)此可用機(jī)械分離的方法將它據(jù)此可用機(jī)械分離的方法將它們分開(kāi)。們分開(kāi)。 非均相物系的分離操作仍遵循流體力學(xué)的基本原非均相物系的分離操作仍遵循流體力學(xué)的基本原理和規(guī)律理和規(guī)律。按兩相運(yùn)動(dòng)方式的不同，機(jī)械分離大致分。按兩相運(yùn)動(dòng)方式的不同，機(jī)械分離大致分為沉降和過(guò)濾兩種方法。為沉降和過(guò)濾兩種方法。2022-6-209三、三、非均相物系分離的目的非均相物系分離的目的 主要有主要有三個(gè)的目的三個(gè)的目

7、的： 1 1、回收有用物質(zhì)回收有用物質(zhì)：主要回收物系中的：主要回收物系中的分散相分散相。 如顆粒催化劑的回收。從催化反應(yīng)器出來(lái)的氣如顆粒催化劑的回收。從催化反應(yīng)器出來(lái)的氣體中，往往夾帶著催化劑顆粒，必須將這些有價(jià)值體中，往往夾帶著催化劑顆粒，必須將這些有價(jià)值的顆粒加以回收，循環(huán)使用。的顆粒加以回收，循環(huán)使用。2 2、凈化氣體凈化氣體：如凈化原料氣。某些催化反應(yīng)的原料：如凈化原料氣。某些催化反應(yīng)的原料氣中含有灰塵雜質(zhì)，會(huì)影響催化劑的效能（降低催氣中含有灰塵雜質(zhì)，會(huì)影響催化劑的效能（降低催化劑的活性或使催化劑中毒），為此，在氣體進(jìn)入化劑的活性或使催化劑中毒），為此，在氣體進(jìn)入反應(yīng)器之前必須除凈灰塵

8、，以保證催化劑的活性。反應(yīng)器之前必須除凈灰塵，以保證催化劑的活性。 2022-6-2010 比如硫酸的生產(chǎn)過(guò)程中，原料氣（爐氣）中比如硫酸的生產(chǎn)過(guò)程中，原料氣（爐氣）中含有大量灰塵，在含有大量灰塵，在SOSO2 2的催化氧化工序之前，必須的催化氧化工序之前，必須把大量灰塵除去，否則除降低催化劑的活性外，把大量灰塵除去，否則除降低催化劑的活性外，還會(huì)增加系統(tǒng)的阻力，增加能耗。還會(huì)增加系統(tǒng)的阻力，增加能耗。3 3、保護(hù)環(huán)境保護(hù)環(huán)境：為了保護(hù)環(huán)境，必須清除掉工業(yè)排為了保護(hù)環(huán)境，必須清除掉工業(yè)排出的各種廢氣、廢液中的有害物質(zhì)，而各種廢氣、出的各種廢氣、廢液中的有害物質(zhì)，而各種廢氣、廢液中大多為非均相物

9、系。所以非均相物系的分廢液中大多為非均相物系。所以非均相物系的分離在環(huán)境保護(hù)方面也具有重要作用。離在環(huán)境保護(hù)方面也具有重要作用。2022-6-2011 4 42 2 重力沉降（重力沉降（gravity settling） 沉降操作是依靠某種力的作用，利用分散沉降操作是依靠某種力的作用，利用分散相與連續(xù)相間的密度差異，使之發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)相與連續(xù)相間的密度差異，使之發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)分離的單元操作。而實(shí)現(xiàn)分離的單元操作。 實(shí)現(xiàn)沉降的作用力可以是重力，也可以是實(shí)現(xiàn)沉降的作用力可以是重力，也可以是慣性離心力。因此沉降過(guò)程就有慣性離心力。因此沉降過(guò)程就有重力沉降重力沉降和和離離心沉降心沉降之分。之分。20

10、22-6-20124 42 21 1 重力沉降速度重力沉降速度一、一、重力沉降重力沉降 1 1、概念、概念 重力沉降：重力沉降：在重力場(chǎng)中，借連續(xù)相與分散相之在重力場(chǎng)中，借連續(xù)相與分散相之間密度的差異，使兩相得以分離的過(guò)程，稱為重力間密度的差異，使兩相得以分離的過(guò)程，稱為重力沉降。沉降。 即借地球引力場(chǎng)的作用而實(shí)現(xiàn)的沉降就是重力即借地球引力場(chǎng)的作用而實(shí)現(xiàn)的沉降就是重力沉降。沉降。 2022-6-2013 2、分類、分類 重力沉降分為自由沉降和干擾沉降。重力沉降分為自由沉降和干擾沉降。自由沉降自由沉降：非均相物系中的固體顆粒，在沉降過(guò)程中，非均相物系中的固體顆粒，在沉降過(guò)程中，不因流體中其它顆粒

11、的存在而受到干擾的沉降。不因流體中其它顆粒的存在而受到干擾的沉降。干擾沉降干擾沉降：非均相物系中的固體顆粒，在沉降過(guò)程中，非均相物系中的固體顆粒，在沉降過(guò)程中，因顆粒之間的相互影響，而使顆粒不能正常沉降，這因顆粒之間的相互影響，而使顆粒不能正常沉降，這種沉降稱為干擾沉降。種沉降稱為干擾沉降。 干擾沉降多發(fā)生在液態(tài)非均相物系的沉降操作中。干擾沉降多發(fā)生在液態(tài)非均相物系的沉降操作中。2022-6-2014二、球形顆粒的自由沉降二、球形顆粒的自由沉降1 1、沉降速度、沉降速度 下面討論一個(gè)表面光滑的下面討論一個(gè)表面光滑的剛性球形顆粒剛性球形顆粒在在靜止流體靜止流體中的自由沉降過(guò)程。中的自由沉降過(guò)程。

12、 若若顆粒的密度顆粒的密度 s s大于大于流體的密度流體的密度 ，則顆粒，則顆粒將在流體中降落，即顆粒由于重力的作用，與將在流體中降落，即顆粒由于重力的作用，與流體間發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如下圖所示：流體間發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如下圖所示：2022-6-2015阻力阻力浮力浮力 重力重力 顆粒在沉降過(guò)程中，受到三顆粒在沉降過(guò)程中，受到三個(gè)力的作用：重力、浮力及阻力。個(gè)力的作用：重力、浮力及阻力。此三力的合力便是促使顆粒降落此三力的合力便是促使顆粒降落的凈力。的凈力。 顆粒在此凈力的作用下，產(chǎn)顆粒在此凈力的作用下，產(chǎn)生一定的加速度，若顆粒的質(zhì)量生一定的加速度，若顆粒的質(zhì)量為為m m，向下沉降的加速度為，向下

13、沉降的加速度為a a，則：，則：凈力重力浮力阻力凈力重力浮力阻力mama動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)2022-6-2016 對(duì)于一定的顆粒及一定的流體，重力與浮力對(duì)于一定的顆粒及一定的流體，重力與浮力是一定的，若設(shè)是一定的，若設(shè)顆粒的直徑為顆粒的直徑為d d，則，則gdgds3366，浮力重力 而而阻力卻隨顆粒與流體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度而變阻力卻隨顆粒與流體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度而變化化，若顆粒相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度，即顆粒的降落，若顆粒相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度，即顆粒的降落速度為速度為u u，則可，則可仿照管內(nèi)流體流動(dòng)阻力的計(jì)算公式仿照管內(nèi)流體流動(dòng)阻力的計(jì)算公式寫(xiě)出如下關(guān)系式：寫(xiě)出如下關(guān)系式：242222uduA阻力2022-

14、6-2017式中：式中：A A顆粒在垂直于其運(yùn)動(dòng)方向的平面上的投顆粒在垂直于其運(yùn)動(dòng)方向的平面上的投影面積，影面積，422mdA 沉降開(kāi)始階段，顆粒在合力的作用下作加速運(yùn)沉降開(kāi)始階段，顆粒在合力的作用下作加速運(yùn)動(dòng)，由于速度動(dòng)，由于速度u u不斷增加，則阻力也不斷增加，則不斷增加，則阻力也不斷增加，則合力越來(lái)越小，當(dāng)合力越來(lái)越小，當(dāng)u u達(dá)到某一數(shù)值達(dá)到某一數(shù)值u ut t時(shí)，三力的合時(shí)，三力的合力為零力為零，此時(shí)加速度為零，顆粒這時(shí)開(kāi)始作等速運(yùn)，此時(shí)加速度為零，顆粒這時(shí)開(kāi)始作等速運(yùn)動(dòng)，其動(dòng)，其速度速度u ut t不再變化不再變化。2022-6-2018 所以靜止流體中顆粒的降落運(yùn)動(dòng)過(guò)程分為兩個(gè)所

15、以靜止流體中顆粒的降落運(yùn)動(dòng)過(guò)程分為兩個(gè)階段階段：第一階段為加速運(yùn)動(dòng)；第一階段為加速運(yùn)動(dòng)； 第二階段為等速運(yùn)動(dòng)。第二階段為等速運(yùn)動(dòng)。 2022-6-2019 顆粒的特點(diǎn)是單位體積的表面積（比表面積）與顆粒的特點(diǎn)是單位體積的表面積（比表面積）與其成整塊物體時(shí)的表面積相比要大的多，其成整塊物體時(shí)的表面積相比要大的多，使得顆粒與使得顆粒與流體間的接觸表面積很大，那么在運(yùn)動(dòng)中，與流體介流體間的接觸表面積很大，那么在運(yùn)動(dòng)中，與流體介質(zhì)相摩擦而產(chǎn)生的阻力也相對(duì)大的多，因此，阻力很質(zhì)相摩擦而產(chǎn)生的阻力也相對(duì)大的多，因此，阻力很快便能達(dá)到與作用力（重力減浮力）相等，快便能達(dá)到與作用力（重力減浮力）相等，所以加速

16、所以加速運(yùn)動(dòng)階段很短，在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中往往可以忽略。運(yùn)動(dòng)階段很短，在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中往往可以忽略。2022-6-2020024662233tsudgdgd3)(4stgdu 沉降速度的計(jì)算通式沉降速度的計(jì)算通式 整個(gè)沉降過(guò)程就可以視為在恒定的速度（整個(gè)沉降過(guò)程就可以視為在恒定的速度（u ut t) )下下進(jìn)行，這一速度稱為進(jìn)行，這一速度稱為沉降速度沉降速度。由于。由于這一速度是加速這一速度是加速階段終了時(shí)顆粒相對(duì)于流體的速度，故又稱為終端速階段終了時(shí)顆粒相對(duì)于流體的速度，故又稱為終端速度，用度，用u ut t表示。表示。2022-6-2021 2 2、阻力系數(shù)、阻力系數(shù) 阻力系數(shù)反映顆粒運(yùn)動(dòng)時(shí)流

17、體對(duì)顆粒的曳力，所阻力系數(shù)反映顆粒運(yùn)動(dòng)時(shí)流體對(duì)顆粒的曳力，所以又稱曳力系數(shù)。以又稱曳力系數(shù)。 通過(guò)量綱分析可推導(dǎo)出，阻力系數(shù)是流體與顆粒通過(guò)量綱分析可推導(dǎo)出，阻力系數(shù)是流體與顆粒相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)雷諾準(zhǔn)數(shù)的函數(shù)，即相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)雷諾準(zhǔn)數(shù)的函數(shù)，即 f(Ref(Ret t) ) ttduRe式中：式中：d d 顆粒的直徑；顆粒的直徑； ， 流體的密度及粘度；流體的密度及粘度； u ut t 顆粒的沉降速度。顆粒的沉降速度。2022-6-2022 與與ReRet t的具體關(guān)系式也很難得到，的具體關(guān)系式也很難得到，將大量的將大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合起來(lái)，得到了球形顆粒自由沉降過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合起來(lái)，得到了球形顆粒自由沉降

18、過(guò)程中程中 與與ReRet t的關(guān)系曲線。如下圖所示（的關(guān)系曲線。如下圖所示（P147 P147 圖圖3 32 2）。）。 2022-6-20232022-6-2024 （2 2）過(guò)渡區(qū)（過(guò)渡區(qū)（AllenAllen區(qū)區(qū)) ): 1Re: 1Ret t10103 36 . 0Re5 .18t （3 3） 湍流區(qū)（湍流區(qū)（NewtonNewton區(qū)）區(qū)）：10103 3ReRet t2210105 5 =0.44=0.44 （1 1）滯流區(qū)（滯流區(qū)（StokesStokes區(qū)）區(qū)）：10104 4ReRet t11tRe24由圖可看出，這條曲線大致可分為三個(gè)區(qū)由圖可看出，這條曲線大致可分為三個(gè)區(qū)

19、：2022-6-2025 （1 1）滯流區(qū)（）滯流區(qū)（StokesStokes區(qū)）：區(qū)）：10104 4ReRet t1118)(2gdust（2 2）過(guò)渡區(qū)（）過(guò)渡區(qū)（AllenAllen區(qū)區(qū)): 1Re): 1Ret t10103 36 . 0Re)(27. 0tstdu （3 3） 湍流區(qū)（湍流區(qū)（NewtonNewton區(qū)）：區(qū)）：10103 3ReRet t2 的沉降運(yùn)動(dòng)的沉降運(yùn)動(dòng)； s s 的浮升運(yùn)動(dòng)；的浮升運(yùn)動(dòng)；顆粒與流體逆向運(yùn)動(dòng)；顆粒與流體逆向運(yùn)動(dòng)；顆粒與流體同向但速度不同顆粒與流體同向但速度不同的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)； 但是不適用于非常細(xì)微的顆粒（但是不適用于非常細(xì)微的顆粒（d0.5d

20、0.5 m m）。因?yàn)椋?。因?yàn)榇藭r(shí)流體分子的熱運(yùn)動(dòng)使得顆粒發(fā)生布朗運(yùn)動(dòng)。此時(shí)流體分子的熱運(yùn)動(dòng)使得顆粒發(fā)生布朗運(yùn)動(dòng)。2022-6-2027 三、非球形顆粒的自由沉降三、非球形顆粒的自由沉降 顆粒在沉降過(guò)程中所受到的阻力與顆粒的幾何顆粒在沉降過(guò)程中所受到的阻力與顆粒的幾何形狀密切相關(guān)，非球形顆粒與球形顆粒的差異程度，形狀密切相關(guān)，非球形顆粒與球形顆粒的差異程度，可用可用球形度（形狀系數(shù)）球形度（形狀系數(shù)） s s來(lái)表征。來(lái)表征。PsSS顆粒的表面積個(gè)圓球的表面積與該顆粒體積相等的一球形度越小，顆粒的形狀與圓球的差異越大。球形度越小，顆粒的形狀與圓球的差異越大。 s s1 1時(shí)，則為圓球形。時(shí)，則為

21、圓球形。2022-6-2028對(duì)于非球形顆粒，對(duì)于非球形顆粒，ReRet t中的顆粒直徑中的顆粒直徑d d應(yīng)用當(dāng)量直應(yīng)用當(dāng)量直徑徑d de e來(lái)代替，即：來(lái)代替，即：tetudRed de e：是指與一個(gè)任意形狀的顆粒：是指與一個(gè)任意形狀的顆粒體積體積(V(Vp p) )相等相等的球的球形顆粒的直徑，稱為形顆粒的直徑，稱為體積體積當(dāng)量直徑當(dāng)量直徑，即：，即：36epdV 當(dāng)量直徑：當(dāng)量直徑：36peVd2022-6-2029 從圖從圖3 32 2可以看出，可以看出，顆粒的球形度越小，對(duì)顆粒的球形度越小，對(duì)應(yīng)于同一應(yīng)于同一ReRet t值的阻力系數(shù)值的阻力系數(shù) 就越大，就越大，但但球形度的球形度

22、的值對(duì)阻力系數(shù)值對(duì)阻力系數(shù) 的影響在滯流區(qū)內(nèi)并不顯著，的影響在滯流區(qū)內(nèi)并不顯著， ReRet t值越大，這種影響越顯著。值越大，這種影響越顯著。 2022-6-2030四、沉降速度的計(jì)算四、沉降速度的計(jì)算 只討論只討論球形顆粒球形顆粒沉降速度的計(jì)算。沉降速度的計(jì)算。 在一定的流體介質(zhì)中，球形顆粒的沉降速度在一定的流體介質(zhì)中，球形顆粒的沉降速度有三種計(jì)算方法。有三種計(jì)算方法。2022-6-20311、試差法、試差法 （1 1）先假設(shè)流動(dòng)型態(tài)先假設(shè)流動(dòng)型態(tài)（滯流、過(guò)渡流或湍流），（滯流、過(guò)渡流或湍流），然后選用相應(yīng)的公式，計(jì)算沉降速度然后選用相應(yīng)的公式，計(jì)算沉降速度u ut t； （2 2）用計(jì)算

23、出的）用計(jì)算出的u ut t計(jì)算雷諾準(zhǔn)數(shù)計(jì)算雷諾準(zhǔn)數(shù)ReRet t，按照算出的，按照算出的ReRet t的值，看是否在所假設(shè)的流型范圍內(nèi)的值，看是否在所假設(shè)的流型范圍內(nèi); ; （3 3）若是，若是，則原假設(shè)正確，求得的則原假設(shè)正確，求得的沉降速度沉降速度u ut t也也是正確的；是正確的； （4 4）若不是，需要重新假設(shè)若不是，需要重新假設(shè)，按照算出的，按照算出的ReRet t的值的值假設(shè)流型，并改用相應(yīng)的公式計(jì)算假設(shè)流型，并改用相應(yīng)的公式計(jì)算u ut t，直到計(jì)算結(jié)果，直到計(jì)算結(jié)果與假設(shè)相一致為止。與假設(shè)相一致為止。2022-6-20322 2、摩擦數(shù)群法：、摩擦數(shù)群法： 根據(jù)沉降速度根據(jù)沉

24、降速度u ut t的計(jì)算通式及雷諾準(zhǔn)數(shù)的公的計(jì)算通式及雷諾準(zhǔn)數(shù)的公式，可推得（式，可推得（P147P147推導(dǎo)）推導(dǎo)）：2323)(4Regdst這是一個(gè)無(wú)量綱的數(shù)群，稱為這是一個(gè)無(wú)量綱的數(shù)群，稱為摩擦數(shù)群。摩擦數(shù)群。 數(shù)群中不包含待求的量數(shù)群中不包含待求的量u ut t。由于阻力系數(shù)。由于阻力系數(shù) 本身本身是雷諾準(zhǔn)數(shù)是雷諾準(zhǔn)數(shù)ReRet t的函數(shù)，所以的函數(shù)，所以摩擦數(shù)群摩擦數(shù)群 ReRet t2 2也是也是雷諾雷諾準(zhǔn)數(shù)準(zhǔn)數(shù)ReRet t的函數(shù)。的函數(shù)。以以摩擦數(shù)群摩擦數(shù)群 ReRet t2 2對(duì)對(duì)雷諾準(zhǔn)數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù)ReRet t在在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上作圖，則可得下圖所示的曲線：雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上作圖，則

25、可得下圖所示的曲線：2022-6-2033P150 圖圖332022-6-20342022-6-2035用上圖求用上圖求u ut t的步驟：的步驟： （1 1）將已知各物理量的值代入摩擦數(shù)群）將已知各物理量的值代入摩擦數(shù)群 ReRet t2 2公式算出公式算出 ReRet t2 2的值；的值； （2 2）在上圖查出相應(yīng)的雷諾準(zhǔn)數(shù)）在上圖查出相應(yīng)的雷諾準(zhǔn)數(shù)ReRet t值；值； （3 3）根據(jù)雷諾準(zhǔn)數(shù)）根據(jù)雷諾準(zhǔn)數(shù)ReRet t的值及其定義式反算出的值及其定義式反算出沉降速度沉降速度u ut t：duttRe 2022-6-2036 如果要計(jì)算以某一沉降速度如果要計(jì)算以某一沉降速度u ut t沉

26、降的顆粒的直徑，沉降的顆粒的直徑，也可采用類似的方法解決而不必先知道也可采用類似的方法解決而不必先知道雷諾準(zhǔn)數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù)ReRet t的值，令的值，令 與與ReRet t1 1相乘，得：相乘，得：3213)(4Retstug ReRet t1 1也是雷諾準(zhǔn)數(shù)也是雷諾準(zhǔn)數(shù)ReRet t的函數(shù)，的函數(shù)， ReRet t1 1 ReRet t的關(guān)系曲線也在上圖中繪出，這樣就可以根的關(guān)系曲線也在上圖中繪出，這樣就可以根據(jù)據(jù)沉降速度沉降速度u ut t計(jì)算顆粒的直徑計(jì)算顆粒的直徑。2022-6-20373 3、無(wú)量綱數(shù)群、無(wú)量綱數(shù)群K K法（法（只限于球形顆粒只限于球形顆粒） 2323)(4Regdst

27、令令32)(.gdKs則得則得：3234ReKt2022-6-2038 （1 1）滯流區(qū)）滯流區(qū)18)(2gdust1818)(Re323Kgddustt在滯流區(qū)，在滯流區(qū)，ReRet t1,1,當(dāng)當(dāng)ReRet t=1=1時(shí)，時(shí)，K=2.62K=2.62 滯流區(qū)范圍滯流區(qū)范圍： K2.62K69.1K69.1（3 3）過(guò)渡區(qū)：）過(guò)渡區(qū)：K K值介于上述二者之間值介于上述二者之間, ,即：即： 過(guò)渡區(qū)范圍：過(guò)渡區(qū)范圍： 2.62K69.12.62K69.137 . 027. 0ReKt 2022-6-2040 所以，所以，對(duì)于球形顆粒，可先計(jì)算無(wú)量綱數(shù)群對(duì)于球形顆粒，可先計(jì)算無(wú)量綱數(shù)群K K的值

28、，然后可以判斷流型，從而選用相應(yīng)的沉的值，然后可以判斷流型，從而選用相應(yīng)的沉降速度計(jì)算公式計(jì)算降速度計(jì)算公式計(jì)算u ut t，而避免了試差法，也避，而避免了試差法，也避免了查圖帶來(lái)的讀數(shù)誤差。免了查圖帶來(lái)的讀數(shù)誤差。 2022-6-2041例例4 41 1（P151P151例例3 31 1） 試計(jì)算直徑為試計(jì)算直徑為9595 m m、密度、密度為為3000kg/m3000kg/m3 3固體顆粒分別在固體顆粒分別在2020C C的空氣和水中的的空氣和水中的自由沉降速度。自由沉降速度。 解解: d=95: d=951010-6 -6 m m， s s3000 kg/m3000 kg/m3 3 （1

29、 1）在在2020C C的空氣中的空氣中 2020C C的空氣的物性數(shù)據(jù)：的空氣的物性數(shù)據(jù)： 1.205 kg/m1.205 kg/m3 3， =1.81=1.811010-5-5Pa.sPa.s2022-6-2042 2.62K69.1 2.62K69.1 ，為過(guò)渡區(qū)，為過(guò)渡區(qū)603. 253. 427. 027. 0Re337 . 0Kt922. 3Re tsmdutt/620. 0205. 110951081. 1922. 3Re6553. 4)1081. 1 (81. 9)205. 13000(205. 11095)(25632gdKs2022-6-2043 （2 2）2020C C的

30、水中的水中2020C C的水的物性數(shù)據(jù)：的水的物性數(shù)據(jù)： 998.2kg/m998.2kg/m3 3， =1.005=1.0051010-3-3Pa.sPa.s55. 2)10005. 1 (81. 9) 2 .9983000(2 .9981095)(23632gdKs K2.62 K2.62 為滯流為滯流smgdust/10797. 910005. 11881. 9) 2 .9983000(109518)(33622022-6-2044或者或者 921. 018Re3Ktsmdutt/10763. 92 .998109510005. 1921. 0Re363 從上面的計(jì)算可以看出，同一顆粒在

31、不同介質(zhì)中從上面的計(jì)算可以看出，同一顆粒在不同介質(zhì)中沉降時(shí)，具有不同的沉降速度，且屬于不同的流型，沉降時(shí)，具有不同的沉降速度，且屬于不同的流型，所以，所以，沉降速度由顆粒的特性及流體特性綜合因素決沉降速度由顆粒的特性及流體特性綜合因素決定。定。2022-6-2045 4 42 22 2 重力沉降設(shè)備重力沉降設(shè)備 一、降塵室一、降塵室 借重力沉降從氣流中分離出塵粒的設(shè)備借重力沉降從氣流中分離出塵粒的設(shè)備稱為降塵室稱為降塵室。2022-6-2046動(dòng)畫(huà)2022-6-20472022-6-2048 含塵氣體中，因顆粒的密度含塵氣體中，因顆粒的密度 s s大于氣體的密度大于氣體的密度 ，所以顆粒在重力

32、作用下被分離。，所以顆粒在重力作用下被分離。 如上圖所示，含塵氣體進(jìn)入降塵室后，因流通如上圖所示，含塵氣體進(jìn)入降塵室后，因流通截面積擴(kuò)大而速度放慢，截面積擴(kuò)大而速度放慢，只要在氣體通過(guò)降塵室的只要在氣體通過(guò)降塵室的時(shí)間內(nèi)，顆粒能夠降至室底，顆粒便可以從氣流中時(shí)間內(nèi)，顆粒能夠降至室底，顆粒便可以從氣流中分離出來(lái)。分離出來(lái)。 2022-6-2049假設(shè)假設(shè) ： L L 降塵室的長(zhǎng)度，降塵室的長(zhǎng)度，m m； H H 降塵室的高度，降塵室的高度，m m； b b 降塵室的寬度，降塵室的寬度，m m； u u 氣體在降塵室內(nèi)的水平通過(guò)速度，氣體在降塵室內(nèi)的水平通過(guò)速度，m/sm/s； V Vs s 降塵

33、室的生產(chǎn)能力，即降塵室的生產(chǎn)能力，即操作條件操作條件下，含塵氣下，含塵氣體通過(guò)降塵室的體積流量，體通過(guò)降塵室的體積流量，m m3 3/s/s。2022-6-2050 位于降塵室最高點(diǎn)的顆粒降至室底所需要的時(shí)間：位于降塵室最高點(diǎn)的顆粒降至室底所需要的時(shí)間：ttuH氣體在降塵室內(nèi)的停留時(shí)間：氣體在降塵室內(nèi)的停留時(shí)間：uL 當(dāng)氣體在降塵室內(nèi)的停留時(shí)間等于或大于沉降當(dāng)氣體在降塵室內(nèi)的停留時(shí)間等于或大于沉降時(shí)間時(shí)，即時(shí)間時(shí)，即t t時(shí)，顆粒便可從氣流中分離出來(lái)時(shí)，顆粒便可從氣流中分離出來(lái)：tuHuLHbVAVusstsuHVLHb2022-6-2051tsbLuV 由此可見(jiàn)，理論上由此可見(jiàn)，理論上降塵室

34、的生產(chǎn)能力只與其沉降降塵室的生產(chǎn)能力只與其沉降面積（面積（LbLb）及顆粒的沉降速度有關(guān)，而與降塵室的高）及顆粒的沉降速度有關(guān)，而與降塵室的高度無(wú)關(guān)。度無(wú)關(guān)。 降塵室可以做成多層，即在降塵室內(nèi)均勻設(shè)置多降塵室可以做成多層，即在降塵室內(nèi)均勻設(shè)置多層水平隔板，構(gòu)成多層降塵室。層水平隔板，構(gòu)成多層降塵室。 參考書(shū)參考書(shū)P153 P153 圖圖3 35 5。動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà) 對(duì)于多層降塵室，對(duì)于多層降塵室，V Vs s (n+1)bLu (n+1)bLut t , n=H/h, n=H/h n n 隔板數(shù)；隔板數(shù)；h h 板間距，板間距，m m P153 例例322022-6-20522022-6-2053

35、二、沉降槽二、沉降槽 借重力沉降分離懸浮液的設(shè)備稱為沉降借重力沉降分離懸浮液的設(shè)備稱為沉降槽。懸浮液中的顆粒沉降過(guò)程多屬于干擾沉降。槽。懸浮液中的顆粒沉降過(guò)程多屬于干擾沉降。 P154 P154 自學(xué)。自學(xué)。2022-6-2054 三、重力沉降應(yīng)注意的問(wèn)題三、重力沉降應(yīng)注意的問(wèn)題 1 1、自由沉降與自由落體、自由沉降與自由落體 自由沉降自由沉降是指顆粒在沉降過(guò)程中不受流體中其它是指顆粒在沉降過(guò)程中不受流體中其它顆粒的干擾而進(jìn)行的沉降，但由于顆粒的干擾而進(jìn)行的沉降，但由于顆粒很小顆粒很小，所以所以不不能忽略流體對(duì)顆粒產(chǎn)生的阻力能忽略流體對(duì)顆粒產(chǎn)生的阻力；而；而自由落體自由落體是指是指密度密度較大

36、體積也較大的物體較大體積也較大的物體的沉降，流體對(duì)物體產(chǎn)生的阻的沉降，流體對(duì)物體產(chǎn)生的阻力與其本身的重力相比要小的多，所以力與其本身的重力相比要小的多，所以自由落體不考自由落體不考慮流體對(duì)物體產(chǎn)生的阻力慮流體對(duì)物體產(chǎn)生的阻力。 2022-6-2055 2 2、沉降速度、沉降速度u ut t是當(dāng)顆粒在流體中沉降所受到的是當(dāng)顆粒在流體中沉降所受到的重力與浮力及阻力的合力為零時(shí)，顆粒作勻速沉降運(yùn)重力與浮力及阻力的合力為零時(shí)，顆粒作勻速沉降運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度。其值動(dòng)時(shí)的速度。其值與流體及顆粒的密度、顆粒的直徑與流體及顆粒的密度、顆粒的直徑及流動(dòng)型態(tài)等因素有關(guān)，沉降速度是一個(gè)綜合特性及流動(dòng)型態(tài)等因素有關(guān)，沉降

37、速度是一個(gè)綜合特性。 3 3、用降塵室分離氣固相物系時(shí)，、用降塵室分離氣固相物系時(shí)，氣體在降塵室氣體在降塵室內(nèi)的速度不應(yīng)過(guò)高內(nèi)的速度不應(yīng)過(guò)高，一般，一般應(yīng)保證氣體流動(dòng)的雷諾準(zhǔn)數(shù)應(yīng)保證氣體流動(dòng)的雷諾準(zhǔn)數(shù)值處于滯流區(qū)內(nèi)值處于滯流區(qū)內(nèi)，以免干擾顆粒的沉降或把下沉下來(lái)，以免干擾顆粒的沉降或把下沉下來(lái)的顆粒重新?lián)P起。的顆粒重新?lián)P起。 2022-6-2056 總之，重力沉降，降塵室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，阻力小，總之，重力沉降，降塵室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，阻力小，但體積龐大，占地面積大，分離效率低，所以只但體積龐大，占地面積大，分離效率低，所以只適應(yīng)于分離顆粒粒度大于適應(yīng)于分離顆粒粒度大于5050 m m的顆粒。一般作為的顆粒。一

38、般作為預(yù)除塵預(yù)除塵使用。而多層降塵室雖然能分離較細(xì)小地使用。而多層降塵室雖然能分離較細(xì)小地顆粒，而且占地面積省，但是清灰比較麻煩。顆粒，而且占地面積省，但是清灰比較麻煩。2022-6-2057 43 離心沉降離心沉降 離心沉降：離心沉降：依靠慣性離心力的作用而實(shí)現(xiàn)的沉降依靠慣性離心力的作用而實(shí)現(xiàn)的沉降過(guò)程稱為離心沉降。過(guò)程稱為離心沉降。 4 43 31 1 離心沉降速度離心沉降速度 一、離心沉降速度一、離心沉降速度 顆粒作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，使其方向不斷改變的力顆粒作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，使其方向不斷改變的力稱為稱為向心力向心力F Fc c。顆粒的慣性卻使它脫離圓周軌道而。顆粒的慣性卻使它脫離圓周軌道而沿切線方

39、向飛出，這種慣性力就是沿切線方向飛出，這種慣性力就是離心力離心力F F。離心。離心力的作用方向是沿旋轉(zhuǎn)半徑從圓心指向外周。力的作用方向是沿旋轉(zhuǎn)半徑從圓心指向外周。2022-6-2058 對(duì)于一定質(zhì)量為對(duì)于一定質(zhì)量為m m的物體，其所受離心力的大小的物體，其所受離心力的大小隨所在位置及轉(zhuǎn)速而變化。在距轉(zhuǎn)軸的距離為隨所在位置及轉(zhuǎn)速而變化。在距轉(zhuǎn)軸的距離為R R，切，切向速度為向速度為u uT T的位置上，離心力的位置上，離心力F:F:rTmaRumF2 其中其中RuaTr2稱為稱為離心加速度，又稱慣性離心加速度，又稱慣性離心力場(chǎng)強(qiáng)度。離心力場(chǎng)強(qiáng)度。2022-6-2059 顯然，顯然，a ar r不

40、是常數(shù)，隨位置及切向速度而變化，不是常數(shù)，隨位置及切向速度而變化，其方向是沿旋轉(zhuǎn)半徑從圓心指向外周。而重力場(chǎng)強(qiáng)度其方向是沿旋轉(zhuǎn)半徑從圓心指向外周。而重力場(chǎng)強(qiáng)度即重力加速度即重力加速度g g是不變的，其方向指向地心。是不變的，其方向指向地心。 當(dāng)帶有顆粒的流體旋轉(zhuǎn)時(shí)，若當(dāng)帶有顆粒的流體旋轉(zhuǎn)時(shí)，若顆粒的密度顆粒的密度 s s大于大于流體的密度流體的密度 ，則由于離心力的作用使顆粒穿過(guò)運(yùn)動(dòng)中，則由于離心力的作用使顆粒穿過(guò)運(yùn)動(dòng)中的流體而飛出，亦即的流體而飛出，亦即顆粒顆粒由于離心力的作用，由于離心力的作用，在徑向在徑向上與流體產(chǎn)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)而遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)中心。上與流體產(chǎn)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)而遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)中心。2022

41、-6-2060 在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，顆粒受到三個(gè)力的作用：慣性在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，顆粒受到三個(gè)力的作用：慣性離心力離心力F F、向心力、向心力F Fc c（與重力場(chǎng)中的浮力相當(dāng)）及阻（與重力場(chǎng)中的浮力相當(dāng)）及阻力力F Fd d（與顆粒徑向運(yùn)動(dòng)方向相反，其方向沿半徑指（與顆粒徑向運(yùn)動(dòng)方向相反，其方向沿半徑指向旋轉(zhuǎn)中心）。向旋轉(zhuǎn)中心）。 當(dāng)當(dāng)三力達(dá)到平衡時(shí)，顆粒在徑向上相對(duì)于流體三力達(dá)到平衡時(shí)，顆粒在徑向上相對(duì)于流體的速度即為顆粒在此位置上的離心沉降速度，用的速度即為顆粒在此位置上的離心沉降速度，用u ur r表示。表示。RuduTsr2.3)(4（推導(dǎo)（推導(dǎo)157）離心沉降速度計(jì)算通式離心沉降速度計(jì)算通式2

42、022-6-2061 若顆粒與流體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)屬于滯流區(qū)，則若顆粒與流體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)屬于滯流區(qū)，則rrrduRe,Re24RuduTsr22.18)( 滯流時(shí)滯流時(shí)離心沉降速度計(jì)算式離心沉降速度計(jì)算式 2022-6-2062二、分離因數(shù)二、分離因數(shù) 重力沉降速度：重力沉降速度：gdust.3)(4離心沉降速度離心沉降速度：RuduTsr2.3)(42022-6-2063 在滯流區(qū)時(shí)：在滯流區(qū)時(shí)：RuduTsr22.18)(gdust.18)(2gRuuuKTtrc2 K Kc c是顆粒所在位置上的慣性離心力場(chǎng)強(qiáng)度與重力是顆粒所在位置上的慣性離心力場(chǎng)強(qiáng)度與重力場(chǎng)強(qiáng)度之比，稱為離心分離因數(shù)場(chǎng)強(qiáng)度之比，

43、稱為離心分離因數(shù)。 K Kc c是離心分離設(shè)備的重要指標(biāo)，表示在相同條件是離心分離設(shè)備的重要指標(biāo)，表示在相同條件下，離心沉降速度比重力沉降速度高出多少倍下，離心沉降速度比重力沉降速度高出多少倍, ,一般在一般在5 525002500之間。之間。2022-6-2064432 離心沉降設(shè)備離心沉降設(shè)備 一、旋風(fēng)分離器一、旋風(fēng)分離器 旋風(fēng)分離器是利用慣性離心力的作用從氣流旋風(fēng)分離器是利用慣性離心力的作用從氣流中分離出所含塵粒的設(shè)備中分離出所含塵粒的設(shè)備。 旋風(fēng)分離器在工業(yè)上應(yīng)用已有近百年的歷史，旋風(fēng)分離器在工業(yè)上應(yīng)用已有近百年的歷史，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、操作方便、分離效率具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、

44、操作方便、分離效率高等特點(diǎn)，目前仍是工業(yè)上常用的分離和除塵設(shè)高等特點(diǎn)，目前仍是工業(yè)上常用的分離和除塵設(shè)備。備。2022-6-2065 1 1、基本結(jié)構(gòu)：、基本結(jié)構(gòu)：見(jiàn)右見(jiàn)右圖。它是一種最簡(jiǎn)單的圖。它是一種最簡(jiǎn)單的旋風(fēng)分離器，旋風(fēng)分離器，主要由進(jìn)主要由進(jìn)氣管、上圓筒、下部的氣管、上圓筒、下部的圓錐筒、中央升氣管組圓錐筒、中央升氣管組成。成。2022-6-20662022-6-2067 2 2、操作原理：、操作原理：含塵氣體從進(jìn)氣管含塵氣體從進(jìn)氣管沿沿切向切向進(jìn)入，受圓筒壁的約束旋轉(zhuǎn)，做進(jìn)入，受圓筒壁的約束旋轉(zhuǎn)，做向下的螺旋運(yùn)動(dòng)，氣體中的粉塵隨氣體向下的螺旋運(yùn)動(dòng)，氣體中的粉塵隨氣體旋轉(zhuǎn)向下，同時(shí)在

45、離心力的作用下向器旋轉(zhuǎn)向下，同時(shí)在離心力的作用下向器壁移動(dòng)，沿器壁落下，沿錐底排入灰斗；壁移動(dòng)，沿器壁落下，沿錐底排入灰斗；氣體旋轉(zhuǎn)向下到達(dá)圓錐底部附近時(shí)，轉(zhuǎn)氣體旋轉(zhuǎn)向下到達(dá)圓錐底部附近時(shí)，轉(zhuǎn)入入中央升氣管而旋轉(zhuǎn)向上中央升氣管而旋轉(zhuǎn)向上，最后從頂部，最后從頂部排出。排出。 通常，將下行的螺旋形氣流稱為通常，將下行的螺旋形氣流稱為外外旋流，旋流，上行的螺旋形氣流稱為上行的螺旋形氣流稱為內(nèi)旋流。內(nèi)旋流。內(nèi)、外旋流的旋轉(zhuǎn)方向相同。內(nèi)、外旋流的旋轉(zhuǎn)方向相同。外旋流的外旋流的上部是主要除塵區(qū)。上部是主要除塵區(qū)。動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)2022-6-2068 二、旋液分離器二、旋液分離器 旋液分離器用于從液體中分離出固體

46、顆旋液分離器用于從液體中分離出固體顆粒，其結(jié)構(gòu)和操作原理與旋風(fēng)分離器類似。粒，其結(jié)構(gòu)和操作原理與旋風(fēng)分離器類似。 P166 P166 圖圖3 313132022-6-206944 過(guò)濾過(guò)濾 過(guò)濾是分離懸浮液最普遍、最有效的單元過(guò)濾是分離懸浮液最普遍、最有效的單元操作之一。通過(guò)過(guò)濾操作可獲得清凈的液體或固操作之一。通過(guò)過(guò)濾操作可獲得清凈的液體或固相產(chǎn)品。相產(chǎn)品。 與沉降分離相比，過(guò)濾操作可使懸浮液的分與沉降分離相比，過(guò)濾操作可使懸浮液的分離更迅速更徹底。離更迅速更徹底。有時(shí)過(guò)濾是沉降的后繼操作，有時(shí)過(guò)濾是沉降的后繼操作，過(guò)濾也屬于機(jī)械分離操作。過(guò)濾也屬于機(jī)械分離操作。2022-6-2070441

47、 過(guò)濾操作的基本概念過(guò)濾操作的基本概念 一、一、 過(guò)濾概念過(guò)濾概念 過(guò)濾是指在外力作用下，利用可以讓液體通過(guò)濾是指在外力作用下，利用可以讓液體通過(guò)而不能讓固體通過(guò)的多孔介質(zhì)，將懸浮液中的過(guò)而不能讓固體通過(guò)的多孔介質(zhì)，將懸浮液中的固體顆粒分離出來(lái)的單元操作。固體顆粒分離出來(lái)的單元操作。 1 1、濾漿濾漿：所處理的原始懸浮液稱為濾漿或料漿；：所處理的原始懸浮液稱為濾漿或料漿；2 2、濾液濾液：通過(guò)多孔介質(zhì)的液體；：通過(guò)多孔介質(zhì)的液體；3 3、濾餅濾餅：被截留在多孔介質(zhì)上的固體物質(zhì)；：被截留在多孔介質(zhì)上的固體物質(zhì)；2022-6-2071 4、過(guò)濾介質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)：所用的可以讓液體通過(guò)而不能讓固：所用的可

48、以讓液體通過(guò)而不能讓固體通過(guò)的多孔介質(zhì)。體通過(guò)的多孔介質(zhì)。 過(guò)濾過(guò)程中所選用的過(guò)濾介質(zhì)應(yīng)依不同的情況有過(guò)濾過(guò)程中所選用的過(guò)濾介質(zhì)應(yīng)依不同的情況有所不同。但對(duì)其所不同。但對(duì)其基本的要求是具有適宜的孔徑、過(guò)濾基本的要求是具有適宜的孔徑、過(guò)濾阻力小阻力小，同時(shí)因過(guò)濾介質(zhì)是濾餅的支承物，應(yīng)，同時(shí)因過(guò)濾介質(zhì)是濾餅的支承物，應(yīng)具有足具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕性夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕性。 工業(yè)上工業(yè)上常用的過(guò)濾介質(zhì)是棉麻或合成纖維的絲織常用的過(guò)濾介質(zhì)是棉麻或合成纖維的絲織物或金屬絲織成的金屬網(wǎng)，常稱為濾布。物或金屬絲織成的金屬網(wǎng)，常稱為濾布。2022-6-2072 動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà) 過(guò)濾操作過(guò)濾操作2022-6-20

49、73 二、過(guò)濾目的二、過(guò)濾目的: : 從懸浮液中分離出固體顆粒，從從懸浮液中分離出固體顆粒，從而獲得清凈的液體或固相產(chǎn)品而獲得清凈的液體或固相產(chǎn)品。 三、過(guò)濾原理：三、過(guò)濾原理：在外力的作用下，懸浮液中的液在外力的作用下，懸浮液中的液體通過(guò)多孔介質(zhì)的孔道，而固體顆粒被截留下來(lái)，體通過(guò)多孔介質(zhì)的孔道，而固體顆粒被截留下來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)固、液分離。從而實(shí)現(xiàn)固、液分離。 四、過(guò)濾推動(dòng)力四、過(guò)濾推動(dòng)力 為克服流體在過(guò)濾過(guò)程中通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)和濾餅為克服流體在過(guò)濾過(guò)程中通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)和濾餅層的阻力，必須施加層的阻力，必須施加外力，可以是重力、離心力或外力，可以是重力、離心力或壓強(qiáng)差，稱為過(guò)濾推動(dòng)力壓強(qiáng)差，稱為過(guò)濾

50、推動(dòng)力。由于流體所受的重力較。由于流體所受的重力較小，所以一般重力過(guò)濾用于過(guò)濾阻力較小的場(chǎng)合。小，所以一般重力過(guò)濾用于過(guò)濾阻力較小的場(chǎng)合?；どa(chǎn)上常用壓差作推動(dòng)力，壓差有可調(diào)性化工生產(chǎn)上常用壓差作推動(dòng)力，壓差有可調(diào)性。2022-6-2074 五、過(guò)濾方式五、過(guò)濾方式 工業(yè)上的過(guò)濾方式基本上有兩種：濾餅過(guò)濾和深工業(yè)上的過(guò)濾方式基本上有兩種：濾餅過(guò)濾和深層過(guò)濾。層過(guò)濾。 1 1、濾餅過(guò)濾濾餅過(guò)濾：又稱餅層過(guò)濾。：又稱餅層過(guò)濾。顆粒的尺寸大多顆粒的尺寸大多都比過(guò)濾介質(zhì)的孔道的直徑大，都比過(guò)濾介質(zhì)的孔道的直徑大，固體物質(zhì)積聚于介質(zhì)固體物質(zhì)積聚于介質(zhì)表面，形成濾餅層，濾液穿過(guò)濾餅層中的空隙流動(dòng)。表面，

51、形成濾餅層，濾液穿過(guò)濾餅層中的空隙流動(dòng)。所以又稱表面過(guò)濾。所以又稱表面過(guò)濾。動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)2022-6-2075 過(guò)濾開(kāi)始時(shí)，尺寸過(guò)濾開(kāi)始時(shí)，尺寸比介質(zhì)直徑小的顆粒比介質(zhì)直徑小的顆粒會(huì)進(jìn)入介質(zhì)孔道之內(nèi)，會(huì)進(jìn)入介質(zhì)孔道之內(nèi)，隨液體進(jìn)入濾液，使隨液體進(jìn)入濾液，使濾液渾濁，但是顆粒濾液渾濁，但是顆粒會(huì)在孔道內(nèi)迅速地發(fā)會(huì)在孔道內(nèi)迅速地發(fā)生生“架橋架橋”現(xiàn)象現(xiàn)象，使，使小于孔道直徑的細(xì)小小于孔道直徑的細(xì)小顆粒也能被攔截。顆粒也能被攔截。2022-6-2076“架橋架橋”現(xiàn)象如圖現(xiàn)象如圖 懸浮液懸浮液濾液濾液架橋現(xiàn)象架橋現(xiàn)象2022-6-2077 只有當(dāng)濾餅形成后，濾液才會(huì)變清，然后過(guò)只有當(dāng)濾餅形成后，濾液才會(huì)

52、變清，然后過(guò)濾才能有效地形成。濾才能有效地形成。在濾餅過(guò)濾中，真正發(fā)揮截在濾餅過(guò)濾中，真正發(fā)揮截?cái)r顆粒作用的是濾餅層而不是過(guò)濾介質(zhì)攔顆粒作用的是濾餅層而不是過(guò)濾介質(zhì)。 濾餅過(guò)濾適用于處理固體顆粒物含量比較大濾餅過(guò)濾適用于處理固體顆粒物含量比較大的懸浮液（固相體積的懸浮液（固相體積 1 1）。化工生產(chǎn)中的過(guò)濾?；どa(chǎn)中的過(guò)濾多屬于這一種。多屬于這一種。 2022-6-2078 2 2、深層過(guò)濾深層過(guò)濾：又稱深床過(guò)濾。：又稱深床過(guò)濾。顆粒的尺寸比顆粒的尺寸比介質(zhì)的孔道的直徑小的多介質(zhì)的孔道的直徑小的多，但，但介質(zhì)的孔道彎曲細(xì)介質(zhì)的孔道彎曲細(xì)長(zhǎng)長(zhǎng)，顆粒進(jìn)入到介質(zhì)的孔道后很容易被截住，更，顆粒進(jìn)入到

53、介質(zhì)的孔道后很容易被截住，更由于流體流過(guò)時(shí)所引起的擠壓與沖撞作用，顆粒由于流體流過(guò)時(shí)所引起的擠壓與沖撞作用，顆粒緊附在孔道的壁面上（下圖），緊附在孔道的壁面上（下圖），固體顆粒不形成固體顆粒不形成濾餅，過(guò)濾在介質(zhì)內(nèi)部進(jìn)行。濾餅，過(guò)濾在介質(zhì)內(nèi)部進(jìn)行。這種過(guò)濾稱為深層這種過(guò)濾稱為深層過(guò)濾。過(guò)濾。2022-6-2079 深層過(guò)濾適用于生產(chǎn)能力大，而懸浮液中顆粒深層過(guò)濾適用于生產(chǎn)能力大，而懸浮液中顆粒小，含量低（固相含量小，含量低（固相含量0.1%0.1%）的懸浮液）的懸浮液，如自來(lái)，如自來(lái)水廠飲水的凈化及合成纖維紡絲液中除去極細(xì)的固水廠飲水的凈化及合成纖維紡絲液中除去極細(xì)的固體物質(zhì)等均屬于這種過(guò)濾。

54、體物質(zhì)等均屬于這種過(guò)濾。深層過(guò)濾深層過(guò)濾2022-6-2080 六、濾餅六、濾餅 濾餅是由濾漿中被截留下來(lái)的固體顆粒形成的濾餅是由濾漿中被截留下來(lái)的固體顆粒形成的固定床層固定床層，隨著過(guò)濾操作的進(jìn)行，濾餅的厚度會(huì)逐隨著過(guò)濾操作的進(jìn)行，濾餅的厚度會(huì)逐漸增厚，過(guò)濾阻力也會(huì)隨之增大漸增厚，過(guò)濾阻力也會(huì)隨之增大。分為可壓縮性濾。分為可壓縮性濾餅與不可壓縮性濾餅。餅與不可壓縮性濾餅。 1 1、可壓縮性濾餅：可壓縮性濾餅：當(dāng)濾餅兩側(cè)的壓差增大時(shí)，當(dāng)濾餅兩側(cè)的壓差增大時(shí)，顆粒的形狀和顆粒間的空隙都有明顯的變化，顆粒的形狀和顆粒間的空隙都有明顯的變化，單位單位厚度濾餅的流體阻力隨壓差的加大而增大厚度濾餅的流體

55、阻力隨壓差的加大而增大。這種濾。這種濾餅稱為可壓縮性濾餅。餅稱為可壓縮性濾餅。 2022-6-2081 2 2、不可壓縮性濾餅：不可壓縮性濾餅：當(dāng)濾餅兩側(cè)的壓差增當(dāng)濾餅兩側(cè)的壓差增大時(shí)，顆粒的形狀和顆粒間的空隙不發(fā)生明顯的大時(shí)，顆粒的形狀和顆粒間的空隙不發(fā)生明顯的變化，變化，單位厚度濾餅的流體阻力可視作恒定的單位厚度濾餅的流體阻力可視作恒定的。這種濾餅稱為不可壓縮性濾餅。這種濾餅稱為不可壓縮性濾餅。2022-6-2082七、助濾劑七、助濾劑 目的：目的：防止過(guò)濾介質(zhì)孔道堵塞，或降低可壓縮防止過(guò)濾介質(zhì)孔道堵塞，或降低可壓縮性濾餅的過(guò)濾阻力。性濾餅的過(guò)濾阻力。 助濾劑是一種堅(jiān)硬的粉狀或纖維狀的固體

56、，能助濾劑是一種堅(jiān)硬的粉狀或纖維狀的固體，能形成疏松結(jié)構(gòu)。形成疏松結(jié)構(gòu)。 要求：要求：作助濾劑的物質(zhì)應(yīng)能較好地懸浮于料液作助濾劑的物質(zhì)應(yīng)能較好地懸浮于料液中，且顆粒大小合適中，且顆粒大小合適；助濾劑中還不應(yīng)含有可溶于；助濾劑中還不應(yīng)含有可溶于濾液的物質(zhì)，以免污染濾液。常用于作助濾劑的物濾液的物質(zhì)，以免污染濾液。常用于作助濾劑的物質(zhì)有硅藻土、珍珠巖粉、碳粉和石棉粉等。質(zhì)有硅藻土、珍珠巖粉、碳粉和石棉粉等。 注意：注意：當(dāng)濾餅是產(chǎn)品時(shí)不能使用助濾劑。當(dāng)濾餅是產(chǎn)品時(shí)不能使用助濾劑。2022-6-2083 442 恒壓過(guò)濾計(jì)算恒壓過(guò)濾計(jì)算一、恒壓過(guò)濾方程式恒壓過(guò)濾方程式 1 1、恒壓過(guò)濾：過(guò)濾操作是在恒定的壓強(qiáng)差下進(jìn)行。恒壓過(guò)濾：過(guò)濾操作是在恒定的壓強(qiáng)差下進(jìn)行。 恒壓過(guò)濾是最常見(jiàn)的過(guò)濾方式，連續(xù)過(guò)濾機(jī)上恒壓過(guò)濾是最常見(jiàn)的過(guò)濾方式，連續(xù)過(guò)濾機(jī)上進(jìn)行的過(guò)濾都是恒壓過(guò)濾，間歇過(guò)濾機(jī)上進(jìn)行的過(guò)進(jìn)行的過(guò)濾都是恒壓過(guò)濾，間歇過(guò)濾機(jī)上進(jìn)行的過(guò)濾也多數(shù)為恒壓過(guò)濾。濾也多數(shù)為恒壓過(guò)濾。 恒壓過(guò)濾時(shí)，濾餅不斷變厚，致使過(guò)濾阻力逐恒壓過(guò)濾時(shí)，濾餅不斷變厚，致使過(guò)濾阻力逐漸增加，但推動(dòng)力（壓差）恒定不變，所以過(guò)濾速漸增加，但推動(dòng)力（壓差）恒定不變，所以過(guò)濾速率逐漸變小。率逐漸變小。2022-6-2084 2、過(guò)濾速率過(guò)濾速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)所獲得的濾液體積，單位時(shí)間內(nèi)所獲得的濾液體積，稱為過(guò)濾速率，稱為過(guò)濾速率，用