第三章：沉降与过滤
(本章,本质上讲,属于流体流动过程,从方法或手段上讲,属于非均相分离过程,下册讲的蒸馏、吸收、萃取等单元操作都是均相分离过程 )。
1、相：体系中具有相同组成，相同物理性质和相同化学性质的均匀物质。
相与相之间有明确的界面。
2、均相：凡物系内部各处物理料质均匀而不存在相界面者，称为均相混合物或均相物系。溶液及混合气都是均相混合物。
3、非均相：凡物系内部有隔开两相的界面存在，而界面两侧的物料性质截然不同者，称为非均相混合物或非均相物系。
非均相 非均相物系里，处于分散状态的物质称为分散物质（或分散相），包围着分散物质而处于连续状态的流体，称为分散介质（或连续相）。 如,浮悬液中的固体颗粒，称为分散物质，液体是分散介质。
4、非均相物系的分离：通过机械方法分离非均相物系的单元操作 。具体点讲机械方法,沉降和过滤。
概 述概 述化工生产中常遇到的混合物可分为两大类,
第一类是均相物系 — 如混合气体,溶液；
特征：物系内各处性质相同,无分界面 。 须用吸收,蒸馏等方法分离 。
第二类是非均相体系 —
液态非均相物系：固体颗粒与液体构成的悬浮液；不互溶液体构成的乳浊液；
气态非均相物系：固体颗粒 （ 或液体雾滴 ） 与气体构成的含尘气体 （ 或含雾气体 ） ；气泡与液体所组成的泡沫液等 。
特征：物系内有相间的界面,界面两侧的物性截然不同 。
（ 1） 分散相：往往是液滴,雾滴,气泡,固体颗粒 。
（ 2） 连续相：连续相若为气体,则为气相非均相物系 。
连续相若为液体，则为液相非均相物系混合物均相气态 空气、天然气液态 乙醇 — 水、石油非均相气 — 固烟道气气泡 — 液体气 — 液 雾滴 — 气体液 — 固 泥水、硫铵 +母液液 — 液 牛奶、油 — 水固 — 固 煤矸石、金属矿概 述化工生产中常遇到的混合物可分为两大类,
1、回收分散物质，如从母液中分离出晶粒；如从催化反应器出来的气体中，往往带有催化剂颗粒，必须把这些有价值的颗粒回收利用。
2、净制分散介质，如除去含尘气体中的尘粒；合成氨生产，半水煤气中含有、灰尘等杂质，为了防止合成触媒中毒，必须将这些杂质一一去除，以保证触媒的活性。
3、劳动保护和环境卫生等；对三废：废气、废液、废渣的处理，
地球由于被污染加剧,环保越来越受到人们的重视。综上所述,非均相物系分离的目的是 除害收益。
总之：以满足工艺要求，提高产品质量，改善劳动条件，保护环境，节约能源及提高经济效益。
概 述非均相物系分离的目的,
1） 重力沉降：微粒借本身的重力在介质中沉降而获得分离 。
2） 离心分离：利用微粒所受离心力的作用将其从介质中分离 。
亦称离心沉降 。 此法适用于较细的微粒悬浮体系 。
3） 过滤：使悬浮体系通过过滤介质,将微粒截留在过滤介质上而获得分离 。
4） 湿法净制：使气相中含有的微粒与水充分接触而将微粒除去 。
5） 电除尘：使悬浮在气相中的微粒在高压电场内沉降 。
概 述常用分离方法,
流体以一定的速度绕过静止颗粒时,或者固体颗粒在静止流体中移动时,流体对颗粒的作用力 —— 阻力 Fd
2
2u
AF d
A— 颗粒在运动方向上的投影,?dp2
u— 相对运动速度
— 阻力系数,?=?（ Re） =?（ dpu?/?） （ 实验测定 ）
层流区,Re?2,?=24/Re ──Stokes 区过渡区,Re=2— 500,──Allen 区湍流区,Re=500--2?105,?≌ 0.44 ──Newton 区
Re10
概 述颗粒和流体相对运动时所受到的阻力,
重力沉降球形颗粒的自由沉降,
自由沉降 ──对于单一颗粒在流体中的沉降或者颗粒群充分地分散、颗粒间互不影响，不致引起相互碰撞的沉降过程。
1．加速阶段 ——
沉降开始时，颗粒初速度为零，
颗粒受重力和浮力的作用，合力不为零，
产生加速度。
2．匀速阶段 ——
随着速度加快，阻力增加，当合力为零时，颗粒将发生匀速运动，匀速阶段中颗粒相对于流体的运动速度称为沉降速度 ut,
重力沉降球形颗粒的自由沉降,
重力：
浮力：
阻力：
gdF ppg 36?
gdF pb 36?
24
22 udF
pd
整理后得,24 3)( udgdtdu
ppp
p
在 du/dt=0,u=ut
'3
)(4 gdu pp
t
由牛顿第二定理 F=ma
Fg-Fb-Fd=mdu/dt
Fb
Fd
Fg
重力沉降球形颗粒的自由沉降,
'3
)(4 gdu pp
t
=?（ Re）,将不同的?带入 ut,可得各种流动状态下的 ut的计算式：
18
)(2 gdu pp
t
p
p
t d
gu 3122
225
)(4
pp
t
dgu )(3
层流区,Re?2，
过渡区,Re=2— 500，
湍流区,Re=500--2?105，
可见,ut=f（ dp,?p,?）,dp,?p↑,ut↑
↑,ut↓（ 层流区，过渡区）
重力沉降球形颗粒的自由沉降,
适合范围：光滑的球形颗粒。
影响沉降速度 ut的因素：
1〉颗粒形状，偏离球形约大，阻力越大；通过沉降速度用沉降速度计算公式来求出当量球径 ;
2〉颗粒浓度不太高 <0.2%，假设自由沉降 <1%.
3〉壁面效应，沉降速度较自由沉降速度小；
4〉分子运动,d<2~3μm
5〉 液滴和气泡的变形
6〉其它，如颗粒?p不均匀。
重力沉降气体降尘设备,
用于分离大颗粒尘
L
H
W
ut
uVs
在降尘室中，颗粒停留时间 =L/u
沉降时间 =H/ut
分离条件 —— L/u≥H/ut
由于尘粒中，颗粒粒径不相同，故定义一种粒子，其停留时间 =沉降时间，
即可以 100%除去的最小粒径 —— 临界粒径 dpc
HW
Vu s
LW
Vu s
t
与临界粒径 dpc相对应的 临界沉降速度 （又称表面负荷 qo）
当尘粒沉降速度处于层流区时，
LW
Vu s
tc?
LW
V
gd
s
p
pc )(
18
表明,1、大于 dpc的尘粒能 100%除去； 2．降尘室的处理能力只取决于降尘室的底面积，与高度 H无关。
重力沉降悬浮液的沉聚过程,
D
沉聚区变浓度区等浓度区清液区悬浮液的沉聚过程；属重力沉降，在沉降槽中进行。固体颗粒在液体中的沉降过程，
大多属于干扰沉降。比固体颗粒在气体中自由沉降阻力大。随着沉聚过程的进行，
Ａ，Ｄ两区逐渐扩大，Ｂ区这时逐渐缩小至消失。在沉降开始后的一段时间内，Ａ，
Ｂ两区之间的界面以等速向下移动，直至Ｂ区消失时与Ｃ区的上界面重合为止。此阶段中ＡＢ界面向下移动的速度即为该浓度悬浮液中颗粒的表观沉降速度。表观沉降速度不同于颗粒的沉降速度，因为它是颗粒相对于器壁的速度，而不是颗粒相对于流体的速度。
等浓度Ｂ区消失后，Ａ
Ｃ界面以逐渐变小的速度下降，直至Ｃ区消失，
此时在清液区与沉聚区之间形成一层清晰的界面，即达到,临界沉降点,,此后便属于沉聚区的压紧过程。Ｄ区又称为压紧区，压紧过程所需时间往往占沉聚过程的绝大部分。
重力沉降悬浮液的沉聚过程,
7
料浆底流
6
溢流
21
3
4
5
底口(排 料)
间歇式连续式
1-进 料槽道 ;2 -转 动机构 ;3 -料 井 ;4 -溢 流槽;5- 溢流管 ;6 -叶 片 ;7 -转 耙
(1) 间歇式；需处理的悬浮液料浆送入槽内，静置足够时间后，即由上部抽出清液而由底口排出稠厚的沉渣。
(2) 连续式：（沉降槽的直径几米至几百米）。底流：排出的稠浆称为底流。
悬浮液的沉降 连续沉降离心沉降离心分离因数：
依靠离心力的作用，使流体中颗粒产生沉降运动 —— 称离心沉降。
重力使小颗粒的沉降速度小，但离心力比重力大千、万倍。
悬浮液旋转轴角速度?
圆筒旋转时角速度? =2?N/60 N—转数 /min
忽略重力时，离心力 Fc = ma= mr? 2≌ mrN 2/100
可见,N↑,Fc↑
离心分离因数 Kc= r?2/g ≌ rN 2/900
离心分离因数 Kc是表示离心力大小的指标，
离心设备分离性能的基本参数。
离心沉降离心沉降速度,
当颗粒在离心场中沉降时，径向上所受的力：
离心力浮力（指向中心）
阻力（指向中心）
在三力达到平衡时，离心力－浮力－阻力 =0
离心沉降速度
rdF ppc 36?
向心力236 rdF pf?
)(24 2 ddrdF pd?
2
3
)(4?
r
d
d
dru pp
r
离心沉降离心沉降速度,
离心沉降速度重力沉降速度与重力沉降速度公式相比，只是将 g换成 r?2。
不同的是：在一定的条件下重力沉降速度 ut是定值，而离心沉降速度 ur随径向位置的不同而变化。
一般而言，离心沉降用于小颗粒。小颗粒所受的阻力处于层流区，即
=24/Re，
可见，在层流区离心沉降速度 ur与 r成正比，在离心沉降过程中,ur随 r增大而增大。分离因数 Kc:同一颗粒在同种介质中的离心沉降速度与重力沉降速度的比值。 分因数是离心设备的重要指标
23 )(4 rdddru ppr
'3
)(4 gdu pp
t
ctt
pp
r Kug
rurd
d
dru 222
18
)(
trc u
uK?
离心沉降旋风分离器,
构造与操作临界粒径 —— 指能 100%分离除去的最小颗粒粒径。
推导临界粒径时的三个假设条件下：
（ 1）进气严格作螺旋形等速运动，有效旋转圈数 n=5,切向速度等于进口速度 ui；
（ 2）颗粒向壁沉降，必须穿约厚为 b的气流层，方能到达壁面；（ b为入口之宽度）
（ 3）颗粒的沉降运动服从 stokes定律。
ib
pc un
bd
)(3
离心沉降旋风分离器,
压力损失
局部阻力摩擦阻力
2
2
iup
HLd
Dbh
2
30?
（ 1）旋风分离器的尺寸都是 D的倍数，所以?为常数，与 D无关。只要进口气速 ui相同，不管多大的旋风分离器，其?p都相同。
（ 2）小型分离器的 b小,dpc小，所以工业上，用若干个小型分离器组来代替一个大的分离器，可提高分离效率。
（ 3）旋风分离器的压力损失一般为 1~2 kPa。
过滤过滤 ─ ─ 是以某种多孔物质为介质来处理悬浮液的操作：
在外力的作用下，悬浮液中的液体通过介质的孔道而固体颗粒被截留下来，从而实现固、液分离。
滤浆滤饼,滤渣过滤介质滤液
p1
p2
过滤方式,
（ 1）深层过滤 —— 又称澄清过滤。条件：悬浮液含颗粒小，而含量少（液体中颗粒的体积?0.1%）时，可用床层较厚的过滤介质进行过滤。由于 dp?
介质孔隙直径，当悬浮颗粒进入床层年细长而弯曲的孔道时，靠静电及分子力的作用而附在孔道壁上，过滤介质床层上面没有滤饼形成。
（ 2）滤饼过滤条件,dp?介质孔隙直径，床层上形成滤饼； dp?介质孔隙直径，但床层内有,架桥现象,；在滤饼层没有完全形成之前，部分颗粒会随滤液一起流走。在滤饼层形成成为有效的过滤介质后，得到澄清液。适用于颗粒含量较多（液体中颗粒的体积?0.1%）时架桥现象 过滤示意图过滤过滤介质,
作用 —— 使液体通过而截留固体颗粒。选择 —— 根据液体的性质（酸、
碱性），颗粒含量及粒度，操作 p,T,介质机械强度等
（ 1）织布介质 —— 棉、麻、丝、毛制的滤布，金属丝网滤布；可截留
5~65?m的颗粒。
（ 2）堆积的粒状介质 —— 砂、木炭等，用于深层过滤，
（ 3）多孔性介质 —— 陶瓷、塑料、金属等粉末烧结成型的多孔性板状、
管状介质，可截留 1~3?m的微细颗粒。
助滤剂,
使用前提 —— 颗粒细，容易堵死过滤介质的孔隙；所形成的滤饼在压差的作用下，孔隙变小，阻力增大，使过滤困难。
作用 —— 将某种质地坚硬的另一种固体混入悬浮液或予涂于过滤介质上，
以形成疏松饼层，使滤液畅流。这种固体称助滤剂。
常用助滤剂 —— 硅藻土，珍珠岩，石棉，炭粉等；添加量为颗粒量的 0.5%
以下。
过滤固体量、滤液量与滤渣量的关系,
固体量为 1（质量），密度?p 湿滤渣为 C（ 质量），密度?c
湿滤渣中含液量为 C-1（ 质量），密度?
湿滤渣体积 =固体体积 +液体体积
X—单位质量悬浮液中所含固体质量； CX—单位质量悬浮液可得滤渣量；
1-CX—单位质量悬浮液可得滤液量；
单位体积滤液相对应的固体质量：
11 CC
pc
/)1( CX
X
过滤过滤基本方程,描述滤液量随时间的变化关系,
过滤速率（ dV/d?）,单位时间内滤过的滤液体积,[m3/s] ；
过滤速度（ dV/Ad?）,单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积,[m/s]。
过滤操作的特点 —— 随过滤操作的进行，滤饼厚度 ↑,阻力 ↑ 。
恒压过滤：若维持过滤在一定的压差下操作，则过滤速率必定不断下降；
恒速过滤：若要保持一定的滤速，则必须增加压差，以克服过滤阻力；
一般情况下，间歇操作的过滤机，先恒压、恒速或先恒速后恒压下操作；
连续操作的过滤机，都在恒压下操作。
介质阻力滤饼阻力介质滤饼过滤阻力过滤推动力过滤速率
mc pp
Δ P- -过 滤压强差
Δ P C
Δ P m
示意图和,mc ppp
过滤
1．滤饼层阻力,
滤液流过滤饼孔道流速较小，属层流，所以应用哈根 -泊谡叶方程，
由于滤饼层中孔道的平均长度 l∝ 滤饼厚度 L,∝ 单位面积上滤饼质量?V/A； 设毛细孔平均直径 d,对一定性质的滤饼应是定值，归入常数项。对不可压缩滤饼可写成：
2
2
/3232 dl
p
l
pdu cc
AVr
p
Ad
dV c
/
滤饼阻力,Rc=rV/A
指获得 V体积滤液所形成单位面积上干滤饼质量为?V/A时的滤饼阻力。 r—— 滤饼的比阻,[m/kg] ； 表示单位过滤面积的干滤饼质量为 1kg/m2时的阻力。
3
22 )1(5
ar
过滤
2．介质阻力,Rm=rVe/A,
过滤介质阻力看成获得当量体积 Ve的滤液所形成的滤饼层阻力。
3．过程总阻力,R=Rc+Rm=r（ V+Ve） /A
过滤速率
AVVr
p
Ad
dV
e /)(?
)(
2
eVVr
pA
d
dV
或必须积分才能找出 V~?关系。
恒压过滤
1．滤液体积与过滤时间的关系（ V~?）
0
2
0 )( dr
pAdVVVV
e
r pAVVV e
22
2
过滤恒压过滤,
令,K=2?p/r qe=Ve/A q=V/A
则,q2+2qqe=K?
过滤常数 K,qe由实验测定
2．过滤常数 K,qe的测定由于各种悬浮液的性质、浓度不同，
其过滤常数亦不同。须由实验测定。改写上述方程，
表明，在恒压条件下,?/q与 q之间有线性关系，斜率为 1/K,截距为 2qe/K。
注意：因为 K=2?p/r,与悬浮液性质、温度及压差有关，因此只有在相同的实验条件与生产条件下，才能使用实验测定的 K,qe值。
V+Ve V
V+Ve V
Ve
O/
O
e
+?e?+?e
B
eqKqKq
21 的关系图与恒压过滤时?V
板框过滤机板框过滤机板框过滤机三足式离心机袋滤器团球塔除尘器文丘里除尘器转筒真空过滤机加压叶滤机过滤实验
(本章,本质上讲,属于流体流动过程,从方法或手段上讲,属于非均相分离过程,下册讲的蒸馏、吸收、萃取等单元操作都是均相分离过程 )。
1、相：体系中具有相同组成，相同物理性质和相同化学性质的均匀物质。
相与相之间有明确的界面。
2、均相：凡物系内部各处物理料质均匀而不存在相界面者，称为均相混合物或均相物系。溶液及混合气都是均相混合物。
3、非均相：凡物系内部有隔开两相的界面存在，而界面两侧的物料性质截然不同者，称为非均相混合物或非均相物系。
非均相 非均相物系里，处于分散状态的物质称为分散物质（或分散相），包围着分散物质而处于连续状态的流体，称为分散介质（或连续相）。 如,浮悬液中的固体颗粒，称为分散物质，液体是分散介质。
4、非均相物系的分离：通过机械方法分离非均相物系的单元操作 。具体点讲机械方法,沉降和过滤。
概 述概 述化工生产中常遇到的混合物可分为两大类,
第一类是均相物系 — 如混合气体,溶液；
特征：物系内各处性质相同,无分界面 。 须用吸收,蒸馏等方法分离 。
第二类是非均相体系 —
液态非均相物系：固体颗粒与液体构成的悬浮液；不互溶液体构成的乳浊液；
气态非均相物系：固体颗粒 （ 或液体雾滴 ） 与气体构成的含尘气体 （ 或含雾气体 ） ；气泡与液体所组成的泡沫液等 。
特征：物系内有相间的界面,界面两侧的物性截然不同 。
（ 1） 分散相：往往是液滴,雾滴,气泡,固体颗粒 。
（ 2） 连续相：连续相若为气体,则为气相非均相物系 。
连续相若为液体，则为液相非均相物系混合物均相气态 空气、天然气液态 乙醇 — 水、石油非均相气 — 固烟道气气泡 — 液体气 — 液 雾滴 — 气体液 — 固 泥水、硫铵 +母液液 — 液 牛奶、油 — 水固 — 固 煤矸石、金属矿概 述化工生产中常遇到的混合物可分为两大类,
1、回收分散物质，如从母液中分离出晶粒；如从催化反应器出来的气体中，往往带有催化剂颗粒，必须把这些有价值的颗粒回收利用。
2、净制分散介质，如除去含尘气体中的尘粒；合成氨生产，半水煤气中含有、灰尘等杂质，为了防止合成触媒中毒，必须将这些杂质一一去除，以保证触媒的活性。
3、劳动保护和环境卫生等；对三废：废气、废液、废渣的处理，
地球由于被污染加剧,环保越来越受到人们的重视。综上所述,非均相物系分离的目的是 除害收益。
总之：以满足工艺要求，提高产品质量，改善劳动条件，保护环境，节约能源及提高经济效益。
概 述非均相物系分离的目的,
1） 重力沉降：微粒借本身的重力在介质中沉降而获得分离 。
2） 离心分离：利用微粒所受离心力的作用将其从介质中分离 。
亦称离心沉降 。 此法适用于较细的微粒悬浮体系 。
3） 过滤：使悬浮体系通过过滤介质,将微粒截留在过滤介质上而获得分离 。
4） 湿法净制：使气相中含有的微粒与水充分接触而将微粒除去 。
5） 电除尘：使悬浮在气相中的微粒在高压电场内沉降 。
概 述常用分离方法,
流体以一定的速度绕过静止颗粒时,或者固体颗粒在静止流体中移动时,流体对颗粒的作用力 —— 阻力 Fd
2
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A— 颗粒在运动方向上的投影,?dp2
u— 相对运动速度
— 阻力系数,?=?（ Re） =?（ dpu?/?） （ 实验测定 ）
层流区,Re?2,?=24/Re ──Stokes 区过渡区,Re=2— 500,──Allen 区湍流区,Re=500--2?105,?≌ 0.44 ──Newton 区
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概 述颗粒和流体相对运动时所受到的阻力,
重力沉降球形颗粒的自由沉降,
自由沉降 ──对于单一颗粒在流体中的沉降或者颗粒群充分地分散、颗粒间互不影响，不致引起相互碰撞的沉降过程。
1．加速阶段 ——
沉降开始时，颗粒初速度为零，
颗粒受重力和浮力的作用，合力不为零，
产生加速度。
2．匀速阶段 ——
随着速度加快，阻力增加，当合力为零时，颗粒将发生匀速运动，匀速阶段中颗粒相对于流体的运动速度称为沉降速度 ut,
重力沉降球形颗粒的自由沉降,
重力：
浮力：
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整理后得,24 3)( udgdtdu
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重力沉降球形颗粒的自由沉降,
'3
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=?（ Re）,将不同的?带入 ut,可得各种流动状态下的 ut的计算式：
18
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层流区,Re?2，
过渡区,Re=2— 500，
湍流区,Re=500--2?105，
可见,ut=f（ dp,?p,?）,dp,?p↑,ut↑
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重力沉降球形颗粒的自由沉降,
适合范围：光滑的球形颗粒。
影响沉降速度 ut的因素：
1〉颗粒形状，偏离球形约大，阻力越大；通过沉降速度用沉降速度计算公式来求出当量球径 ;
2〉颗粒浓度不太高 <0.2%，假设自由沉降 <1%.
3〉壁面效应，沉降速度较自由沉降速度小；
4〉分子运动,d<2~3μm
5〉 液滴和气泡的变形
6〉其它，如颗粒?p不均匀。
重力沉降气体降尘设备,
用于分离大颗粒尘
L
H
W
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在降尘室中，颗粒停留时间 =L/u
沉降时间 =H/ut
分离条件 —— L/u≥H/ut
由于尘粒中，颗粒粒径不相同，故定义一种粒子，其停留时间 =沉降时间，
即可以 100%除去的最小粒径 —— 临界粒径 dpc
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与临界粒径 dpc相对应的 临界沉降速度 （又称表面负荷 qo）
当尘粒沉降速度处于层流区时，
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表明,1、大于 dpc的尘粒能 100%除去； 2．降尘室的处理能力只取决于降尘室的底面积，与高度 H无关。
重力沉降悬浮液的沉聚过程,
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沉聚区变浓度区等浓度区清液区悬浮液的沉聚过程；属重力沉降，在沉降槽中进行。固体颗粒在液体中的沉降过程，
大多属于干扰沉降。比固体颗粒在气体中自由沉降阻力大。随着沉聚过程的进行，
Ａ，Ｄ两区逐渐扩大，Ｂ区这时逐渐缩小至消失。在沉降开始后的一段时间内，Ａ，
Ｂ两区之间的界面以等速向下移动，直至Ｂ区消失时与Ｃ区的上界面重合为止。此阶段中ＡＢ界面向下移动的速度即为该浓度悬浮液中颗粒的表观沉降速度。表观沉降速度不同于颗粒的沉降速度，因为它是颗粒相对于器壁的速度，而不是颗粒相对于流体的速度。
等浓度Ｂ区消失后，Ａ
Ｃ界面以逐渐变小的速度下降，直至Ｃ区消失，
此时在清液区与沉聚区之间形成一层清晰的界面，即达到,临界沉降点,,此后便属于沉聚区的压紧过程。Ｄ区又称为压紧区，压紧过程所需时间往往占沉聚过程的绝大部分。
重力沉降悬浮液的沉聚过程,
7
料浆底流
6
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21
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间歇式连续式
1-进 料槽道 ;2 -转 动机构 ;3 -料 井 ;4 -溢 流槽;5- 溢流管 ;6 -叶 片 ;7 -转 耙
(1) 间歇式；需处理的悬浮液料浆送入槽内，静置足够时间后，即由上部抽出清液而由底口排出稠厚的沉渣。
(2) 连续式：（沉降槽的直径几米至几百米）。底流：排出的稠浆称为底流。
悬浮液的沉降 连续沉降离心沉降离心分离因数：
依靠离心力的作用，使流体中颗粒产生沉降运动 —— 称离心沉降。
重力使小颗粒的沉降速度小，但离心力比重力大千、万倍。
悬浮液旋转轴角速度?
圆筒旋转时角速度? =2?N/60 N—转数 /min
忽略重力时，离心力 Fc = ma= mr? 2≌ mrN 2/100
可见,N↑,Fc↑
离心分离因数 Kc= r?2/g ≌ rN 2/900
离心分离因数 Kc是表示离心力大小的指标，
离心设备分离性能的基本参数。
离心沉降离心沉降速度,
当颗粒在离心场中沉降时，径向上所受的力：
离心力浮力（指向中心）
阻力（指向中心）
在三力达到平衡时，离心力－浮力－阻力 =0
离心沉降速度
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向心力236 rdF pf?
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离心沉降离心沉降速度,
离心沉降速度重力沉降速度与重力沉降速度公式相比，只是将 g换成 r?2。
不同的是：在一定的条件下重力沉降速度 ut是定值，而离心沉降速度 ur随径向位置的不同而变化。
一般而言，离心沉降用于小颗粒。小颗粒所受的阻力处于层流区，即
=24/Re，
可见，在层流区离心沉降速度 ur与 r成正比，在离心沉降过程中,ur随 r增大而增大。分离因数 Kc:同一颗粒在同种介质中的离心沉降速度与重力沉降速度的比值。 分因数是离心设备的重要指标
23 )(4 rdddru ppr
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)(4 gdu pp
t
ctt
pp
r Kug
rurd
d
dru 222
18
)(
trc u
uK?
离心沉降旋风分离器,
构造与操作临界粒径 —— 指能 100%分离除去的最小颗粒粒径。
推导临界粒径时的三个假设条件下：
（ 1）进气严格作螺旋形等速运动，有效旋转圈数 n=5,切向速度等于进口速度 ui；
（ 2）颗粒向壁沉降，必须穿约厚为 b的气流层，方能到达壁面；（ b为入口之宽度）
（ 3）颗粒的沉降运动服从 stokes定律。
ib
pc un
bd
)(3
离心沉降旋风分离器,
压力损失
局部阻力摩擦阻力
2
2
iup
HLd
Dbh
2
30?
（ 1）旋风分离器的尺寸都是 D的倍数，所以?为常数，与 D无关。只要进口气速 ui相同，不管多大的旋风分离器，其?p都相同。
（ 2）小型分离器的 b小,dpc小，所以工业上，用若干个小型分离器组来代替一个大的分离器，可提高分离效率。
（ 3）旋风分离器的压力损失一般为 1~2 kPa。
过滤过滤 ─ ─ 是以某种多孔物质为介质来处理悬浮液的操作：
在外力的作用下，悬浮液中的液体通过介质的孔道而固体颗粒被截留下来，从而实现固、液分离。
滤浆滤饼,滤渣过滤介质滤液
p1
p2
过滤方式,
（ 1）深层过滤 —— 又称澄清过滤。条件：悬浮液含颗粒小，而含量少（液体中颗粒的体积?0.1%）时，可用床层较厚的过滤介质进行过滤。由于 dp?
介质孔隙直径，当悬浮颗粒进入床层年细长而弯曲的孔道时，靠静电及分子力的作用而附在孔道壁上，过滤介质床层上面没有滤饼形成。
（ 2）滤饼过滤条件,dp?介质孔隙直径，床层上形成滤饼； dp?介质孔隙直径，但床层内有,架桥现象,；在滤饼层没有完全形成之前，部分颗粒会随滤液一起流走。在滤饼层形成成为有效的过滤介质后，得到澄清液。适用于颗粒含量较多（液体中颗粒的体积?0.1%）时架桥现象 过滤示意图过滤过滤介质,
作用 —— 使液体通过而截留固体颗粒。选择 —— 根据液体的性质（酸、
碱性），颗粒含量及粒度，操作 p,T,介质机械强度等
（ 1）织布介质 —— 棉、麻、丝、毛制的滤布，金属丝网滤布；可截留
5~65?m的颗粒。
（ 2）堆积的粒状介质 —— 砂、木炭等，用于深层过滤，
（ 3）多孔性介质 —— 陶瓷、塑料、金属等粉末烧结成型的多孔性板状、
管状介质，可截留 1~3?m的微细颗粒。
助滤剂,
使用前提 —— 颗粒细，容易堵死过滤介质的孔隙；所形成的滤饼在压差的作用下，孔隙变小，阻力增大，使过滤困难。
作用 —— 将某种质地坚硬的另一种固体混入悬浮液或予涂于过滤介质上，
以形成疏松饼层，使滤液畅流。这种固体称助滤剂。
常用助滤剂 —— 硅藻土，珍珠岩，石棉，炭粉等；添加量为颗粒量的 0.5%
以下。
过滤固体量、滤液量与滤渣量的关系,
固体量为 1（质量），密度?p 湿滤渣为 C（ 质量），密度?c
湿滤渣中含液量为 C-1（ 质量），密度?
湿滤渣体积 =固体体积 +液体体积
X—单位质量悬浮液中所含固体质量； CX—单位质量悬浮液可得滤渣量；
1-CX—单位质量悬浮液可得滤液量；
单位体积滤液相对应的固体质量：
11 CC
pc
/)1( CX
X
过滤过滤基本方程,描述滤液量随时间的变化关系,
过滤速率（ dV/d?）,单位时间内滤过的滤液体积,[m3/s] ；
过滤速度（ dV/Ad?）,单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积,[m/s]。
过滤操作的特点 —— 随过滤操作的进行，滤饼厚度 ↑,阻力 ↑ 。
恒压过滤：若维持过滤在一定的压差下操作，则过滤速率必定不断下降；
恒速过滤：若要保持一定的滤速，则必须增加压差，以克服过滤阻力；
一般情况下，间歇操作的过滤机，先恒压、恒速或先恒速后恒压下操作；
连续操作的过滤机，都在恒压下操作。
介质阻力滤饼阻力介质滤饼过滤阻力过滤推动力过滤速率
mc pp
Δ P- -过 滤压强差
Δ P C
Δ P m
示意图和,mc ppp
过滤
1．滤饼层阻力,
滤液流过滤饼孔道流速较小，属层流，所以应用哈根 -泊谡叶方程，
由于滤饼层中孔道的平均长度 l∝ 滤饼厚度 L,∝ 单位面积上滤饼质量?V/A； 设毛细孔平均直径 d,对一定性质的滤饼应是定值，归入常数项。对不可压缩滤饼可写成：
2
2
/3232 dl
p
l
pdu cc
AVr
p
Ad
dV c
/
滤饼阻力,Rc=rV/A
指获得 V体积滤液所形成单位面积上干滤饼质量为?V/A时的滤饼阻力。 r—— 滤饼的比阻,[m/kg] ； 表示单位过滤面积的干滤饼质量为 1kg/m2时的阻力。
3
22 )1(5
ar
过滤
2．介质阻力,Rm=rVe/A,
过滤介质阻力看成获得当量体积 Ve的滤液所形成的滤饼层阻力。
3．过程总阻力,R=Rc+Rm=r（ V+Ve） /A
过滤速率
AVVr
p
Ad
dV
e /)(?
)(
2
eVVr
pA
d
dV
或必须积分才能找出 V~?关系。
恒压过滤
1．滤液体积与过滤时间的关系（ V~?）
0
2
0 )( dr
pAdVVVV
e
r pAVVV e
22
2
过滤恒压过滤,
令,K=2?p/r qe=Ve/A q=V/A
则,q2+2qqe=K?
过滤常数 K,qe由实验测定
2．过滤常数 K,qe的测定由于各种悬浮液的性质、浓度不同，
其过滤常数亦不同。须由实验测定。改写上述方程，
表明，在恒压条件下,?/q与 q之间有线性关系，斜率为 1/K,截距为 2qe/K。
注意：因为 K=2?p/r,与悬浮液性质、温度及压差有关，因此只有在相同的实验条件与生产条件下，才能使用实验测定的 K,qe值。
V+Ve V
V+Ve V
Ve
O/
O
e
+?e?+?e
B
eqKqKq
21 的关系图与恒压过滤时?V
板框过滤机板框过滤机板框过滤机三足式离心机袋滤器团球塔除尘器文丘里除尘器转筒真空过滤机加压叶滤机过滤实验
