第三章、沉降与过滤
第一节、概述
一、非均相物系的分离
1、非均相物系
2、分散物质（分散相）
3、分散介质（连续相）
4、分散的目的,回收物质、净化物质、环保的需要。
5、常用分离方法,重力沉降、离心沉降、过滤。
二、颗粒与流体相对运动所受阻力
1、相对运动速度不同，流体对颗粒阻力不一样。
2、阻力计算
2
2uAF
d
??? ??
ξ,无因次
阻力系数
第三章、沉降与过滤
计算式 3-3 3-4 3-5
第三章、沉降与过滤
第二节、重力沉降
一、沉降速度
1、球形颗粒的自由沉降
单个颗粒或颗粒群分散较好而不相互影响（不接触、
碰撞）的沉降。
2、沉降速度的计算
颗粒受重力（ 3-6）、浮力（ 3-7）、阻力（ 3-8）作用
第三章、沉降与过滤
第一阶段：加速运动。加速运动时速度不断增加，
阻力不断增大,du/dτ 不断降低，当
du/dτ =0时，进入第二阶段。
第二阶段：匀速阶段。颗粒的运动速度 ut称 沉降速度
或终端速度。
?沉降速度：
??
??
3
)(4 ?? pp
t
gdu
第三章、沉降与过滤
?对球形颗粒：
层流区,Re<2 斯托克斯定律
过渡区,2<Re<500 3-13
紊流区,500<Re<2*105 3-14
??? 18/)(2 ?? ppt gdu
3、影响沉降速度的其他因素
?颗粒形状
?壁效应
?干扰沉降
第三章、沉降与过滤
4、降尘室
?类型：水平流动型；上升流动型
?沉降原理
?颗粒分离条件：
停留时间 >沉降时间 L/u>H/ut
第三章、沉降与过滤
?临界粒径 dpc：重力沉降室能 100%除去的最小粒径。
?临界沉降速度：临界粒径颗粒的沉降速度 utc
第三章、沉降与过滤
?沉降速度小（斯托克斯区）：
临界粒径 3-17
?应用 举例, 例 3-2 wL
V
gd
s
p
pc ??? )(
18
??
?
第三章、沉降与过滤
第三章、沉降与过滤
5、悬浮液的沉聚
?增稠器
?絮凝剂
第三章、沉降与过滤
第三节、离心沉降
一、离心分离因素
颗粒所受离心
力与重力之比 Kc，表
示离心力大小指标。
900
22 rN
mg
m rwK
c ??
—— 3-19
第三章、沉降与过滤
二、离心沉降速度
1、定义,颗粒在径向上相对流体的运动速度。
2、计算公式
3、处于斯托克斯区时,
2
3
)(4 ?
??
??
? r
d
d
dr pp ??
3-20 3-20
ctt
pp Ku
g
rurd
d
dr ???? 22
18
)( ??
?
??
?
—— 3-21
第三章、沉降与过滤
三、旋风分离器
1、构造与操作原理
2、临界粒径 3-25
3、压力损失 3-26
3-27
4、应用举例,例 3-3
第三章、沉降与过滤
第三章、沉降与过滤
四、旋液分离器
1、构造与操作原理
2、作用：
?使液体增稠；
?颗粒分级
第三章、沉降与过滤
五、沉降式离心机
1、管式离心机
?工作原理
?沉降时间
?停留时间
?悬浮液处理量
第三章、沉降与过滤
第三章、沉降与过滤
对应 dp粒径悬浮液处理量：
对应 dpc（临界粒经）粒径悬浮液处理量：
2、碟式离心机
3、螺旋式离心机
第三章、沉降与过滤
第四节、过滤
一、悬浮液的过滤
1、基本概念
?过滤
?滤浆或料浆：悬浮液
?过虑介质
?滤饼（滤渣）
?滤液
2、两种过滤方式
?深层过滤：
含义,悬浮液中颗粒少，含量
少，用较厚粒状床层做过滤介
质。
特点,静电及分子力作用附着
在孔道壁上；床层上没有滤饼
形成。
第三章、沉降与过滤
?滤饼过滤：
含义、液体通过过滤介质而颗粒沉积在过滤介质表
面上、有滤饼形成。
特点：颗粒“架桥现象”；悬浮液中颗粒含量多。
第三章、沉降与过滤
3、过滤介质
?织物介质：棉、麻、丝
?堆积的粒状介质：砂、木炭、砾石
?多孔性介质：陶瓷、塑料
4、助滤剂
?作用：增加过滤空隙。
?种类：硅藻土、珍珠岩、石棉、炭粉。
?用法,a、先配置悬浮液； b、直接加入助滤剂
第三章、沉降与过滤
5、固体量、滤液量与滤渣量的关系
?参数表
项目 质量 密度
固体 1 ρ p
湿滤渣 c ρ c
湿滤渣含液量 c-1 ρ
第三章、沉降与过滤
?体积关系
?w的计算 kg（干渣） /m3（滤液）
w：单位体积滤液相对应的固体质量，（ kg/m3滤液）
X：单位质量悬浮液所含固体质量，（ kg干渣 /kg滤液）
CX：单位质量悬浮液中的湿滤渣质量
1-CX：单位质量悬浮液所得到的滤液质量
???
11 ??? CC
pc
?/)1( CX
Xw
??
应用 举例,例 3-5
第三章、沉降与过滤
二、过滤速率基本方程式
1、过滤速率,单位时间滤过的滤液体积。 M3/s
2、过滤速度,单位过滤面积的过滤速率。 M/s
3、速率方程
?过滤速度 =过滤推动力 /过滤阻力
?过滤推动力,ΔP=ΔPc+ΔPm
?过滤阻力：滤饼阻力 +过滤介质阻力
第三章、沉降与过滤
第三章、沉降与过滤
?层流过滤：由哈根 — 泊素叶方程得
3-35
?过滤速度与两侧压差 Δ Pc成正比，与滤饼厚度、粘度
成反比。
?过滤推动力,Δ P=Δ Pc+Δ Pm
?过滤阻力：滤饼阻力 +过滤介质阻力 =Rc+Rm
=rμω(V+Ve)/A
速率方程,3-38
Awvr
P
Ad
dv c
/??
??
AVVr
P
Ad
dV
e /)( ?
??
???
)(
2
eVVr
PA
d
dV
?
??
???
第三章、沉降与过滤
三、恒压过滤（举例）
1、恒压过滤时 v与 τ
的关系
2、恒压过滤方程
Δ P为常数，一定
的悬浮液和过滤介
质 μ, r,w,ve均
为常数。
第三章、沉降与过滤
V2+2vve=kA2τ
Q2+2qqe=kτ 恒压过滤方程
第三章、沉降与过滤
3、常数测定
改写：
与 q具有线性关系，可实验测得，作图求 k,qe
eqkqkq
21 ???
q
?
四、过滤设备
1、板框压滤机
第三章、沉降与过滤
第三章、沉降与过滤
第三章、沉降与过滤
2、转筒真空过滤机
?生产能力：过滤机单位时间获得的滤液量 Q。
?浸液率
φ=转筒浸液面积 /转筒总面积 =浸液角度 /3600
?有效过滤时间：
?Q的计算
NkAQ ??
N/?? ?
)( 2 ee qNkqANQ ??? ?
若忽略 qe
第三章、沉降与过滤
第一节、概述
一、非均相物系的分离
1、非均相物系
2、分散物质（分散相）
3、分散介质（连续相）
4、分散的目的,回收物质、净化物质、环保的需要。
5、常用分离方法,重力沉降、离心沉降、过滤。
二、颗粒与流体相对运动所受阻力
1、相对运动速度不同，流体对颗粒阻力不一样。
2、阻力计算
2
2uAF
d
??? ??
ξ,无因次
阻力系数
第三章、沉降与过滤
计算式 3-3 3-4 3-5
第三章、沉降与过滤
第二节、重力沉降
一、沉降速度
1、球形颗粒的自由沉降
单个颗粒或颗粒群分散较好而不相互影响（不接触、
碰撞）的沉降。
2、沉降速度的计算
颗粒受重力（ 3-6）、浮力（ 3-7）、阻力（ 3-8）作用
第三章、沉降与过滤
第一阶段：加速运动。加速运动时速度不断增加，
阻力不断增大,du/dτ 不断降低，当
du/dτ =0时，进入第二阶段。
第二阶段：匀速阶段。颗粒的运动速度 ut称 沉降速度
或终端速度。
?沉降速度：
??
??
3
)(4 ?? pp
t
gdu
第三章、沉降与过滤
?对球形颗粒：
层流区,Re<2 斯托克斯定律
过渡区,2<Re<500 3-13
紊流区,500<Re<2*105 3-14
??? 18/)(2 ?? ppt gdu
3、影响沉降速度的其他因素
?颗粒形状
?壁效应
?干扰沉降
第三章、沉降与过滤
4、降尘室
?类型：水平流动型；上升流动型
?沉降原理
?颗粒分离条件：
停留时间 >沉降时间 L/u>H/ut
第三章、沉降与过滤
?临界粒径 dpc：重力沉降室能 100%除去的最小粒径。
?临界沉降速度：临界粒径颗粒的沉降速度 utc
第三章、沉降与过滤
?沉降速度小（斯托克斯区）：
临界粒径 3-17
?应用 举例, 例 3-2 wL
V
gd
s
p
pc ??? )(
18
??
?
第三章、沉降与过滤
第三章、沉降与过滤
5、悬浮液的沉聚
?增稠器
?絮凝剂
第三章、沉降与过滤
第三节、离心沉降
一、离心分离因素
颗粒所受离心
力与重力之比 Kc，表
示离心力大小指标。
900
22 rN
mg
m rwK
c ??
—— 3-19
第三章、沉降与过滤
二、离心沉降速度
1、定义,颗粒在径向上相对流体的运动速度。
2、计算公式
3、处于斯托克斯区时,
2
3
)(4 ?
??
??
? r
d
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3-20 3-20
ctt
pp Ku
g
rurd
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18
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?
—— 3-21
第三章、沉降与过滤
三、旋风分离器
1、构造与操作原理
2、临界粒径 3-25
3、压力损失 3-26
3-27
4、应用举例,例 3-3
第三章、沉降与过滤
第三章、沉降与过滤
四、旋液分离器
1、构造与操作原理
2、作用：
?使液体增稠；
?颗粒分级
第三章、沉降与过滤
五、沉降式离心机
1、管式离心机
?工作原理
?沉降时间
?停留时间
?悬浮液处理量
第三章、沉降与过滤
第三章、沉降与过滤
对应 dp粒径悬浮液处理量：
对应 dpc（临界粒经）粒径悬浮液处理量：
2、碟式离心机
3、螺旋式离心机
第三章、沉降与过滤
第四节、过滤
一、悬浮液的过滤
1、基本概念
?过滤
?滤浆或料浆：悬浮液
?过虑介质
?滤饼（滤渣）
?滤液
2、两种过滤方式
?深层过滤：
含义,悬浮液中颗粒少，含量
少，用较厚粒状床层做过滤介
质。
特点,静电及分子力作用附着
在孔道壁上；床层上没有滤饼
形成。
第三章、沉降与过滤
?滤饼过滤：
含义、液体通过过滤介质而颗粒沉积在过滤介质表
面上、有滤饼形成。
特点：颗粒“架桥现象”；悬浮液中颗粒含量多。
第三章、沉降与过滤
3、过滤介质
?织物介质：棉、麻、丝
?堆积的粒状介质：砂、木炭、砾石
?多孔性介质：陶瓷、塑料
4、助滤剂
?作用：增加过滤空隙。
?种类：硅藻土、珍珠岩、石棉、炭粉。
?用法,a、先配置悬浮液； b、直接加入助滤剂
第三章、沉降与过滤
5、固体量、滤液量与滤渣量的关系
?参数表
项目 质量 密度
固体 1 ρ p
湿滤渣 c ρ c
湿滤渣含液量 c-1 ρ
第三章、沉降与过滤
?体积关系
?w的计算 kg（干渣） /m3（滤液）
w：单位体积滤液相对应的固体质量，（ kg/m3滤液）
X：单位质量悬浮液所含固体质量，（ kg干渣 /kg滤液）
CX：单位质量悬浮液中的湿滤渣质量
1-CX：单位质量悬浮液所得到的滤液质量
???
11 ??? CC
pc
?/)1( CX
Xw
??
应用 举例,例 3-5
第三章、沉降与过滤
二、过滤速率基本方程式
1、过滤速率,单位时间滤过的滤液体积。 M3/s
2、过滤速度,单位过滤面积的过滤速率。 M/s
3、速率方程
?过滤速度 =过滤推动力 /过滤阻力
?过滤推动力,ΔP=ΔPc+ΔPm
?过滤阻力：滤饼阻力 +过滤介质阻力
第三章、沉降与过滤
第三章、沉降与过滤
?层流过滤：由哈根 — 泊素叶方程得
3-35
?过滤速度与两侧压差 Δ Pc成正比，与滤饼厚度、粘度
成反比。
?过滤推动力,Δ P=Δ Pc+Δ Pm
?过滤阻力：滤饼阻力 +过滤介质阻力 =Rc+Rm
=rμω(V+Ve)/A
速率方程,3-38
Awvr
P
Ad
dv c
/??
??
AVVr
P
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??
???
)(
2
eVVr
PA
d
dV
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???
第三章、沉降与过滤
三、恒压过滤（举例）
1、恒压过滤时 v与 τ
的关系
2、恒压过滤方程
Δ P为常数，一定
的悬浮液和过滤介
质 μ, r,w,ve均
为常数。
第三章、沉降与过滤
V2+2vve=kA2τ
Q2+2qqe=kτ 恒压过滤方程
第三章、沉降与过滤
3、常数测定
改写：
与 q具有线性关系，可实验测得，作图求 k,qe
eqkqkq
21 ???
q
?
四、过滤设备
1、板框压滤机
第三章、沉降与过滤
第三章、沉降与过滤
第三章、沉降与过滤
2、转筒真空过滤机
?生产能力：过滤机单位时间获得的滤液量 Q。
?浸液率
φ=转筒浸液面积 /转筒总面积 =浸液角度 /3600
?有效过滤时间：
?Q的计算
NkAQ ??
N/?? ?
)( 2 ee qNkqANQ ??? ?
若忽略 qe
第三章、沉降与过滤
