流体与粒子间的相对运动
概述
?流体与固体粒子相对运动的操作包括沉降、
过滤以及固体流态化等基本单元操作。
几个概念
?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。
?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。
?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。
化工生产中常遇到的混合物可分为两大类
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
非均相物系分离的目的
?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。
?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。
?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。
常用分离方法
?重力沉降,微粒借本身的重力在介质中沉降而获得
分离。
?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。
?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。
?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。
?电除尘,使悬浮在气相中的微粒在高压电场内沉降。
电除尘
颗粒和流体相对运动时所受到的阻力
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??
?固体壁面对流体流动产生阻力。流体与固体
颗粒相对运动时流体对颗粒产生作用力 — 曳
力。
?固体颗粒静止，流体对其作绕流；流体静止，
颗粒作沉降运动；两者都运动但保持一定的
相对速度。但就流体对颗粒的作用力来说，
仅仅是相对运动而已，上述三者之间并无本
质区别。
沉降
沉降与沉降方式
?将混合物置于某个力场的作用下，利用不同
物质的密度差异、使之发生相对运动而分离
的过程，称为沉降。
?沉降有两种方式,一个叫做自由沉降 ;一个叫
做干扰沉降。
?自由沉降，是指任一固体颗粒在沉降过程中不
受到流体中其他粒子影响的操作 ;
?干扰沉降则是指一个粒子的运动要受到其他粒
子影响的操作。实际生产中的沉降操作几乎全
部都是于扰沉降。
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。
?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。
?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,
重力沉降的沉降速度
3
6gsF d g
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2
2
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整理后得,23
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du/dt=0，
u=ut 4 ( )3 st dgu ???????
由牛顿第二定理 F=ma
Fg-Fb-Fd=mdu/dt
Fb
Fd
Fg
浮力：
阻力：
重力：
阻力系数
?实践证明，阻力系数是颗粒运动雷诺准数的
函数，阻力系数与雷诺数的关系因雷诺数的
大小而异。 24Re 1
Re
1 8, 5
Re 1 0 0 0
Re
Re 0, 4 4
?
?
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p
pp
p
5
斯 托 克 斯 定 律 区 ＝
阿 伦 定 律 区 1 ＝
牛 顿 定 律 区 2 1 0
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2
2
0.6
18
1.74
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s
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斯 托 克 斯 定 律 式 ＝
阿 伦 定 律 式 ＝ 0.27
牛 顿 定 律 式 ＝
?经验表明，由于化工生产中所处理的微粒一
般都很小，颗粒相对流体的沉降运动多数在
斯托克斯定律区。因此，在计算时。一般是
首先按照斯托克斯公式计算其沉降速度 ·然后
验证其 Re是否小于 1。如果不是，便再设另
一个区域。利用该区域的沉降速度计算式算
出其沉降速度，并再一次进行验算。如此等
等，直至算出的 Re数符合所假设的条件为止。
降尘室
?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
L
H
W
ut
uVs
HW
Vu s??
LW
Vu s
t ??
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
增稠器
?又称连续式沉降器，它通常是一个底部微带有锥形
的圆槽，悬浮液连续地从上方中央的进料口进人到
液面以下。然后在整个截面上散开，固体粒子逐渐
向底部沉降，清液经上部的溢出口流出，呈稠浆状
的浓稠沉渣由缓慢转动的齿耙带动，聚集到底部的
中央，经卸出口由泵排出。颗粒在增稠器内的沉降
过程大致可以分为两个阶段,在槽的上部分，颗粒
的浓度很小，可以认为是自由沉降，槽的下部随着
颠粒浓度的逐渐增加，颖粒作干扰沉降，沉降速度
越来越慢。
?增稠器具有澄清液体和增稠悬浮液的双重功
能。为了获得澄清的液体，应当使容器内液
体向上流动的速度小于颗粒的沉降速度。
?增稠器的优点是结构简单，操作连续，处理
量大，沉淀物的浓度均匀。缺点是设备比较
庞大，占地面积大，分离效率不高等。它一
般用来分离固体粒子浓度低，而处理量大的
悬浮液。
悬浮液的沉聚过程
?属重力沉降，在沉降槽中进行
D
沉聚区
变浓度区
等浓度区
清液区
离心沉降
?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 ?离心分离因数 Kc=r?
2/g
离心分离因数表示离心
力大小的指标，离心设
备分离性能的基本参数
?科学研究证明,当流体带动着球形固体粒子
围绕某一中心轴作圆周运动时、粒子在运动
的径向方向上将受到三个力的作用。
在三力达到平衡时，离心力－浮力－阻力 =0
向心力离心力
阻 力
离心沉降速度
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旋风分离器
?临界粒径 —— 指能 100%分离除去的最小颗
粒粒径。
?颗粒的沉降运动服从 stokes定律。
3
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b
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nu
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?
?
进气严格作螺旋形等速运动，有效旋转圈数 n，切向
速度等于进口速度 ui； b为入口之宽度
?旋风分离器的结构简单，没有运动部件,操
作不受温度和压力的限制，分离效率可以高
达 70％－ 90％，可以分离出小到 5um的粒子。
其缺点是气体在器内的流动阻力较大，对器
壁的磨损比较严重，对气体流量的变化比较
敏感等。
卧式进动卸料离心机
?活塞推料离心机主要适用于颗粒较大、并能很快脱
水或失去流动性的悬浮液。它的优点是由于利用卸
料器卸料，只是在贴近滤网处的固体颗粒遭到破损，
滤饼层颗粒的破碎程度比刮刀卸料离心机要小得多。
另外，它的自动控制比较简单，功率消耗也比较均
匀。是一种应用较广的离心分离设备。
?缺点主要是对悬浮液的浓度变化很敏感，例如当料
液太稀时，滤渣来不及生成，料液便直接流出转鼓，
并冲走部分已形成的滤饼，从而造成转鼓中物料分
布不均匀，引起转鼓的振动等。
立式锥篮离心机
卧式刮刀卸料离心机
?每一操作循环包括加料、洗涤、甩干、刮料、
洗网这五个阶段
?卧式刮刀离心机的主要优点在于消除了因卸
料而停车和制动转鼓所造成的非生产时间和
能量的浪费，整个过程连续化，大大减轻了
体力劳动。
?缺点是刮刀在高速下卸料，滤渣的破损比较
严重，对一些易燃易爆的产品不很适宜。
三足式离心机
?三足式离心机的优点在于它的结构是各种离
心机中最简单的，震动比较小，占空间不大，
晶体不易破损，适用范围广泛，可用来分离
粒状的、结晶状的或纤维状的物料，加之操
作时间可以根据滤渣含湿量的要求来加以控
制，灵活方便。故特别适用于过滤周期较长，
处理量不大的多品种物料的分离操作。
?三足式离心机的主要缺点是靠人工从转鼓的
上部卸渣，体力劳动十分繁重。
分离机转鼓
影响沉降操作的因素
?力场的形式
?工作介质的性质
?颗粒的形状及其相互影响
?流体的流动方向
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。
?通常把过滤操作中
所用的隔层称为过
滤介质；把需要分
离的液固混合物称
为滤浆；被截留在
过滤介质上的伺体
层称为滤渣或滤饼；
过滤后的液体称为
滤液
滤饼过滤
?架桥现象
过滤操作包括过滤、洗涤、去湿和卸料四个阶段
深层过滤
过滤介质
?织物状介质包括用棉、麻、羊毛、蚕丝或石棉等夭然纤维，
以及玻璃纤维、合成纤维、金属丝等编织成的滤布和丝网
等。滤布的选择应视所过滤粒子的大小、物料的腐蚀性、
操作温度、以及对强度和耐磨性的要求等条件而定。有时
将多层滤布迭合使用。
?粒状介质包括细砂、石砾、玻璃清、木炭屑、骨炭以及酸
性白土等堆积层，这些介质常用在城市和工厂给水设备的
滤池中，主要用来过滤含固体粒子极少的悬浮液。
?多孔性固体介质包括多孔的陶瓷、玻璃、塑料的板和管等。
它们的优点是具有良好的耐腐蚀性，孔隙小，过滤效率比
较高，常用在含少量微粒的间隙式过滤设备中。
助滤剂
? 过滤中，由于可压缩滤渣大小、形状的变化，孔道将
变得越来越小，以至堵塞，过程无法进行。为了避免
发生这种悄况，可以在滤布上预涂一层颗粒均匀、质
地坚硬、不可压缩的粒状物料，以防止滤孔的堵塞。
有时也可以将这种物质按一定比例加人到滤浆中，然
后一起过滤，由于它构成了滤饼的骨架，形成比较疏
松的滤饼，使滤液可以畅快地流通,故将这种物质称为
助滤剂。
?对助滤剂的基本要求如下,能悬浮在料液之中，具有化
学稳定性，不与料液产生化学反应，也不含有可溶性
盐和色素，在操作压差范围内具有不可压缩性，能保
持较高的空隙率等。
?常用的助滤剂有硅藻土、纤维粉末、活性炭、石棉等
过滤速率基本方程式
?滤饼的压缩性
?过滤速度
?过滤基本方程式
?恒压过滤
影响过滤操作的因素
?悬浮液的性质
?过滤的推动力
?过滤介质与滤饼的性质
过滤设备
?板框压滤机
?循环周期由装合、过滤、洗涤、卸渣、清洗等几个
阶段组成
?板框压滤机具有结构简单，制造方便。所需辅助设
备少,过滤面积大，操作压力高,管理简单，使用可
靠等优点，适用于难过滤的或液相粘度很高的、有
腐蚀性的悬浮液，是间歇式过滤机中应用最广泛的
一种。
?板框压滤机的缺点是装卸板框的劳动强度大、生产
效率低、洗涤不够均匀、滤布损耗快等。目前板框
压滤机正朝着操作自动化的方向发展。
厢式压滤机
隔膜厢式压滤机
转筒真空过滤机
? 转筒真空过滤机是一种连续式的过滤机，其特点
是把过滤、洗涤、吹干、卸渣和清洗滤布等几个阶
段的操作在转筒的旋转过程中完成，转筒每旋转一
周，过滤机完成一个循环周期。
? 转筒真空过滤机的最大优点在于操作的自动化和
连续化，单位过滤面积的生产能力大，只要改变滤
机的转速，便可以调一节滤饼的厚度等。
?缺点是过滤积远小于压滤机，设备的结构比较复杂。
滤潜的含湿量比较高 (一般为 10%— 30%)，洗涤不
够彻底等。它适用于过滤各种物料，包括温度较高
的悬浮液，但温度过高容易使真空失效。
叶滤机
袋滤器
固体流态化
流化床的基本概念
?假设
?床层是由均匀颗粒组成的
?流体自下而上地流过颗粒层
?则根据流速的不同，会出现三种不同的情况
?固定床阶段
?流化床阶段
?颗粒输送阶段
流化现象
?散式流化与聚式流化
流化床的特点
?传热效果较好
?操作方便，易于实现操作的连续化和自动化
?单位时间内设备的处理量大，便于大规模生
产，在换热量一定的情况下，相应的换热面
积小，结构紧凑，节省材料，造价低。因此
流态化技术广泛用于传热、传质以及气一固
反应过程中。
?流化床的主要缺点是增加了产生副反应的机
会。此外，颗粒磨损大，消耗多，对设备的
磨损也大
流化床在工程上的应用
?固体流态化技术在工程上应用的范围很广，
大体上可以分为三类：物理操作，催化反应
与非催化反应。
流化床中的流体力学特性
?压强降与流速的关系：流化床的压降等于单
位截面床内固体的表观重量 (即重量－浮力 )
?流化床的操作范围
?起始流化速度 uL
?带出速度：当床层的表观速度达到颗粒的沉降
速度时，大量颗粒将被流体带出器外，故流化
床的带出速度为单个颗粒的沉降速度 u。一般说
来，此表观速度为流化床操作范围的上。
流化床中常见的不正常现象
?腾涌与沟流
提高流化质量的措施
?选择适宜的分布板型式
?设置水平挡板或一垂直构件
?合理地选择颗粒的直径和气速
气力输送
?气力输送是利用气体在管内的流动来输送粉粒状固
体的方法
?气力输送的主要优点
?系统密闭，可避免物料飞扬，减少物料损失，改善劳动
条件。
?输送管线不受地形限制，在无法铺设道路或安装输送机
械的地方使用气力输送尤为适宜。
?设备紧凑，易于实现连续化、自动化操作，便于同连续
的化工过程相衔接。
?在气力输送过程中可同时进行粉料的干燥、粉碎、冷却、
加热等操作。
?缺点：气力输送消耗的动力较大，颗粒尺寸受一定
限制，且在输送过程中粒子易于破碎，管壁也受到
一定程度的磨损。对含水量多、有粘附性或高速运
动时易产生静电的物料，不宜用气力输送，而以机
械输送为宜
?气力输送有两种分类方法：一种是按气源压力分类；
一种是按气流中固相颗粒的浓度分类。
?按气源压力可以分为吸引式和压送式两种
?按气流中固相颗粒浓度分，可以分为稀相输送和密相输
送两种
气流速度的确定
固气比的大小同样反映了颗粒在管内的密集程度，通常区分
稀相输送与密相输送的界限大致是：
稀相输送 松密度 ρ'<100kg/m3
固气比 R=0.1～ 25kg 固 / kg 气 ( 一般为 R=0.1~5 )
密相输送 松密度 ρ'>100kg/m3
固气比 R=25～数百
气力输送装置
?稀相输送
?藉管内高速气体 (约 18～ 30m/s)将粉状物料彼此
分散、悬浮在气流中进行输送。
?输送距离，一般小于 100m。
?输送装置，主要有真空吸引式、压送式
吸引式 低真空吸引 气源真空度 <13kPa
高真空吸引 气源真空度
<0.06MPa
低压压送式 气源表压 0.05～ 0.2MPa
?密相输送
?是用高压气体压送物料，气源压强可高达
0.7MPa(表压 )，通常在输送管进口处设置各种
形式的压力罐存放待输送的物料。
?特点：低风量和高固气比，物料在管内呈流态
化或柱塞状运动，输送能力大，由于物料或多
或少呈集团状低速运动，物料的破碎及设备磨
损较小。
?输送距离：可长达 100～ 1000m
?粉粒捕捉
?旋风分离器
?袋式过滤器
?输送气量与输送管径的确定
概述
?流体与固体粒子相对运动的操作包括沉降、
过滤以及固体流态化等基本单元操作。
几个概念
?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。
?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。
?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。
化工生产中常遇到的混合物可分为两大类
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
非均相物系分离的目的
?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。
?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。
?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。
常用分离方法
?重力沉降,微粒借本身的重力在介质中沉降而获得
分离。
?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。
?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。
?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。
?电除尘,使悬浮在气相中的微粒在高压电场内沉降。
电除尘
颗粒和流体相对运动时所受到的阻力
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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?固体壁面对流体流动产生阻力。流体与固体
颗粒相对运动时流体对颗粒产生作用力 — 曳
力。
?固体颗粒静止，流体对其作绕流；流体静止，
颗粒作沉降运动；两者都运动但保持一定的
相对速度。但就流体对颗粒的作用力来说，
仅仅是相对运动而已，上述三者之间并无本
质区别。
沉降
沉降与沉降方式
?将混合物置于某个力场的作用下，利用不同
物质的密度差异、使之发生相对运动而分离
的过程，称为沉降。
?沉降有两种方式,一个叫做自由沉降 ;一个叫
做干扰沉降。
?自由沉降，是指任一固体颗粒在沉降过程中不
受到流体中其他粒子影响的操作 ;
?干扰沉降则是指一个粒子的运动要受到其他粒
子影响的操作。实际生产中的沉降操作几乎全
部都是于扰沉降。
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。
?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。
?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,
重力沉降的沉降速度
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由牛顿第二定理 F=ma
Fg-Fb-Fd=mdu/dt
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浮力：
阻力：
重力：
阻力系数
?实践证明，阻力系数是颗粒运动雷诺准数的
函数，阻力系数与雷诺数的关系因雷诺数的
大小而异。 24Re 1
Re
1 8, 5
Re 1 0 0 0
Re
Re 0, 4 4
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斯 托 克 斯 定 律 区 ＝
阿 伦 定 律 区 1 ＝
牛 顿 定 律 区 2 1 0
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牛 顿 定 律 式 ＝
?经验表明，由于化工生产中所处理的微粒一
般都很小，颗粒相对流体的沉降运动多数在
斯托克斯定律区。因此，在计算时。一般是
首先按照斯托克斯公式计算其沉降速度 ·然后
验证其 Re是否小于 1。如果不是，便再设另
一个区域。利用该区域的沉降速度计算式算
出其沉降速度，并再一次进行验算。如此等
等，直至算出的 Re数符合所假设的条件为止。
降尘室
?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
L
H
W
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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
增稠器
?又称连续式沉降器，它通常是一个底部微带有锥形
的圆槽，悬浮液连续地从上方中央的进料口进人到
液面以下。然后在整个截面上散开，固体粒子逐渐
向底部沉降，清液经上部的溢出口流出，呈稠浆状
的浓稠沉渣由缓慢转动的齿耙带动，聚集到底部的
中央，经卸出口由泵排出。颗粒在增稠器内的沉降
过程大致可以分为两个阶段,在槽的上部分，颗粒
的浓度很小，可以认为是自由沉降，槽的下部随着
颠粒浓度的逐渐增加，颖粒作干扰沉降，沉降速度
越来越慢。
?增稠器具有澄清液体和增稠悬浮液的双重功
能。为了获得澄清的液体，应当使容器内液
体向上流动的速度小于颗粒的沉降速度。
?增稠器的优点是结构简单，操作连续，处理
量大，沉淀物的浓度均匀。缺点是设备比较
庞大，占地面积大，分离效率不高等。它一
般用来分离固体粒子浓度低，而处理量大的
悬浮液。
悬浮液的沉聚过程
?属重力沉降，在沉降槽中进行
D
沉聚区
变浓度区
等浓度区
清液区
离心沉降
?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 ?离心分离因数 Kc=r?
2/g
离心分离因数表示离心
力大小的指标，离心设
备分离性能的基本参数
?科学研究证明,当流体带动着球形固体粒子
围绕某一中心轴作圆周运动时、粒子在运动
的径向方向上将受到三个力的作用。
在三力达到平衡时，离心力－浮力－阻力 =0
向心力离心力
阻 力
离心沉降速度
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旋风分离器
?临界粒径 —— 指能 100%分离除去的最小颗
粒粒径。
?颗粒的沉降运动服从 stokes定律。
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进气严格作螺旋形等速运动，有效旋转圈数 n，切向
速度等于进口速度 ui； b为入口之宽度
?旋风分离器的结构简单，没有运动部件,操
作不受温度和压力的限制，分离效率可以高
达 70％－ 90％，可以分离出小到 5um的粒子。
其缺点是气体在器内的流动阻力较大，对器
壁的磨损比较严重，对气体流量的变化比较
敏感等。
卧式进动卸料离心机
?活塞推料离心机主要适用于颗粒较大、并能很快脱
水或失去流动性的悬浮液。它的优点是由于利用卸
料器卸料，只是在贴近滤网处的固体颗粒遭到破损，
滤饼层颗粒的破碎程度比刮刀卸料离心机要小得多。
另外，它的自动控制比较简单，功率消耗也比较均
匀。是一种应用较广的离心分离设备。
?缺点主要是对悬浮液的浓度变化很敏感，例如当料
液太稀时，滤渣来不及生成，料液便直接流出转鼓，
并冲走部分已形成的滤饼，从而造成转鼓中物料分
布不均匀，引起转鼓的振动等。
立式锥篮离心机
卧式刮刀卸料离心机
?每一操作循环包括加料、洗涤、甩干、刮料、
洗网这五个阶段
?卧式刮刀离心机的主要优点在于消除了因卸
料而停车和制动转鼓所造成的非生产时间和
能量的浪费，整个过程连续化，大大减轻了
体力劳动。
?缺点是刮刀在高速下卸料，滤渣的破损比较
严重，对一些易燃易爆的产品不很适宜。
三足式离心机
?三足式离心机的优点在于它的结构是各种离
心机中最简单的，震动比较小，占空间不大，
晶体不易破损，适用范围广泛，可用来分离
粒状的、结晶状的或纤维状的物料，加之操
作时间可以根据滤渣含湿量的要求来加以控
制，灵活方便。故特别适用于过滤周期较长，
处理量不大的多品种物料的分离操作。
?三足式离心机的主要缺点是靠人工从转鼓的
上部卸渣，体力劳动十分繁重。
分离机转鼓
影响沉降操作的因素
?力场的形式
?工作介质的性质
?颗粒的形状及其相互影响
?流体的流动方向
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。
?通常把过滤操作中
所用的隔层称为过
滤介质；把需要分
离的液固混合物称
为滤浆；被截留在
过滤介质上的伺体
层称为滤渣或滤饼；
过滤后的液体称为
滤液
滤饼过滤
?架桥现象
过滤操作包括过滤、洗涤、去湿和卸料四个阶段
深层过滤
过滤介质
?织物状介质包括用棉、麻、羊毛、蚕丝或石棉等夭然纤维，
以及玻璃纤维、合成纤维、金属丝等编织成的滤布和丝网
等。滤布的选择应视所过滤粒子的大小、物料的腐蚀性、
操作温度、以及对强度和耐磨性的要求等条件而定。有时
将多层滤布迭合使用。
?粒状介质包括细砂、石砾、玻璃清、木炭屑、骨炭以及酸
性白土等堆积层，这些介质常用在城市和工厂给水设备的
滤池中，主要用来过滤含固体粒子极少的悬浮液。
?多孔性固体介质包括多孔的陶瓷、玻璃、塑料的板和管等。
它们的优点是具有良好的耐腐蚀性，孔隙小，过滤效率比
较高，常用在含少量微粒的间隙式过滤设备中。
助滤剂
? 过滤中，由于可压缩滤渣大小、形状的变化，孔道将
变得越来越小，以至堵塞，过程无法进行。为了避免
发生这种悄况，可以在滤布上预涂一层颗粒均匀、质
地坚硬、不可压缩的粒状物料，以防止滤孔的堵塞。
有时也可以将这种物质按一定比例加人到滤浆中，然
后一起过滤，由于它构成了滤饼的骨架，形成比较疏
松的滤饼，使滤液可以畅快地流通,故将这种物质称为
助滤剂。
?对助滤剂的基本要求如下,能悬浮在料液之中，具有化
学稳定性，不与料液产生化学反应，也不含有可溶性
盐和色素，在操作压差范围内具有不可压缩性，能保
持较高的空隙率等。
?常用的助滤剂有硅藻土、纤维粉末、活性炭、石棉等
过滤速率基本方程式
?滤饼的压缩性
?过滤速度
?过滤基本方程式
?恒压过滤
影响过滤操作的因素
?悬浮液的性质
?过滤的推动力
?过滤介质与滤饼的性质
过滤设备
?板框压滤机
?循环周期由装合、过滤、洗涤、卸渣、清洗等几个
阶段组成
?板框压滤机具有结构简单，制造方便。所需辅助设
备少,过滤面积大，操作压力高,管理简单，使用可
靠等优点，适用于难过滤的或液相粘度很高的、有
腐蚀性的悬浮液，是间歇式过滤机中应用最广泛的
一种。
?板框压滤机的缺点是装卸板框的劳动强度大、生产
效率低、洗涤不够均匀、滤布损耗快等。目前板框
压滤机正朝着操作自动化的方向发展。
厢式压滤机
隔膜厢式压滤机
转筒真空过滤机
? 转筒真空过滤机是一种连续式的过滤机，其特点
是把过滤、洗涤、吹干、卸渣和清洗滤布等几个阶
段的操作在转筒的旋转过程中完成，转筒每旋转一
周，过滤机完成一个循环周期。
? 转筒真空过滤机的最大优点在于操作的自动化和
连续化，单位过滤面积的生产能力大，只要改变滤
机的转速，便可以调一节滤饼的厚度等。
?缺点是过滤积远小于压滤机，设备的结构比较复杂。
滤潜的含湿量比较高 (一般为 10%— 30%)，洗涤不
够彻底等。它适用于过滤各种物料，包括温度较高
的悬浮液，但温度过高容易使真空失效。
叶滤机
袋滤器
固体流态化
流化床的基本概念
?假设
?床层是由均匀颗粒组成的
?流体自下而上地流过颗粒层
?则根据流速的不同，会出现三种不同的情况
?固定床阶段
?流化床阶段
?颗粒输送阶段
流化现象
?散式流化与聚式流化
流化床的特点
?传热效果较好
?操作方便，易于实现操作的连续化和自动化
?单位时间内设备的处理量大，便于大规模生
产，在换热量一定的情况下，相应的换热面
积小，结构紧凑，节省材料，造价低。因此
流态化技术广泛用于传热、传质以及气一固
反应过程中。
?流化床的主要缺点是增加了产生副反应的机
会。此外，颗粒磨损大，消耗多，对设备的
磨损也大
流化床在工程上的应用
?固体流态化技术在工程上应用的范围很广，
大体上可以分为三类：物理操作，催化反应
与非催化反应。
流化床中的流体力学特性
?压强降与流速的关系：流化床的压降等于单
位截面床内固体的表观重量 (即重量－浮力 )
?流化床的操作范围
?起始流化速度 uL
?带出速度：当床层的表观速度达到颗粒的沉降
速度时，大量颗粒将被流体带出器外，故流化
床的带出速度为单个颗粒的沉降速度 u。一般说
来，此表观速度为流化床操作范围的上。
流化床中常见的不正常现象
?腾涌与沟流
提高流化质量的措施
?选择适宜的分布板型式
?设置水平挡板或一垂直构件
?合理地选择颗粒的直径和气速
气力输送
?气力输送是利用气体在管内的流动来输送粉粒状固
体的方法
?气力输送的主要优点
?系统密闭，可避免物料飞扬，减少物料损失，改善劳动
条件。
?输送管线不受地形限制，在无法铺设道路或安装输送机
械的地方使用气力输送尤为适宜。
?设备紧凑，易于实现连续化、自动化操作，便于同连续
的化工过程相衔接。
?在气力输送过程中可同时进行粉料的干燥、粉碎、冷却、
加热等操作。
?缺点：气力输送消耗的动力较大，颗粒尺寸受一定
限制，且在输送过程中粒子易于破碎，管壁也受到
一定程度的磨损。对含水量多、有粘附性或高速运
动时易产生静电的物料，不宜用气力输送，而以机
械输送为宜
?气力输送有两种分类方法：一种是按气源压力分类；
一种是按气流中固相颗粒的浓度分类。
?按气源压力可以分为吸引式和压送式两种
?按气流中固相颗粒浓度分，可以分为稀相输送和密相输
送两种
气流速度的确定
固气比的大小同样反映了颗粒在管内的密集程度，通常区分
稀相输送与密相输送的界限大致是：
稀相输送 松密度 ρ'<100kg/m3
固气比 R=0.1～ 25kg 固 / kg 气 ( 一般为 R=0.1~5 )
密相输送 松密度 ρ'>100kg/m3
固气比 R=25～数百
气力输送装置
?稀相输送
?藉管内高速气体 (约 18～ 30m/s)将粉状物料彼此
分散、悬浮在气流中进行输送。
?输送距离，一般小于 100m。
?输送装置，主要有真空吸引式、压送式
吸引式 低真空吸引 气源真空度 <13kPa
高真空吸引 气源真空度
<0.06MPa
低压压送式 气源表压 0.05～ 0.2MPa
?密相输送
?是用高压气体压送物料，气源压强可高达
0.7MPa(表压 )，通常在输送管进口处设置各种
形式的压力罐存放待输送的物料。
?特点：低风量和高固气比，物料在管内呈流态
化或柱塞状运动，输送能力大，由于物料或多
或少呈集团状低速运动，物料的破碎及设备磨
损较小。
?输送距离：可长达 100～ 1000m
?粉粒捕捉
?旋风分离器
?袋式过滤器
?输送气量与输送管径的确定
