△p1 △p2
即过滤速度
u 表观速度
第三章 流体输送机械
设每获得单位体积滤液时，
被截留在过滤介质上的滤饼体积
为υ（m3滤饼/m3滤液），则
LA
V
p
u rL Le
L V
A
Le
Ve
A
代入过滤速度表达式中： dV pA
Ad (V V ) e
r 5a2 1 2
3
令 : K 2p
r
qV A
2V Ve
令 : K 2p1s
r '
第三章 流体输送机械
过滤常数
dV KA2
d 2 V Ve -----过滤基本方程
dq
d
K
2q qe
qV A
qe
Ve A
K 2p1s
r'
滤饼不可压缩时 s=0
K 2p
r
第三章 流体输送机械
2、恒压过滤方程式 p170-171
dV
d
KA2
2V Ve
留在过滤介质上的滤饼体积为。
比阻r: r (a, )
r 5a2 1 2
3
r r ' (p)s
S:可压缩指数
S=0~1 滤饼不可压缩: S=0
ε：孔隙率 α: 比表面积m2/m3
(3-44) P167
悬浮液
△p
L
滤液(V)
第三章 流体输送机械
过滤基本方程式:
p166-170
过滤速率： dV
空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。
滤浆
➢ 助滤剂：
滤饼
质地坚硬，能形成疏松饼层的 过滤介质 固体颗粒。（如硅藻土、碳酸钙等） 滤液
滤饼过滤
第三章 流体输送机械
二、过滤基本方程式 p166-170 过滤过程流动的特点：
层流
❖ 流体在过滤时同一截面上的流速分布很不均匀且流速较小
❖ 过程不稳定
悬浮液
V —θ关系 △p
dV
KA2
d 2V V
e
dq
d
K
2q
q
e
第三章 流体输送机械
影响K的因素：
K
2p1s
r '
滤饼性质（、a）
滤浆性质（ν、）
推动力（p）
r (a, )
△p
影响qe或Ve 的因素：
过滤介质的性质（孔的结构、、r、厚度）
u 表观速度
第三章 流体输送机械
LA
V
υ：每获得单位体积滤液时，被截
粒级效率：每一种颗粒被分离出来的百分率。
P158 图3-9可 d p dc的颗粒，粒级效率均为100%；
查粒级效率
dp
d
的颗粒，粒级效率均
c
100%
压降：小好，一般在 5002000Pa 左右
p ui2
2
8
第三章 流体输送机械
3.3、影响沉降的因素
❖ 干扰沉降
由于干扰作用，实际沉降速度 小于自由沉降速度。
3
P145 图3-2 ζ-Ret的关系
如何求？
Re t
dsut
1或2
滞流区/斯托克斯区 24
Re t
ut
d
2 s
s
18
g
(3-24)
过渡区、湍流区ut 的计算参见教材 p146
第三章 流体输送机械
2) 沉降速度的计算 试差法
ut
4ds s g
3
试差过程：
① 设沉降处于滞流区 /斯托克斯区
旋风分离器：
❖构造 图3-7标准旋风分离器尺寸
p156
B
含尘 气体
A
❖操作原理 切向进入速度
10~25m/s，外旋、内旋。
净化气体 D
尘粒
标准型旋风分离器
第三章 流体输送机械
• 评价旋风分离器性能的两个主要指标：
分离性能： 用临界粒径和分离效率来表示 分割直径d50
dc
9B N e sui
总效率：被分离出来的颗粒占全部颗粒的质量分率
dq
d
K
2q qe
2p1s K
r '
K为常数
积分得：
V 2 2VVe KA2
(3-57) p171
—恒压过滤方程式
或
q2 2qqe K
(3-57a) p171
若过滤介质阻力可忽略不 计
V 2 KA2
q2 K
—恒压过滤方程式
注意：V/q、θ均为累计量。
第三章 流体输送机械
过滤过程的特点 是什么？
➢ 过滤介质：
滤浆
要求：多孔性介质、耐腐蚀、耐热并 滤饼 具有足够的机械强度。
过滤介质
工业中常用过滤介质主要有：
滤液
织物介质: 如棉、麻、丝、毛、 合成纤维、金属丝等编织成的滤布。
滤饼过滤
多孔性固体介质: 如素瓷板或管、 烧结金属等。
滤饼层起到了主要的过滤介质的 作用。
第三章 流体输送机械
➢ 滤饼的压缩性：
u真实速度
第三章 流体输送机械
le CL
de
4 流通截面积
润湿周边
4
a1
ε：孔隙率 α: 比表面积m2/m3
床层孔隙体积 床层体积
V孔隙 V床层
u u
3
u
p1
2Ca 2 1 2 L
u'
p1d
2 e
32le
u
u
L
le
de
u
流体在固定床内流动的简化模型
真实速度
第三章 流体输送机械
u
3
p1
均相混合物内部各点均匀且不存在相界面，如互溶液体及气 体混合物。
第三章 流体输送机械
3.2 沉降过程
沉降：颗粒相对于流体而运动的过程称为沉降。
实现沉降操作的作用力可以是重力，或惯性离心力。
故沉降过程有重力沉降和离心沉降两种。
自由沉降
第三章 流体输送机械
3.2.1 重力沉降
1力:
V u • (B H ) ut • (L B) ut • A
能够满足 100%除去某粒度颗粒时的气体处理量-----生产能力
可见：降尘室生产能力与底面积、沉降速度有关， 而与降尘室高度无关
第三章 流体输送机械
生产能力:Vs ut • A底
思考：如何提高生产能力？
ut
d
②
③
由滞流区计算式求ut ut
校核
Re t
dsut
＜1、2
d
2 s
s 18
g
第三章 流体输送机械
3) 重力沉降设备——降尘室
降尘室气固体系
沉降
重力沉降设备
沉降槽液固体系
设备 离心沉降设备
旋风分离器 气固体系 旋液分离器 液固体系
第三章 流体输送机械
降尘室
停留时间 L
气体
气体
u
恒压过滤方程为：
V 2 KA2
K 2p
r
第三章 流体输送机械
K
2 100 103
4.996 105 m2 s 1
0.8007 103 11014 0.05
V2
10 2
1251s 20.85 min
A
r1 O
r2
r
B ur C
u u
颗粒在旋转流场中的运动
第三章 流体输送机械
浮力 Fb
66dd3
3
ugT2
R
曳力 FD
d
2
(
u
2 r
)
42
质量力 Fc
mmagc
66
dd3
3s
suRgT2
颗粒在流体中沉降时受力
g
ac
uT2 R
ut
4ds s g
3
ur
4d s s ac
3
4d s s uT2
d 3 g
浮力 Fb 6 曳力 FD
加速段极短，通常可以忽略 等速段的颗粒运动速度称为沉降速度，
d 2 ( u 2 ) 42
用ut表示。
合外力 Fc Fb FD 0
质量力 Fc
mg
6
d
3s
g
ut
颗粒在流体中沉降时受力
6
d
3(s
)g
4
d
2(
u 2
2
)
0
第三章 流体输送机械
ut
4ds s g
3 R
第三章 流体输送机械
uT2
离心分离因素：
Kc
ac g
R g
当处理相同（气固）混合物且 沉降处于滞流区，同种颗粒：
uT2
ur ut
R g
Kc
一般 Kc=5~2500 P155 当R=0.4m, uT=20m/s时，Kc=102 离心沉降的效果远高于重力沉降的分离效果。
第三章 流体输送机械
3.2.2、离心沉降设备
值为0.05。过滤介质的阻力忽略不计，滤渣为不可压缩， 试求：(1)要获得10m3滤液需要多少过滤时间？(2)若仅 将过滤时间延长一倍，可以再获得多少滤液？(3)若仅将 过滤压差增加一倍，同样获得10m3滤液时需要多少过滤 时间？温度为30℃时，滤液粘度为0.8007cp .
解：（1）求过滤时间
过滤介质阻力可以忽略不计，滤渣为不可压缩的
知识目标：
❖ 掌握沉降分离和过滤操作的基本概念和原理 ❖ 掌握机械分离设备的类型、结构及相关计算
能力目标：
❖能根据生产工艺要求合理选择分离方法、设备类 型及尺寸 ❖ 掌握过滤操作的强化措施
第三章 机械分离