化工原理教案――第三章沉降与过滤 第1页共19页
第三章 颗粒流体力学根底与机械分别
教学内容〔8学时〕：
流体与单个固体颗粒的相对运动、沉降速度，
重力沉降、离心沉降原理与设备，
过滤、过滤速率及其在恒压条件下的应用根本要求：
理解：流体与单个固体颗粒的相对运动，
把握：重力沉降室的沉降条件及生产力量；旋风除尘器分别力量的估算，
理解：过滤根本原理，过滤速率、过滤推动力的意义，把握：恒压过滤的计算，了解过滤设备
概述
化工生产中，需要将混合物分别的状况很多。如：原料的分别与纯化；产品的
分别与纯化；生产中的废气、废液等在排放前都应将其中所含有的有害物质尽量除去。
大致来说，混合物可分为两大类：
均相物系:物系内部各处物性均匀且不存在相界面的物系,如:溶液(NaOH),混合气体
非均相物系:具有不同物理性质(如?)有相界面的分散物质和连续物质所组成的物系
均相为互溶物系。非均相为不互溶物系。
?气态非均相 ?分散物质:如含尘气体,含雾气体
其中，非均相混合物包括? 由?
?液态非均相 ?连续物质:悬浮、乳浊、泡沫液等
非均相物系分别法一般用机械分别法，使分散相与连续相发生相对运动，从而分别。均相物系分别法将在传热和传质有关章节中讲。
?重力沉降:颗粒相对于流体的运动过程
?离心沉降?
?离心沉降
??过滤:流体相对于颗粒的运动
?
重力沉降作用力:以重力为主,速度慢
离心沉降作用力:以惯性离心力为主,还有重力,速度快过滤作用力:以压力差为主,还包括重力,惯性离心力
重力沉降及离心沉降可用于分别气态及液态非均相；过滤多用于液态非均相，
包括加压，减压，常压及离心过滤。
筛分
1、固体颗粒的大小
颗粒最根本的特性是其外形和大小(粒度)，外形均匀的为球形。颗粒的大小可按
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其直径的大小来表示，粗的可用mm表示，细的可用标准筛的筛孔号数来表示，再细的则以μm来度量。
测量颗粒大小的最简易的方法是用筛。标准筛为包括一系列具有不同大小孔眼的筛，假设一种颗粒能通过某一号筛而截留于相邻的另一号孔眼较小的筛上，则此颗粒的直径一般认为等于此两号筛孔的宽度的平均值。
2、标准筛与筛析
当前常用的标准筛泰勒制、日本制、德国制等，其中泰勒制标准筛最为常用，
各种标准筛的筛网均用金属丝制成，孔为正方形，筛孔大小都经过严密检验。现以泰勒制标准筛为例来说明。此筛的筛号为筛网上每英寸的孔数，我国称为“目”数，它既规定了某号筛筛网上每英寸的孔数，还规定了网线的直径，如100号〔目〕筛
上每英寸筛网有100孔，网线的直径规定为0.0042英寸，所以筛孔的宽度为
〔1/100-0.0042〕＝0.0058英寸＝0.147mm。泰勒制标准筛还规定相邻两号筛的孔面积之比为2，即孔边长之比为2。
3、混合颗粒大小的分布
实际的混合颗粒，其大小分布范围很广。承受标准筛上大下小让颗粒通过，通
过测量截留于每号筛上的颗粒质量，即可获得其大小分布规律。截留于某号筛上的颗粒质量Gi为“筛余量”，通过的为“筛过量”。明显，某号筛的筛过量应为以下各层筛及底盘的筛余量之和。由此即可得到该颗粒粒径的分布状况，可用表格表示〔如教材p93表3-1〕，还可用曲线来表示，用曲线表示更直观〔如教材94的图3-2〕。其
中分布曲线包括频率分布曲线和累计分布曲线。
频率分布曲线：标绘某一粒度范围的颗粒质量分率与其平均直径间的关系。累计分布曲线：标绘等于及小于某始终径的颗粒所占的质量分率。
4、颗粒的平均直径
①长度平均直径：d
nd
＝11
nd
2 2
?...?nd
k k
＝?knd
?kn
〔3-1〕
Lm n?n
1
2
?...?n
i i i
k i?1 i?1
假设颗粒的直径通过筛析测定，则颗粒的质量分率ai与样品中直径di的颗粒总数
ni、颗粒密度ρs三者之积成正比，即：ai＝knd3ρ，化简得：ni＝ai/kd3ρs 〔3-2〕
??k a
?
?
Lm2将ni代入上式得： d ＝ di
Lm
2
ii s
k a
i
d3
i
〔3-3〕
i?1 i i?1 i
②外表积平均直径：?d
2?k
n＝?k
n??d
2，则d
＝?k
nd2
?k n
〔3-4〕
Am i ii?1 i?1
?k a
i Am
?k a
i i
i?1
i
i?1
将式(3-2)代入上式得：d ＝ i i 〔3-5〕
Am d
i?1 i
d3
i?1 i
③体积平均直径：?d