内蒙古农业大学食品科学与工程学院《食品工程原理》讲稿 CH4-§1 在半连续式沉降器内，被处理的物料连续地从一端进入设备，随 液体向前流动的同时，悬浮颗粒不断地向下沉降，澄清液连续不断地 自设备的另一端排出，沉淀物间歇地排出。常见的半连续式沉降器是 矩形横截面的长槽，见图 4—5。为满足较大生产能力的要求，有时 可设计成来回曲折的渠道，如玉米淀粉生产中的淀粉沉降器。 图 4—5 半连续式沉降器 对半连续式沉降器，操作时必须考虑的问题是悬浮液的水平流动 速度要控制在临界流速以下，以确保已沉积的颗粒不致被重新卷起而 带走。在设计时，要考虑其尺寸必须要有足够的长度与高度之比，以 保证在满足生产能力要求的前提下，悬浮颗粒在沉降器得以分离有足 够的停留时间。 1. 临界流速 Threshold of Velocity 已经沉积的悬浮颗粒不致被液流流动的曳力所带走的液流流动 的最大速度，称为临界流速。用 uc 表示。下面通过某一沉积颗粒的 受力分析来确定此临界流速。 取沉积在沉淀层表面的某球形颗粒为受力研究对象，此时该颗粒 在液体流动方向上受到两个力的作用，即液体流动的曳力 Fd 和颗粒 与沉淀层之间的摩擦力 F，二力方向相反。其大小分别为： 16
内蒙古农业大学食品科学与工程学院《食品工程原理》讲稿 CH4-§1 在半连续式沉降器内，被处理的物料连续地从一端进入设备，随 液体向前流动的同时，悬浮颗粒不断地向下沉降，澄清液连续不断地 自设备的另一端排出，沉淀物间歇地排出。常见的半连续式沉降器是 矩形横截面的长槽，见图 4—5。为满足较大生产能力的要求，有时 可设计成来回曲折的渠道，如玉米淀粉生产中的淀粉沉降器。 图 4—5 半连续式沉降器 对半连续式沉降器，操作时必须考虑的问题是悬浮液的水平流动 速度要控制在临界流速以下，以确保已沉积的颗粒不致被重新卷起而 带走。在设计时，要考虑其尺寸必须要有足够的长度与高度之比，以 保证在满足生产能力要求的前提下，悬浮颗粒在沉降器得以分离有足 够的停留时间。 1. 临界流速 Threshold of Velocity 已经沉积的悬浮颗粒不致被液流流动的曳力所带走的液流流动 的最大速度，称为临界流速。用 uc 表示。下面通过某一沉积颗粒的 受力分析来确定此临界流速。 取沉积在沉淀层表面的某球形颗粒为受力研究对象，此时该颗粒 在液体流动方向上受到两个力的作用，即液体流动的曳力 Fd 和颗粒 与沉淀层之间的摩擦力 F，二力方向相反。其大小分别为： 16
内蒙古农业大学食品科学与工程学院《食品工程原理》讲稿 CH4-§1 4 2 2 2 d u Fd π ρ = ξ ⋅ ⋅ f p s F d ρ ρ gµ π ( ) 6 3 = − 式中，uL 为液体沿沉降器长度方向的水平流速，ms-1 ；Ff 为颗粒 与沉淀层间的摩擦系数。 为使沉淀层表面的颗粒不被液流带走，必须满足条件 Fd≤F。而 使 Fd=F 时对应的液流水平速度 uL即为临界流速 uC。因此： p s c d g u d ρ ρ µ π ρ π ξ ( ) 4 2 6 3 2 2 ⋅ = − ( ) ξρ ρ ρ µ 3 4 p s c d g u − = (4—17) 在沉降操作过程中，应使操作的水平流速 uL小平临界流速。 uL≤uc 2. 沉降器尺寸 Size of thickener 要适当选取设备长度 L 与清液层高度 h0 的比值，使颗粒在溢流 前能在清液层中完成沉降。见图 4—5。设计时，应使悬浮颗粒从入 口到出口的停留时间大于或等于颗粒在清液层中沉降所需的时间，即 应满足下列分离条件： 0 u0 u h L L ≥ 0 0 h L uL ≤ u （4-18） 因此，沉降器的长度与清液层高度之比的设计，应符合式(4—20) 所表示的关系。 17
内蒙古农业大学食品科学与工程学院《食品工程原理》讲稿 CH4-§1 4 2 2 2 d u Fd π ρ = ξ ⋅ ⋅ f p s F d ρ ρ gµ π ( ) 6 3 = − 式中，uL 为液体沿沉降器长度方向的水平流速，ms-1 ；Ff 为颗粒 与沉淀层间的摩擦系数。 为使沉淀层表面的颗粒不被液流带走，必须满足条件 Fd≤F。而 使 Fd=F 时对应的液流水平速度 uL即为临界流速 uC。因此： p s c d g u d ρ ρ µ π ρ π ξ ( ) 4 2 6 3 2 2 ⋅ = − ( ) ξρ ρ ρ µ 3 4 p s c d g u − = (4—17) 在沉降操作过程中，应使操作的水平流速 uL小平临界流速。 uL≤uc 2. 沉降器尺寸 Size of thickener 要适当选取设备长度 L 与清液层高度 h0 的比值，使颗粒在溢流 前能在清液层中完成沉降。见图 4—5。设计时，应使悬浮颗粒从入 口到出口的停留时间大于或等于颗粒在清液层中沉降所需的时间，即 应满足下列分离条件： 0 u0 u h L L ≥ 0 0 h L uL ≤ u （4-18） 因此，沉降器的长度与清液层高度之比的设计，应符合式(4—20) 所表示的关系。 17
内蒙古农业大学食品科学与工程学院《食品工程原理》讲稿 CH4-§1 半连续式沉降器的生产能力可表示为单位时间内流出的清液量： (m3 s-1) (4—19) qv = bh0uL 将式(4—18) 的关系代入上式得： 0 0 0 0 0 0 u bL u A h L qv ≤ bh u = = （m3 s-1） (4—20) 式中，b 为沉降器的宽度，m; A0为沉降面积，m2 。 可见，生产能力与沉降速度和沉降面积成正比，而与沉降器的高 度无关。这一结论与间歇式沉降器完全相同。 4.2C 连续式沉降器 Continuous thickener 连续式沉降器的进料以及清液和沉淀的卸出均为连续操作。图 4 —6 所示为一典型的连续式增浓器。其形式为一带锥底的圆形浅槽， 直径一般有 10～100m。上部有溢流堰供清液排出，中部有中央进料 管供悬浮液进入，底部有中央出口管供增浓液排出。已增浓的悬浮液 用转动很慢的齿形耙将其刮送到槽底中心处，由泵连续地排出。齿形 耙对沉淀刮送的同时，还对其有挤压作用，使其挤出更多的液体。悬 浮液在增浓器中的流动是稳定状态的流动。原料液由中央进料管送至 液面以下进入，悬浮颗粒下沉并沿径向散开，而清液上流至溢流堰溢 出。正常情况下，增浓器自上而下可分为三个区域，即清液区、沉降 区和沉淀区。参见图 4—6。 18
内蒙古农业大学食品科学与工程学院《食品工程原理》讲稿 CH4-§1 半连续式沉降器的生产能力可表示为单位时间内流出的清液量： (m3 s-1) (4—19) qv = bh0uL 将式(4—18) 的关系代入上式得： 0 0 0 0 0 0 u bL u A h L qv ≤ bh u = = （m3 s-1） (4—20) 式中，b 为沉降器的宽度，m; A0为沉降面积，m2 。 可见，生产能力与沉降速度和沉降面积成正比，而与沉降器的高 度无关。这一结论与间歇式沉降器完全相同。 4.2C 连续式沉降器 Continuous thickener 连续式沉降器的进料以及清液和沉淀的卸出均为连续操作。图 4 —6 所示为一典型的连续式增浓器。其形式为一带锥底的圆形浅槽， 直径一般有 10～100m。上部有溢流堰供清液排出，中部有中央进料 管供悬浮液进入，底部有中央出口管供增浓液排出。已增浓的悬浮液 用转动很慢的齿形耙将其刮送到槽底中心处，由泵连续地排出。齿形 耙对沉淀刮送的同时，还对其有挤压作用，使其挤出更多的液体。悬 浮液在增浓器中的流动是稳定状态的流动。原料液由中央进料管送至 液面以下进入，悬浮颗粒下沉并沿径向散开，而清液上流至溢流堰溢 出。正常情况下，增浓器自上而下可分为三个区域，即清液区、沉降 区和沉淀区。参见图 4—6。 18
内蒙古农业大学食品科学与工程学院《食品工程原理》讲稿 CH4-§1 图 4—6 连续式增浓器 增浓器的设计主要是在给定的供料和预期的增浓液浓度条件下， 计算所需的沉降面积。 由图 4—6 可知，当悬浮颗粒的沉降速度 u0大于或等于清液向上 流动的速度 u1 时，颗粒就不致被向上流动的液体所带走，因而就可 以达到分离的目的。该分离条件可表示为： u0≥u1 (4—21) 设：G0-—料液中干固体的质量流量，kg/s； C0—料液中单位质量干固体所对应的清液量，kg 清液/kg 干固体； CR—浓液中单位质量干固体所对应的清液的质量，kg 清液/kg 干 固体； A0—沉降面积，m2 ； ρ—清液的密度，kgm-3 。 （1） 清液流量： ( ) ρ v R v q C C q − = 0 (m3 s-1) (4—22) 2. 清液向上的流速 u1： 19
内蒙古农业大学食品科学与工程学院《食品工程原理》讲稿 CH4-§1 图 4—6 连续式增浓器 增浓器的设计主要是在给定的供料和预期的增浓液浓度条件下， 计算所需的沉降面积。 由图 4—6 可知，当悬浮颗粒的沉降速度 u0大于或等于清液向上 流动的速度 u1 时，颗粒就不致被向上流动的液体所带走，因而就可 以达到分离的目的。该分离条件可表示为： u0≥u1 (4—21) 设：G0-—料液中干固体的质量流量，kg/s； C0—料液中单位质量干固体所对应的清液量，kg 清液/kg 干固体； CR—浓液中单位质量干固体所对应的清液的质量，kg 清液/kg 干 固体； A0—沉降面积，m2 ； ρ—清液的密度，kgm-3 。 （1） 清液流量： ( ) ρ v R v q C C q − = 0 (m3 s-1) (4—22) 2. 清液向上的流速 u1： 19
内蒙古农业大学食品科学与工程学院《食品工程原理》讲稿 CH4-§1 ( ) 0 0 0 1 A q C C A q u V m R ρ − = = (ms-1) (4—23) 3. 沉降面积 A0: 由式(4—21)表示的分离条件得： ( ) 0 0 0 u A qm C CR ≤ − ρ ( ) 0 0 0 u q C C A m R ρ − ≥ (m2 ) (4—24) 4．生产能力 Capacity of thickener 联系式（4—22）和（4—24）得： ( ) 0 0 0 A u qm C CR V ≤ − = ρ q （4—25） 从上式可以看出，连续式沉降器的生产能力为沉降速度与沉降面 积的乘积，与沉降高度无关。设计时利用这一原理，可将连续式沉降 器设计成多层形式，能够成倍成地增大沉降面积和生产能力。 4—3 气溶胶的重力沉降 Gravity settling of gasoloid 以气体为分散介质的非均相物系称为气溶胶(gasoloid)。此种 物系的分离称为气溶胶分离。在食品工业中，凡涉及处理气——固流 体系统中的颗粒或粉末的分离、卸料及气体的除尘净化都属于气溶胶 的分离。重力沉降是气溶胶中固体微粒在其重力作用下在气流中沉下 而达到分离的一种方法。它适用于分离效率要求不太高或者微粒较易 除去的场合。所用的设备称为沉降室(settling chamber)。 工业上常用的沉降室分立式和卧式两种。 4.3A 立式沉降室 Erect settling Chamber 20
内蒙古农业大学食品科学与工程学院《食品工程原理》讲稿 CH4-§1 ( ) 0 0 0 1 A q C C A q u V m R ρ − = = (ms-1) (4—23) 3. 沉降面积 A0: 由式(4—21)表示的分离条件得： ( ) 0 0 0 u A qm C CR ≤ − ρ ( ) 0 0 0 u q C C A m R ρ − ≥ (m2 ) (4—24) 4．生产能力 Capacity of thickener 联系式（4—22）和（4—24）得： ( ) 0 0 0 A u qm C CR V ≤ − = ρ q （4—25） 从上式可以看出，连续式沉降器的生产能力为沉降速度与沉降面 积的乘积，与沉降高度无关。设计时利用这一原理，可将连续式沉降 器设计成多层形式，能够成倍成地增大沉降面积和生产能力。 4—3 气溶胶的重力沉降 Gravity settling of gasoloid 以气体为分散介质的非均相物系称为气溶胶(gasoloid)。此种 物系的分离称为气溶胶分离。在食品工业中，凡涉及处理气——固流 体系统中的颗粒或粉末的分离、卸料及气体的除尘净化都属于气溶胶 的分离。重力沉降是气溶胶中固体微粒在其重力作用下在气流中沉下 而达到分离的一种方法。它适用于分离效率要求不太高或者微粒较易 除去的场合。所用的设备称为沉降室(settling chamber)。 工业上常用的沉降室分立式和卧式两种。 4.3A 立式沉降室 Erect settling Chamber 20