第三章 非均相物系的分离
3.1引言
化工生产中，需要将混合物加以分离的情况很多，例如：生产中所用原料通常含有杂质，必须经过分离提纯或净化后才能符合加工要求。从反应器中送出的反应产物通常含有未反应掉的反应物及副产物，也须进行分离处理。液相反应如果有沉淀产生将形成悬浮液，必须将固体颗粒和液体加以分离(实验室通常用布氏漏斗过滤）。此外，生产中形成的废气、废液和废渣（简称三废）在排放以前，须采用一定的分离手段将其中的有害物质除去。随着国际上环境保护的呼声日渐高涨，三废处理越来越引起重视。
由于分离处理应用的普遍性和重要性，现在形成了一个专门学科—分离工程。 下面简述混合物的分类。
按相态分类，混合物可分为均相物系(即均相混合物)与非均相物系(即非均相混合物)。 均相物系是指分散得十分均匀，达到分子分散水平的物系。 非均相物系是指含有二个或二个以上的相的混合物，包括：
●固体混合物：二种或二种以上不同固体物质的混合物，如各种矿石。 ●固液混合物：如液相反应产生固体沉淀形成的悬浮液，泥浆等。 ●固气混合物；如烟。
●液液混合物：如乳浊液（油水混合物）。 ●液气混合物：如雾。
非均相混合物的特点是体系包括一个以上的相，一般可用机械方法加以分离，故又称机械分离。
本章讨论非均相混合物的分离 ，关于均相混合物的分离将在蒸发、吸收、蒸馏各章中加以介绍。
第一节 筛分
用筛将固体颗粒分成不同大小的各个部分的单元操作称为筛分，每一部分称为一个粒级。下面先讨论有关固体颗粒的一些属性。
3-2固体颗粒属性
一.球形颗粒大小的量度—颗粒平均直径
球形颗粒群中含有不同直径的颗粒，可用某一数值来表示其平均直径，平均直径的表示方法有多种，随使用目的而异，简介如下。
1. 长度平均直径
若所考虑的颗粒主要性质与其直径大小有关，则用长度平均直径表示颗粒的平均直径，用d Lm （L 代表长度length ，m 代表平均mean ）表示，按此定义，有下述关系
K
K 2211K 21Lm d n d n d n )n n n (d +++=+++ （3-2-1）
上式中d i 表示第i 种颗粒的直径，单位为mm 或μm ，n i 表示直径为d i 的颗粒的数目。 上式可表示为
∑∑===
k
1
i i
k
1i i
i Lm n
d
n d （3-2-2）
n i 是难以计算的，一般用具有平均直径d i 的颗粒质量占总颗粒质量的分率a i 表示，a i 与n i 的关系为
3i i s
3i i
i d Kn w
d 6n a =ρπ=
（3-2-3）
即 3
i
i i Kd a n =
（3-2-4）
式中W 为颗粒的总质量； w
6K s ρπ=，为常数。将式(3-2-4)式代入(3-2-2)得 ∑∑===
k 1
i 3i
i
k
1i 2i
i
Lm d
a d
a d （3-2-5）
2.表面积平均直径
若颗粒的主要性质与其表面直接有关，则应定出一种平均直径，使具有此直径的一表面积，正好等于所有颗粒的表面积的平均值，此称表面积平均直径，用d Am 表示，据定义，有 ∑∑==π=πk
1
i 2i
i
k 1
i i
2
Am
d
n n d （3-2-6）
将式(3-2-4)式代入上式并整理得
????
?
???
????=∑∑=3
i i k 1i i
i Am
d a d a d （3-2-7） 3.体积平均直径
若颗粒的主要性质与其体积直接有关，则应定出一种平均直径，使具有此直径的一体积，正好等于所有颗粒的体积的平均值，此称体积平均直径，用d vm 表示，据定义，有
3i k
1
i k 1i 3
vm d 6n n d 6π=π∑∑ （3-2-8 整理得
3
13
i i vm
d 1d ????
?
???
?
?
??=∑ （3-2-9） 4．体积表面积平均直径（又称比表面积）
体积表面积又称比表面积，即单位体积颗粒的表面积。比表面积越大，表示颗粒越细，例如1mm 和1μm 球形颗粒的比表面积分别为
计算通式： d 6
d 6d 32
0=ππ=σ
1mm 颗粒 ： 3233
m m 10
101==
σ- 1μm 颗粒： 3266m m 10
10
1==σ- 比面积为颗粒重要性质之一，如催化剂的比表面积越大，活性越大，催化能力强。
按体积比表面积定义的平均直径，用d V Am 表示，计算式为
∑=
k
1i
i VAm d a 1
d （3-2-10） 其推导过程参见教材P125。
应用实例参见教材P125例3-1，由该例可知，同一颗粒群不同平均直径的数值差别较大，其最大值和最小值之比大于2。
二. 非球形颗粒的属性 1. 当量直径
非球形颗粒的当量直径的表示方法也有多种，最常用的是以体积为基准的当量直径，即将非球形颗粒视为相等体积的球形颗粒所相当的直径，计算式为
V d 6
3
e =π 3
1e V 6d ??
? ??π= （3-2-11）
以正方体为例，设边长为L ，则 L 24.1L 6d 3
1e =??
?
??π= 2. 形状因数（又称球形度）
形状因数表示颗粒的形状与圆球形状的差别程度，最常用的形状因数为球形度φ，其定义为
颗粒的表面积
面积
与颗粒等体积的球的表=
? (3-2-12)
对于球形φ=1，对于非球形<1。φ越小，说明其形状越偏离球形。 补充例题3-1：求正方体的φ。
解：设边长为L ，则表面积为6L ，与正方体体积相等的球的直径，前已得
L 6de L de 63
1
33??
? ??π=???? ??=π 与正方体体积相等的球的面积
232
312
31
2
L 6L 6de π=???
???????? ??ππ=π
则
8058.06L 6L 63
12
2
3
231=??
?
??π=π=
?
3-3筛分
筛分操作即利用一系列具有不同大小筛孔的筛将不同粒径的颗粒分离开来，通过筛孔的称筛过物，未过的称筛余物。
一. 筛与筛析
标准筛的筛网用金属丝制成，纵横分布，筛孔成正方体，网面上一定长度所包括的孔数作统一规定，目前世界上比较通行的为泰勒标准筛系列，此种筛制的筛号即为筛网上每英寸的孔数。我国称为“目”数，如200号筛称为200目筛，每一号筛每一寸所拥有的孔数和网线直径都作了规定，则每个筛孔的大小便固定下来。以100目筛为例，其网线的直径规定为0.0042寸，则筛孔宽度为
mm 147.00058.00042.0100
1
==-吋
教材P123表3-1列出部分泰勒标准筛的筛号及其相应筛孔边长。
泰勒筛有个特点，即某一号筛的筛孔面积正好两倍于号数较大的相邻号的筛孔面积，换句话说，前者的筛孔边长为后者的2倍，例如：200号筛筛孔边长为0.074mm ，较小相邻号为150号筛，其筛筛孔边长为
mm 104.0074.02=?
将不同大小的颗粒用一系列不同大小筛孔的标准筛分离开来，分析颗粒直径的分布情况，称为筛析。筛析时，将标准筛按大到小从上到下叠置起来，网眼最小的一个筛底下置一个无孔的盘—底盘。样品加于顶端的筛上，均衡地摇动一定时间，然后将截留于每个筛面上的颗粒取出称重，于是每个筛上所截留的样品质量分率即为即可算出。
工业上所用的筛常用金属丝网，开孔金属板（在板上开圆形或方形或长条形孔），或用纤维或蚕丝所织成。孔大小的范围自100mm 至400目，但比100目小的孔便很少用，因为小于100目的颗粒一般用其它方法分离较经济合理。工业筛有滚筒筛和平板筛等多种。
二. 混合颗粒大小的分布
无论是粉碎大块固体所得的颗粒，还是分散凝聚物质所得到的颗粒，其大小的范围都相当宽，
筛析的结果显示一定的粒度分布，筛析时，截留于某一层筛的粒子直径按该层筛孔边长与上一层筛的筛孔边长的平均值计算（因过上层筛孔，粒子比之小；不能过该层筛孔，粒子比之大）。
教材P123表3-2例示了某混合物颗粒的筛析结果，表中-10+14表示过10号筛不能过14号筛的颗粒，又可表示为10/14，其它依次类推(解析质量分率与累计质量分率的关系)。
表3-2的筛析结果用图表示则更直观，参见教材P124图3-1。 三. 筛的有效性和生产能力
理想的筛分结果要求做到筛留物中最小的颗粒刚好大于筛过物中华最大的颗粒，此界限称为分割直径（指当量直径），用de 表示。实际的筛分结果不可能达到这种一刀切的效果，即筛留物中有些颗粒直径小于de ，因为当被筛物料较多时，有些颗粒可能还没有接触到筛孔时便出料了，而有些当量直径大于de 的颗粒却可能以某个适宜的姿态通过筛孔，如纺锤状颗粒竖着通过筛孔。
筛分效果好坏，一方面看小于de 的颗粒的通过率（比如小于de 的颗粒有100粒，通过90粒，则通过率为0.9），另一方面亦看大于de 的颗粒的截留率（同理，100粒大于de 的颗粒，有5粒通过筛孔。则截留率为0.95），将通过率与截留率相乘，其乘积称为筛的有效性（又称筛分效率）。如上例有效性为0.9×0.95=0.855。理想的筛分结果有效性为1，实际的筛分结果有效性小于1。
影响筛分有效性的因素有：颗粒形状（球形度φ越小有效性越小），加料速度，物料在筛面上的停留时间，物料含水分高低程度等。
单位时间能分离的物料质量称为筛的生产能力，生产能力与有效性相互制约，如增加加料速度，提高筛的运转速度可以提高筛的生产能力，但却会降低筛的有效性。 总的说来，要分离的颗粒愈小，筛分愈困难，筛的生产能力也愈小。
第二节 沉降
空气中的尘粒受重力作用逐渐降落到地面（汽车驶过泥土路刮起的灰尘慢慢散落到地面），称为重力沉降。做化学实验时，若要将产生的沉淀从浑浊溶液中分离出来，则将浑浊溶液移入离心管放在离心机中旋转一段时间，沉淀颗粒就沉入离心管底部，此称为离心沉降。下面分别加以讨论。
3-4 重力沉降
一. 球形颗粒的沉降速度
重力场下，一个固体颗粒在静止的空气中降落时受到三个力的作用：重力、浮力和阻力（阻力在运动状态时才产生），重力和浮力对于一定的颗粒为定值，阻力与物体的运动速度有关，速度越大阻力越大，设颗粒质量为m ，据牛顿第二定律，颗粒受到的净作用力满足下列关系
净力（合力）=（重力-浮力-阻力）=ma (3-4-1)
式中重力为
重力=
g d 6
S 3
ρπ (3-4-2)
ρS 为颗粒密度。 浮力为
浮力=
g d 6
3
ρπ (3-4-3)
ρ为流体密度。
颗粒开始降落时，速度为零，阻力也为零，颗粒受到重力与浮力之差力的作用加速下降，当速度增加到一定程度时，产生的阻力大到使颗粒受到的净力为零，此时，颗粒即以这一最终达到的最大速度等速下降，此一速度称为沉降速度，用u 0表示。下面讨论u 0的计算。
颗粒在静止的流体中以一定的速度运动和流体以一定的速度流过静止颗粒，都是流体与物体的相对运动，其阻力的性质是相同的，故颗粒沉降时的阻力可以采用与第一章中流体流动阻力相类似的公式表示。设颗粒为直径为d 的圆球，则阻力可表示为
2
u
d 42
02ρπξ=阻力 (3-4-4 )
式中ξ为阻力系数。
当颗粒受到的净作用力为零时，据上述四式可得
02
u
d 4g d 6g d 62
023s 3=ρπξ-ρπ-ρπ (3-4-5) 上式经整理得
ρξ
ρ-ρ=
3g
)(d 4u s 0 （3-4-6）
此即为u 0的通用计算式。式(3-4-6)的关键是阻力系数ξ的计算，ξ的数值与颗粒的运动雷诺数μ
ρ
=
00du Re （注意与Re 的差别）有关，可按Re 0的数值分段求算 1.当Re 0<1时，流体相对于颗粒的流动为层流，则
Re 24
=
ξ （3-4-7） 将上式代入式（3-4-6）并整理得
μ
ρ-ρ=18)(d u s 20 （3-4-8）
此式称为斯托克斯（stokes ）定律，因颗粒相对于流体运动的Re 0一般都在层流范围，故此式很常用。
2．当Re 0=1~500时，流动为过渡状态，此范围称为阿仑（Allen ）区，在此区阻力系数ξ由下式计算 6
.00
Re 5.18=
ξ （3-4-9）
代入式（3-4-6）并整理得
ρρ-ρ=/Re )(gd 27.0u 6
.00s 0 （3-4-10）
3.当Re 0=500~2×105时， 流动为湍流，这一范围称为牛顿区，在此区阻力系数ξ=0.44， 代入式（3-4-6）并整理得
ρρ-ρ=/)(gd 74.1u s 0 （3-4-11） 求算颗粒的u 0时，因要先知道Re 0，而Re 0中包括u 0，故须用试差法求解，即先假设Re 0落在某区域，据对应的u 0计算式求得u 0，再验证一下Re 0是否落在假设的区域里，参见教材P132例3-2。
也可不用试差法而用下述方法求解，分为三步
1)先求阿基米准数Ar
2s 3/g )(d Ar μρ-ρρ= （3-4-12）
2)再求Re 0
Ar
6.018Ar Re 0+=
（3-4-13）
3)据Re 0求u 0，即
ρ
μ
=
d R
e u 00 (3-4-14) 此法适合于任何数值的Re 0。 二. 非球形颗粒的沉降
非球形颗粒沉降速度有两种计算方法：1)据按投影面积计算的当量直径de 作与球形相似的计算。以圆柱体为例说明之，指出下降姿势不同时，u 0也不同（de 不同。）；2)用球形度关联，球形度的概念前已作了介绍。
1.据当量直径de 计算
对于非球形颗粒的沉降，一方面要考虑其形状（可用形状因素或称球形度φ表征），另一方面要考虑其方位。例如高度H 大于直径的圆柱体，其横着下降和竖着下降相比，前者的阻力肯定较大，这种差别是因为两者面对气流的截面或称投影面积不同，如图3-1所示。对于非球形颗粒的沉降，因阻力与投影面积成正比，其当量直径de 按投影面积为基准计算求得，设颗粒的投影面积为A ，则
A de 4
2
=π
得
2
1A 4de ??
? ??π= （3-4-15）
补充例题3-2：分别计算直径和高度分别为d 和H 的圆柱体直立下降和横卧下降时的当量直径。
解：直立下降时，其投影面积：2d 4
A π=
据：
d d
e d 4
de 422=π=π得
横卧下降时：dH A =
据：dH A de 4
2
==π
得
π
=
dH
4de 2. 用球形度关联 如图3-2所示。
关于非球形颗粒的ξ的求取，参见有
关书籍和化工手册。
三. 影响沉降速度的其它因素
1.颗粒浓度
前面所讨论的，是以颗粒沉降时彼此相距较远互不干扰为前提，这种沉降称为自由沉降。假如流体中颗粒浓度增大，颗粒沉降便会互相干扰，称为干扰沉降，表现为二方面：1)颗粒浓度增大，则流体（为悬浮液流体）的表观密度(单位体积流体中的颗粒和粒间流体的质量称为表观密度）和粘度均比清夜为大，导致所受到的浮力和阻力都比清液中大；2)颗粒向下沉降时，流体被置换向上运动，如图3-3所示，如果上下二颗粒挨得很近，则下一颗粒因气体置换产生的向上移动的流体会阻滞上一颗粒的沉降，这二方面影响的结果使干扰沉降的沉降速度比自由沉降的沉降速度为小。
2.壁面效应
容器壁面对颗粒沉降也有阻滞作用，设考虑壁面效应后的沉降速度为u a ，其与自由沉降速度u 0的关系为
0w a u f u = （3-4-16）
式中f w 称为壁面效应因子，其值按下式计算
n
w D d 1f ??
?
??-= （3-4-17）
式中d 、D 分别为颗粒和容器的直径，n 的值为 层流时： n=2.25 湍流时： n=1.5
当D>100d ，壁面效应可以忽略。 3． 颗粒直径
颗粒直径d 减小时沉降速度变小，d 小到某些程度时，其沉降会受到流体介质分子运动的影响（举例：布朗运动），这种影响严重时会使颗粒不能沉降。当d 小至2～3μm 时，这种影响便比
较突出，前面各式求得的结果就不准确。
3-5重力沉降应用—分级沉降与降尘
一．分级沉降
两种直径不同但ρs 相同或密度不同但d 相同的混合物颗粒，可用沉降方法加以分离，称为分级沉降，这种方法广泛应用于采矿工业中，用于将矿渣和有用矿石分离开来，化学工业亦常用此法将粗细不同的颗粒按大小分成几部分。
分级沉降的方法有两类：一类是流体在垂直方向由下向上流动；另一类是流体在水平方向上流动。
1. 水平沉降
假设将两种不同沉降速度的颗粒送入沿水平方向流动的流体中，则颗粒一边向下沉降，一边隨流体向前流动，沉降速度大的首先落地，落在前部，小的后落地，落在后部，于是颗粒被前后分离开来，后面将进一步讨论这个问题。
设有密度不同的a 、b 两种颗粒，假设颗粒直径相同，则密度大的u 0 大，小的u 0 小，可以分离，但如果密度大的粒径小，密度小的粒径大，当这两者的影响使得u 0a =u 0b 时，两者便不能分离。可通过计算求得两者可以分离的直径比。
设两者的沉降速度都落在层流区，则由斯托克斯定律可得
2
1b a a b d d
???
? ??ρ-ρρ-ρ= (3-5-1) 应用实例参见教材P132例3-3，该例中 a 代表方铅矿，b 代表石英，ρa >ρb ，已知a 的最小颗粒直径d a =0.08mm ，由上式求得，能分离
的石英最大直径d b =0.158mm ，即当石英的颗粒的粒径大于0.158mm 时，即不能和方铅矿分离开来，而会落入方铅矿颗粒堆中如图3-4所示(因该题Re 0a 和Re 0b 不严格在层流区，所以计算结果有误差)。
2.垂直沉降
设有沉降速度为u 01和u 02的两种颗粒，且u 01>u 02，若使含这两种颗粒的流体通入沉降分离槽，流体以u f 的速度从底部流向顶部，且有u 01>u f >u 02,则沉降速度为u 02的颗粒将被水流漂走，而沉降速度为u 01的颗粒全沉落到槽底，为什么？（先让学生思考）
下面我们对此作分析.
如前所述，颗粒在静止流体中以匀速度u 0向下运动与流体以u 0的匀速度向静止的颗粒流过，两者的结果是完全相同的，假如颗粒和流体都不是静止的，而是颗粒向下作匀速运动的同时，流体也以u f 想向上流动，那么请问：1）颗粒相对于流体的速度为何；2）颗粒相对于器壁的速度为何？（先让学生思考）
回答是：①颗粒相对于流体的运动速度仍为u 0（由其计算表达式分析之）；②颗粒相对于器壁，换句话说，颗粒向下降落的净速度u 净为
u 净=u 0-u f （假设向下流速为正，向上为负） (3-5-2)
以逆水行舟喻释之，u 0相当于船相对于水的速度； u f 相当于水的流速；u 净相当于船相对于岸的速度，当
①u f 0，此时颗粒以u 0-u f 的速度向下降落（相对于器壁）； ②u f =u 0，则u 净=0，此时颗粒悬在空中不动；
③u f >u 0，则u 净<0，此时颗粒以u f -u 0的速度向上流动； 以上讨论假定向下速度为正，向上速度为负。
明确了这些关系后，对上述两种颗粒的分离便很容易理解了，因为对第一种颗粒
f 011u u u -=净>0
颗粒向下流动。对于第二种颗粒 f 022
u u u -=净<0
颗粒向上流动。 图3-5 降尘室结构
二. 重力降尘
重力降尘在降尘室中进行，降尘室的结构如图3-5所示。当含有固体颗粒的气流通过降尘室时，颗粒一方面隨气流以u 的速度向前流动。另一方面以u 0 的沉降速度沉降，如图3-6所示。气流通过沉降室所用的时间为
S S t V LBH BH
V L u L ===
θ (3-5-3) 颗粒沉落降尘室底所用的时间为 0
0u H
=
θ (3-5-4) 各参数意义参见图3-6。
当θt ≥θ0，也即 图3-6 颗粒在降尘室中的运动
u H
u L ≥
（3-5-5a ） 或
H
Lu u 0
≤
（3-5-5b ）
于是含尘气体的最大处理量，即取u 最大允许值（u max =Lu 0/H ）为 0000
max s u A BLu H
Lu HB
HBu V ==== （3-5-6） 上式A 0为降尘室的底面积。
式(3-5-6)说明，处理量与降尘室高度无关，故降尘室一般都做成扁平形状。
反过来，如果V s 和A 0一定，则可求能分离的最小颗粒直径，因为式(3-5-6)本来为
00s u A V ≤ 即 0
S
0A V u ≥
设沉降落在层流范围，即u 0的最小值必须为
()μ
ρ-ρ==18d
A V u s
2
min 0s min
0 由上式整理得
()0
s
s min A V g 18d ρ-ρμ=
(3-5-7)
降尘室体积庞大，为低效率设备，只适用于分离粗颗粒（一般指粒径大于75μm ）。
3-6离心沉降及离心沉降速度
重力恒定，u 0恒定，要加速沉降过程，应采用离心沉降。
当流体中的颗粒处于离心力场中时，颗粒将受到离心力的作用，其值为
r
u
m mr ma F 2
t 2r c =ω==
对于同一颗粒，r 越大，ω越大，产生的离心力就越大，利用离心力分离流体中的颗粒比利用重力分离有效的多，因为重力是固定的，离心力是可以改变的，提高转速，就可增大之，其值可比重力大得多。例如当r=1m ，u t =100m/s 时，质量为m 的颗粒产生的离心力与重力的比值为
100081
.9m 1100m
2=? 即离心力为重力的1000倍。
离心力与重力之比称为分离因数，用K c 表示。在离心机中，此值可达几千甚至几万。
离心沉降沉降速度u r 的有关计算与重力沉降相似，只要将重力加速度g 用离心加速度r
u
2
t 代
替即可，即
()r
u 3d 4u 2
t
s r ξρρ-ρ=
（3-6-1）
设分离因数为10000，且沉降处于层流区，则
u r /u 0=100，即离心沉降时间仅为重力沉降时间的1/100。 注意式(3-6-1)中的u t 为切线速度，其方向沿颗粒所在位置的圆周切线方向，u r 为离心沉降速度，其方向为颗粒所在位置的径向，如图3-7所示。因颗粒具有两个方向的速度，其实际速度为这两个速度的合速度（注意，速度为矢量，可
图3-7 颗粒在旋转流体中的运动
表示为：t r u u u
+=）。假如颗粒的初始位置A ，颗粒的实际运动路线如图中虚线所示，最后达到器壁B 处。
设运动为层流，即1du Re r r ≤μ
ρ
=
，则仍可套用斯托克斯定律，得 ()r
u 18d u 2
t
s 2r μρ-ρ= （3-6-2）
3-7旋风分离器
一. 构造与操作
旋风分离器是利用离心沉降原理从气流中分离出固体颗粒的设备，又称旋风除尘器，其构造如图3-8所示，上部为圆筒形，下部为圆锥形，含尘气体从圆筒上侧的进气管以切线方向流入，进入圆筒后，气流沿筒体从上到下螺旋形圆周运动，到达底部后折转向上，成为内层的上旋气流，称为气芯，最后从顶部的中央排气管排出。固体颗粒在随气流旋转的过程中逐渐趋向器壁，碰到器壁后落下滑向底部出灰口。 旋风分离器构造简单，制造方便，化工生产上广泛使用于除去5～200μm 的颗粒，大于200μm 的颗粒最好用重力沉降除去，小于5μm 的颗粒则在旋风分离器后面连接袋滤器或湿式除尘装置，或者静电除尘装置。
二. 分离性能
旋风分离器能够分离的颗粒大小是其重要性能之一，能够分离的最小直径称为临界直径，用dc 表示，
dc 的计算如下，假定 图3-8 旋风分离器
1) 颗粒在分离器内的u t 恒定，与所在位置无关，
且等于气流在进气口处的速度u i ；
2) 颗粒沉降过程中所穿过的气流最大厚度等于进气口宽度B ，即最大沉降路程=B ；这点假设实际上即假设气流进气口后形状不变，流过宽度一直保持B ，如图3-9所示。
3)颗粒与气流的相对运动为层流。
需强调指出，上述假设尤其是前两点假定是为简化问题而作的理想假设，并无事实依据。
于是从式(3-6-2)出发，u t =u i ，ρ可略去，r 取平均值r m ，则得
m
2
i
s 2r r 18u d u μρ=
(3-6-3)
沉降时间
2
i s 2m r r u d B
r 18u B ρμ=
=
θ （3-6-4） 设气流在进入排气管以前（严格说来为进入气芯以前，但进入气芯后气流很快就到达排气管）在筒内旋转的圈数为N ，则运行的距离为2лr m N ，则气流在器内的停留时间为
i
m t u N
r 2π=
θ (3-6-5) 只要θr ≤θt ，颗粒即可被分离下来，令θr =θt ，则所求得的颗粒直径就是能够分离的最小半径，也即
i
m 2
i
s 2
c m u N
r 2u d B r 18π=
ρμ 整理得
s
i c Nu B
9d ρπμ=
（3-6-6）
式中，除N 外，其它各参数的值可准确求出。N 值对于粗短型分离器取0.5～3，对于细长型的分离器取5～10。一般取N=5。
三. 分离效率
有两种表示法：一种是粒级效率，另一种是总效率。 粒级效率是指某一级的颗粒 （通常限制出粒径范围，比如说粒径在30～40μm 范围作为一级）被分离的分率（一般按质量分率计算），用η表示，由式(3-6-6)理论上可以导得（详细推导参见教材P140）粒径为d 的η的计算式为
2
c d
d ???
? ??=η （3-6-7） 当d≥d c 时，η=1（注意ηmax =1）。
η的理论值随d/d c 变化关系如教材P141图3-13虚线所示。 实际上，d 大于d c 的颗粒有一部分受气体涡流的影响没有到达器壁，或沉降后又被重新卷起，其η便小于1，而d 小于d c 的颗粒有一部分由于在沉降过程中聚结成大颗粒，其实际的η值比理论值大，η的实际数值随d/d c 变化关系如教材P141图3-13实线所示。
进入旋风分离器的全部粉尘实际被分离出来的总质量分率称为总效率，其值不仅与粒级效率有关，也与粉尘的粒度分布有关，其相互关系与计算方法参见教材P141例3-6。
四.阻力损失
流体流经旋风分离器时会产生阻力损失，其值可表示为第一章中局部阻力计算式的形式
2
u
p 2
i c f ρξ=? （3-3-8）
式中ξc 为阻力系数，由下式计算
2
1
c D AB 16=
ξ （3-3-9）
其适用条件见教材P142。
五. 选型与计算
参见教材P142-143。
3-7旋液分离器
旋液分离器是利用离心力从液流中分离固体颗粒的设备，其构造与操作原理与旋风分离器基本上相同。
与旋风分离器不同的是，旋液分离器不能将固体颗粒与液体完全分开，从底部出来的是较浓的悬浮液，称为底流。
旋液分离器内层中心有一个空的空气芯，圆筒部分较短，锥形部分旋转半径较小，离心作用较大，锥体长可充分发挥离心作用。
旋液分离器可用于固液分离，也可用于颗粒分级，即粗颗粒从底流流出，细颗粒从顶部中心管排出。
旋液分离器的具体应用见教材P143。
第三节过滤
3-8基本概念
化工生产中，广泛地采用过滤操作将悬浮液中的固体物料和液
体分离开来，过滤时先使悬浮液（称为滤浆）通过一种具有许多毛
细孔的间隔层，称为过滤介质(如滤布、滤纸），液体由过滤介质的
小孔中通过，固体粒子则被截留在过滤介质上侧，如图3-10所示（以
化学试验的过滤为例说明之）。
过滤刚开始时，滤液只通过过滤介质，阻力较小，过滤速度较
快，一段时间后，过滤介质上形成滤饼，且不断增厚，此时滤液要
通过滤饼和过滤介质两层，阻力增大，过滤速度在一定的推动力下
将变慢，多数情况下，滤饼形成的阻力为主要阻力。图3-10 过滤驱使滤液通过过滤介质和滤饼的推动力，有压力、重力和离心力，最常见的为压力。
当滤饼增大到一定程度后，阻力增大，过滤速度变得很低，此时再继续过滤下去将不经济，须将滤饼移走，移走之前，通常用水对滤饼进行清洗，然后将滤饼从滤布或其它过滤介质上卸下来，再进行过滤，故每一个过滤环节包括过滤、洗涤、卸料重装三个阶段。
工业用的过滤介质要求具有下列特性：1）阻力小且多孔，孔道不宜过大，也不宜过小（例如定性滤纸孔较大；定量滤纸孔较小）；2）耐腐蚀、耐热；3）有足够的机械强度。最常用的过滤介质为织物织成的滤布。
对于某些难过滤的滤浆，如含胶性颗粒或很易变形颗粒的滤浆，过滤时滤孔常被堵塞，使过滤阻力很大，过滤困难，此时常在料浆中加入某些颗粒均匀、性质坚硬、不可压缩的粒状物料，使之成为滤饼的骨架，形成较疏松的滤饼，使滤液得以畅流，这种物质成为助滤剂，常作助滤剂的物质有硅藻土、珍珠岩等。
3-9过滤设备
按操作方式分类，过滤设备包括两大类，即间歇式过滤设备和连续式过滤设备。间歇式过滤
设备典型的有压滤机、叶滤机，连续式过滤设备典型的有转筒过滤机。典型过滤设备的结构、性能和应用参见教材PP145~149。
3-10过滤基本理论
一. 液体通过滤饼层的流动及过滤速度
过滤时，滤饼上部和过滤介质下部必须有压力?p 存在，滤液才能克服滤饼和过滤介质的阻力通过它们，将单位时间单位过滤面积所通过的滤液体积定义为过滤速度，用u 表示，即
θ
=
Ad dV
u （3-10-1） 因过滤为不稳定过程，故用微分式表示。
按照过滤时压差是否变化和滤饼是否可以压缩过滤操作有下列分类
临一个新的十字路口。图一些过滤通道示意图。
道中的流动十分复杂，饼通道当量直径d e 通道中的流动问题。关于者有不同的处理方法， 1)
滤饼总截面
滤饼总截面滤饼体积滤饼空?=εL （3-10-2）
2) 滤液通过的平均长度，用l 表示，假设l 与滤饼厚度L 有一定的比例关系，故可表示为
L
K l 0= (3-10-3)
上式可以这么理解，l 代表平均的过滤通道长度，如图3-11所示，设用箭头标示的滤液通道
为平均意义的通道，其长度为滤饼厚度L 的K 0倍。
3) 颗粒（不是指某一个颗粒，而是指滤饼层的所有颗粒）比面积，用S o 表示，计算式为
()
ε-===1S 0滤饼层体积滤饼层颗粒总表面积
滤饼层颗粒总体积滤饼层颗粒总表面积颗粒体积颗粒表面积 (3-10-4)
科诚尼对d e 的定义为
()滤饼颗粒总表面积
滤饼空隙体积原始定义润湿周边长流通截面积?=???=
4L L
4d e (3-10-5)
上式可这么理解：设在滤饼的某一个截面上，颗粒截面和自由截面如图3-12所示，其流通截面积为颗粒的空隙，湿润周边为所有颗粒的周长。多个截面虽颗粒的形状和位置不同，但自由截面积与整个滤饼截面积的分率假定是相同的，则
滤饼颗粒总表面积
滤饼空隙体积润湿周边长流通面积?=???=4L L 4d e
()()()()
ε-ε=ε-?→--?ε→--?
=1S 41S 41032103400滤饼体积滤饼体积 (3-10-6)
设经过滤饼的压力差为?p 1，由于滤饼通道很小，滤液流过时流速很小，属层流流动，据第一章泊谡叶公式
2
f d lu 32p μ=?
可得
l
32p d u 1
2e 1μ?=
(3-10-7)
式中u 1为滤液在滤饼流道中流速，因为
uA
A u 1=ε
u 为以整个过滤截面为基准计算的流速，此即为前面定义的过滤速度，于是得
ε=1u u （3-10-8）
将式(3-10-3)、(3-10-6)、(3-10-7)各式代入式(3-10-8)，整理后得
L
r p Ad dv
u 1μ?=θ= (3-10-9)
式中
2
2
2
00)1(S K 2r εε-=
(3-10-10)
r 称为滤饼的比阻 。
式(3-10-9)称为科诚尼关系式，它表明，瞬时过滤速度与滤饼层两侧的压力差Δp 1成正比，与滤液粘度μ，滤饼比阻r （与滤饼性质有关）和滤饼厚度L 成反比。实验证明，当滤饼为不可压缩时，此关系是正确的。
二．过滤基本方程式
从式(3-10-9)出发，考虑不管是对于滤饼还是过滤介质，通过每一个截面的滤液量相等，且在相同时间间隔中通过每一个截面的滤液量也相等（稳定操作），现以下标2表示过滤介质，则有
)
R R (p )L r rL (p L r p rL p Ad dV u 2222221
+μ?=
+μ?=μ?=μ?=θ=
(3-10-11)
R 和R 2分别表示滤饼和过滤介质的阻力。
过滤计算的主要问题是要设法确定A 、θ、V 三者之间的关系，其它变量设法消除它们，下面通过变量变换的办法来实现。
式（3-10-11）中，r 2L 2为过滤介质的阻力，仿照第一章用直管当量长度表示管件局部阻力的办法，设厚度为L 2的过滤介质所产生的阻力相当于厚度为L e 的滤饼所产生的阻力，亦即
e 22RL L r = (3-10-12)
则式(3-10-11)可写成
)
L L (r p Ad dV e +μ?=
θ (3-10-13)
又设获得单位体积的滤液所过滤得到的滤饼体积为c ，即
V
AL
c =
(3-10-14a) 则有 cV=AL ，即
A cV L =
(3-10-14b)
对于过滤介质，同理有
A
cV L e e =
(3-10-15)
V e 为获得厚为L e 的滤饼所得滤液量，注意，因L e 是由过滤介质折算得到的，故V e 是一个虚拟的量，实际并不存在。
将上面两式代入式(3-10-13)，整理得
()
e 2V V rc p A d dV +μ?=
θ (3-10-16)
设过滤时滤浆连同滤饼上下有一侧为大气压，则?p 即为表压（上部加压，下部为大气压）或真空度（上部为大气压，下部抽真空）用p 表示之，则得
()
e 2V V rc p A d dV +μ=
θ (3-10-17)
有时，滤饼阻力表示为与单位过滤面积上干固体质量成正比的形式，即
A cV r rL A w r R =='
= (3-10-18)
由上式得
c r V
w
r rc ''='= (3-10-19)
c ′为过滤时单位滤液体积所得到的干固体质量，所谓干固体指的是滤饼中全部除去滤液后所得到的固体，即
V
w
c =
' (3-10-20) 式(3-10-19也可作如下推导
()()()()()c r V
w r V 1AL r V 1AL 1r 1V 1AL r V AL r
rc R S S S S S ''='=ρε-'=ρε-ρε-=ρε-ρε-===
式中ρS 为滤饼颗粒密度（不含滤饼颗粒间的液体）。
于是式(3-10-17)的另一种形式为
()
e 2V V c r p A d dV +''μ=
θ (3-10-21)
式(3-10-16)、(3-10-17)、(3-10-21)称为过滤基本方程，因它们均为微分形式，应用时还要据具体生产条件进行积分。
生产上最常见的过滤为恒压过滤，但过滤前期有一短暂的逐渐升压阶段，如果猛然将压力加大到所需压力，则因开始过滤时无滤饼存在，滤浆中的细颗粒会堵塞过滤介质中的空隙，使过滤阻力增大。
三．恒压过滤方程式
恒压过滤时p 为常数，而对于一定的滤浆，μ、r 、c 均为常数，r=f(K 0,S 0,ε) ，c=AL/V 。 注意，仅当滤饼不可压缩时r 才为常数，对于可压缩滤饼r 为 p 的函数，若p 恒定，r 也为常数。 令
c r p rc p k ''μ=μ= (3-10-22)
k 称为过滤常数，则式(3-10-17)、(3-10-21)写成
e
2
V V kA d dV +=
θ (3-10-23)
分离变量后积分（注意积分限的选取）
()?
?θ+θθ+θ=++e
e
e
e
d kA V V d )V V (2
e V V V
e (3-10-24)
得 ()[]
θ=-+22e 2e kA V V V 2
1
(3-10-25)
令
K=2k （3-10-26）
K 也称为过滤常数，将上式代入(3-10-25)并整理得
θ
=+2e 2KA V V 2V (3-10-27)
令
A
V q A
V q e
e =
=
则上式可写成
θ
=+K q q 2q e 2 (3-10-28)
若将式（3-10-24）的积分限改为
()()?
?θθ
θ=++e
e
d kA V V d V V 2
e
V 0
e
则得
e
2e 22
e KA kA 2V θ=θ= (3-10-29)
即
e
2e K q θ= (3-10-30)
将式(3-10-28)和(3-10-30)合并，得
()()
e 2e K q q θ+θ=+ (3-10-31)
式(3-10-27)~(3-10-31)称为恒压过滤方程式。 假如过滤介质阻力可忽略不计，则上式简化为
θ
=K q 2 (3-10-32)
四. 可压缩滤饼及其比阻
严格说来，几乎所有滤饼都是可压缩的，只是当其可压缩性较小时，将其视为不可压缩。 当滤饼的压缩性较大时，则应考虑压力变化对比阻的影响，因比阻是滤饼空隙率等参数的函数，当压力变化时，滤饼空隙率等参数也隨之变化，此时，r （或r '）就不能视为常数。
可压缩滤饼的比阻（严格说应是平均比阻，因各层面滤饼比阻不同）与过滤压力的关系都是通过试验求得。通常用下列经验式表示
s
0p r r = (3-10-33a)
s 0
p r r '=' (3-10-33b)
式中s 称为压缩性指数。对于不可压缩滤饼，s=0，此时r=r 0(或r ′=r 0′)。s 值越大，则表明
滤饼的可压缩性越大。 对于可压缩滤饼
'
'μ=
μ==--0
s
10s 1r c p 2cr p 2k 2K (3-10-34)
若为恒压过滤，k 或K 仍为常数，恒压过滤方程的形式仍同前述。若非恒压过滤，则应将r 或r '与p 的关系代入过滤基本方程，再据具体条件进行求解。
五. 过滤常数的测定
由过滤常数的表达式K=2k=2p/μrc 可知，决定其大小的因素有p 、μ、r 、c 。 r=f （ε，S 0，K 0），而决定c 大小为悬浮液浓度，决定r 大小的为颗粒大小及其性质等等，只有当这些影响因素全部确定后，K 才是真正的常数。 由于K 的影响因素较多，通常采用试验的方法测定某一悬浮液在某一压力下的K 值，然后将其值乘上一定的安全系数用于实际生产设计，下面介绍具体方法。 前已得到
θ
=+K q q 2q e 2 (3-10-28)
对上式进行微分并整理得
θ=+Kd dq q 2qdq 2e
e q K
2
q K 2dq d +=θ 将上式左侧的微分用差分代替得
e q K
2
q K 2q +=?θ? (3-10-35) 上式为直线方程，它表明，对于恒压下的某一悬浮液，在试验中测出θ与q 的若干组数据，然后算出一系列的?θ与?q 的对应值，在直角坐标纸上以
q
?θ
?为纵坐标，q 为横坐标绘图得一直线，其斜率为
K 2，截距为e q K
2
，于是K 与q e 都可求得。具体应用实例见教材P155例3-8。 求得K 后，据rc p 2K μ=
(或c r p
2K '
'μ=)则可求得r （或r '），又据 )p r r (p r r s 0s
0'='=或
得
)r lg p lg s r lg (r lg p lg s r lg 00'
+='+=或
在若干组p 下测得各自相应的r ，然后以r 为纵坐标，以p 为横坐标，在双对数坐标纸上作图，则得一直线，其斜率为s ，截距为r 0。具体应用实例见教材P155例3-8。
3-11 过滤计算
一. 间歇过滤机 1. 操作周期
第三章非均相物系的分离 一、填空题 1、旋风分离器是用于混合物分离的典型设备，如奶粉、蛋粉等干制品加工后期的分离，其主要性能参数为、 和。 2、多数沉降过程是在层流区内进行的，根据层流区域内的斯托克斯定律，影响沉降速度的主要因素有、和。 3、过滤操作基本计算的依据主要是过滤基本方程,即。在实际运用时还必须考虑三种情况，即的相对大小, 的相对大小和恒速过滤或恒压过滤。 4、沉降分离方法主要有、和电沉降，非均相混合物在沉降分离设备内能分离出来的条件为。 5、过滤推动力应是由所组成的过滤层两侧的压力差，而过滤阻力相应包括和。 6、某降尘室高4m，宽3m，长5m，用于矿石焙烧炉的炉气除尘。矿尘密度为4300千克每立方米，其形状近于圆球，操作条件下气体流量为1800立方米每小时，气体密度为0.9千克每立方米，粘度为0.03mPa·s。则理论上能除去矿尘颗粒的最小直径为_______μｍ 二、选择题 1、某球形颗粒在粘度为 1.86×10-5Pa.S的大气中自由沉降，已知颗粒直径为40μm，密度为2600Kg/m3，沉降速度为0.12m/s，则该颗粒沉降属（）（设大气密度ρ =1.165Kg/m3） A、层流区 B、过渡流区 C、湍流区 D、无法确定 2、若固体颗粒密度为2600Kg/m3，大气压强为0.1Mpa，温度为300C，（此状况下空气密度ρ=1.165Kg/m3粘度为μ=1.86×10-5Pa.S）,则直径为40μm的球形颗粒在该大气中的自由沉降速度为（） A、0.12m/s B、1.63m/s C、1.24m/s D、2.12m/s 3、过滤过程的计算主要是通过过滤基本方程进行的，方程式中几个表示体系特征的过滤常数则需通过实验首先确定，这几个过滤常数为（） A、K、S、Ve（Vd）、ΔP B、K、S、Ve（Vd）、te（td） C、K、S、Ve（Vd）、r D、K、Ve（Vd）、ΔP、r 4、利用过滤基本方程计算过滤速度必须考虑滤饼的可压缩性，所谓不可压缩滤饼，下列说法错误的是（）。 A、不可压缩滤饼中流动阻力不受两侧压力差的影响。 B、其中的流动阻力受固体颗粒沉积速度的影响。 C、一定体积滤饼内的流动阻力不受压力差和沉积速率的影响。 D、压力差变化时滤饼性质及厚度保持不变。 5、恒压过滤方程式是基于（）推导出来的 A、滤液在介质中呈湍流流动 B、滤液在介质中呈层流流动 C、滤液在滤渣中呈湍流流动 D、滤液在滤渣中呈层流流动 6、降尘室的生产能力是由（）决定的（底面积一定时）。 A、降尘室的高度和长度 B、降尘室的高度 C、降尘室的长度 D、降尘室的底面积 7、已知旋风分离器旋转半径为r m=0.5m，气体切向进口速度为u t=20m/s，那么该分离器的离心沉降速度与重力沉降速度之比为（）
非均相物系分离 一、填空题 1．某颗粒的重力沉降服从斯托克斯定律，若在水中的沉降速度为u1,在空气中为u2，则u12；若在热空气中的沉降速度为u3，冷空气中为u4，则u34。(＞，＜，＝) dg(ρs-ρ) 18μ2答：ut=，因为水的粘度大于空气的粘度，所以u1 第二章 非均相物系分离 1、试计算直径为30μm 的球形石英颗粒（其密度为2650kg/ m 3），在20℃水中和20℃常压空气中的自由沉降速度。 解：已知d =30μm 、ρs =2650kg/m 3 （1）20℃水 μ=1.01×10-3Pa·s ρ=998kg/m 3 设沉降在滞流区，根据式（2-15） m/s 1002.810 01.11881.9)9982650()1030(18)(43262---?=???-??=-=μρρg d u s t 校核流型 )2~10(1038.210 01.19981002.8103042346-----∈?=?????==μρ t t du Re 假设成立， u t =8.02×10-4m/s 为所求 （2）20℃常压空气 μ=1.81×10-5Pa·s ρ=1.21kg/m 3 设沉降在滞流区 m/s 1018.710 81.11881.9)21.12650()1030(18)(25262---?=???-??=-=μρρg d u s t 校核流型： )2~10(144.010 81.121.11018.710304526----∈=?????==μρ t t du Re 假设成立，u t =7.18×10-2m/s 为所求。 2、密度为2150kg/ m 3的烟灰球形颗粒在20℃空气中在层流沉降的最大颗粒直径是多少？ 解：已知ρs =2150kg/m 3 查20℃空气 μ=1.81×10-5Pa.s ρ=1.21kg/m 3 当2==μρ t t du Re 时是颗粒在空气中滞流沉降的最大粒径，根据式（2-15）并整理 218)(23==-μρμ ρρρt s du g d 所以 第三章 非均相混合物分离及固体流态化 1．颗粒在流体中做自由沉降，试计算（1）密度为2 650 kg/m 3，直径为0.04 mm 的球形石英颗粒在20 ℃空气中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度为2 650 kg/m 3，球形度 6.0=φ的非球形颗粒在20 ℃清水中的沉降速度为0.1 m/ s ，颗粒的等体积当量直径是多 少？（3）密度为7 900 kg/m 3，直径为6.35 mm 的钢球在密度为1 600 kg/m 3的液体中沉降150 mm 所需的时间为7.32 s ，液体的黏度是多少？ 解：（1）假设为滞流沉降，则： 2 s t ()18d u ρρμ -= 查附录20 ℃空气31.205kg/m ρ=，s Pa 1081.15??=-μ，所以， ()()()m 1276.0s m 1081.11881.9205.126501004.0185 2 3s 2t =???-??=-=--μρρg d u 核算流型： 3 t 5 1.2050.12760.04100.3411.8110 du Re ρμ--???=== 化工原理考试题及答案 第三章非均相分离 ____________班级____________学号_____________成绩______________ 一、填空题： 1.（2分）悬浮液属液态非均相物系，其中分散内相是指_____________；分散外相是指______________________________。 ***答案*** 固体微粒，包围在微粒周围的液体 2.（3分）悬浮在静止流体中的固体微粒在重力作用下，沿重力方向作自由沿降时，会受到_____________三个力的作用。当此三个力的______________时，微粒即作匀速沉降运动。此时微粒相对于流体的运动速度，称为____________ 。 ***答案*** 重力、阻力、浮力代数和为零沉降速度 3.（2分）自由沉降是___________________________________ 。 ***答案*** 沉降过程颗粒互不干扰的沉降 4.（2分）当微粒在介质中作自由沉降时，若粒子沉降的Rep相同时，球形度越大的微粒，介质阻力系数越________ 。球形粒子的球形度为_________ 。 ***答案*** 小 1 5.（2分）沉降操作是使悬浮在流体中的固体微粒，在_________力或__________力的作用下，沿受力方向发生运动而___________ ，从而与流体分离的过程。 ***答案*** 重离心沉积 6.（3分）球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是_______________ 。滞流沉降时，其阻力系数=____________. ***答案*** 粒子所受合力的代数和为零24/ Rep 7.（2分）降尘宝做成多层的目的是____________________________________ 。 ***答案*** 增大沉降面积，提高生产能力。 8.（3分）气体的净制按操作原理可分为_____________________________________ ___________________.旋风分离器属_________________ 。 ***答案*** 重力沉降、离心沉降、过滤离心沉降 9.（2分）过滤是一种分离悬浮在____________________的操作。 ***答案*** 液体或气体中固体微粒 10.（2分）过滤速率是指___________________________ 。在恒压过滤时，过滤速率将随操作的进行而逐渐__________ 。 ***答案*** 单位时间内通过单位面积的滤液体积变慢 11.（2分）悬浮液中加入助滤剂进行过滤的目的是___________________________ ___________________________________________________。 ***答案*** 在滤饼中形成骨架，使滤渣疏松，孔隙率加大，滤液得以畅流 12.（2分）过滤阻力由两方面因素决定：一方面是滤液本身的性质，即其_________；另一方面是滤渣层本身的性质，即_______ 。 ***答案*** μ γL 13.（2分）板框压滤机每个操作循环由______________________________________五个阶段组成。 ***答案*** 装合板框、过滤、洗涤、卸渣、整理 14.（4分）板框压滤机主要由____________________________________________，三种板按________________的顺序排列组成。 ***答案*** 滤板、滤框、主梁（或支架）压紧装置等组成 非均相物系分离习题及答案 1、试计算直径为30μm 的球形石英颗粒（其密度为2650kg/ m 3 ），在20℃水中和20℃常压空气中的自由沉降速度。 解：已知d =30μm 、ρs =2650kg/m 3 （1）20℃水 μ=1.01×10-3Pa ·s ρ=998kg/m 3 设沉降在滞流区，根据式（2-15） m/s 1002.810 01.11881.9)9982650()1030(18)(43262---?=???-??=-=μρρg d u s t 校核流型 )2~10(1038.210 01.19981002.8103042346-----∈?=?????==μρ t t du Re 假设成立， u t =8.02×10-4m/s 为所求 （2）20℃常压空气 μ=1.81×10-5Pa ·s ρ=1.21kg/m 3 设沉降在滞流区 m/s 1018.710 81.11881.9)21.12650()1030(18)(25262---?=???-??=-=μρρg d u s t 校核流型： )2~10(144.010 81.121.11018.710304526----∈=?????==μρ t t du Re 假设成立，u t =7.18×10-2m/s 为所求。 2、密度为2150kg/ m 3的烟灰球形颗粒在20℃空气中在滞流沉降的最大颗粒直径是多少？ 解：已知ρs =2150kg/m 3 查20℃空气 μ=1.81×10-5Pa.s ρ=1.21kg/m 3 当2==μρ t t du Re 时是颗粒在空气中滞流沉降的最大粒径，根据式（2-15）并整理 218)(23==-μρμ ρρρt s du g d 所以 非均相物系的分离 一、填空题： ⒈ 除去液体中混杂的固体颗粒，在化工生产中可以采用重力沉降、 离心沉降、过滤等方法（列举三种方法）。 ⒉ 粒子沉降过程分 加速阶段和 恒速 阶段。沉降速度是 指加速阶段终了时，粒子相对于流体的速度。 ⒊ 在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增加一倍，则沉降 时间增大一倍、气流速度减小一倍，生产能力_不变。 ⒋ 含尘气体通过长为4m ，宽为3m ，高为1m 的除尘室，已知颗粒的 沉降速度为0.03m/s ，则该除尘室的最大生产能力为0.36 m 3 /s 。 ⒌ 选择旋风分离器形式及决定其主要尺寸的依据是含尘气体流量、 要求达到的分离效率和允许压降。 ⒍ 评价旋风分离器性能好坏有两个主要指标，一是分离效率， 一是气体经过旋风分离器的压降。 ⒎ 对恒压过滤，当过滤面积A 增大一倍时，如滤饼不可压缩得到 相同滤液量时，则过滤速率)d d (τ V 增大为原来的 四 倍，如滤饼可压缩， 过滤速率)d d (τ V 增大为原来的 四 倍。 t v Au q =u L LBH ＝ ＝v v r q q AH =τt t u H = τs o P r r ?=) (2d d e 2 V V KA V +=τφμ r P K ?=2 ⒏ 回转真空过滤机，整个转鼓回转操作时大致可分为过滤区、洗涤脱水区 和_卸渣区三个区域。 9. 回转真空过滤机，回转一周所需时间为T ，转鼓的表面积为A ， 转鼓的沉浸度为φ，则一个过滤周期中，过滤时间为ΨT ，过滤面积为A 。 ⒑ 间歇过滤机的生产能力可写为Ｑ＝Ｖ／∑τ，此处Ｖ为一个操作循环中 得到的滤液体积，∑τ表示一个操作循环所需的总时间，∑τ等于 一个操作循环中过滤时间τ，洗涤时间τW 和辅助时间τ D 三项之和。 ⒒ 临界粒径是指在理论上能被完全分离下来的最小颗粒直径。 二、选择题： ⒈ 密度相同而直径不同的两球形颗粒在水中自由沉降。沉降处于层流区， 大颗粒直径d 1是小颗粒直径d 2的两倍，则沉降速度D 。 A) u t1 = u t2 ； B) u t1 = 2u t2 ； C) u t1 =2u t2 ； D) u t1 = 4u t2 。 ⒉ 降尘室的生产能力A 。 A) 只与沉降面积A 和颗粒沉降速度t u 有关； B)与A ，t u 及降尘室高度H 有关； C) 只与沉降面积A 有关； D) 只与t u 和H 有关。 ()μ ρρ182 -=P P t gd u t v Au q = 第二章 非均相物系分离 1、试计算直径为30μm 得球形石英颗粒(其密度为2650kg/ m 3),在20℃水中与20℃常压空气中得自由沉降速度。 解:已知d =30μm 、ρs =2650kg/m 3 (1)20℃水 μ=1、01×10-3Pa·s ρ=998kg/m 3 设沉降在滞流区,根据式(2-15) m/s 1002.810 01.11881.9)9982650()1030(18)(43262---?=???-??=-=μρρg d u s t 校核流型 )2~10(1038.210 01.19981002.8103042346-----∈?=?????==μρ t t du Re 假设成立, u t =8、02×10-4m/s 为所求 (2)20℃常压空气 μ=1、81×10-5Pa·s ρ=1、21kg/m 3 设沉降在滞流区 m/s 1018.710 81.11881.9)21.12650()1030(18)(25262---?=???-??=-=μρρg d u s t 校核流型: )2~10(144.010 81.121.11018.710304526----∈=?????==μρ t t du Re 假设成立,u t =7、18×10-2m/s 为所求。 2、密度为2150kg/ m 3得烟灰球形颗粒在20℃空气中在层流沉降得最大颗粒直径就是多少？ 解:已知ρs =2150kg/m 3 查20℃空气 μ=1、81×10-5Pa 、s ρ=1、21kg/m 3 当时就是颗粒在空气中滞流沉降得最大粒径,根据式(2-15)并整理 所以 μm 3.77m 1073.721 .181.9)21.12150()1081.1(36)(36532 532=?=??-??=-=--ρρρμg d s 3、直径为10μm 得石英颗粒随20℃得水作旋转运动,在旋转半径R ＝0、05m 处得切向速度为12m/s,,求该处得离心沉降速度与离心分离因数。 解:已知d =10μm 、 R =0、05m 、 u i =12m/s (03)第三章非均相混合物分离及固体流态化习题答案 第三章 非均相混合物分离及固体流态化 1．颗粒在流体中做自由沉降，试计算（1）密度为2 650 kg/m 3，直径为 0.04 mm 的球形石英颗粒在20 ℃空气中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度为2 650 kg/m 3，球形度6.0=φ的非球形颗粒在20 ℃清水中的沉降速度为0.1 m/ s ，颗粒的等体积当量直径是多少？（3）密度为7 900 kg/m 3，直径为6.35 mm 的钢球在密度为1 600 kg/m 3的液体中沉降150 mm 所需的时间为7.32 s ，液体的黏度是多少？ 解：（1）假设为滞流沉降，则： 2s t ()18d u ρρμ -= 查附录20 ℃空气31.205kg/m ρ=，s Pa 1081.15??=-μ，所以， ()()()m 1276.0s m 1081.11881.9205.126501004.01852 3s 2t =???-??=-=--μρρg d u 核算流型： 3t 51.2050.12760.04100.3411.8110 du Re ρμ--???=== 第三章非均相物系分离 一、选择题 1含尘气体在降尘室内按斯托克斯定律进行沉降。理论上能完全除去30卩m的粒子，现气体处理量增大1倍，则该降尘室理论上能完全除去的最小粒径为_____________ 。 D A 2＞：30Mm ；B。1/2x3Mm ；c。30Am ；D。J 2汉30卩口 2、降尘室的生产能力取决于__________ 。B A. 沉降面积和降尘室高度； B.沉降面积和能100%除去的最 小颗粒的沉降速度； C.降尘室长度和能100%除去的最小颗粒的沉降速度； D.降尘室的宽度和高度。 3、降尘室的特点是________ 。D A. 结构简单，流体阻力小，分离效率高，但体积庞大； B. 结构简单，分离效率高，但流体阻力大，体积庞大； C. 结构简单，分离效率高，体积小，但流体阻力大； D. 结构简单，流体阻力小，但体积庞大，分离效率低 4、在降尘室中，尘粒的沉降速度与下列因素_____ 无关。C A ?颗粒的几何尺寸 B .颗粒与流体的密度 .流体的水平流速; D ?颗粒的形状 5、助滤剂应具有以下性质_________ 。B A.颗粒均匀、柔软、可压缩； B.颗粒均匀、坚硬、不可压缩； C.粒度分布广、坚硬、不 可压缩；D.颗粒均匀、可压缩、易变形 6、助滤剂的作用是____________ 。B A. 降低滤液粘度，减少流动阻力； B. 形成疏松饼层，使滤液得以畅流; C. 帮助介质拦截固体颗粒； D. 使得滤饼密实并具有一定的刚性 7、过滤推动力一般是指________ 。B A.过滤介质两边的压差； B.过滤介质与滤饼构成的过滤层两边的压差； C.滤饼两面 的压差；D.液体进出过滤机的压差二、填空题 1、在滞流（层流）区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的________ 次方成正比。2 2、降尘室的生产能力与降尘室的________ 和（）___________ 有关。长度宽度 3、已知某沉降室在操作条件下的气体流率为3600n i/h，沉降室长、宽、高尺寸为 L b H =5 3 2,则其沉降速度为________________________ m/s。0.067 4、在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增加一倍，气流速度 ______ 。减少一倍 5、若降尘室的高度增加，则沉降时间___________ ，气流速度______ ，生产能力—。增加; 下降；不变 第三章非均相物系的分离 【学习目的】 通过本章学习能够利用流体力学原理实现非均相物系分离（包括沉降分离和过滤分离），掌握过程的基本原理、过程和设备的计算及分离设备的选型。 建立固体流态化的基本概念。 【基本要求】 掌握单个颗粒、颗粒群、颗粒床层特性的表示方法； 掌握重力沉降和离心沉降的基本原理、沉降速度的定义和基本表示方法； 了解并熟悉降尘室、旋风分离器的结构特点、工作原理及其性能参数； 掌握过滤的基本操作过程、典型的设备，熟练掌握恒压过滤的操作及计算； 了解流化床的主要特征和操作范围； 掌握数学模型法。 【本章学习中应注意的问题】 本章从理论上讨论颗粒与流体间相对运动问题，其中包括颗粒相对于流体的运动（沉降和流态化）、流体通过颗粒床层的流动（过滤），并借此实现非均相物系分离、固体流态化技术及固体颗粒的气力输送等工业过程。学习过程中要能够将流体力学的基本原理用于处理绕流和流体通过颗粒床层流动等复杂工程问题，即注意学习对复杂的工程问题进行简化处理的思路和方法。 3.1 概述 一、混合物的分类 1、均相混合物：若物系内各处组成均匀且不存在相界面，则称为均相混合物。如溶液及混合气体属于此类。均相混合物组分的分离采用传质分离方法。 2、非均相混合物（非均相混合物） 物系内部存在相界面且界面两侧的物理性质完全不同。 根据连续相的状态，非均相混合物又分为： （1）气态非均相混合物，如含尘气体、含雾气体 （2）液态非均相混合物，如悬浮液、乳浊液、泡沫液等。 （二）非均相混合物分离的方法 （三）非均相混合物分离的目的 1、回收分散质，如从气固催化反应器的尾气中收集催化剂颗粒； 2、净化分散介质，如原料气中颗粒杂质的去除以净化反应原料，环保方面烟道气中煤炭粉粒的除去。 3、环境保护与安全生产。 化工原理教案授课人： 教学内容 重力沉降：利用分散物质本身的重力，使其分散在分散介质中沉降而获分离的操作。 前提：分散相和连续相之间存在密度差。 粒径：适合于分离较大的固体颗粒 3.2.1重力沉降速度 1. 球形颗粒的自由沉降 自由沉降：单一颗粒或者经过充分分散的颗粒群，在流体中沉降时颗粒间不相互碰撞或接触的沉降过程，称为自由沉降。 单个球形颗粒在重力沉降过程中受三个力作用：重力，浮力和阻力，当其加速度a=0时，颗粒作匀速沉降运动，此时颗粒（分散相）相对于连续相的运动速度叫沉降速度或终端速度。 此时：重力－浮力=阻力 （a ＝0时，F ＝ma ＝0） 公式推导：球形颗粒直径d ，密度ρS ，连续相密度ρ，阻力系数ξ， 沉降速度u 0 则 F g =g d s ??ρπ3 6 1 图3-1 颗粒在静止介质中 降落时所受的作用力 F b =g d ??ρπ3 6 1 （由连续相引起） 颗粒在静止流体中以一定的速度运动和流体以一定的速度流过静止颗粒，都是流体与固体之间的相对运动，其阻力性质相同。所以，颗粒沉降的阻力可以采用与第一章中流体流动阻力相类似的公式来表示。u 0为沉降速度，A 为颗粒在垂直于沉降方向的平面上的投影面积，A ＝42d π，则： F d =??? ? ???2412 02u d ρπξ 达到恒定速度时，阻力的大小等于重力与浮力之差，即 ??? ? ???=-24 161612 02 33u d g d g d s ρπξρπρπ 整理ξρ ρρ3) (40-= s gd u （3-12） 说明：①适用于光滑的球形颗粒的自由沉降，称为自由沉降速度公式。 ②所计算速度为匀速速度（a ＝0） ③ξ为阻力沉降系数 2、阻力系数ξ ξ为颗粒与流体相对运动的阻力系数。也是颗粒与流体相对运动时的雷诺准数Re 的函数。 第三章非均相物系分离习题 习题1： 球形颗粒在静止流体中作重力沉降，经历________和_______两个阶段。沉降速度是指_______阶段，颗粒相对于流体的运动速度。 答案与评分标准 加速运动等速运动等速运动 （每个空1分，共3分） 习题2： 在层流区，球形颗粒的沉降速度 u与其直径的______次方成正比；而在湍流 t 区， u与其直径的______次方成正比。 t 答案与评分标准 2 1/2 （每个空1分，共2分） 习题3： 降尘室内，颗粒可被分离的必要条件是_____________________________；而气体的流动应控制在__________________流型。 答案与评分标准 θ。(2分) 气体在室内的停留时间θ应≥颗粒的沉降时间 t 层流（1分） （共3分） 习题4： u条件下，降尘室的生产能力只取决于_____________而在规定的沉降速度 t 与其__________________无关。 答案与评分标准 降尘室底面积 (2分) 高度 （1分） （共3分） 习题5： 除去气流中尘粒的设备类型有__________、___________、__________等。 答案与评分标准 降尘室 惯性除尘 旋风分离器 （每个空1分，共3分） 习题6： 过滤常数K 是由__________及___________决定的常数；而介质常数e q 与e 是反映________________的常数。 答案与评分标准 物料特定 过滤压强差 过滤介质阻力大小 （每个空1分，共3分） 习题7： 工业上应用较多的压滤型间歇过滤机有__________与___________；吸滤型连续操作过滤机有________________。 答案与评分标准 板框压滤机 加压叶滤机 转筒真空过滤机 第三章非均相分离 §1 概述 3-1 非均相分离的分类 在日常生活中，水泥厂上空总是粉尘飞扬，火力发电厂的烟囱时不时也是黑烟滚滚，这些就是污染环境的含粉尘气体。如何去除排放气体中的粉尘呢？这就是本章要解决的非均相物系分离的问题。 关于分离的操作有均相物系——传质操作（如蒸馏、吸收、萃取、干燥等）和非均相物系——机械操作（如沉降、过滤等）。 1.非均相物系：存在相界面。对悬浮物有分分散相与连续相。 2.常见非均相物系分离操作有： 1）沉降物系置于力场，两相沿受力方向产生相对运动而分离，即沉降。包括重力沉降——重力场，颗粒自上而下运动。离心沉降——离心力场，颗粒自旋转中 心向外沿运动。 2）过滤：利用多孔的介质，将颗粒截留于介质上方达到液体与固体分离 3）湿法净制：“洗涤”气体 4）静电除尘：高压直流电场中，带电粒子定向运动，聚集分离。 非均相物系分离的目的有：①回收分散物质，例如从结晶器排出的母液中分离出晶粒； ②净制分散介质，例如除去含尘气体中的尘粒；③劳动保护和环境卫生等。因此，非均相物系的分离，在工业生产中具有重要的意义。 本章讨论：重力沉降，离心沉降及过滤三个单元操作。 §2 重力沉降 3-2 重力沉降速度 u t 自由沉降：单一颗粒或充分分散的颗粒群（颗粒间不接触）在粘性流体中沉降。 重力沉降速度——指自由沉降达匀速沉降时的速度。 一．球形颗粒沉降速度计算式推导： 球形颗粒在自由沉降中所受三力，如图3-1所示： 图3-1 颗粒在流体中的受力情况 （1） 重力：g d mg F s g ρπ 36 ==， N ； （2） 浮力：g d F b ρπ 36 = , N ； （3） 阻力：颗粒阻力可仿照管内流动阻力的计算式，即参考局部阻力计算 式，得：ρ ζρρζA F u A F p h u h d t d f t f =??=?=?=222 2 2 422 22 t t d u d u A F ??=???=∴ρπ ζρζ 由于是匀速运动，合力为零：d b g F F F =- 2 4 6 6 2 2 3 3 t s u d g d g d ρπ ξ ρπ ρπ =- ξρ ρρ3)(4g d u s t -= ∴ (Ⅰ) 式中， d ——球形颗粒直径，m ； ξ——阻力系数 ； s ρ，ρ——颗粒与流体密度，3-?m kg ； A ——颗粒在沉降方向上投影面积， 2 m ； 下面的关键是求阻力系数 ξ 。 二. 阻力系数： 通过因次分析可知，阻力系数ξ应是颗粒与流体相对运动时的雷诺准数e R 和颗粒球形度s ?的函数，即：μ ρ ?ζt et s et du R R f = =，),(（式中μ——流体粘度，Pa*s, s ?—— 颗粒球形度，对球形颗粒s ?=1）。实验测取的结果如图3-2所示： In Order To Simplify The Management Process And Improve The Management Efficiency, It Is Necessary To Make Effective Use Of Production Resources And Carry Out Production Activities. 编订：XXXXXXXX 20XX年XX月XX日 常见非均相物系的分离简 易版 常见非均相物系的分离简易版 温馨提示：本安全管理文件应用在平时合理组织的生产过程中，有效利用生产资源，经济合理地进行生产活动，以达到实现简化管理过程，提高管理效率，实现预期的生产目标。文档下载完成后可以直接编辑，请根据自己的需求进行套用。 由于非均相物系中分散相和连续相具有不 同的物理性质，故工业生产中多采用机械方法 对两相进行分离。其方法是设法造成分散相和 连续相之间的相对运动其分离规律遵循流体力 学基本规律。常见有如下几种。 (1)沉降分离沉降分离是利用连续相与分 散相的密度差异，借助某机械力 的作用，使颗粒和流体发生相对运动而得 以分离。根据机械力的不同，可分为重力沉 降、离心沉降和惯性沉降。 (2)过滤分离过滤分离是利用两相对多孔 介质穿透性的差异，在某种推动力的作用下， 使非均相物系得以分离。根据推动力的不同，可分为重力过滤、加压(或真空)过滤和离心过滤。 (3)静电分离静电分离是利用两相带电性的差异，借助于电场的作用，使两相得以分离。属于此类的操作有电除尘、电除雾等。 (4)湿洗分离湿洗分离是使气固混合物穿过液体、固体颗粒粘附于液体而被分离出来。工业上常用的此类分离设备有泡沫除尘器、湍球塔、文氏管洗涤器等。 此外，还有音波除尘和热除尘等方法。音波除尘法是利用音波使含尘气流产生振动，细小的颗粒相互碰撞而团聚变大，再由离心分离等方法加以分离。热除尘是使含尘气体处于一个温度场(其中存在温度差)中，颗粒在热致迁 第3章 非均相物系分离和固体流态化 1.取颗粒试样500g,作筛分分析,所用筛号及筛孔尺寸见本题附表中第1、2列,筛析后称取各号筛面上的颗粒截留量列于本题附表中第3列,试求颗粒群的平均直径。 〔答:d a =0.344mm 〕 习题1附表 2.密度为2650kg/3 的球形石英颗粒在20℃空气中自由沉降,计算服从斯托克斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径。 〔答:dmax=57.4μm, dmin=15.13μm 〕 3.在底面积为402 的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。气体的处理量为3600m 3 /h,固体的密度 3/3000m kg =ρ,操作条件下气体的密度3/06.1m kg =ρ,黏度为2×10-5 Pa ·s 。试求理论上能完全除去的 最小颗粒直径。 〔答:d=17.5m μ〕 4.用一多层降尘室除去炉气中的矿尘。矿尘最小粒径为8m μ阳,密度为4000kg/m 3 。除尘室长4.1m 、宽1.8m 、高4.2m,气体温度为427℃,黏度为3.4x1O -5 Pa ·s,密度为0.5kg/m 3 。若每小时的炉气量为2160标准m 3 ,试确定降尘室内隔板的间距及层数。 〔答:h=82.7mm,n=51〕 5.已知含尘气体中尘粒的密度为2300kg/m 3 ,气体流量为1000m 3 /h 、密度为3.6×10-5 Pa ·s 、密度为0.674kg/m 3 ,采用如图3-7所示的标准型旋风分离器进行除尘。若分离器圆筒直径为0.4m,试估算其临界粒径、分割粒径及压强降。 〔答:d c =8.04m μ,m d μ73.550=，Pa p 520=?〕 6.某旋风分离器出口气体含尘量为0.7×10-3 kg/标准m 3 ,气体流量为5000标准m 3 /h,每小时捕集下来的灰尘量为21.5kg 。出口气体中的灰尘粒度分布及捕集下来的灰尘粒度分布测定结果列于本题附表中。 非均相物系分离理论 均相物系(honogeneoussystem):均相混合物。 物系内部各处均匀且无相界面。 如溶液和混合气体都是均相物系。 自然界的混合物分为两大类：非均相物系(nonhonogeneoussystem):非均相混合物。 物系内部有隔开不同相的界面存在且界面两侧的物料性质有显著差异。 如：悬浮液、乳浊液、泡沫液属于液态非均相物系含尘气体、含雾气体属于气态非均相物系。 第一节概述非均相物系的分离原理：在非均相物系中分散物质和分散介质组成由于非均相物的两相间的密度等物理特性差异较大因此常采用机械方法进行分离。 按两相运动方式的不同机械分离大致分为沉降和过滤两种操作。 过滤介质:过滤采用的多孔物质滤浆:所处理的悬浮液滤液:通过多孔通道的液体滤饼或滤渣:被截留的固体物质。 以某种多孔物质为介质在外力的作用下使悬浮液中的液体通过介质的孔道而固体颗粒被截留在介质上从而实现固液分离的单元操作。 第二节过滤一、过滤操作的基本概念过滤(filtration)深床过滤织物介质(又称滤布)：由棉、毛、麻、丝等天然纤维及合成纤维制成的织物以及玻璃丝、金属丝等织成的网过滤介质的分类：堆积介质由各种固体颗粒（细砂、硅藻土等）堆积而成多用于深床过滤多孔固体介 质这类介质具有很多细微孔道如多孔陶瓷、多孔塑料等。 多用于含少量细微颗粒的悬浮液过滤介质过滤推动力悬浮液自身压强差重力悬浮液的侧加压过滤介质的侧抽真空离心力过滤阻力介质阻力：可视为平变且一般过滤初较明显滤饼阻力:滤饼厚度：随过滤进行而增加滤饼特性：颗粒形状、大小粒大多情况下过滤阻力主要取决于滤饼阻力。 对于颗粒层中不规则的通道可以简化成由一组当量直径为de的细管而细管的当量直径可由床层的空隙率和颗粒的比表面积来计算。 二、过滤的基本理论滤液通过饼层的流动颗粒床层的特性可用空隙率、当量直径等物理量来描述。 空隙率：单位体积床层中的空隙体积称为空隙率。 比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积称为比表面积。 颗粒床层的特性依照第一章中非圆形管的当量直径定义当量直径为：故对颗粒床层直径应可写出：滤液通过饼层的流动常属于滞流流型可以仿照圆管内滞流流动的泊稷叶公式(哈根方程)来描述滤液通过滤饼的流动则滤液通过饼床层的流速与压强降的关系为：式中u滤液在床层孔道中的流速msL床层厚度m,Δpc滤液通过滤饼层的压强降pa阻力与压强降成正比因此可认为上式表达了过滤操作中滤液流速与阻力的关系。 床层空隙中的滤液流速u床层截面积计算的滤液平均流速u上式中的比例常数K′与滤饼的空隙率、颗粒形状、排列及粒度范围诸因素有关。 文件编号：RHD-QB-K8144 （安全管理范本系列） 编辑：XXXXXX 查核：XXXXXX 时间：XXXXXX 常见非均相物系的分离 示范文本 常见非均相物系的分离示范文本操作指导：该安全管理文件为日常单位或公司为保证的工作、生产能够安全稳定地有效运转而制定的，并由相关人员在办理业务或操作时进行更好的判断与管理。，其中条款可根据自己现实基础上调整，请仔细浏览后进行编辑与保存。 由于非均相物系中分散相和连续相具有不同的物理性质，故工业生产中多采用机械方法对两相进行分离。其方法是设法造成分散相和连续相之间的相对运动其分离规律遵循流体力学基本规律。常见有如下几种。 (1)沉降分离沉降分离是利用连续相与分散相的密度差异，借助某机械力 的作用，使颗粒和流体发生相对运动而得以分离。根据机械力的不同，可分为重力沉降、离心沉降和惯性沉降。 (2)过滤分离过滤分离是利用两相对多孔介质 穿透性的差异，在某种推动力的作用下，使非均相物系得以分离。根据推动力的不同，可分为重力过滤、加压(或真空)过滤和离心过滤。 (3)静电分离静电分离是利用两相带电性的差异，借助于电场的作用，使两相得以分离。属于此类的操作有电除尘、电除雾等。 (4)湿洗分离湿洗分离是使气固混合物穿过液体、固体颗粒粘附于液体而被分离出来。工业上常用的此类分离设备有泡沫除尘器、湍球塔、文氏管洗涤器等。 此外，还有音波除尘和热除尘等方法。音波除尘法是利用音波使含尘气流产生振动，细小的颗粒相互碰撞而团聚变大，再由离心分离等方法加以分离。热除尘是使含尘气体处于一个温度场(其中存在温度差)中，颗粒在热致迁移力的作用下从高温处迁移至低温 文件编号：TP-AR-L8144 In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives. （示范文本） 编订：_______________ 审核：_______________ 单位：_______________ 常见非均相物系的分离 (正式版) 常见非均相物系的分离(正式版) 使用注意：该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。 由于非均相物系中分散相和连续相具有不同的物 理性质，故工业生产中多采用机械方法对两相进行分 离。其方法是设法造成分散相和连续相之间的相对运 动其分离规律遵循流体力学基本规律。常见有如下几 种。 (1)沉降分离沉降分离是利用连续相与分散相 的密度差异，借助某机械力 的作用，使颗粒和流体发生相对运动而得以分 离。根据机械力的不同，可分为重力沉降、离心沉降 和惯性沉降。 (2)过滤分离过滤分离是利用两相对多孔介质 穿透性的差异，在某种推动力的作用下，使非均相物系得以分离。根据推动力的不同，可分为重力过滤、加压(或真空)过滤和离心过滤。 (3)静电分离静电分离是利用两相带电性的差异，借助于电场的作用，使两相得以分离。属于此类的操作有电除尘、电除雾等。 (4)湿洗分离湿洗分离是使气固混合物穿过液体、固体颗粒粘附于液体而被分离出来。工业上常用的此类分离设备有泡沫除尘器、湍球塔、文氏管洗涤器等。 此外，还有音波除尘和热除尘等方法。音波除尘法是利用音波使含尘气流产生振动，细小的颗粒相互碰撞而团聚变大，再由离心分离等方法加以分离。热除尘是使含尘气体处于一个温度场(其中存在温度差)中，颗粒在热致迁移力的作用下从高温处迁移至低温 第三章 非均相物系的分离和固体流态化 一、填空 1、悬浮在静止流体中的固体微粒在重力作用下，沿重力方向作自由沿降时，会受到_____________三个力的作用。当此三个力的______________时，微粒即作匀速沉降运动。此时微粒相对于流体的运动速度，称为____________ 。 2．在斯托克斯沉降区，颗粒的沉降速度与其直径的________次方成正比；而在牛顿区，与其直径的________次方成正比。 3. 降尘室内，颗粒可被分离的必要条件是__ ___ ___。 4. 过滤速率是指___________________________ 。在恒压过滤时，过滤速率将随操作的进行而逐渐__________ 。 5. 助滤剂的作用是 。 6. 通常，＿＿＿＿悬浮物系一般可在旋液分离器或沉降离心机中进行分离，＿＿＿＿非均相物系的离心沉降是在旋风分离器中进行。 7．工业上的过滤操作分为两大类，分别是 和 。 8. 降尘宝做成多层的目的是____________________________________ 。 9. 固体流态化是指 。10. 流化床不正常的操作现象有 和 。 11. 在流化床阶段 ，整个床层压降保持 ，其值等于单位面积床层净重力。 二、选择题 1．含尘气体通过长4m 、宽3m 、高l m 的降尘室，己知颗粒的沉降速度为0.25 m/s ，则除尘室的生产能力为（ A ）。 A. 3 m 3 /s B. 1m 3/s C. 0.75 m 3 /s D. 6 m 3 /s 2.欲提高降尘宝的生产能力，主要的措施是（ C ）。A. 提高降尘宝的高度； B. 延长沉降时间； C. 增大沉降面积 3．设降尘室的长、宽、高分别为L 、S 、H （单位均为m ），颗粒的尘降速度为t u （m/s ），气体的体积流量为Vs ，则颗粒能在降尘室分离的条 件是（ B ）。 A ． S t V LbH u H ≥ B S t V LbH u H ≤ C S t V HbH u L ≤ D S t V HbH u L ≥ 4. 旋风分离器主要是利用（ B ）的作用使颗粒沉降而达到分离。 A. 重力； B. 惯性离心力； C. 静电场 5．在降尘室中，尘粒的尘降速度与下列因素无关（C ）。A 颗粒的几何尺寸； B 颗粒与流体的密度； C 流体的水平流速； D 颗粒的形状 6．恒压过滤时，当过滤时间增加1倍则过滤速率为原来的（B ）（设介质阻力可忽略，滤饼不可压缩）。 A 2倍； B 1/2倍； C 2倍； D 1/2倍 7．降尘室的生产能力取决于（B ）。 A ． 沉降面积和降尘室高度； B 沉降面积和能100%除去的最小颗粒的沉降速度； C 降尘室长度和能100%除去的最小颗粒的沉降速度； D 降尘室的宽度和高度 8．下面哪个是过滤推动力（ D ）。 A ．液体经过过滤机的压强降； B ．滤饼两侧的压差； C ．介质两侧的压差； D ．介质两侧压差加上滤饼两侧压差 9．旋风分离器是利用离心力分离（ D ）。 A ．气液混合物的设备； B ．液固混合物的设备； C ．液液混合物的设备； D ．气固混合物的设备； 10．对滤饼进行洗涤，其目的是：①回收滤饼中的残留滤液；②除去滤饼中的可溶性杂质。下面哪一个回答是正确的（ c ）。 A 第一种说法对而第二种说法不对； B 第二种说法对而第一种说法不对； C 两种说法都对； D 两种说法都不对 11．某粒径的颗粒在降尘室中沉降，若降尘室的高度增加一倍，则该降尘室的生产能力将（ C ）。 A. 增加一倍 B. 为原来1/2 C. 不变 D. 不确定 12. 粒径分别为16μm 及8μm 的两种颗粒在同一旋风分离器中沉降，则两种颗粒的离心沉降速度之比为（ B ）（沉降在斯托克斯区）。 A ．2 B ．4 C ．1 D ．1/2 13．下述说法中哪一个是错误的（C ）。 A 离心机可分离液液混合物 B 离心机可分离液固混合物； C 离心机可分离气固混合物 D 离心机所分离的不均匀混合物中至少有一相是液相 14 ．降尘室的特点是（ D ）。 A 结构简单，流体阻力小，分离效率高，但体积庞大； B 结构简单，分离效率高，但流体阻力，体积庞大； C 结构简单，分离效率高，体积小，但流体阻力大； D 结构简单，流体阻力小，但体积庞大，分离效率低 15．下述说法中正确的是（C ）。 A 离心沉降速度和重力沉降速度是恒定的； B 离心沉降速度和重力沉降速度不是恒定的； C 离心沉降速度不是恒定值，而重力沉降速度是恒定值； D 离心沉降速度是恒定值，而重力沉降速度不是恒定值； 三、判断题 1. 通过旋风分离器能够完全分离出来的最大颗粒直径，称临界颗粒直径。（× ） 2. 沉降器的生产能力与沉降高度有关。（ × ） 3. 欲提高降尘室的生产能力一倍，应将降尘室的高度增加一倍。（× ） 4. 恒压过滤过程的过滤速度是恒定的。（ × ） 5.滤渣的比阻越大，说明越容易过滤。（× ）第二章 非均相物系分离习题解答
新版化工原理习题答案(03)第三章 非均相混合物分离及固体流态化-题解
化工原理非均相分离试题及答案
非均相物系分离习题及答案
非均相物系的分离习题
第二章 非均相物系分离习题解答
(03)第三章 非均相混合物分离及固体流态化习题答案演示教学
第三章非均相物系分离(答案)
第三章非均相物系的分离
第三章非均相物系的分离
第三章非均相物系分离习题
第三章 非均相分离
常见非均相物系的分离简易版
第三章 非均相物系的分离和过滤
非均相物系分离理论
常见非均相物系的分离示范文本
常见非均相物系的分离(正式版)
第三章 非均相物系的分离和固体流态化
相关主题
文本预览