第三章 非均相物系分离-2014生工 (1)

（2）过渡区：
ut
d 0.27
(s
)gRt0e.6
又称艾伦 公式
（3）湍流区： ut
1.74
d
(s )g
又称牛顿 公式
由于沉降操作涉及的颗粒直径都较小，沉降通常处于层 流区，因此斯托克斯公式应用较多。
ppt课件
10
3）影响沉降速度的因素 （1）干扰沉降
当流体中颗粒浓度较大时，颗粒沉降时彼此影响，这种沉 降称为干扰沉降。干扰沉降的速度比自由沉降要小。
颗粒在降尘室中的停留时间为 l
H ut
u V S lHb
u
Hb
VS
颗粒被分离的条件为
或
t
lHb H
VS ut
VS lbut
降尘室的生产能力Vs仅与其底面积Lb及
颗粒的沉降速度ut有关 ，而与降尘室的
高度H无关。
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14பைடு நூலகம்
若降尘室内设置n层水平隔
V NLbu 板，则层数为N=n+1，生
u t d s 2 (1 s 8 )g ( 3 1 0 6 1 ) 0 2 1 (2 8 .8 6 1 6 1 .5 1 0 0 ) 6 9 0 .8 5 0 1 .0m 6 /s8
校核 R e td su t 3 0 1 0 1 6 . 8 6 0 .0 1 6 p0 p8 t课 5 5 件 1 .1 6 5 0 .1 3 1
6
S d2 比表面积
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6 a
d
5
2）非球形颗粒
（1）体积当量直径（令实际颗粒的体积等于当量球形颗粒的
体积）
VP
6
d
3 e
de
3
6V P

滞流离心沉降
02
离心分离因数 ： Kc=(uT2/R)/g Kc值是反映离心分离设备性能的重要指标，一般远大于1，高速离心机K值可达十万以上。
（二）离心沉降设备:旋风分离器 (cyclone separator) 1.结构及工作原理 标准型旋风分离器结构如图。
h =D/2 D1=D/2 B = D/4 H1=2D H2=2D S =D/8 D2=D/4
Newton 公式：
Stokes 公式：
沉降速度的其它影响因素
颗粒浓度：颗粒体积浓度较大时，发生干扰沉降，沉降较慢。
器壁效应：容器壁面、底面处阻力↑→ut↓。
颗粒形状：对非球形颗粒，用到当量直径de，阻力系数与球形度（形状系数）φs 有关,比球形颗粒大，ut减小 。
*
P145 图3-2
01
不同球形度
*
可见，分离条件与沉降面积有关，而与降尘室的高度无关。所以降尘室可设计成扁平形状，或在室内设置多层水平隔板，构成多层降尘室。
颗粒能从气流中分离出来的条件是: θt≤θ 即 VS ≤blut （降尘室的基本公式） VS＝blut所对应的ut为理论上能完全(100%)分离下来的最小颗粒的沉降速度.
单个颗粒
一、颗粒的特性
比表面积a （单位体积颗粒所具有的表面积） a=(πd2)/(πd3/6)=6/d （与颗粒直径成反比）
（1）球形颗粒：直径d
体积当量直径de:与颗粒体积相等的圆球的直径,即令
（2）非球形颗粒
贰
壹
叁
②球形度（或形状系数）φs：反映颗粒形状与球形的差异程度。 φs＝S/Sp
离心沉降:当流体带着颗粒旋转时，若颗粒的密度大于流体的，则颗粒在惯性离心力作用下在径向与流体发生相对运动飞离中心。

通常将原悬浮液称为滤浆，滤浆中的固体颗粒称为滤渣， 过滤时积聚在过滤介质上的滤渣层称为滤饼，通过过滤 介质的液体称为滤液。
（二）过滤介质
过滤介质的作用是支承滤饼，故除有孔隙外，还应具有足 够的机械强度及尽可能小的阻力。
工业上常用的过滤介质有：
织物介质：天然纤维、化学纤维、玻璃丝、金属丝织成的 滤网。
与重力沉降速度相比，只是将重力场改为离心场。
三、沉降分离设备 1、重力沉降设备 降尘室、连续沉降槽 2、离心分离设备 旋风分离器、旋液分离器、离心沉降机
第二节 过滤
一、概述
（一）滤饼过滤与深层过滤
滤饼过滤 悬浮液中的颗粒沉积在过滤介质表面形成滤饼 层，滤液穿过滤饼层中的空隙流动叫做滤饼过滤。
深层过滤 固体颗粒不形成滤饼，而是沉积在过滤介质内 部叫做深层过滤。
第三章 非均相混合物的分离
学习要点： 重力沉降与离心沉降的基本公式； 过滤机理和过滤基本参数； 恒压过滤方程及过滤常数的测定
均相物系：指物系内部各处均匀且无相界面，包括 溶液、气体混合物等。
非均相物系：指物系内部有隔不同相的界面且界面 两侧的物料性质有差异。
包括： 气固系统（如空气中的尘埃）；
液固系统（如液体中的固体颗粒）；
（四）实际重力沉降速度
自由沉降：固体颗粒在沉降过程中不因流体中其他颗 粒的存在而受到干扰的沉降。
干扰沉降：固体颗粒在沉降过程中，因颗粒之间的相 互影响，而使颗粒不能正常沉降。
二、 离心沉降
颗粒在离心力场作用下，受到离心力的作用而沉降的过程 称为离心沉降。
悬浮在流体中的微粒，利用离心力比利用重力可以使微粒 的沉降速度增大很多，这是因为离心力由旋转而产生，旋 转的速度愈大则离心力也愈大；而微粒在重力场中所受的 重力作用是一个定值。因此，将微粒从悬浮物系中分离时， 利用离心力比利用重力有效的多。同时，利用离心力作用 的分离设备不仅可以分离较小的微粒，而且设备的体积可 以缩小。

第三章 非均相物系的分离第一节 概 述一、 化工生产中常遇到的混合物可分为两大类：第一类是均相物系—如混合气体、溶液，特征：物系内各处性质相同，无分界面。

须用吸收、蒸馏等方法分离。

第二类是非均相体系— 1．液态非均相物系固体颗粒与液体构成的悬浮液； 不互溶液体构成的乳浊液；2．气态非均相物系固体颗粒（或液体雾滴）与气体构成的含尘气体（或含雾气体）； 气泡与液体所组成的泡沫液等。

特征：物系内有相间的界面，界面两侧的物性截然不同。

（1）分散相：往往是液滴、雾滴、气泡，固体颗粒，µm 。

（2）连续相：连续相若为气体，则为气相非均相物系。

连续相若为液体，则为液相非均相物系。

二、 非均相物系分离的目的：1）净制参与工艺过程的原料气或原料液。

2）回收母液中的固体成品或半成品。

3）分离生产中的废气和废液中所含的有害物质。

4）回收烟道气中的固体燃料及回收反应气中的固体触媒等。

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：1）重力沉降：微粒借本身的重力在介质中沉降而获得分离。

2）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。

3）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。

4）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。

5）电除尘：使悬浮在气相中的微粒在高压电场内沉降。

本章主要讨论：利用机械方法分离非均相物系，按其涉及的流动方式不同，可大致分为沉降和过滤两种操作方式。

三、 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——ye 力F d22u AF d ρξ= [N]式中，A —颗粒在运动方向上的投影，πd p 2u —相对运动速度ξ—阻力系数， ξ=Φ（Re ）=Φ（d p u ρ/μ）层流区：Re <2， ξ=24/Re ──Stokes 区过渡区：Re=2—500， Re 10=ξ ──Allen 区 湍流区：Re=500--2⨯105， ξ≌0.44 ──Newton 区第二节 重力沉降一、球形颗粒的自由沉降自由沉降──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。