081化工原理第八章-其他分离技术
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视 ✓器壁效应：当容器较小时，容器的壁面和底面均能增加颗
粒沉降时的曳力，使颗粒的实际沉降速度较自由沉降速度 低。
安徽工业大学 建筑工程学院
❖ 重力沉降设备
▪ 降尘室
✓借助重力沉降从气流中除去尘粒的设备
– 气体停留时间
– 沉降时间
l
u
t
h ut
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✓沉降分离满足的基本条件为 ：θ≥θt 或 l h u ut
✓等速时
Fg=Fd+Fb
ut
4gd(s ) 3
f (Re t )
f ( dut )
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✓ξ的计算：为便于计算将球形颗粒 的曲线分为3个区域：
– 层流区（ 10-4< Ret≤2） – 过渡区（ 2< Ret <103 ） –湍流区（ 103≤Ret <2×105）
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▪ 旋风分离器性能指标
✓临界粒径dc：旋风分离器能够分离出的最小颗粒直径
dc
9B πNsui
标准旋风分离器，可取N=5。
✓分离效率
• 总效率
• 粒级效率
0
C1 C2 C1
i
C1i C2i C1i
0 i xi
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✓压降Δpf
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❖ 离心沉降及设备
▪ 当分散相与连续相密度差较小或颗粒细小时，在重力作 用下沉降速度很低。利用离心力的作用使固体颗粒沉降 速度加快以达到分离的目的，这样的操作叫离心分离。
▪ 与颗粒在重力场中相似，颗粒在离心力场中也受到三个 力的作用，即惯性离心力、向心力和阻力。
✓沉降分离：颗粒相对于流体(静止或运动)运动的过程 ✓过滤：液体相对于固体颗粒床层运动
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颗粒与颗粒群的特性
❖ 颗粒的特性
✓基本特性：形状和大小
▪ 球形颗粒
✓大小：直径表示
▪ 非球形颗粒
✓特性：当量直径、球形度 ✓当量直径
– 体积当量直径de
– 表面积当量直径des
de
3
6VP
▪ 当三力平衡时，颗粒在径向上相对于流体的速度即为颗 粒在此位置上的离心沉降速度ur
ur
4d (s
)u
2 T
3R
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▪ 重力沉降速度计算式及所对应的流动区域仍可用于离心 沉降，仅需将重力加速度g改为离心加速度 uT2/R即可。
▪ 对于相同流体中的颗粒，在层流区，其离心沉降速度与 重力沉降速度之比取决于离心加速度与重力加速度之比 ，此比值称为离心分离因数。即：
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▪ 沉降槽 ✓籍重力沉降从悬浮液中分离出固体颗粒的设备。如用 于低浓度悬浮液分离时亦称为澄清器；用于中等浓度 悬浮液的浓缩时，常称为浓缩器或增稠器。 ✓沉降槽适于处理颗粒不太小、浓度不太高，但处理量 较大的悬浮液的分离。这种设备具有结构简单，可连 续操作且增稠物浓度较均匀的优点，缺点是设备庞大 ，占地面积大、分离效率较低。
–气体流经旋风分离器的压降是由气体流经器内时的膨胀、 压缩、旋转、转向及对器壁的摩擦而消耗的能量
pf
ui2
2
对标准旋风分离器， ξ＝8.0
旋风分离器可分离5-75um的颗粒，结构简单。对<5um 颗粒分离效果较差。
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8.1.3 过滤
24
Ret
18.5 Ret 0.6
0.44
✓ 沉降速度 – 层流区 – 过渡区 – 湍流区
ut
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Ret 0.6
ut 1.74
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▪ 影响重力沉降速度的因素
✓颗粒形状：非球形颗粒的沉降阻力比球形颗粒的大的多 ✓干扰沉降：当颗粒的体积浓度>0.2% 时，干扰沉降不容忽
✓气体水平通过降尘室的速度为：
u qv hb
✓得： qv blut
✓所以：理论上降尘室的生产能力只与其沉降面积及 颗粒沉降速度有关，而与降尘室高度无关
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✓降尘室结构简单，阻力小，但体积庞大，分离效率低 ，适于分离75um以上的粗颗粒，可作为预分离用。为 保证沉降效果，气体流速不宜过快，应保证在层流区 内流动。
❖ 重力沉降及设备
▪ 重力沉降：分散相颗粒在重力作用下与周围连 续相流体发生相对运动而实现分离的过程
✓原理：密度差
▪ 自由沉降：颗粒在重力沉降过程中不受周围颗 粒和器壁的影响
▪ 干扰沉降：颗粒在重力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
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▪ 自由沉降速度ut
✓等速段中颗粒相对于流体的运动速度，又称 终端速度。
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▪ 颗粒的平均粒径
✓平均比表面积直径
da Байду номын сангаас
1 n xi
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▪ 颗粒的密度
✓真密度 ✓堆积密度
▪ 颗粒的黏附性和分散性
✓平均比表面积直径
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8.1.2 颗粒沉降
❖ 颗粒在流体中的沉降过程
▪ 颗粒与流体在力场中作相对运动时，受到三 个 力的作用：质量力F、浮力Fb、、曳力(阻力)Fd
化工原理
教师：盛广宏
第8章 其他分离技术
❖ 非均相物系分离 ❖ 吸附 ❖ 膜分离
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8.1 非均相物系分离技术
1 概述 2 颗粒沉降 3 过滤
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8.1.1 概述
❖ 非均相混合物
▪ 气态非均相物系 ▪ 液态非均相物系
❖ 非均相物系分离
▪ 分离原理：使分散相与连续相之间发生相对运动 ▪ 分离方法
Kc
ur ut
uT2 Rg
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❖ 离心沉降设备—旋风分离器
▪ 旋风分离器：利用惯性离心力分离气固混合物的常用设 备。 ✓主体的上部为圆柱形筒体，下部为圆锥形。 ✓含尘气体切向进入旋风分离器，旋转过程中，颗粒在 离心力的作用下被抛向器壁，与器壁撞击失去能量而 落入锥底后，由排灰口排出。净化后的气体由顶部排 气管排出。
des 3
SP
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✓球形度(形状系数)：实际颗粒的形状与球形颗粒的差异程 度，定义为：与实际颗粒体积相等的球形颗粒的表面积与 该颗粒表面积之比。
s
S Sp
❖ 颗粒群的特性
▪ 由大小不同的颗粒组成的集合体称为颗粒群。
▪ 颗粒群粒径分布：颗粒群的粒度组成情况即粒径分 布。可用筛分分析法测定各种尺寸颗粒所占的分率
粒沉降时的曳力，使颗粒的实际沉降速度较自由沉降速度 低。
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❖ 重力沉降设备
▪ 降尘室
✓借助重力沉降从气流中除去尘粒的设备
– 气体停留时间
– 沉降时间
l
u
t
h ut
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✓沉降分离满足的基本条件为 ：θ≥θt 或 l h u ut
✓等速时
Fg=Fd+Fb
ut
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f (Re t )
f ( dut )
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✓ξ的计算：为便于计算将球形颗粒 的曲线分为3个区域：
– 层流区（ 10-4< Ret≤2） – 过渡区（ 2< Ret <103 ） –湍流区（ 103≤Ret <2×105）
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▪ 旋风分离器性能指标
✓临界粒径dc：旋风分离器能够分离出的最小颗粒直径
dc
9B πNsui
标准旋风分离器，可取N=5。
✓分离效率
• 总效率
• 粒级效率
0
C1 C2 C1
i
C1i C2i C1i
0 i xi
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✓压降Δpf
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❖ 离心沉降及设备
▪ 当分散相与连续相密度差较小或颗粒细小时，在重力作 用下沉降速度很低。利用离心力的作用使固体颗粒沉降 速度加快以达到分离的目的，这样的操作叫离心分离。
▪ 与颗粒在重力场中相似，颗粒在离心力场中也受到三个 力的作用，即惯性离心力、向心力和阻力。
✓沉降分离：颗粒相对于流体(静止或运动)运动的过程 ✓过滤：液体相对于固体颗粒床层运动
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颗粒与颗粒群的特性
❖ 颗粒的特性
✓基本特性：形状和大小
▪ 球形颗粒
✓大小：直径表示
▪ 非球形颗粒
✓特性：当量直径、球形度 ✓当量直径
– 体积当量直径de
– 表面积当量直径des
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▪ 当三力平衡时，颗粒在径向上相对于流体的速度即为颗 粒在此位置上的离心沉降速度ur
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▪ 重力沉降速度计算式及所对应的流动区域仍可用于离心 沉降，仅需将重力加速度g改为离心加速度 uT2/R即可。
▪ 对于相同流体中的颗粒，在层流区，其离心沉降速度与 重力沉降速度之比取决于离心加速度与重力加速度之比 ，此比值称为离心分离因数。即：
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▪ 沉降槽 ✓籍重力沉降从悬浮液中分离出固体颗粒的设备。如用 于低浓度悬浮液分离时亦称为澄清器；用于中等浓度 悬浮液的浓缩时，常称为浓缩器或增稠器。 ✓沉降槽适于处理颗粒不太小、浓度不太高，但处理量 较大的悬浮液的分离。这种设备具有结构简单，可连 续操作且增稠物浓度较均匀的优点，缺点是设备庞大 ，占地面积大、分离效率较低。
–气体流经旋风分离器的压降是由气体流经器内时的膨胀、 压缩、旋转、转向及对器壁的摩擦而消耗的能量
pf
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2
对标准旋风分离器， ξ＝8.0
旋风分离器可分离5-75um的颗粒，结构简单。对<5um 颗粒分离效果较差。
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8.1.3 过滤
24
Ret
18.5 Ret 0.6
0.44
✓ 沉降速度 – 层流区 – 过渡区 – 湍流区
ut
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Ret 0.6
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▪ 影响重力沉降速度的因素
✓颗粒形状：非球形颗粒的沉降阻力比球形颗粒的大的多 ✓干扰沉降：当颗粒的体积浓度>0.2% 时，干扰沉降不容忽
✓气体水平通过降尘室的速度为：
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✓得： qv blut
✓所以：理论上降尘室的生产能力只与其沉降面积及 颗粒沉降速度有关，而与降尘室高度无关
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✓降尘室结构简单，阻力小，但体积庞大，分离效率低 ，适于分离75um以上的粗颗粒，可作为预分离用。为 保证沉降效果，气体流速不宜过快，应保证在层流区 内流动。
❖ 重力沉降及设备
▪ 重力沉降：分散相颗粒在重力作用下与周围连 续相流体发生相对运动而实现分离的过程
✓原理：密度差
▪ 自由沉降：颗粒在重力沉降过程中不受周围颗 粒和器壁的影响
▪ 干扰沉降：颗粒在重力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
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▪ 自由沉降速度ut
✓等速段中颗粒相对于流体的运动速度，又称 终端速度。
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▪ 颗粒的平均粒径
✓平均比表面积直径
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1 n xi
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▪ 颗粒的密度
✓真密度 ✓堆积密度
▪ 颗粒的黏附性和分散性
✓平均比表面积直径
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8.1.2 颗粒沉降
❖ 颗粒在流体中的沉降过程
▪ 颗粒与流体在力场中作相对运动时，受到三 个 力的作用：质量力F、浮力Fb、、曳力(阻力)Fd
化工原理
教师：盛广宏
第8章 其他分离技术
❖ 非均相物系分离 ❖ 吸附 ❖ 膜分离
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8.1 非均相物系分离技术
1 概述 2 颗粒沉降 3 过滤
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8.1.1 概述
❖ 非均相混合物
▪ 气态非均相物系 ▪ 液态非均相物系
❖ 非均相物系分离
▪ 分离原理：使分散相与连续相之间发生相对运动 ▪ 分离方法
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❖ 离心沉降设备—旋风分离器
▪ 旋风分离器：利用惯性离心力分离气固混合物的常用设 备。 ✓主体的上部为圆柱形筒体，下部为圆锥形。 ✓含尘气体切向进入旋风分离器，旋转过程中，颗粒在 离心力的作用下被抛向器壁，与器壁撞击失去能量而 落入锥底后，由排灰口排出。净化后的气体由顶部排 气管排出。
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SP
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✓球形度(形状系数)：实际颗粒的形状与球形颗粒的差异程 度，定义为：与实际颗粒体积相等的球形颗粒的表面积与 该颗粒表面积之比。
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❖ 颗粒群的特性
▪ 由大小不同的颗粒组成的集合体称为颗粒群。
▪ 颗粒群粒径分布：颗粒群的粒度组成情况即粒径分 布。可用筛分分析法测定各种尺寸颗粒所占的分率