非均相物系分离讲解

3、当容器尺寸远远大于颗粒尺寸时，器壁效应可忽略， 否则需加以考虑
由于壁面效应，实际沉降速度小于自由沉降速度。
在Stokes区，器壁的影响：
ut'
ut 1 2.1
d
D
1 试差法
沉降速度的计算
假设沉降属 于某一流型
计算出Ut
检验Ret是否 满足条件
不一致 一致
按算出的 问题 Ret重选 得解
流型
例：
H
颗粒在降尘室中的运动
注意：降尘室中气速不易过大，应保证气体在滞留区流动， 以防止气体湍流将以沉淀的尘粒重心卷起，一般控制 流速 在1.5-3m/s。
一直径为1.00mm、密度为2500kg/m3的玻璃球在20℃的 水中沉降，试求其沉降速度。
解：由于颗粒直径较大，先假设流型层于过渡区，
ut
0.153
gd
1.6 p
P
0.4 0.6
1/1.4
0.153
9.81 0.0011.6 2500 998.2 1/1.4
998.20.4 (1.005103 )0.6
6
d
3s
g
6
d
3g
ut2 d 2
24
浮力 Fb 6 d 3g
曳力 FD
D
ut2
2
A
ut
4d p g 3
其中ξ是颗粒沉降时的阻力系数。并且ξ 是颗粒对流体作相对运动时的雷诺数
Ret的函数
质量力 Fc
6
d
3s
g或
6
d
3 s ac
颗粒在流体中沉降时受力
f (Ret )
f ( dut )
一、颗粒的特征
颗粒最基本的特征就是其形状和大小。对于球形颗粒仅用
直径就可以说明颗粒的大小，而对于非球形颗粒，由于难
以用单一参数说明，常将它与球形颗粒相对比来表示其特
征。 1、球形颗粒
体积 :V d 3
6
直径 : d
表面积: s d 2
比表面积 : a 6 d
2、非球形颗粒
工业上遇到的固体颗粒大多是非球形颗粒，它不像球形颗 粒那样容易求出体积、表面积和比表面积，但可用当量直 径和球形度来表示其特征。
内பைடு நூலகம்t的计算式：
滞流区 过渡区
ut
d 2(s )g 18
ut 0.27
d
(s
)g
Re
0.6 t
湍流区
ut 1.74
d(s )g
影响沉降的因素
1．颗粒的体积浓度
1、颗粒形状：球形度越小，沉降速度越小。
2、干扰沉降：当颗粒的体积浓度小于0.2%时，理论计算值 的偏差在1%以内，当颗粒浓度较高时便发生干扰沉降，由 于干扰作用，大颗粒的实际沉降速度小于自由沉降速度； 小颗粒的沉降速度增大。
实现非均相混
含尘气体、含雾气体
合物的分离。
沉降分离离重心力沉沉降力 （固-液、固-气混合物）
机械分离的两 种操作方式
重力过力
过滤分离 真 加空压压过过空
离心过滤
一、非均相物系分离在工业上应用
1 回收有价值的分散物质 2 净化分散介质以满足生产工艺要
求 3 环境保护和安全生产
二：颗粒及颗粒群的特性
对于一定的颗粒和流体，重力Fg、浮力Fb一定，但曳力Fd 却随着颗粒运动速度而变化。当颗粒运动速度u等于某一数 值后达到匀速运动，这时颗粒所受的诸力之和为零
F F Fb Fd 0
二：重力沉降及设备
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，称为自由沉降 。
对单个球形颗粒受力分析：
3）颗粒的密度 颗粒的真密度：当不包括颗粒之间的空隙时，单位颗粒群体积 内颗粒的质量，kg/m3。 堆积密度（表观密度）：当包括颗粒之间的空隙时，单位颗粒 群体积内颗粒的质量，
4）颗粒的粘附性和散粒性
第二节：颗粒沉降
一、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＝ma、浮力Fb=Vp.ρ.a、、曳力Fd=ξ.Aρu2 /2 。
0.145m
/
s
校核流型，Re=dPutρ/μ=10-3×0.145×998.2/0.001005=144 故属于过渡区，与假设相符。 当已知沉降速度，求颗粒直径时，也需要试差计算
重力沉降设备
1、降尘室
停留时间 L
气体 进口
气体 出口
u
沉降时间t h
ut
若
t或
l u
h ut
（2－21）
则表明，该颗粒能
非均相物系分离
1、概述 2、颗粒沉降 3、过滤 4、过程强化与展望
第一节：概述
混合物分类
均相物系 非均相物系
一种物质以分子、离子状态 均匀分散在另一种物质中。
有明显相界面；不同相间有明 显的物理化学性质差异。
通过施加适当 外力使两相间 发生相对运动，
悬浮液（固-液混合物）、 乳浊液（液-液混合物）、
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。
1）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。
2）颗粒的平均粒径 常用方法是平均比表面积直径法。
1
da n xi d i1 i
xi＝
Gi G
式中da—平均比表面积直径；di—筛孔平均直径；xi—di粒径范围内颗粒的质量分数
合外力 Fg Fd Fb ma
沉降两个阶段：加速段和等速段， 加速段时间很短，整个过程可以忽 略；等速段的颗粒相对于流体的速 度称为沉降速度用ut表示，也称终 端速度。
浮力 Fb 6 d 3g
曳力 FD
D
ut2
2
A
质量力 Fc
6
d
3s
g或
6
d
3 s ac
颗粒在流体中沉降时受力
沉降速度：
在降尘室中除去。
气体
集灰斗 降尘室
L B
u
H
ut
颗粒在降尘室中的运动
沉降室的生产能力
气体通过水平降尘室的速度为 u Vs （2－22）
hb
式（2－21）带入（2－22）得：
生产能力Vs BHu BLut A底ut 气体
可见：降尘室生产能力与底面积、沉降 速度有关，而与降尘室高度无关
L
u
B
ut
体积当量直径：de
3
6VP
表面积当量直径：des
SP
球形度：表示实际颗粒形状与球形颗粒的差异程度。
s
S
SP
S----与实际颗粒体积相等的圆球的表面积；SP----颗粒的实际表面积
由于体积相同的形状不同的颗粒中，球形颗粒表面积 最小，所以任何非球形颗粒的球形度均小于1，其值越 小，说明颗粒与球形颗粒差别越大
阻力系数ζ
根据阻力随颗粒雷诺数变化的规律，可分为三个区域：
滞流区或斯托克斯定律区（10-4<Ret<2)
24
Re t
过渡区或艾仑定律区（ 2<Ret<103）
18.5
Re
0.6 t
湍流区或牛顿定律区（ 103<Ret<2×105）
0.44
将阻力系数的计算式代入，得到不同颗粒雷诺数范围