第三章--分离与搅拌PPT课件

把已经沉降下来的颗粒重新卷起。为此，应保 证气体流动的雷诺准数处于滞流范围之内；
❖ 降尘室结构简单，流动阻力小，但体积庞大， 分离效率低，通常仅适用于分离直径大于 50μm的颗粒，用于过程的预除尘。
❖ 多层降尘室虽能分离细小的颗粒，并节省地面， 但出灰麻烦。
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2.沉降槽
❖ 利用重力沉降从 悬浮液中分离固 相的设备称为沉 降槽，它可从悬 浮液中分出清液 而得到稠厚的沉 渣，又称为增稠 器。按操作方式 分为间歇式和连 续式，一般化工 生产中均采用连 续沉降槽。
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非均相物系的分离方法
❖ 1.沉降：依据重力、离心力、惯性力，使分散相与连续相 分离。据力的不同分：
重力沉降
离心沉降
❖ 2.过滤：借助压力或离心力使混合物通过某介质(固体)， 使液相与固相截留于介质两侧而达到分离的目的。主要用 于分离液态非均相物系。
❖ 3.气体湿法净制：让含尘气体通过水或其它液体中，使颗 粒溶于液体中或润湿颗粒，而使颗粒粘在一起，通过重力 沉降分离。
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2.1 离心沉降速度
❖ 流体作圆周运动时，使其方向不断改变的力称为向心力。
而颗粒的惯性却促使它脱离圆周轨道而沿切线方向飞出，
这种惯性力称为离心力。当颗粒在距中心R处旋转时，其
切向速度uT，径向速度ur 。受力分析：
离心力：F m uT2 R
6
d3S
uT2 R
方向向外
向心力：FC
离心沉降速度 ur ：4d(3S)
uT2 R
❖ ut是常量，ur随uT和R变化，是变量。 ❖ 2.离心沉降所处理的非均相物系中固粒直径通常很小，沉
降一般在滞流区进行，故其沉降速度可表示为：
3.分离因数：同一颗粒在同种介质中的离心沉降速度与重力 沉降速度的比值，以Kc表示：
KC
ur ut
uT2 gR
❖ 要实现这种分离，其方法是使分散物质与分散介质之间发生 相对运动，所以非均相物系的分离操作也遵循流体流动的基 本规律。
❖ 本章主要讨论液固非均相物系和气固非均相物系分离所依据 的基本原理和设备，即颗粒相对于流体而运动的沉降操作和 流体相对于固粒而运动的过滤操作。
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非均相物系分离的目的
操作原理：含尘气体进入降尘室后，因流动截面积的扩大 而使颗粒与气体间产生相对运动，颗粒向室底作沉降运动。 只要在气流通过降尘室的时间内颗粒能够降至室底，尘粒 便可从气流中分离出来。
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❖ 沉降速度ut应按需要分离下来的最小颗粒计算； ❖ 气流速度u不应太高，以免干扰颗粒的沉降或
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分离效率
❖ 分离效率是衡量旋风分离器操作效果的参数，可用 总效率和分效率表示。
❖ ①总效率η0： 进入旋风分离器的全部粉尘中被分离 下来的质量百分率，即：
0
C1C2 C1
10% 0
式中：
C1、C2－旋风分离器进口、出口气体中的含尘浓度，g/m3。 总效率是工程上最常用的，也是最易于测定的分离效率。其 缺点是不能表明旋风分离器对各种尺寸粒子的不同分离效果。
6
d3
uT2 R
方向向内
阻力：Fd
4
d2
u2r 2
方向向内
F
ur uT
FC R
Fd
在稳定运动中，作用力与阻力达到平衡，
颗粒与流体的相对运动速度ur达到恒定，即：
离心
6d3(S)u R T 2 4d22 u2 r 0
ur
4d(S )uT2 3 R
沉降 速度
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1.重力沉降速度 ut ：4d(3S)g
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(1)连续沉降槽的构造与操作
连续沉降槽是底部略成锥状的大直径浅槽，如图。悬 浮液经中央进料管送到液面以下0.3～1.0m处，分 散到槽的整个横截面上。因截面积的扩大颗粒下沉， 清液向上流动，经由槽顶四周设置的溢流堰排出， 沉到槽底的沉渣由缓缓转动的耙拨向底部中心的排 渣口排出。连续沉降槽的操作属于稳定操作状态， 上部为清液区，下部为增稠区，增稠区内颗粒的浓 度自上而下逐步增高，而且各部位区内的粒子浓度、 沉降速度等不随时间而变化。
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4.器壁效应的影响
❖ 容器的壁面和底面均增加颗粒沉降时的阻力，使 实际沉降速度降低。当容器直径D远远大于颗粒 直径d(D/d>100)时，器壁的影响可忽略。否则需 考虑。
❖ 5.
❖ 颗粒在流体中沉降时，所受到的阻力除与运动Re 有关外，还与其形状有关。在体积相同时因圆球 的表面积最小，故圆球下沉时受到的阻力最小。 通常φs（球形度，颗粒形状与球形差异程度）愈 小，受到阻力愈大。
ds g
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1.2 影响重力沉降的因素
❖ 1. ❖ 颗粒直径对沉降速度有明显影响，但在不同的区域，其影响
❖ 滞流区，ut∝d2；过渡区ut∝d1.143；湍流区ut∝d0.5 。即随 着Ret的增加，其影响减弱，在生产中对小颗粒的沉降采用 添加絮凝剂来加速沉降。
❖ 2. ❖ 在滞流区，阻力主要来自于流体粘性引起的表面摩擦力； ❖ 在湍流区，流体粘性对沉降速度已无影响，此时由流体在颗
❖1 ❖ 如从气流干燥器排出尾气中回收带出的固体颗粒作
为产品，或者从某些排泥中回收带走的液体等。 ❖2 ❖ 如除去浑液中的固相杂质而使其成为清液，或者使
压缩后气体中的油滴分离而净化气体等。 ❖3 ❖ 象烟道气的排放、废液的排放都要求其含固量达到
一定标准，以防止对大气、河海等环境污染。
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(2)特性
❖ 连续沉降槽直径大，大者可达百米以上，高度为 2～4米。为节省占地面积，有时将数个沉降槽叠 在一起构成多层沉降槽，共用一根共同的轴带动 各槽的耙。耙的转速很低，一般在0.1～1rpm之内， 以防将已沉积的固粒重新搅起。
❖ 连续沉降槽适于处理量大而颗粒浓度不高的悬浮 液，对于颗粒细微的料浆，常需加入高分子量的 絮凝剂，使细粒之间发生凝聚而促进沉降作用， 以提高其生产能力和得到符合要求的清液，其底 部排出的沉渣还含有约50%的液体。
Kc值一般在102～105之间，其大小 反映了离心沉降设备的效能为重力 沉降设备的倍数，是离心分离设备 性能的一项重要指标。
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2.2 旋风分离器的结构与操作原理
❖ 构造：进气管、上筒体、下锥体和 中央升气管等
操作原理：含尘气体由进气管进入旋风分 离器后，沿圆筒的切线方向，自上而下作 圆周运动。
第三章 分离与搅拌
❖ 概述
❖ 均相物系和非均相物系 ❖ 均相物系：物系内部各处物料性质均匀而
不存在相界面的混合物系。溶液以及各种 气体的混合物都是均相物系，它们的分离 方法将在后面章节讨论。 ❖ 非均相物系：物系内部有明显的相界面存 在而界面两侧物料的性质不同的混合物系。
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非均相物系的分类
动，这时颗粒所受的诸力之和为零。
FF F bF d0
1.1.2 球形颗粒的自由沉降速度 自由沉降： 颗粒在重力沉降过程中不受周围颗粒和器壁影响的沉降。 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 粒不能正常沉降的过程。
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球形颗粒在静止流体中沉降时，颗粒受到的作用力有重 力、浮力和阻力
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1.3 重力沉降设备
❖ 重力沉降是最简单的沉降分离方法，它既可用于分离气固非 均相物系，也可用于分离液固非均相物系；既可用于将混合 物系中的颗粒与流体分开，也可用来使不同大小或密度不同 的颗粒分开。依据重力沉降原理进行操作的装置称为重力沉 降设备。
1.
利用重力沉降从气流中分离 出尘粒的设备称为降尘室， 常见的如图所示。
颗粒在随气流旋转过程中，受到的离心力 大，故逐渐向筒壁运动，到达筒壁后沿壁 面落下，自锥体排出进入灰斗。
净化后的气流在中心轴附近范围内由下而 上做旋转运动，最后经顶部排气管排出。
通常，将下行的螺旋形气流称为外旋流， 上行的螺旋形气流称为内旋流。内、外旋 流的旋转方向相同。外旋流的上部是主要 除尘区。
滞流区 24 （ 10-4< Ret≤1）
湍 过渡 流 区区 =1R8e0..65=0 R. e 44（（1<10R3e≤t R<1e0t 3<2）×105）
对应各区的沉降速度 ut的计算式为：
（1）滞流区
uz
d2
s g
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(2)过渡区
ug 0.27
ds
R0.6 e
（3）湍流区
ut 1.74
互不相溶重液与轻液适用沉降分离 法。
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1.重力沉降 1.1沉降速度
1.1.1受力分析 颗粒与流体在力场中作相对运动时，受到三个力的作用：重力
F、浮力Fb、、阻力Fd 。 对于一定的颗粒和流体，重力F、浮力Fb一定，但阻力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
❖ 1.按状态分 ❖ 液态非均相物系：固、液、气分散在液相中。分：
悬浮液(液固物系)：指液体中含有一部分固体颗粒 乳浊液(液液物系)：指一种液体分散在与其不互溶的另
一种液体中 泡沫液(液气物系) ❖ 气态非均相物系：固、液分散在气相中。分： 含尘气体(气固物系)：指气体中含有固体颗粒 含雾气体(气液物系)：指气体中含有少量液滴 n 2.按颗粒大小分
❖ 4.电子除尘：使含有悬浮尘粒或雾滴的气体通过金属电极 间的高压直流静电场，气体电离产生离子附着于悬浮尘粒 或雾滴上而使之荷电。荷电的尘粒、雾滴在电场力的作用 下至电极后发生中和而恢复中性从而达到分离。
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第一节 沉降
前言
固体颗粒在重力场离心力场中因场 效应而沉降。在制药生产中，两种形式 都存在，如中药提取液的离心分离和静 置沉淀。沉降分离是不彻底的分离。
当合力为零时，颗粒相对于流体的运动速度称为沉降速 度，又称为“终端速度。终端速度计算式：
ut
4gds
3
其中 是颗粒沉降时的阻力系数。并且是颗粒对流体作相对
运动时的
雷诺数Re的函数。 与Re的关系可由实验测定，球形颗粒 （φs=1）
的沉降速度曲线分为三个区域，即：
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（1） （2） （3）
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❖ 影响旋风分离器性能的因素中，物 系条件及操作条件是主要的。
❖ 颗粒密度大、粒径大、进口气速高 及粉尘浓度高，均有利于分离。
❖ 但气速过高，易使湍流加剧，不利 于分离，且增加压强降，故进口气 速在10～25m/s范围内为宜。
❖ 粒径大，对器壁的磨损较严重，使 旋风分离器的使用寿命减少，故分 离粒径在5～200μm为宜。ຫໍສະໝຸດ 可编辑课件PPT18
2 离心沉降
❖ 依靠惯性离心力的作用而进行的沉降过程称为离心 沉降。对于两相密度差较小，颗粒粒度较细的非均 相物系，用重力沉降很难进行分离甚至完全不能分 离时，改用离心沉降则可大大提高沉降速度，且可 缩小设备尺寸。
❖ 离心沉降是利用沉降设备使流体和颗粒一起作旋转 运动，在离心力的作用下，由于颗粒密度大于流体 密度，将使颗粒沿径向与流体产生相对运动，从而 实现分离。在高速旋转的过程中，颗粒受到的离心 力比重力大得多，且可根据需要进行调整，因而其 分离效果好于重力沉降。
粒尾部出现的边界层分离所引起的形体阻力占主导作用。在 过渡区，摩擦阻力和形体阻力都不可忽略。因沉降多在滞流 区进行，故降低粘度对操作有利，对悬浮液的沉降过程应设 法提高温度，而对含尘气体的沉降应降低气体温度。
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3.干扰沉降的影响
❖ 当颗粒体积浓度较高时，由于颗粒间的相互作用， 颗粒沉降的彼此影响称为干扰沉降(在悬浮液中的干 扰沉降称为沉聚过程)。干扰沉降中颗粒周围流体的 速度梯度受到邻近粒子的影响，使其所受阻力发生变 化；颗粒沉降产生的对流体的置换作用将引起流体的 向上流动，使其绝对沉降速度减小；由于流体中含有 颗粒使其有效密度和粘度增加而使沉降速度降低。总 的结果是使颗粒的沉降速度减小，一般设计时应通过 实验测定其表观沉降速度u0(表示清液层相对器壁的 移动速度)作为计算依据。
粗悬浮系统：d>100μm 悬浮系统：0.1μm>d>100μm 胶体系统：d<0.1μm
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连续相与分散相
❖ 分散相(分散物质)：处于分散状态的物质
❖ 连续相 (分散介质)：包围着分散物质而处于连续状态的物质
❖ 由于非均相物系中连续相与分散相之间具有不同的物理性质 (如密度、粒子的大小与另一相分子尺寸等)，受到外力作用 时运动状态就不同，因而可应用机械方法将它们分开。