【学习课件】第三章非均相物系的分离

（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。
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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
（2）形状系数（球形度）
表征颗粒的形状与球形的差异程度。
S
S SP
Φs——颗粒的球形度，无因次；
S——与实际颗粒体积相等的球形颗粒的表面 积，m2；
Sp——实际颗粒的表面积，m2。
尘粒、悬浮液中的颗粒、乳浊液中的液滴。 ◆连续相(分散介质)：包围着分散相，处于连续状态的
物质。含pp尘t课件气体中的气体、悬浮液中的1 液体。
均相混合物的分离：吸收、蒸馏。 2 非均相混合物的分离方法 非均相混合物的分离：利用分散相、连续相物理性质不同(ρ 不同)→机械方法 沉降、过滤。 ① 颗粒相对流体（静止或运动）运动而实现悬浮液物系的分 离的过程称为沉降分离。 ② 流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过程称为 过滤。（分离液、固混合物）
产能力为
S
t
保证气体流动处于层流区，以免干扰颗粒沉降
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若在各种颗粒中，有一种颗粒刚好满足=t的条件，此粒径 称为降尘室能100％除去的最小粒径，称为临界粒径，用dpc表 示。
VS lbut
当沉降处于层流区时
dmin
18 VS (s )g lb
例3-2 ：在底面积为40m2的降尘室中回收气流中的固体颗粒，气 体流量为3600m3/h、固体密度为2650 kg/m3、气流为40℃的空气， 试求理论上能被完全除去的最小颗粒直径。40℃时空气的密度 为1.128kg/m3,粘度为1.91×10-5Pa·S。
例 3-1 已 知 固 体 颗 粒 的 密 度 为 2600kg/m3 ， 大 气 压 强 为 1.013×105Pa，试求直径为30μm的球形颗粒在30℃大气中的自 由沉降速度。解 由附录查取，30℃，1atm下空气的物性参数
密度 ρ=1.165kg/m3；粘度 μ=1.86×10-5Pa·s
假设沉降处于层流区
ab (1)a a-颗粒的比表面积
3.3 沉降分离
沉降：在某种力(重力、离心力)作用下，利用连续相与分散相
的密度差异，使之发生相对运动而分离的操作。（分离气、固
混合物）
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3.3.1 重力沉降
重力沉降：由地球引力(重力)作用而发生的沉降过程。
1 沉降速度
1) 球形颗粒的自由沉降
Fg 16d3sg
2） 阻力系数 f(Rte)
Ret
d
ut
① 层流区或斯托克斯区（104 Ret 1)
24 R et
② 过渡区或艾伦区（1Ret 103)
18.5 R e t 0.6
③ 湍流区或牛顿区（ 103Ret 2105) 0.44
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（1）层流区： ut
gd2(s ) 18
（非常重要） 称斯托克斯公式
Fb
1d3g
6
(重力，向下) (浮力，向上)
Fd A2 u2
d2u2
42
(阻力，向上)
FF gF bF pptd 课件ma
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当u增加到某一定数值时，Fg、Fb、Fd达平衡，即∑F=0，a=0， 颗粒开始作匀速沉降运动，此时颗粒相对于流体的运动速度
称为颗粒的自由沉降速度，用ut表示。
ut
4d (s )g 3
对于球形颗粒，Φs=1。颗粒形状与球形的
差异越大，球p形pt课度件 Φs越小。
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3.2.2 颗粒床层的特性
影响空隙率的因素有颗粒 的大小，形状和粒径分布
1 床层空隙率
等。球形度越小，空隙率
床层体积颗粒体积 越率大。。空振隙动率也大可，改则变流空体隙通 床层体积 过床层的压降小。
2 床层的比表面积（单位床层体积具有的颗粒表面积）
第三章 非均相混合物的分离
1 混合物的分类
3.1 概述
均相混合物(物系)：物系内部各处物料性质均匀，无相界面。
例：混合气体、溶液。 非均相混合物(物系)：物系内部有隔开的相界面存在，而在相界面
两侧的物料性质截然不同的物系。例：含尘 气体、悬浮液、乳浊液、泡沫液。 非均相物系 ◆分散相(分散物质)：处于分散状态的物质。气体中
（2）壁面效应 当颗粒在靠近器壁的位置沉降时，由于器壁的影响，其沉 降速度较自由沉降速度小，这种影响称为壁面效应。
（3）颗粒形状的影响
颗粒的球形度越小，同一雷诺数下的阻力系数越大。P145 图3-2
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4）沉降速度ut 的计算（步骤）： （1）假设沉降属于某一流型（例如层流区） ；
（2）选用相应公式计算ut ； （3）用ut计算Ret，检验是否在原假设的流型区域内。
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与假设相符，计算结果有效
2 重力沉降设备 1 ）降尘室：
降尘室利用重力沉降从含尘气体中分离出尘粒的设备。 降尘室的作用：用作预分离器，分离粒径大于75μm的颗粒。
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降尘室的长为L，宽度为b，高度为H，含尘气体通过降尘室
的体积流量（降尘室的生产能力）为Vs
颗粒在降尘室中沉降到底所需时间 t
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3 非均相混合物分离的目的：
①回收分散物质（气流干燥器，催化反应器）
②净制分散介质（催化反应保证催化剂的活性）
③劳动保护和环保的需要。
3.2 颗粒及颗粒床层的特性
3.2.1 颗粒的特性
1 单一颗粒特性
1）球形颗粒 （通常用直径（粒径）表示大小。）
体积 V d 3 表面积