第一节 气固分离

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1）.喷淋式除尘器 一般要求气速不超过1~2m/s，因气速较低，故 阻力小，可作为初步净化用。缺点是设备庞大， 效率低。 2）.鼓泡式除尘器 气体经筛板上的筛孔鼓泡上升，产生很多泡沫， 气液两相接触充分，扰动激烈，除尘效率高。 3）.填料式除尘器 一般气速为2~3m/s，不超过4m/s。填料的密度 和厚度越大，除尘效率越高，但阻力损失也相应 增加。还可以用φ（10~40）mm的聚氯乙烯空 心小球代替填料，形成湍球塔，提高除尘效率。
三、分离设备
• 3-1降尘室(重力沉降设备) • 利用重力沉降从含尘气体中分离出尘粒的设备。 预分离器，粒径大于50μm。 • 重力沉降分离器，依流体流动方式可分为水平流 动型与上升流动型。本节介绍最典型的水平流动 型降尘室的操作原理。降尘室的示意图，如图3 －2所示。
L u W ut H
图3－2 降尘室
• 袋滤器可捕集非黏性、非纤维性的工业粉 尘，除尘效率高，允许风速大，但需要较 高压力的压缩空气。当气体中含有水汽或 处理吸水性粉尘时易堵塞，故使用范围受 到一定限制。
2.湿法除尘 湿法除尘主要依靠亲水的尘粒与水、 水滴或其他液体相互接触或碰撞，使尘 料黏附或凝聚，从而与气体分离。只有 含尘气体允许被增湿或冷却，且粉尘分 离出来是无价值的，同时又不污染环境 时，采用湿法除尘是有效的。下图为常 用的几种除尘型式。
• 非均相物系
◆分散相(分散物质)：处于分散 状态的物质。气体中尘粒、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。含尘 气体中的气体、悬浮液中的液体。 均相混合物：吸收、蒸馏。 非均相混合物：分散相、连续相物理性质不同 (ρ 不同)→机械方法：沉降、过滤。 • 非均相物系分离的目的：（1）回收分散物质（2） 净制分散介质 (3)环境保护和综合利用
图3－3 降尘室的计算
•
含尘气体进入降尘室后，因流道截面积 扩大而流速u降低。只要气体从降尘室进口 流到出口所需要的停留时间等于或大于尘 粒从降尘室的项部沉降到底部所需的沉降 时间，则尘粒就可以分离出来。 • 为提高降尘室的生产能力，可在降尘室内 设置水平隔板构成多层降尘室，每层高度 为25~100mm，颗粒沉降到各层隔板表面， 使出灰不太方便。
• 旋风分离器是利用离心力作用净制气体的 设备，其结构简单，制造方便，分离效率 高，并可用于高温含尘气体的分离，所以 在生产中得到广泛应用。 • 通常旋风分离器宜分离5~200μm的粒子， 过小的粒子其分离效率较低，对于大于 200μm的粒子最好使用隆法室先予除去。 旋风分离器不适用于分离黏性大、含湿量 高、腐蚀性强的物质，否则影响分离效率， 甚至堵塞分离器。
2-2 离心沉降 离心沉降：依靠离心力的作用而实现的沉降过程。图3 －4 转筒内颗粒在流体中的运动 图3－4所示的以一定角 速度旋转的圆筒，筒内装 F阻 F离 有密度为ρ 、粘度为μ 的 F向 液体。液体中悬浮有密度 为ρ p、直径为dp、质量 为m的球形颗粒。假设筒 内液体与圆筒有相同的转 图3－4 转筒内颗粒在流体 数。当站在旋转轴上观测颗 中的运动 粒的运动，
3.静电除尘器 静电除尘是利用强电场中气体发生的电离 作用，使尘粒带电荷而被电极所吸引，尘粒便 从气体中被除去。 通常阴极为金属丝，其直径为1.5~2mm， 阳极为管状或平板状，电极之间的距离是 100~200mm。在管状电除尘中，单管处理量小， 往往排列成多管。
作业
• 1.什么是分散物质？什么是分散介质？ • 2.什么叫非均相物系？分离的目的是什么？ • 3.气固分离应用在哪些方面？有哪些分离方 法和设备？ • 4.说明旋风分离器的操作原理。
二、分离原理
• 沉降(settling)：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。 • 重力沉降：由地球引力(重力)作用而发生 的沉降过程。
• 离心沉降：依靠离心力的作用而实现的 沉降过程。
（一）影响沉降速度的主要因素
• 影响沉降速度的主要因素为：颗粒与流体 相对运动时所受的阻力 • 颗粒在流体中作重力沉降或离心沉降时， 要受到流体的阻力作用,通常称为曳力 （drag force）或阻力。Fd
二、结构型式 • 旋风分离器是一种较为常见的通用设备， 己定型生产，可以从有关手册中查到其主 要结构尺寸及性能。 • 中国生产的旋风分离器型号有CLT、 CLT/A、CLT/A、CLP/B及扩散式等。 CLT是最原始的旋风分离器，目前己被沟 汰。上述代号中，C表示除尘器，L表示离 心式，A、B表示产品的类别。
KC
g
称为离心分离因数是表示离心力大小的指标。
2-4离心沉降速度 • 颗粒在离心力场中沉降时，在径向沉降方向上所 受的作用力有 1 3 FC d P P r 2 • 离心力
6
• 浮力（向中心） • 阻力（向中心）
F向

6
d p r 2
3
2
dr 2 2 d u d p F阻 A 2 4 2
第二章 非均相物系的分离与设备
第一节 气固分离
一 概 述
非均相物系的分离 • 混合物：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。 许多化工生产过程中，要求分离非均相物系。 含尘和含雾的气体，属于气态非均相物系。悬浮 液、乳浊液及泡沫液等属于液态非均相物系。
mg 图3－1 颗粒受力图
（二）、影响沉降速度的其它因素
• 颗粒形状 ：测定非球形粒的沉降速度，用沉降速度 公式计算出粒径。这样求出来的非球形颗粒的直径， 称为当量球径。即用球形颗粒直径来表示沉降速度 与其相同的非球形颗粒的直径。 • 壁面效应：当颗粒靠近器壁沉降时，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 壁效应。(容器很大，100倍以上可忽略) • 干扰沉降：当非均相物系中的颗粒较多，颗粒之间 相互距离较近时，颗粒沉降会受到其它颗粒的影响， 这种沉降称为干扰沉降。干扰沉降速度比自由沉降 小。(颗粒浓度＜0.2%,可近似为自由沉降)
3-3.其他除尘器 1.袋滤器 • 袋滤器是利用滤布过滤气体 中粉尘的净化设备。右图为 脉冲袋滤器的结构示意图。 含尘气体由下部进气管进入， 分散通过滤袋时，粉尘被截 面留在袋的外侧，通过滤袋 净化的气体，从上部出口排 出。
• 滤袋外的粉尘，一部分借重力落至灰斗内， 剩在滤袋上的粉尘隔一段时间用压缩空气 吹一次，使粉尘落入灰斗，经排灰阀排出。 一般袋滤器有几十个滤袋，并分成3~4组， 在操作中其中一组处于吹落卸灰状态，其 余各组进行正常除尘。每组是处于除尘还 是卸尘，均由自控阀按规定顺序进行。
若这三个力达到平衡，则有

6
d p r p
3 2

4
dp
2
u
2
2
0
此时，颗粒在径向上相对于流体的速度，就是它在 这个位置上的离心沉降速度
ur
4d p p 3
r
2
颗粒的离心沉降速度与重力沉降速度具有相 似的关系式，只是重力加速度换为离心加 速度而已。但在一定的条件下，重力沉降 速度是一定的，而离心沉降速度随着颗粒 在半径方向上的位置不同而变化。 在沉降分离中，沉降速度较小的颗粒才考虑 用离心沉降。所以离心沉降设计计算的对 象为小颗粒。
1 3 FC m r d p p r 2 6
2
忽略颗粒的重力沉降，则可看到有离心力沿旋转 半径向外作用于颗粒。式中r为颗粒到旋转轴中心 的距离。由此式可知，为了增大Fc可以提高也可 以增大r。提高比增大r更有效。同时，从转筒的 机械强度考虑，r不宜太大。 2-3 离心分离因数 • 同一颗粒所受的离心力与重力之比， 为 r 2
• 降尘室中气速不宜过大，以防止气流湍动 卷起己沉降的尘粒，一般气速应控制在 1.5~3m/s以下。 • 降尘室结构简单，气流阻力小，但体积庞 大，分离效率低
3-2 旋风分离器
一、构造与操作 • 含尘气体从圆筒上都的长方形切 线进口进入旋风分离器里。进口 的气速约为15～20m/s。含尘气 体在器内沿圆筒内壁旋转向下流 动。到了圆锥部分，由于旋转半 径缩小而切向速度增大，并继续 旋转向下流动。到了圆锥的底部 附近，转变为上升气流，最后由 上部出口管排出。在气体旋转流 动过程中，颗粒由于离心力作用 向外沉降到内壁后，沿内壁落入 灰斗。
2-1.重力沉降 分析颗粒受力情况：
F mg F浮 Fd
2 u 1 1 1 3 3 2 d P P g d P g d P 6 6 4 2 ma F浮 du Fd dt
ζ：阻力系数，无量纲，实验测定 由此可推导出恒速时 固体颗粒的沉降速度