化工原理11沉降分离原理及设备
沉降过滤及设备PPT课件
998 .2
3.96 10 5
1
计算结果表明，与假设相符，故算得的 ut 2.66 10 6 m s 1 正确。
这是利用沉降速度计算式，计算液—固沉降的例子。
•15
❖降尘室
•16
用于分离气固悬浮物系，如图所示：
气体通过降尘室的停留时间， ，s； l u
颗粒在降尘室的沉降时间， t ，s；
•14
【例 3-1】 有一玉米淀粉水悬浮液，温度 200 C ，淀粉颗粒平均直径为15μm ，淀粉颗粒吸水后的
密度为1020 kg m3 ，试求颗粒的沉降速度。
解：先假定沉降在层流区进行，故可以用式 (II) 计算，即
ut
d 2(s 18
)g
已知： d p 15μm 15106 m, s 1020kg m3 ，查出 200 C 的水的
❖ 将上式与式（Ⅱ）相比可知，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，称为分离因数：
❖
ur ut
uT 2 gR
Kc
对于本节将要讨论的旋风分离器与旋液分离器来说，
分离系数虽不如离心机的那么大，但其效果已远较重力沉降
设备为高。譬如，当旋转半径R＝0.4m、切向速度=20时，
分离因数为：
0
2
解得离心沉降速度为：
ur
4d (s ) uT 2
3
R
……………… (VI)
在离心沉降时，如果颗粒与流体的相对运动属于滞流，阻力系数也符合斯托克斯定律：
24 24 ， 代入式 (VI) 得： Rer dur
ur
d 2 (s ) uT 2
18
R
…………… (VII)
离设心计分计离算的过效程能是是经沉验降型分。离所的以几课十堂倍上，讲旋的风不分多离。器几乎是覆盖了所有气—固分离场所。因•其23
沉降分离原理及方法
沉降分离原理及方法沉降分离是一种常用的物理分离方法，主要用于将混合物中的固体颗粒或浮游生物从液体中分离出来。
沉降分离原理基于不同物质的密度差异，通过重力作用使得较重的固体或浮游生物颗粒沉降到液体底部，从而实现分离的目的。
下面将详细介绍沉降分离的原理和常用的方法。
1.原理：沉降分离的原理是基于斯托克斯定律，即在流体中，一个颗粒的沉降速度与其体积、形状、密度以及流体的粘度和密度有关。
根据斯托克斯定律，一个颗粒在一定重力下的沉降速度可以用以下公式表示：v=(2g(ρp-ρm)r^2)/(9η)其中，v代表沉降速度，g代表重力加速度，ρp代表颗粒的密度，ρm代表流体的密度，r代表颗粒的半径，η代表流体的粘度。
根据上述公式可以看出，颗粒的沉降速度与颗粒的体积、密度以及流体的粘度有关。
通常情况下，沉降速度较慢的颗粒会更容易分离出来。
因此，在进行沉降分离时，可以通过控制颗粒的大小、密度以及流体的粘度来实现理想的分离效果。
2.方法：沉降分离的方法有许多种，下面介绍其中几种常见的方法。
（1）重力沉降：重力沉降是最基本也是最常用的沉降分离方法。
它利用物体在重力作用下向下沉降的特性，将混合物在重力的作用下静置一段时间，使得较重的固体颗粒沉降到液体底部。
然后通过倾倒或抽取的方式将上层液体倒掉，即可将固体与液体分离。
（2）离心沉降：离心沉降是通过离心力的作用加速沉降的过程。
离心沉降可以将颗粒分离得更彻底，分离速度更快。
离心沉降是利用离心机的转速和半径控制离心力的大小，通过调整离心机的参数，可以实现对不同颗粒的分离。
（3）沉降澄清：沉降澄清是通过调控液体的流速和流向，使颗粒在液体中进行不同速度的沉降，从而实现分离。
沉降澄清通常使用的装置是沉降澄清池或沉降澄清罐。
在这些装置中，通过设计合理的流场，使得颗粒在不同区域以不同的速度沉降，最终实现分离。
（4）浮选法：浮选法是通过将颗粒与空气或气泡结合在一起，使得颗粒浮在液体表面或高于液体表面，实现沉降分离的一种方法。
3.1沉降分离原理及设备
11
3.1.2 颗粒及颗粒群的特性
2. 颗粒的平均直径
根据比表面积相等的原则 比表面积平均直径
颗粒的平均直径
长度平均直径
d am
1 xi
di
d Lm
xi
d
2 i
/
xi
d
3 i
表面积平均直径
d Am
xi di
/
xi
d
3 i
体积平均直径
故降低粘度对操作有利。
Ø 对悬浮液的沉降过程应设法提高温度， Ø 对含尘气体的沉降应降低气体温度。
u 颗粒的体积分数
当颗粒的体积分数小于0.2%时，理论计算值的偏差在1%以内。 当颗粒体积分数较高时，由于颗粒间相互作用明显，便发生干扰沉降。
22
3.2.1 重力沉降（Gravity Settling）
《化工原理》
第3章 非均相物系分离
绪论与沉降分离
Settlement Separation
3.1 概述
Ø 学习目的与要求 u 掌握沉降、过滤等过程的原理和计算方法 u 了解典型设备的结构特性 u 能够根据生产工艺的要求，合理选择设备。
2
3.1.1 非均相混合物的分离方法
Ø 分类
混合物
均相混合物
溶液 混合气体
标系中，
如 P215 图3－3所示。
26
3.2.1 重力沉降（Gravity Settling）
u 无量纲数群判别法
(1)已知d求ut
令K 3
d3 (s )g 2
滞流区：Re t
du t
化工原理11沉降分离原理及设备
PPT文档演模板
化工原理11沉降分离原理及设备
•第三章、非均相混合物 分离及固体流态化
•3.1 沉降分离原理及设备 •3.1.1 颗粒相对于流体的运动
PPT文档演模板
化工原理11沉降分离原理及设备
•一、颗粒的特性
•1. 球形颗粒：球形颗粒的尺寸由直径d确定。
体 积 表面 积 比表面 积
PPT文档演模板
•二、重力沉降设备
• 位于降尘室最高点的颗粒沉降到室底所需的时间为
•气体通过降尘室的时间为
•降尘室 高
•沉降速 度
•降尘室 长
欲使颗粒被分离出来，则
•气流水平通 过降尘室速
度
PPT文档演模板
或
化工原理11沉降分离原理及设备
•二、重力沉降设备
根据降尘室的生产能力，气体在降尘室内的水平 通过速度为
•降尘室生 产能力
PPT文档演模板
化工原理11沉降分离原理及设备
•概述
机械分离方法，即利用非均相混合物中两 相的物理性质（如密度、颗粒形状、尺寸等） 的差异，使两相之间发生相对运动而使其分离。
机械分离方法
沉降 过滤
PPT文档演模板
化工原理11沉降分离原理及设备
•概述
•非均相混和物分离的应用： •（1）收集分散物质。 •（2）净化分散介质。 •（3）环境保护。
•三、 阻力系数（曳力系数）
•滞流区 •过渡区 •湍流区
•表面摩擦阻力 •形体阻力
PPT文档演模板
化工原理11沉降分离原理及设备
•四、 影响沉降速度的因素
•自由沉降
• 沉降过程中，任一颗粒的沉降不因其它颗 粒的存在而受到干扰 •干扰沉降
• 如果分散相的体积分率较高，颗粒间有明 显的相互作用，容器壁面对颗粒沉降的影响不可 忽略，这时的沉降称为干扰沉降或受阻沉降。
化工原理ppt课件
B
•
•••••
• •
H
u hor izont al
qV BH
设在水平方向上，颗粒与气体流同速。
工程处理方法：寻找颗粒得以分离的条件，从时间上考虑。
((停沉rseemt留降tlain时时ingin间间dgu：：rdau颗trioa粒nti)o随n同)t 气流uh在t 降尘h室为中颗的粒时距间离段底平 r面的u距horL离izontal
A
B
D
B D 4
ui
qV A B
ui 的大小影响到器内进口旋涡、锥形底口灰 卷起情况、气流经过设备的总压降均有关。
27
两种常用旋风分离器的各部位尺寸比例
28
根据实验气体旋转圈数N一般去3－5. 例1：已知含尘气体中尘粒速度为2300kg／m3.气体温度为500℃, µ=0.036cp流量为1000m3/h.采用某种形式的旋风分离器,D=400mm, B=D/4,A=D/2,H=2D,d=D/2.试估算临界直dpc(即dmin)
16
2
理 论 上 ：i
dp d pc
两边同时取自然对数：
lni
2 ln d p d pc
d p d pc 注意：dmin或者d pc指能够100%被沉降分离的最小颗粒粒径。
17
5.3.2 离心沉降(centrifugal settling) 和 离心沉降设备
在离心力的作用下，使流体中的颗粒产生沉降运动（离心力 方向上的运动），称为离心沉降。
分离器。以旋风分离器为例，分析离心分离设备的工作原理、 生产指标与设备尺寸、操作条件的关系。
处理物料为含尘气体，连续稳定的操作状况。
21
（1）旋风分离器的构造及工作状态
化工原理第三章离心沉降
d
3 P
ut2 r
阻
力=
d
2 P
u
2 r
42
7/1/2019
当三力达到平衡时，则：
6
d
3 P
P
ut2 r
6
d
3 P
ut2 r
d
2 P
4
ur2
2
0
【定义】颗粒在径向上相对于流体的运动速度 ur 便
是此位置上的离心沉降速度。可推得：
径向速度
7/1/2019
ur
4dP P ut2
3 r
切向速度
——离心沉降速度基本计算式
2、离心沉降速度与重力沉降
3
ur
4dP P ut2
3 r
【表达式】重力沉降速度公式中的重力加速度改为 离心加速度；
【数值】重力沉降速度为颗粒运动的绝对速度，基 本上为定值；离心沉降速度为绝对速度在径向上的 分量，随颗粒在离心力场中的位置（r）而变。
往往很大）
7/1/2019
旋风分离器的技术规格
规格型号
CZT-3.9 CZT-5.1 CZT-5.9 CZT-6.7 CZT-7.8 CZT-9.0
7/1/2019
进口风速 m/s
11－15 11－15 11－15 11－15 11－15 11－15
风量 m3/h
790-1080 1340-1820 1800-2450 2320-3170 3170-4320 4200-5700
清液或含有微细颗粒的液体则从顶部的中心管排出称为溢送至配碱岗位回收液送盐水工序效蒸发器电解液电解液大罐加料泵螺旋式预热器效蒸发器效蒸发器效蒸发器旋液分离器中间槽段蒸发器冷却器澄清槽高位槽离心机加料槽烧碱生产蒸发流程图20161262016126结构特点是直径小而圆锥部分长
化工原理 沉降PPT课件
。降m尘/室s一般用于分离
的
粗颗粒。
u
u 0.5m / s
dP 50m
• A—降尘室底面积， 。 m 2
A BL
• u t —颗粒的沉降速度，
决定。
d P,min
u 。m /应s根据要t 分离的最小 颗粒直径
第25页/共71页
重力沉降设备
• 讨论：
★1）对一定物系，ut一定，降尘室的处理能力只取决于降尘室的底面积A， 而与高度H无关，故降尘室应设计成扁平形状，或在室内设置多层水平隔 板。
成正比，服从一次方定律。 • ② Allen区(2 ＜ Rep＜500) • 开始发生边界层分离，颗粒后部形成旋涡——尾流→尾
流区压强低→形体曳力增大 • ③ Newton区(500 ＜ Rep＜2×105) • 形体曳力占主导地位，表面曳力可以忽略。曳力∝u2 ，
曳力系数与Rep无关。 • ④ Rep>2×105 • 曳力系数骤然下降，层流边界层→湍流边界层分离点后
d
P
4dP P
ReP 2
ut
4dP (P )g 3
24 24 ReP d put
ut
dP2(P )g 18
ut
4dP (P )g 3 24
ut
dP2(P )g 18
d put
第14页/共71页
2 ReP 500
500 ReP 2105
• 讨论：
ut
0.781
d
1.6 P
第10页/共71页
（1）沉降的加速阶段
• 问题：将一个表面光滑的球形颗粒置于静止的流体中，
若颗粒在重力的作用下沿重力方向作沉降运动，此时
颗Fg粒受m到g 哪6些d力P3的P g作用呢？
(化工原理)第二节 沉降过程
沉降速度计算—摩擦数群法
令ζ与Ret-1相乘,得
ρ
3
可得ζRet-1- Ret图
由ζRet-1从图中查得 Ret,
用以根据沉降速度ut计 算
颗粒直径d
沉降速度计算—摩擦数群法
Back 14 Back 15
用K判断流型
将层流时的ut代入Ret,有
当Re<1时,在斯托克斯定律区的上限K值为2.62 当Re>1000，在牛顿定律区的下限K值为69.1 可根据K值选用相应的公式，避免试差法
作预除尘器使用。 多层降尘室虽能分离较细小的颗粒并节省地
面但出灰不便。
例3-2
例3-2
重力沉降设备–沉降槽
（二）、沉降槽 （过程）
1、沉降槽的构造与操作 又称增浓器或澄清器
重力沉降设备–沉降槽
浓悬浮液的沉聚过程 （自学） 连续沉降槽的直径,小者数米,大者可达
数百米。小槽可用木料或金属制造,大 槽要用混凝土砌筑。小槽耙的转速约 为1r.p.m.,大槽只有0.1r.p.m.左右。
重力沉降设备–降尘室
如气体处理量为Vs
降尘室的生产能力只与其 沉降面积bl及颗粒 的沉降速度ut有 关,而与降尘室的高度无关。
重力沉降设备–降尘室
因此, 可将降尘室做成多层, 称为多层降尘室
重力沉降设备–降尘室
多层降尘室的生产能力为
Vs ≤（n+1)blut （n为隔板数）
降尘室特点
降尘室结构简单,阻力小, 但体积庞大,分离效率低, 只适用于分离直径在50μm以上的粗粒,一般
若某种尺寸的颗粒所需的沉降时间θt恰 等于停留时间θ，该颗粒就是理论上能 被完全分离下来的最小颗粒。
离心沉降-11
(整理)沉降分离原理及方法
第二节 沉降分离原理及方法3.2.1 重力沉降一、球形颗粒的自由沉降工业上沉降操作所处理的颗粒甚小，因而颗粒与流体间的接触表面相对甚大，故阻力速度增长很快,可在短暂时间内与颗粒所受到的净重力达到平衡，所以重力沉降过程中，加速度阶段常可忽略不计。
ma F F F d b g =-- 22u AF d ρζ=或a d u d g d g d s s ρπρπζρπρπ3223362466=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--当颗粒开始沉降的瞬间：0=u 因为0=d F a 最大↑u ↑d F ↓a当0=at u u =——沉降速度“终端速度”推导得()ρζρρ34-=s t gd u0=a()ρρπρπζ-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛s g d u d 322624式中：t u ——球形颗粒的自由沉降速度，[]s m ;d——颗粒直径，[]m ; s ρ——颗粒密度，[]3m kg ;ρ——流体密度，[]3m kg ;g ——重力加速度[]2s m ;ζ——阻力系数，无因次， ()et s R f .φζ= s φ——球形度 ps s s=φ综合实验结果，上式为表面光滑的球形颗粒在流体中的自由沉降公式。
滞留区 1Re 104<<-tRe24=ζ ()μρρ182g d u s t -= 斯托克斯公式过渡区 310Re 1<<t 6.0Re5.18=ζ ()27.06.0Re t s tg d u ρρρ-= 艾仑公式湍流区 53102Re 10⨯<<t 44.0=ζ ()ρρρgd u s t -=74.1 牛顿公式μρt t du =Re该计算公式（自由沉降公式）有两个条件：1.容器的尺寸要远远大于颗粒尺寸（譬如100倍以上）否则器壁会对颗粒的沉降有显著的阻滞作用，（自由沉降—是指任一颗粒的沉降不因流体中存在其他颗粒而受到干扰。
自由沉降发生在流体中颗粒稀松的情况下，否则颗粒之间便会发生相互影响，使沉降的速度不同于自由沉降速度，这时的沉降称为干扰沉降。
化工原理第三章1沉降解析
u Vs Hb
l lHb
Vs Vs Hb
lHb H Vs u0
Vs blu0 A0u0 ——降尘室的生产能力
• 说明
①含尘气体的最大处理量与某一粒径对应的，是指这一粒 径及大于该粒径的颗粒都能100%被除去时的最大气体量；
• 完全被分离出的最小颗粒直径
dmin
18Hu
gs L
4)常用沉降速度的计算
试差法
方法：
u0
假设沉降属于层流区
d 2s
18
Re0 du u0
Re0
u0为所求
Re0＜2
公式适 用为止
判断
艾伦公式
……
求u0
Re0＞2
例：试计算直径为30μm，密度为2000kg/m3的固体颗粒在空
气中做自由沉降时的沉降速度。空气的密度为1.2kg/m3，黏
度为0.0185mPa·s
a) 层流区或斯托克斯(stokes)定律区（10 –4＜Re0<2）
24
Re 0
u0
d 2s
18
——斯托克斯公式
b) 过渡区或艾伦定律区（Allen）（2＜Re0<500）
18.5
Re
0.6 0
u0 0.269
gd s
Re
0.6 0
——艾伦公式
c) 湍流区或牛顿定律区（Nuton）（500＜Re0＜ 2×105）
容器效应可忽略，否则需加以考虑。
u0'
1
u0 2.1
d
D
③颗粒形状的影响
球形度
s
S Sp
与物体相同体积的球体的表面积和物体的 表面积的比
对于球形颗粒，φs=1，颗粒形状与球形的差异愈大，球形度
化工原理-沉降
例3.2
1）理论最小沉降颗粒直径（临界粒径）
18
（斯托克斯区）
d pc
多级降尘室的dpc更小 多级降尘室的水平隔板数 = N-1
qv NWLut
三、离心沉降
惯性离心力实现的沉降过程
离心沉降速度
切向速 度=rw
4d p ( p ) ui 2 ur 3 r
4d p ( p ) g 3
一、球形颗粒的自由沉降 ----重力沉降
沉降颗粒的受力情况： 重力
Fg
曳力Fd
浮力
曳力
Fb
6
6
d p pg
3
d p 3 g
Fd Ap
曳力 系数
u
2
2
牛顿第二定律
du d p ( p )g d p ( ) ma p d 6 dt 6 4 2 加速段 u 曳力
重力沉降速度的计算
假设沉降 试差法： 属于某一 流型
先假设处于 斯托克斯区 Re＜2 Re > 2
计算沉 降速度
核算 Re
dut Re
d 2 s ut g 18
ut 为所求 假设处于 阿伦区
例题： 3-1 再计算 p94 和判断
其它方法简介： 无因次判据法： 计算判据K 的值 由K值确 定沉降所 属区域
标准旋风 分离器： h=D/2， b=D/4， n=5， ξ=8
相关应用：
临界粒径、压强降的计算p100例 3-3
24 Re
10 Re
0.44
已知：
ut
4 gd p ( p ) 3
代入上式：
沉降分离 原理
沉降分离原理沉降分离是一种物质分离的基本原理之一，它利用不同物质在溶液或混合物中的密度差异，通过重力作用使其沉降从而实现分离。
沉降分离的原理可以通过斯托克斯定律来描述。
斯托克斯定律表明，在一个粒径为 d、密度为ρ、粘度为η 的球形粒子在一种流体中由于重力而受到的附加阻力 F，与粒子直径的平方、密度差和粘度成正比。
即F = 6πηdv其中，v为粒子的沉降速度。
由于重力对物体的作用力与物体的质量成正比，且物体的质量等于其体积乘以其密度，因此可以得到F = 6πηdv = 4/3πd^3ρg其中，g为重力加速度。
根据以上公式，可以推导得到v = 2/9(d^2ρg)/η该公式表明，在给定的实验条件下，粒子的沉降速度与粒子直径的平方、密度差和重力加速度成正比，与液体的粘度成反比。
根据沉降分离的原理，我们可以通过调节实验条件中的因素来实现对混合物中不同物质的分离。
其中，影响沉降速度的关键因素有下列几个：1. 粒子直径：根据斯托克斯定律，粒子直径的平方与沉降速度成正比。
因此，粒子直径越大，其沉降速度越大，分离速度也就越快。
2. 物质密度：物质的密度差决定了沉降速度的大小，密度差越大，沉降速度越大，分离速度也就越快。
3. 液体粘度：液体粘度决定了粒子受到的阻力大小，粘度越小，阻力越小，沉降速度越大，分离速度也就越快。
4. 重力加速度：在地球上，重力加速度的大小是一个常数。
但是，如果在实验条件下使用其他较小或较大的重力加速度，也可以影响沉降速度和分离速度。
综上所述，沉降分离通过利用不同物质在溶液或混合物中的密度差异，通过调节实验条件中的因素来实现对混合物中不同物质的分离。
这一分离原理为许多实际应用和实验分析提供了基础。
(优选)第一节沉降分离原理及设备
③：颗粒的体积、表面积、比表面积：
Vp
6
d3 e
Sp
de2 s
a Sp 6
Vp sde
非球形颗粒必须有两个参数才能确定其特征
2：颗粒的自由沉降
1）：固体球形颗粒在静止流体
中的受力分析
重力↓
Fg
6
d 3s g
浮力↑
Fb
6பைடு நூலகம்
d3g
阻力（曳力）↑
Fd
A
u2
2
d2 u2
42
重力
Fg
6
d 3s g
A：已知颗粒直径求沉降速度
使等式的一边消去ut
R
2 et
d 2ut2 2 2
R
2 et
4d 3
s
3 2
g
沉降体系一定数群ξRet2只和粒径有关
令k
d3
s g
2
——沉降体系一定k只和粒径有关
R
2 et
4 3
k3
沉降体系一定ξRet2和粒径一一对应
因ξ是Ret的函数，ξRet2必然也是Ret的函数，ξ～
（优选）第一节沉降分离原理 及设备
2020/9/17
影响因素分析及强化措施，降尘室的设计，旋风分 离器的选型。 3：过滤操作的原理，影响因素分析及强化措施， 恒压过滤及其生产能力的计算、过滤常数的测定。
三：学习方法
本章运用流体力学原理解决实际生产中的沉降、 过滤和流态化问题。学习时要注意学会如何对复杂 的工程问题进行简化，使之变成用理论可以解决的 问题。
3：阻力系数（曳力系数）ξ
因次分析知 f (Ret ,s )
其关系见图。
Ret
dut
化工原理第三章概述重力沉降
•故原假设层流区正确，求得的沉降速度有效。
••2020/10/11
•（2） 在20℃的空气中的沉降 •用阿基米德准数判断沉降区域： •查得20℃空气：ρ=1.205 kg/m3，μ=1.81×10-5 Pa.s •①计算阿基米德准数：
••2020/10/11
•②计算雷诺准数：
•由于 2＜Re＜500 ， 故知沉降处在过渡区。 •③据阿伦公式： •④由此可知，沉降速度为：
•【例如】粘性流体对球体的低速绕流（也称爬流） 时,可用斯托克斯（Stokes）公式计算，即：
••2020/10/11
• 当流速较高时，Sokes定律不成立。因此，对一般 流动条件下的球形颗粒及其其他形状的颗粒，Fd的 数值尚需通过实验解决。 • 对球形颗粒，经分析并整理后可得：
•——阻力计算的经验公式
••2020/10/11
•五、非均相物系分离的作用
•（1）回收分散物质；（从催化反应器中回收催化 剂颗粒）
•（2）净制连续介质；（二氧化硫气体除尘）
•（3）保护环境。（污水处理、除去烟道气中的粉 尘等）
••2020/10/11
•催化剂再生器
•催裂化反应器
•分馏塔
•旋液分离器
•催化裂化工艺流程图
•旋风分离器
•式中 ζ——形状阻力系数；
•
A——颗粒在运动方向上的投影面积；
•
u——颗粒与流体的相对运动速度。
••2020/10/11
•4、阻力（曳力）系数ζ •【规律】目前尚无法通过理论分析获得阻力系数计 算关系式，但大量的实验证明：阻力（曳力）系数ζ 是雷诺数及球形度的函数，即：
•【获取方法】当球形度一定时，阻力（曳力）系数ζ 获取方法有如下两种： •（1）查取ζ－Re关系曲线图； •（2）使用经验公式。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
24
Ret
ut
d2(s )g 18
（3-17） （3-20）
16
三、 阻力系数（（Allen）定律区
18.5
Ret0.6
（3-18）
ut 0.27
u qv,s Hb
降尘室生 产能力
整理得 qv,s blut
（3-30）
上式表明，理论上降尘室的生产能力只与其沉降面 积及颗粒的沉降速度有关，而与降尘室高度H无关。
32
二、重力沉降设备
对设置了n层水平隔板的降尘室，其生产能力为：
Vs n 1blut
（3-30a）
动画14
33
二、重力沉降设备
第三章、非均相混合物分 离及固体流态化
学习目的 与要求
通过本章学习，掌握沉降、过滤、固体流态 化及气力输送等过程的原理、计算方法、典型设 备的结构特性，能够根据生产工艺的要求，合理 选择设备。
1
概述
物系中存在相界面的混合物就是非均相混合物
非均相混合物
分散相或分散物质：处于分散状 态的物质（如分散在流体中的固 体颗粒、液滴、气泡等）
降尘室结构简单，流动阻力小，但体积庞大， 分离效率低，通常只适用于分离粒度大于50 m 的粗粒，一般作为预除尘使用。多层降尘室虽能 分离较细的颗粒且节省占地面积，但清灰比较麻 烦。
34
二、重力沉降设备
2．沉降槽 沉降槽是利用重力沉降来提高悬浮液浓度
并同时得到澄清液体的设备。 3．分级器
4
第三章、非均相混合物 分离及固体流态化
3.1 沉降分离原理及设备 3.1.1 颗粒相对于流体的运动
5
一、颗粒的特性
1. 球形颗粒：球形颗粒的尺寸由直径d确定。
体积 表面积
V d3
6
S d2
比表面积
a S 6 Vd
6
一、颗粒的特性
2. 非球形颗粒：需要形状和大小两个参数来描
述其特性
（1）球形度 s
与该颗粒体 积相等的球 体的表面积
s
S Sp
（3－4）
颗粒的表 面积
非球形颗粒 s 1 球形颗粒 s 1
7
一、颗粒的特性
（2）颗粒的当量直径
体积当量直径
de
3
6
Vp
比表面积当量直径
6 da a
两者关系
da sde
8
一、颗粒的特性
非球形颗粒的特性，即
体积
Vp
6
de3
表面积
Sp
de2 s
比表面积
一、 重力沉降速度的计算
量纲为一数群判别：
K
d3
(s )g 2
K ≤2.62为斯托克斯定律区， 2.62< K <69.1为艾仑定律区， K >69.1为牛顿定律区。
28
二、重力沉降设备
1、降尘室 降尘室是依靠重力沉降从气流中分离出固体颗 粒的设备
29
二、重力沉降设备
气流水平通 过降尘室速
度
d
分析颗粒运动情况：
u 0 加速度最大
加速段
u
阻力 加速度
匀速段
u ut u ut
加速度=0 加速度=0
12
二、 球形颗粒的自由沉降
沉降速度 ut
匀速阶段中颗粒相对于流体的运动速度称为 沉降速度，由于该速度是加速段终了时颗粒相对 于流体的运动速度，故又称为“终端速度”，也 可称为自由沉降速度。
连续相或分散介质：包围着分散 相而处于连续状态的物质（如气 态非均相混合物中的气体、液态 非均相混合物中的液体）。
2
概述
机械分离方法，即利用非均相混合物中两 相的物理性质（如密度、颗粒形状、尺寸等） 的差异，使两相之间发生相对运动而使其分离。
机械分离方法
沉降 过滤
3
概述
非均相混和物分离的应用： （1）收集分散物质。 （2）净化分散介质。 （3）环境保护。
图3-4 降尘室示意图 动画13
沉降速 度
30
二、重力沉降设备
位于降尘室最高点的颗粒沉降到室底所需的时间为
t
H ut
气体通过降尘室的时间为
l
u
欲使颗粒被分离出来，则
t 或
l H u ut
降尘室高 沉降速 度 降尘室长
气流水平通 过降尘室速
度
31
二、重力沉降设备
根据降尘室的生产能力，气体在降尘室内的水平通 过速度为
自由沉降 沉降过程中，任一颗粒的沉降不因其它颗粒
的存在而受到干扰 干扰沉降
如果分散相的体积分率较高，颗粒间有明显 的相互作用，容器壁面对颗粒沉降的影响不可忽 略，这时的沉降称为干扰沉降或受阻沉降。
20
四、 影响沉降速度的因素
在实际沉降操作中，影响沉降速度的因素有： 1、颗粒的体积分数 2、器壁效应 3、颗粒形状的影响
21
第三章、非均相混合物 分离及固体流态化
3.1 沉降分离原理及设备 3.1.1 颗粒相对于流体的运动 3.1.2 重力沉降
22
一、 重力沉降速度的计算
1、试差法
假设沉降属 于某一流型
计算沉 降速度
核算 Ret
23
一、 重力沉降速度的计算
2、摩擦数群法
先计算
K
d3
(s )g 2
Ret2
4 3
ut
4gd (s ) 3
（3-15）
13
三、 阻力系数（曳力系数）
通过量纲分析可知，是颗粒与流体相对运 动时雷诺数Ret和球形度s的函数
f Ret ,s
Ret
dut ρ μ
随Ret及s 变化的实验测定结果见图3-2。
14
图3-2 Ret 关系曲线
15
三、 阻力系数（曳力系数）
对球形颗粒 Ret 关系曲线大致可分为三个区域
d
(s
)
g
Ret0.6
（3-21）
17
三、 阻力系数（曳力系数）
103 Ret 2105 湍流区或牛顿（Newton）定律区
0.44
（3-19）
ut 1.74
d(s )g
（3-22）
18
三、 阻力系数（曳力系数）
滞流区 过渡区 湍流区
表面摩擦阻力 形体阻力
19
四、 影响沉降速度的因素
K3
查 Ret2 Ret 曲线图，最后由 Ret 反求 ut ，即
ut
Ret d
24
25
一、 重力沉降速度的计算
若要计算介质中具有某一沉降速度 ut 的颗粒的
直径，可先令
Ret1
4(s )g 3 2ut3
查 Ret21RReet t 曲线图，可求直径 d ，即
d Ret ut
26
27
a 6
s de
9
二、 球形颗粒的自由沉降
图3-1 沉降颗粒的受力情况
10
二、 球形颗粒的自由沉降
颗粒受到三个力
重力 浮力 阻力
Fg
6
d3S g
Fb
6
d 3 g
Fd
A
u2
2
阻力系数或 曳力系数
11
二、 球形颗粒的自由沉降
根据牛顿第二运动定律
6
d 3 (S
)g
4
d 2( u2 )
2
6
d 3S
du