化工原理11沉降分离原理及设备

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
d
(s
)
g
Ret0.6
（3-21）
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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
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
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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。
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
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
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。
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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
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
ห้องสมุดไป่ตู้
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
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
104 Ret 1 爬流（又称蠕动流Creeping flow） 滞流区或斯托克斯(Stokes)定律区
24
Ret
ut
d2(s )g 18
（3-17） （3-20）
16
三、 阻力系数（曳力系数）
1 Ret 103 过渡区或艾仑（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
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
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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
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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
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）
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。
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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
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二、重力沉降设备
气流水平通 过降尘室速
度
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
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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
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。