第三章非均相物系的分离
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最小颗粒直径.
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• 3.2.4 干扰沉降 • 颗粒群的运动; • 干扰沉降的成因; • 干扰沉降的速度.
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3.2.5 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
学习回顾 传热: 传热机理 三种传热方式 传热过程的计算 换热器
2020/7/11
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第三章 非均相物系的分离
2020/7/11
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3.1 概述
• (1).收集分散物质(回收有用物质)
• 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，或者从某些排污中回收带走的液体等。
• (2).净化分散介质(净化物料) • 如除去浑浊液中的固相杂质而使其成为清液，或者使压
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3.2 沉降分离
• 3.2.1 沉降概述
• 沉降是指在某种力的作用下，固粒相对于流体产生定向运动而实现分离的 操作过程。其依据是利用两相间密度的差异，受力时其运动速度不同从而 发生相对运动。进行沉降操作的作用力可以是重力，也可以是惯性离心力， 故沉降分为重力沉降和离心沉降。衡量沉降进行的快慢程度通常用沉降速 度来表示。
混合物系。 • 非均相机械分离过程涉及固体颗粒,可以把固体看成球形. • 流体对固体颗粒的绕行: • 固体静止,流体动;流体静止,固体沉降;或相对运动.
• 悬浮液的形成:
• 第一,在前置生产工序前因工艺要求加入固 体颗粒;
• 第二,在前置生产工序中从液相中析出固体 产品或因反应生成固体及固体杂质.
因此，颗粒的沉降过程分为两个阶段： •加速阶段：u=0,Fd=0,a=amax u↑，fd↑，a↓ •等速阶段：u=ut时，Fd=Fg-Fb，a=0
• 将ζ、Ret计算式代入沉降速度基本方程式 中，得各区域内沉降速度公式：
滞流区：u t
d2(s )g 18
斯托克斯公式
104 Ret 2
〖说明〗
缩后气体中的油滴分离而净化气体等。 • (3).环境保护与安全生产(环境保护的需要) • 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。
• 混合物的分类
• 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。 • 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
阻力FD 浮力Fb
重力Fg
• 根据牛顿第二运动定律：
•
Fg-Fb-Fd=ma
• 即：
6
d3( s)g
4
d2
u 2
2
6
d 3 sa
过程开始的瞬间，u=0,因此Fd=0,故加速度具有最大值。随着颗粒的下落，阻力 增加，加速度减小。当u达到某一数值ut后，使得重力与浮力、阻力达到平衡，即合 力为零，此时加速度为零。
• 生产中液固分离有不同的目的:得到含液量 比较少的固体产品即低液体损失率,或得到 含固体颗粒比较少的清液,即低的固体损失 率.
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• 颗粒和颗粒床层特性简述
• 亦称球形度，用于表征颗粒的形状与球形的差异程度。
• 定义：体积与实际颗粒相等时球形颗粒表面积与实际颗粒 的表面积之比，即：
FD
Ap( u 2
2
)
Re p du
f (Re p)
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• 213.过.滞湍用渡流流前区区(式(艾斯牛计伦托顿算定克定律斯沉律区定降区)律)速区度1)1<时0R3，<et1R<需0e1-t先4<0<32确R×e定1t<0阻52 力系数ζ值。通过因次分析，ζ是
•
颗得的粒对综形于合状球结、形果颗颗在粒粒下与的图流曲中体线示相，出R对从2R1。e4运8图e0t ..0t动可54.64雷看诺出数，R按eRt=edt值ut大ρ/致μ的分函为数三，个由区，实各验区测
内曲线所对应的ζ可分别用相应的数学关系式表示。
• 1) 场力F • 重力场 Fg=mg • 离心场 Fc=mrω2
• 2) 浮力Fb 重力场 Fgb=mρg/ρb(重力场中颗粒所受的浮
力) 离心场 Fb=mrω2ρ/ρb(离心场中颗粒所受的
浮力)
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• 设直径为d、密度为ρs的光滑球形颗粒在密度为 ρ，粘度为μ的静止流体中作自由沉降。此时颗粒受
到阻力、浮力和重力的作用，其中阻力是由摩擦引
起的，随颗粒与流体间的相对运动速度而变，仿照
管内流动阻力计算式：
p f
u 2
2
Fd u 2
A
2
Fd
A u 2
2
d 2 u 2
4
2
则，受力情况：
重力：Fg
6
d 3 sg
浮力：Fb
6
d 3g
阻力：Fd
4
d2
u 2
2
24 24 Re p dpu
• 3.2.2 沉降速度
• 自由沉降：发生在稀疏颗粒的流体中
• 干扰沉降：多发生在液态非均相物系中，沉降速度低。
• 以下讨论自由沉降过程。
• 压缩沉降:
• 3.2.3 自由沉降
• 沉降的加速阶段
• 沉降的恒速阶段
• 速度加大,阻力也变大,阻力变大加速度变小, 小到为0即是恒速阶段.
• 沉降速度ut-----终端速度
➢上式满足条件(1)容器相对颗粒直径大得多(100倍以上) (2)颗粒不可过细，否则出现布朗运动(d>2μm)
➢适用条件(1)颗粒静止，流体运动 (2)颗粒运动，流体静止 (3)颗粒流体作相反方向运动 (4)颗粒、流体作相同方向运动，但速度不同
• 例3-1,3-2见教材111页
• 斯托克斯定律的含义:FD=3πμdpu • 临界直径：指理论上能够完全分离出来的
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). 降尘室
Βιβλιοθήκη Baidu
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。
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。
S
Sp
• 空隙率ε：单位体积床层中的空隙体积，m3/m3，
空隙体积 床层体积
床层体积 颗粒所占体积 床层体积
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• 以液相加氢为例
• 含有催化剂的物料:催化剂要回收,循环使用;料液 进入下一步反映.
• 颗粒大小对分离的难易程度的影响: • 根据需要控制粒度大小.
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• 3.2.4 干扰沉降 • 颗粒群的运动; • 干扰沉降的成因; • 干扰沉降的速度.
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3.2.5 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
学习回顾 传热: 传热机理 三种传热方式 传热过程的计算 换热器
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第三章 非均相物系的分离
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3.1 概述
• (1).收集分散物质(回收有用物质)
• 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，或者从某些排污中回收带走的液体等。
• (2).净化分散介质(净化物料) • 如除去浑浊液中的固相杂质而使其成为清液，或者使压
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3.2 沉降分离
• 3.2.1 沉降概述
• 沉降是指在某种力的作用下，固粒相对于流体产生定向运动而实现分离的 操作过程。其依据是利用两相间密度的差异，受力时其运动速度不同从而 发生相对运动。进行沉降操作的作用力可以是重力，也可以是惯性离心力， 故沉降分为重力沉降和离心沉降。衡量沉降进行的快慢程度通常用沉降速 度来表示。
混合物系。 • 非均相机械分离过程涉及固体颗粒,可以把固体看成球形. • 流体对固体颗粒的绕行: • 固体静止,流体动;流体静止,固体沉降;或相对运动.
• 悬浮液的形成:
• 第一,在前置生产工序前因工艺要求加入固 体颗粒;
• 第二,在前置生产工序中从液相中析出固体 产品或因反应生成固体及固体杂质.
因此，颗粒的沉降过程分为两个阶段： •加速阶段：u=0,Fd=0,a=amax u↑，fd↑，a↓ •等速阶段：u=ut时，Fd=Fg-Fb，a=0
• 将ζ、Ret计算式代入沉降速度基本方程式 中，得各区域内沉降速度公式：
滞流区：u t
d2(s )g 18
斯托克斯公式
104 Ret 2
〖说明〗
缩后气体中的油滴分离而净化气体等。 • (3).环境保护与安全生产(环境保护的需要) • 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。
• 混合物的分类
• 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。 • 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
阻力FD 浮力Fb
重力Fg
• 根据牛顿第二运动定律：
•
Fg-Fb-Fd=ma
• 即：
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d3( s)g
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d2
u 2
2
6
d 3 sa
过程开始的瞬间，u=0,因此Fd=0,故加速度具有最大值。随着颗粒的下落，阻力 增加，加速度减小。当u达到某一数值ut后，使得重力与浮力、阻力达到平衡，即合 力为零，此时加速度为零。
• 生产中液固分离有不同的目的:得到含液量 比较少的固体产品即低液体损失率,或得到 含固体颗粒比较少的清液,即低的固体损失 率.
2020/7/11
5
• 颗粒和颗粒床层特性简述
• 亦称球形度，用于表征颗粒的形状与球形的差异程度。
• 定义：体积与实际颗粒相等时球形颗粒表面积与实际颗粒 的表面积之比，即：
FD
Ap( u 2
2
)
Re p du
f (Re p)
2020/7/11
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• 213.过.滞湍用渡流流前区区(式(艾斯牛计伦托顿算定克定律斯沉律区定降区)律)速区度1)1<时0R3，<et1R<需0e1-t先4<0<32确R×e定1t<0阻52 力系数ζ值。通过因次分析，ζ是
•
颗得的粒对综形于合状球结、形果颗颗在粒粒下与的图流曲中体线示相，出R对从2R1。e4运8图e0t ..0t动可54.64雷看诺出数，R按eRt=edt值ut大ρ/致μ的分函为数三，个由区，实各验区测
内曲线所对应的ζ可分别用相应的数学关系式表示。
• 1) 场力F • 重力场 Fg=mg • 离心场 Fc=mrω2
• 2) 浮力Fb 重力场 Fgb=mρg/ρb(重力场中颗粒所受的浮
力) 离心场 Fb=mrω2ρ/ρb(离心场中颗粒所受的
浮力)
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• 设直径为d、密度为ρs的光滑球形颗粒在密度为 ρ，粘度为μ的静止流体中作自由沉降。此时颗粒受
到阻力、浮力和重力的作用，其中阻力是由摩擦引
起的，随颗粒与流体间的相对运动速度而变，仿照
管内流动阻力计算式：
p f
u 2
2
Fd u 2
A
2
Fd
A u 2
2
d 2 u 2
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则，受力情况：
重力：Fg
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d 3 sg
浮力：Fb
6
d 3g
阻力：Fd
4
d2
u 2
2
24 24 Re p dpu
• 3.2.2 沉降速度
• 自由沉降：发生在稀疏颗粒的流体中
• 干扰沉降：多发生在液态非均相物系中，沉降速度低。
• 以下讨论自由沉降过程。
• 压缩沉降:
• 3.2.3 自由沉降
• 沉降的加速阶段
• 沉降的恒速阶段
• 速度加大,阻力也变大,阻力变大加速度变小, 小到为0即是恒速阶段.
• 沉降速度ut-----终端速度
➢上式满足条件(1)容器相对颗粒直径大得多(100倍以上) (2)颗粒不可过细，否则出现布朗运动(d>2μm)
➢适用条件(1)颗粒静止，流体运动 (2)颗粒运动，流体静止 (3)颗粒流体作相反方向运动 (4)颗粒、流体作相同方向运动，但速度不同
• 例3-1,3-2见教材111页
• 斯托克斯定律的含义:FD=3πμdpu • 临界直径：指理论上能够完全分离出来的
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). 降尘室
Βιβλιοθήκη Baidu
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。
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。
S
Sp
• 空隙率ε：单位体积床层中的空隙体积，m3/m3，
空隙体积 床层体积
床层体积 颗粒所占体积 床层体积
2020/7/11
6
• 以液相加氢为例
• 含有催化剂的物料:催化剂要回收,循环使用;料液 进入下一步反映.
• 颗粒大小对分离的难易程度的影响: • 根据需要控制粒度大小.
2020/7/11