化工原理机械分离沉降分离PPT课件
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化工原理第三章-机械分离
2.564m3
/
s
h qv bu
2.564 2 0.5
2.564m
2）理论上能完全除去的最小颗粒尺寸
ut
qv bl
2.564 26
0.214m / s
用试差法由u t求 d min。
假设沉降在斯托克斯区
2020/2/18
dmin
18ut s g
2020/2/18
2）器壁效应
器壁效应：颗粒靠近器壁沉降时，由于受到器壁的作
用，沉降速度要比自由沉降小，这种影响称为干扰沉
降。当器壁尺寸远远大于颗粒尺寸时，（例如在100倍
以上）容器效应可忽略，否则需加以考虑。
3）颗粒形状的影响
ut '
1
ut 2.1
d
D
球形度
s
对于球形颗粒，φs=1，
连续相 分散相介质
包围着分散相物质且处于连续 状态的流体 如：气态非均相物系中的气体 液态非均相物系中的连续液体
连续相与分散相 分离
不同的物理性质
机械 分离
分散相和连续相 发生相对运动的方式
2020/2/18
沉降 过滤
一、重力沉降
沉降 :在某种力场中利用分散相和连续相之间的密度差异 ，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。
de
3
6
Vp
3
6 l3 3
6 (0.7 103) 8.685104 m
s
S Sp
de2
6l 2
8.685 104 6 (0.7 103)2
0.806
2020/2/18
化工原理PPT课件
dpc
18
qV
p gn1BL
p180k0g/m3
所需降尘总面积:
18 (n1)B L dp,c2( p)gqv1
B L 251m 02
2 .6m 82
(n1)BL qV ut,c
2500 5.432 610 03012.68 m2
隔板层数：nA A单 T 1112.06 811
2 Redpcutc6.6103
可视为不占居气流流通横截面积。即不占居降尘室总流动容积，气体 的流动型态仍然保持为层流。显然，能够容纳的水平隔板数与高度尺
寸H有关。 Nn1
H
qV
n1
L
N为加了n层隔板后的总降尘面积与单层室时降尘面积的
倍数。
AT(n1)BL
AT n 1 BL
18.06.2020
.
6
多层降尘室临界件 分： 离r条 t
dp,c dp,min (p 18 )gB qVL
(critical particle diameter)
分离效果 dp,c 设备生产能力 qv 设备重要尺寸 B L
18.06.2020
从形式上看，与高度方向的尺寸H无关 系，则实际生产中，应合理利用好空间， 发展为多层降尘室。
.
5
多层降尘室:降尘室内高度方向上均匀地加n层水平隔板,隔板很薄，
注意：流体湍流流动会使沉降分离效果
变劣。主要原因是湍流流速大，u水平大， 使得颗粒在降尘室内的停留时间减小，而
颗粒沉降到底面所需的沉降时间一定，使
得更多的颗粒不能够满足分离条件。同时， 湍流容易将已经沉降下去的颗粒重新卷起 来。
r
L
u水平
t
H ut
18.06.2020
第三章机械分离和固体流态化《化工原理》课件
5
非均相物系的分离方法
1、气-固体系
旋风分离器 ：含尘气体从入口导入除尘器的外壳和排气 管之间，形成旋转向下的外旋气流。悬浮于外旋流的粉 尘在离心力的作用下移向器壁，并随外旋流旋转到除尘 器底部，由排尘孔排出。净化后的气体形成上升的内旋 流并经过排气管排出。
应用范围及特点 旋风除尘器适用于净化大于5～10微米 的非粘性、非纤维的干燥粉尘。它是一种结构简单、操 作方便、耐高温、设备费用和阻力较低（80～160毫米水 柱）的装置。 旋风除尘器广泛应用于空气净化、烟道除 尘、细小颗粒回收等领域。 例如，火力发电厂的锅炉烟 道上就装有这种装置，它有效的降低了排出的烟尘，否 则，早晨起来时，电厂附近的马路上会铺满D
u02
2
d 2
4
浮力Fb
mg s
等速段：该段的颗粒运动速度称为 沉降速度，用u0表示。
重力沉降速度：以球形颗粒为例
合 外 F cF 力 bF D0
mg1s
u02
2
d2
4
0
质m 量力或 gFm c ra
颗粒在流体中沉降时受力
频率分布曲线
9
二、颗粒群的特性
平均直径
长度平均直径
d L m n 1 d 1n 1 n 2 d n 2 2 n n 3 3 d 3 n k n k d ki k 1n id i
k
n i
i 1
表面积平均直径 ----每个颗粒平均表面积等于全部颗粒的表面积之
21
增稠器（沉降槽）
用于分离出液-固混合物
加料
结构：请点击观看动画
与降尘室一样， 水平 沉降槽的生产能 力是由截面积来 挡板
保证的，与其高
非均相物系的分离方法
1、气-固体系
旋风分离器 ：含尘气体从入口导入除尘器的外壳和排气 管之间，形成旋转向下的外旋气流。悬浮于外旋流的粉 尘在离心力的作用下移向器壁，并随外旋流旋转到除尘 器底部，由排尘孔排出。净化后的气体形成上升的内旋 流并经过排气管排出。
应用范围及特点 旋风除尘器适用于净化大于5～10微米 的非粘性、非纤维的干燥粉尘。它是一种结构简单、操 作方便、耐高温、设备费用和阻力较低（80～160毫米水 柱）的装置。 旋风除尘器广泛应用于空气净化、烟道除 尘、细小颗粒回收等领域。 例如，火力发电厂的锅炉烟 道上就装有这种装置，它有效的降低了排出的烟尘，否 则，早晨起来时，电厂附近的马路上会铺满D
u02
2
d 2
4
浮力Fb
mg s
等速段：该段的颗粒运动速度称为 沉降速度，用u0表示。
重力沉降速度：以球形颗粒为例
合 外 F cF 力 bF D0
mg1s
u02
2
d2
4
0
质m 量力或 gFm c ra
颗粒在流体中沉降时受力
频率分布曲线
9
二、颗粒群的特性
平均直径
长度平均直径
d L m n 1 d 1n 1 n 2 d n 2 2 n n 3 3 d 3 n k n k d ki k 1n id i
k
n i
i 1
表面积平均直径 ----每个颗粒平均表面积等于全部颗粒的表面积之
21
增稠器（沉降槽）
用于分离出液-固混合物
加料
结构：请点击观看动画
与降尘室一样， 水平 沉降槽的生产能 力是由截面积来 挡板
保证的，与其高
化工原理机械分离沉降分离PPT课件
4．非球形颗粒处理办法
①颗粒非球形时，曳力系数还受颗粒形状影响。
②技术上采用球形度表示颗粒形状
与该颗粒等体积球的表 面积
s
颗粒表面积
③非球形颗粒的雷诺数采用当量直径de计算：
3 6V
de
3.1.2 重力沉降分离设备
1．降尘室
（1）工作原理 气体入室减速 颗粒的沉降运动&随气体运动 沉降运动时间<气体停留时间分离 说明 ① d，容易除去 ②气量V，容易除去
（2）能(100%)被除去的最小颗粒直径 100%去除——室顶到室底
所需沉降时间=H/ut
在室内停留时间=L/u
分离满足的条件： H L
ut u
分离所需最低沉降速度ut
Hu L
HBu LB
Vs At
最低沉降速度~能被分离的最小颗径
ut
gdm2 in s 18
Vs At
dmin
18 Vs
ur
d 2 sui2 18rm
假设(2)沉降时间
B ur
18rm B d 2 sui2
气芯前圈数 = N
运行距离 2rm N
有效停留时间 2rm N
ui
某一粒径能(100%)被分离出的条件
其穿越B所需时间<停留时间
B ur
18rm B d 2 sui2
2rm N
ui
9B d Nui s dc
④ Ret>2105 阻力系数骤然下降 层流边界层湍流边界层 分离点后移，尾流区收缩，形体阻力突然下降
Ret (3 ~ 10) 105 近似取=0.1
颗粒沉降所处区域判断方法
u 4d s g
3
Ret
化工原理11沉降分离原理及设备
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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
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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
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•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
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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
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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
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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
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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。
化工原理机械分离PPT课件
南京工业大学
NJUT
四、过滤设备
1.过滤设备种类 ➢按操作方式： 间歇式： 连续式：
➢按压强差 压滤 吸滤 离心过滤机
南京工业大学
NJUT
2.加压叶滤机
南京工业大学
NJUT
南京工业大学
NJUT
3. 板框压滤机
南京工业大学
NJUT
五、物料衡算p101
设过滤面积Am2，滤液Vm3，滤饼厚度 Lm，滤饼空隙率ε 悬浮液: 滤液V （V+LA） 滤饼LA：液体LAε 固体LA(1-ε)
2）床层的空隙率ε
ε＝（床层体积-颗粒所占的体积）/床层体积＝空 隙体积/床层体积
ε表示床层中颗粒堆积的疏密程度，ε大疏松，ε小 紧密
ε＝ε（颗粒的形状、粒度分布，充填方式）
一般乱堆0.47＜ε＜0.7
南京工业大学
NJUT
堆积密度：单位体积固定床内固体颗 粒的质量
真实密度：颗粒的密度
南京工业大学
NJUT
过滤介质：滤布、金属丝网等
南京工业大学
NJUT
2）深层过滤（深床过滤）：适用于悬
浮液中固体颗粒的体积百分数小于0.1% 且固体颗粒粒径较小的场合。
特点：p113 不形成滤饼，粒子粘附在孔道壁面上而被截留 整个过滤过程中过滤阻力不变
过滤介质：细小坚硬的固体颗粒堆积生成的固 定床 粒状介质：细纱、石棉、硅藻土等多用于深床 过滤。 多孔道固体介质：多孔陶瓷，多孔塑料
南京工业大学
NJUT
洗涤速率(dV/dτ)W与过滤终了时速率(dV/dτ)E的关 系：
洗涤推动力∆pW =过滤终了时的压强差∆p，洗涤液 μW=滤液μ，则
叶滤机（置换洗涤法）p104
过滤终了时滤饼厚度＝洗涤滤饼厚度
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？
化工原理第三章机械分离与固体流态化.ppt
固体颗粒被过滤介质截留后，逐渐累积成饼 （称 2．过滤推动力
在过滤过程中，滤液通过过滤介质和 滤饼层流动时需克服流动阻力，因此， 过滤过程必须施加外力。外力可以是重 力、压力差，也可以是离心力，其中以 压力差和离心力为推动力的过滤过程在 工业生产中应用较为广泛。
3.1.2 过滤基本方程
令颗粒比表面积a=颗粒表面积/颗粒体积，则：
de4 a 1
将上述几式式代入式3-1，整理得：
dV 3
p1
Ad 2Ca212 L
（3－2）
r2C2a 12 3
r称为滤饼的比阻，与滤饼的结构有关。r r0ps
可压缩滤饼的s大约为0.20.8。不可压缩滤饼s=0。于是
式3-2可写成：
若过滤介质阻力可忽略不计，则以上两式简化为：
V2 KA2
q2 K
3.1.2 过滤基本方程
• 2．恒速过滤
若过滤时保持过滤速度不变，则过滤过程为恒速过滤。
对恒速过滤，有 dV V 常数
Ad A
代入式3-5中得：
V2
VVe
K 2
A2
或
q2
qqe
K
2
若过滤介质阻力可忽略不计，则以上两式简化为：
V 2 K A2
第三章 机械分离与固体流态化
• 3.1 过 滤 • 3.2 沉 降 • 3.3 固体流态化
3.1 过 滤
• 3.1.1 概述 • 3.1.2 过滤基本方程 • 3.1.3 过滤常数的测定 • 3.1.4 滤饼洗涤 • 3.1.5 过滤设备及过滤计算
3.1.1 概 述
• 滤饼过滤其基本原理是在外力（重力、压力、离心 力）作用下，使悬浮液中的液体通过多孔性介质，而 固体颗粒被截留，从而使液、固两相得以分离，如图 3-1所示。
在过滤过程中，滤液通过过滤介质和 滤饼层流动时需克服流动阻力，因此， 过滤过程必须施加外力。外力可以是重 力、压力差，也可以是离心力，其中以 压力差和离心力为推动力的过滤过程在 工业生产中应用较为广泛。
3.1.2 过滤基本方程
令颗粒比表面积a=颗粒表面积/颗粒体积，则：
de4 a 1
将上述几式式代入式3-1，整理得：
dV 3
p1
Ad 2Ca212 L
（3－2）
r2C2a 12 3
r称为滤饼的比阻，与滤饼的结构有关。r r0ps
可压缩滤饼的s大约为0.20.8。不可压缩滤饼s=0。于是
式3-2可写成：
若过滤介质阻力可忽略不计，则以上两式简化为：
V2 KA2
q2 K
3.1.2 过滤基本方程
• 2．恒速过滤
若过滤时保持过滤速度不变，则过滤过程为恒速过滤。
对恒速过滤，有 dV V 常数
Ad A
代入式3-5中得：
V2
VVe
K 2
A2
或
q2
qqe
K
2
若过滤介质阻力可忽略不计，则以上两式简化为：
V 2 K A2
第三章 机械分离与固体流态化
• 3.1 过 滤 • 3.2 沉 降 • 3.3 固体流态化
3.1 过 滤
• 3.1.1 概述 • 3.1.2 过滤基本方程 • 3.1.3 过滤常数的测定 • 3.1.4 滤饼洗涤 • 3.1.5 过滤设备及过滤计算
3.1.1 概 述
• 滤饼过滤其基本原理是在外力（重力、压力、离心 力）作用下，使悬浮液中的液体通过多孔性介质，而 固体颗粒被截留，从而使液、固两相得以分离，如图 3-1所示。
《化工分离工程》PPT课件
进料
溶质、盐 溶剂、水
推动力：压力差（1000～10000kPa） 传递机理：优先吸附毛细管流动溶解、扩散模型 膜类型：非对称性膜或复合膜
整理ppt
37
渗析（D）：
目的：大分子溶质溶液脱小分子，小分子溶质溶 液脱大分子。
进 料
扩散 液
净化液 接受液
推动力：浓度差
传递机理：筛分、微孔膜内的受阻扩散
透过物：小分子溶质或较小的溶质
萃取：5、6
结晶：10
整理ppt
目的产 物
18
总 结：
● 原料的净化与粗分
● 反应产物的提纯
● 药物的精制和提纯
● 精选金属的提取
● 食品除水、除毒、病毒分离、同 位数分离
● 三废处理
整理ppt
返回 19
1.1.2 分离过程在清洁工艺中的
地位与作用
清洁工艺：生产工艺和防治污染有机的结 合，将污染物减少或消灭在工艺过程中。
挥发度（ 蒸汽压） 有较大差
由催化裂化 装置主蒸塔 顶产物中回
出
热量（
别
收乙烷及较
L
ESA）
轻的烃。
萃
取
MSA
或 共
L或V
沸
精
馏
原料
相态 L：
汽、液 或汽液 L 混合物
液体溶剂（ MSA）或塔 釜加热（
ESA）
液体共沸剂 （MSA）或 塔釜加热（
ESA）
改变原溶 液的相对 挥发度
整理ppt
以苯酚作溶 剂由沸点相 近的非芳烃 中分离芳烃 ；以醋酸丁 酯作共沸剂 从稀溶液中 分离醋酸。
整理ppt
9
实例3：Fe3+和Ti4+的分离实验（二）
化工原理第三章概述、重力沉降ppt课件
;
（2〕过渡区：2＜Re＜500，Allen定律区
10
Re （3〕湍流区：500＜Re＜2×105，Newton定律区
0.44
【阐明】（1〕查ζ－Re关系曲线图，准确但复杂； （2〕经验公式计算简便，但是有误差。
2021/6/5
;
第二节 重力沉降
一、什么是沉降？
2021/6/5
【定义】在某种力场中利用分散相
有关说明
2021/6/5
;
【阻力系数ζ计算的经验公式】 【应用前提】球形颗粒。
根据不同的雷诺数范围〔区域〕内的阻力系数ζ 的变化情况，可用如下经验公式计算阻力系数ζ：
（1〕层流区：10－4＜Re＜2，Stokes定律区
24
Re
2021/6/5
;
层流区
过渡区
湍流区
2021/6/5
ζ－Re关系曲线图
;
何谓球形度
s
S Sp
S——与物体相同体积的球体的表面积； SP——物体的表面积。
【定义】与物体相同体积的球体的表面积和物体的 表面积之比。
2021/6/5
;
（1〕此处的雷诺数Re是指：
Re d Pu
计算Re时，dP应为足以表征颗粒大小的长度〔特 性尺寸），对球形颗粒而言，就是它的直径。
（2〕此处的区域〔如层流区〕范围与 流动型态的区域范围并不相同。
2021/6/5
;
【准数判别法】如果不能确定流动处在哪个区，亦 可采用以下方法先确定区域。通过实验整理数据可 得到：
其中：
Re
Ar
18 0.6 Ar
Ar
d
3 P
P
2
g
——阿基米德准数
2021/6/5
（2〕过渡区：2＜Re＜500，Allen定律区
10
Re （3〕湍流区：500＜Re＜2×105，Newton定律区
0.44
【阐明】（1〕查ζ－Re关系曲线图，准确但复杂； （2〕经验公式计算简便，但是有误差。
2021/6/5
;
第二节 重力沉降
一、什么是沉降？
2021/6/5
【定义】在某种力场中利用分散相
有关说明
2021/6/5
;
【阻力系数ζ计算的经验公式】 【应用前提】球形颗粒。
根据不同的雷诺数范围〔区域〕内的阻力系数ζ 的变化情况，可用如下经验公式计算阻力系数ζ：
（1〕层流区：10－4＜Re＜2，Stokes定律区
24
Re
2021/6/5
;
层流区
过渡区
湍流区
2021/6/5
ζ－Re关系曲线图
;
何谓球形度
s
S Sp
S——与物体相同体积的球体的表面积； SP——物体的表面积。
【定义】与物体相同体积的球体的表面积和物体的 表面积之比。
2021/6/5
;
（1〕此处的雷诺数Re是指：
Re d Pu
计算Re时，dP应为足以表征颗粒大小的长度〔特 性尺寸），对球形颗粒而言，就是它的直径。
（2〕此处的区域〔如层流区〕范围与 流动型态的区域范围并不相同。
2021/6/5
;
【准数判别法】如果不能确定流动处在哪个区，亦 可采用以下方法先确定区域。通过实验整理数据可 得到：
其中：
Re
Ar
18 0.6 Ar
Ar
d
3 P
P
2
g
——阿基米德准数
2021/6/5
江苏师范大学《化工原理》教学PPT第3章机械分离
作用：分离气体中的尘粒。 操作：在气体从降尘室入口流向出口的过程中，气体中的颗粒随气体 向出口流动，同时向下沉降。如颗粒在到达降尘室出口前已沉到室底 的集尘斗内，则颗粒从气体中分离出来，否则将被气体带出。
26
降尘室是一个大空箱， 含尘气体从一端进入，以流
气体入口
速u水平通过降尘室，尘埃以
自由沉降速度ut 向室底沉降，
3.1.1 流体绕过颗粒的流动
当流体以一定速度绕过颗粒流动时，流体与颗粒之间产生一对大小 相等、方向相反的作用力，将流体作用于颗粒上的力称为曳力，而将 颗粒作用于流体上的力称为阻力。 一、颗粒的特性 描述一个颗粒至少要有3个参数:密度、大小、形状。 1.球形颗粒
密度 m
V
体积
V
d3
6
表面积 S d 2
的作用下沿重力方向作沉降运动，此时颗粒受到哪些力的作用呢？
Fg
mg
6
d
3s g
d
Fb
6
d
3
g
Fd
AP
1 2
u 2
4
d
2
1 2
u 2
17
根据牛顿第二定律得：
F
Fg
Fb
Fd
ma
6
d 3s g
6
d 3g
4
d
2
1 2
u 2
6
d
3s
du
d
整理得 ：
du ( s )g 3 u2
d
s
4d s
开始瞬间，u 0，du 最大，颗粒作加速运动。
13
可查P108图3-3,也可用公式计算(φ=1)
• Ret<2, 称斯托克斯区 ζ=24/Ret Fd∝u λ=64/Re Hf∝u
26
降尘室是一个大空箱， 含尘气体从一端进入，以流
气体入口
速u水平通过降尘室，尘埃以
自由沉降速度ut 向室底沉降，
3.1.1 流体绕过颗粒的流动
当流体以一定速度绕过颗粒流动时，流体与颗粒之间产生一对大小 相等、方向相反的作用力，将流体作用于颗粒上的力称为曳力，而将 颗粒作用于流体上的力称为阻力。 一、颗粒的特性 描述一个颗粒至少要有3个参数:密度、大小、形状。 1.球形颗粒
密度 m
V
体积
V
d3
6
表面积 S d 2
的作用下沿重力方向作沉降运动，此时颗粒受到哪些力的作用呢？
Fg
mg
6
d
3s g
d
Fb
6
d
3
g
Fd
AP
1 2
u 2
4
d
2
1 2
u 2
17
根据牛顿第二定律得：
F
Fg
Fb
Fd
ma
6
d 3s g
6
d 3g
4
d
2
1 2
u 2
6
d
3s
du
d
整理得 ：
du ( s )g 3 u2
d
s
4d s
开始瞬间，u 0，du 最大，颗粒作加速运动。
13
可查P108图3-3,也可用公式计算(φ=1)
• Ret<2, 称斯托克斯区 ζ=24/Ret Fd∝u λ=64/Re Hf∝u
化工原理机械分离PPT课件
化 学 工 程 系
Ret＜2时（Stokes区)
24 Ret
ut
gd
2
s
18
2≤ Ret ＜ 500时（Allen 区)
18.5 0.6 Ret
500 ≤ Ret 时(Newton区)
0.44
化 学 工 程 系
3. 沉降速度的计算
试差法
假设沉降属于斯托克斯区 选用斯托克斯公式计算ut 检验Ret范围：10-4＜Ret＜2 是 否 重新 假设
pc
pc
2
3
2
51 a Lu
3
化 学 工 程 系
（2）过滤基本方程
过滤速度与过滤速率
A pc dV 2 2 d 5a 1 L
3
pc dV u 2 2 Ad 5a 1 L
（2）分离效率 粒的质
化 学 工 程 系
——旋风分离器所收集的该颗 量分数。
C1 C2 0 C1
总效 率
粒级效率
p,i
C1,i C2,i C1,i
化 学 工 程 系
粒级效率曲线
化 学 工 程 系
d 标准旋风分离器的 p d50
化 学 工 程 系
（3）压降
p
1. 概述 （1）概念和术语
过滤
滤浆 滤饼 过滤介质
滤液
化 学 工 程 系
（2）过滤方式
深层过滤
滤饼过滤
化 学 工 程 系
（3）过滤介质和滤饼
过滤介质
可压缩滤饼
滤饼
化工原理课件第三章机械分离和固体流态化
川 理 工
§3.1.1 颗粒的特性 一 、单一颗粒的大小和形状
学 1、球形颗粒
院
材 化
体积 :V d 3
6
系
化 学
直径 : d
表面积 : s d 2
工 程
比表面积 : a 6
教
d
研
室
化工原理
机械分离和固体流态化
第五页，编辑于星期六：十八点 十分。
四 2、非球形颗粒
川 以某种特性相当的球形颗粒代表，相应的球的直径称当量直径。 理
工 数值上等于空隙率，即床层中自由截面的大小与床层的轴向高度无关。
程
床层直径
教 研
壁效应
颗粒直径
室
化工原理
机械分离和固体流态化
12 第十二页，编辑于星期六：十八点 十分。
四 §3.2 沉降过程
川 沉降操作：在某中力的作用下，利用分散相与连续相间的密度差异，使 理 之发生相对运动而实现分离的操作过程。分为：重力沉降、离心沉降。
化
L
学
u
B
工
气体
程 教
ut
H
研
多层降尘室
室
颗粒在降尘室中的运动
化工原理
机械分离和固体流态化
20 第二十页，编辑于星期六：十八点 十分。
四 思考 2：要想使某一粒度的颗粒在降尘室中
川 被 100%除去，必须满足什么条件？
理 工 学
t
H ut
ut
d
2 p
p 18
g
院 思考 3：能够被 100%除去的最小颗粒，必须满足什么条件？
于 1.7μm，则简单表示为 d50 =1.7μm。
工 程 教
2.在该批颗粒的最大直径 d pmax
化工原理：第三章 机械分离
第三章 机械分离
(非均相混合物的分离)
1
返回
3-1 引言
一、机械分离 通过机械力（重力、离心力或压差）分离
非均相混合物的单元操作。 二、机械分离的目的及重要性 1. 使原料得到提纯和净化 2. 获得中间产品或成品 3. 回收有用物质 4. 机械分离在环境保护方面具有重要的作用 三、机械分离的常用方法 1. 筛分 2. 沉降 3. 过滤
因为沉降依据的有重力或离心力，
重力沉降 所以沉降又可分为
离心沉降
3
返回
（一）重力沉降原理—沉降速度
一 固体颗粒在流体中的沉降运动
1．颗粒沉降运动中的受力分析
d，s的球形颗粒
(1) 作用力
重力
6
d3sg
离心力
6
d
3 s ar
6
d 3s
ut2 r
4
返回
(2) 浮力 重力场 d 3g
6
(3)阻力
离心力场 d 3 ut2
都能提高除尘室的分离效率
对气体p
pM RT
,Vs
ms
21
返回
三 离心沉降设备
重力沉降的不足与离心沉降的优势
设备体积小而分离效率高
3-9．旋风分离器
一、构造与工作原理
圆筒、圆锥、矩形切线入口
气流获得旋转 向下锥口 向上，气芯
顶部中央排气口
22
返回
颗粒器壁滑落 各部分尺寸——按比例 (见教材) 二、旋风分离器的主要性能 1、分离性能——评价分离性能的两种不同方式有
② 作用力的方向不同 重力沉降 方向指向地心
离心沉降 方向沿旋转半径从中
心指向 ur 的方向
③ 重力沉降速度是颗粒运动的绝对速度
(非均相混合物的分离)
1
返回
3-1 引言
一、机械分离 通过机械力（重力、离心力或压差）分离
非均相混合物的单元操作。 二、机械分离的目的及重要性 1. 使原料得到提纯和净化 2. 获得中间产品或成品 3. 回收有用物质 4. 机械分离在环境保护方面具有重要的作用 三、机械分离的常用方法 1. 筛分 2. 沉降 3. 过滤
因为沉降依据的有重力或离心力，
重力沉降 所以沉降又可分为
离心沉降
3
返回
（一）重力沉降原理—沉降速度
一 固体颗粒在流体中的沉降运动
1．颗粒沉降运动中的受力分析
d，s的球形颗粒
(1) 作用力
重力
6
d3sg
离心力
6
d
3 s ar
6
d 3s
ut2 r
4
返回
(2) 浮力 重力场 d 3g
6
(3)阻力
离心力场 d 3 ut2
都能提高除尘室的分离效率
对气体p
pM RT
,Vs
ms
21
返回
三 离心沉降设备
重力沉降的不足与离心沉降的优势
设备体积小而分离效率高
3-9．旋风分离器
一、构造与工作原理
圆筒、圆锥、矩形切线入口
气流获得旋转 向下锥口 向上，气芯
顶部中央排气口
22
返回
颗粒器壁滑落 各部分尺寸——按比例 (见教材) 二、旋风分离器的主要性能 1、分离性能——评价分离性能的两种不同方式有
② 作用力的方向不同 重力沉降 方向指向地心
离心沉降 方向沿旋转半径从中
心指向 ur 的方向
③ 重力沉降速度是颗粒运动的绝对速度
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④ Ret>2105 阻力系数骤然下降 层流边界层湍流边界层 分离点后移，尾流区收缩，形体阻力突然下降
Ret (3 ~ 10) 105 近似取=0.1
颗粒沉降所处区域判断方法
u 4d s g
3
Ret
4d s g d
3
4d 3 s g
3 2
3．影响沉降速度的因素
①颗粒密度上升，速度增加； ②颗粒半径增加，速度增加； ③流体密度变大，速度减小； ④流体粘度变大，速度减小。
（2）能(100%)被除去的最小颗粒直径 100%去除——室顶到室底
所需沉降时间=H/ut
在室内停留时间=L/u
分离满足的条件： H L
ut u
分离所需最低沉降速度ut
Hu L
HBu LB
Vs At
最低沉降速度~能被分离的最小颗径
ut
gdm2 in s 18
Vs At
n
18 Vs
4．非球形颗粒处理办法
①颗粒非球形时，曳力系数还受颗粒形状影响。
②技术上采用球形度表示颗粒形状
与该颗粒等体积球的表 面积
s
颗粒表面积
③非球形颗粒的雷诺数采用当量直径de计算：
3 6V
de
3.1.2 重力沉降分离设备
1．降尘室
（1）工作原理 气体入室减速 颗粒的沉降运动&随气体运动 沉降运动时间<气体停留时间分离 说明 ① d，容易除去 ②气量V，容易除去
化工原理（上）
第三章 机械分离 —— 沉降分离过程
3.0 概述
混合物分类
均相混合物 非均相混合物
分离方法与混合物物性相关
3.1 颗粒沉降运动
3.1.1 曳力
1．颗粒沉降运动中的受力分析
半径为d，密度为s的球形颗粒
(1) 场力
重力
6
d
3s
g
离心力
6
d 3sar
6
d 3s
ut2 r
(2) 浮力
重力场 d 3g
（4）阻力系数
因次分析 f (Ret ) du
Ret
d 球形颗粒直径 u 相对速度
流体密度 流体粘度
阻力系数~Ret关系图
①层流区(Stokes区) Ret 0.3
不发生边界层分离 表皮阻力占主导地位
24
Ret
重力沉降时
:
ut
d 2s g
18
—Stokes公式
—可以近似用到Ret=2
（1）可完全回收的最小颗粒直径； （2）如将降尘室改为多层以完全回收20m的 颗粒，求多层降尘室的层数及板间距。
（1）
ut
Vs At
5 10
0.5(m/s)
18
dmin gs ut
7.82 105 (m)
18 2 105 0.5
9.813000 0.5
Ret
utd
0.5 7.82105 0.5 2 105
②过渡区(Allen区)
2 Ret 500
开始发生边界层分离
颗粒后部形成旋涡——尾流 尾流区压强低形体阻力增大
18.5 Re0t .6
③湍流区(牛顿区) 500 Ret 200000
形体阻力占主导地位，表皮阻力可以忽略
阻力u2 阻力系数与Ret无关
0.44
ut 1.74
gd s
0.98
2
（2）ut
d
2 min
g(
s
18
)
(20106 )2 9.81 (3000 0.5)
18 2 105
0.033(m)
Re
u0d
0.033 20106 0.5 2 105
0.02
2
At Vs / ut 5 / 0.033 150(m2 )
3.1.2 离心沉降设备 旋风分离器
ur
d 2 sui2 18rm
假设(2)沉降时间
B ur
18rm B d 2 sui2
气芯前圈数 = N
运行距离 2rm N
有效停留时间 2rm N
ui
某一粒径能(100%)被分离出的条件
其穿越B所需时间<停留时间
B ur
18rm B d 2 sui2
2rm N
ui
9B d Nui s dc
6
d
3
s
g
6
d
3 g
ut2
2
d 2
4
0
ut
4d s g
3
（2）离心沉降速度
ur
4d s ut2
3r
—方向：由圆心指向外； —颗粒实际运动速度在径向上的分量 —轨迹：逐渐扩大的螺旋线，
（3）公式成立假定条件
①颗粒为球形； ②颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰 ③容器壁对沉降的阻滞作用可以忽略 ④ 颗粒直径不能小到受流体分子运动的影响
一般取Ｎ＝５
dc～气体性能、结构、处理量 假定勉强，粗略估计
❖分离效率
粒级效率 :
混合物经旋风分离器后某一(范围的)粒径 被分离出来的质量分数
d>dc的颗粒=1
如颗粒入器时均布， 与器壁距离<B’的所有颗粒所占分率 B' / B
总效率O：
被分离出来的颗粒点全部颗粒的质量分数
O与i
O aii
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
The foundation of success lies in good habits
gs At
（3）最大处理量
Vs Apu
说明
①Vmax~某一粒径能100%被去除 ②Vmax~ (100%去除的) d, A0，与H无关
例1 采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体 颗粒。降尘室底面积为10㎡，高1.6m。操作条 件下气体密度为0.5kg/m3，粘度为210-5Pas， 颗粒密度为3000 kg/m3。气体体积流量为5m3/s。 试求：
形体阻力
浮力
2．曳力的计算方法
将颗粒所受曳力大小表示为颗粒具有动能及流 动方向上颗粒投影面积的倍数方式。
Fd
Ek Ap
sut2 d 2
24
曳力系数
A d 2 －投影面积
4
3．沉降速度与阻力系数
（1）重力沉降速度ut
重力-浮力-阻力=颗粒质量×加速度
重、浮一定，u，阻力 ，加速度
加速度=0时，u=ut——沉降速度
（1）构造与工作原理 圆筒、圆锥、矩形切线入口 气流获得旋转 向下锥口
向上，气芯 顶部中央排气口
颗粒器壁滑落
（2）分离性能估计
能被分离出的最小颗粒直径 ——临界直径dc
假定 ut保持不变，ui
穿越最大气层厚=B
相对运动为层流
Stokes公式可用 将g换为 ui2 / rm rm-平均旋转半径
颗粒沉降速度
6
(3)阻力
离心力场 d 3 ut2
6r
颗粒与流体的相对运动 绕流，形成边界层
由于流体与固体颗粒存在相对速度，流体对颗 粒有与相对运动方向相反的阻力作用，称为曳力。
wdA
wdAsin
pdAcos
pdA
A
W
sin dA
表皮阻力
A p cosdA A p gzcosdA A gz cosdA