第三章 非均相机械分离优秀课件

第一节 概 述
第二节 沉 降
沉降是指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，分为重力沉降和离心沉降两 大类。
一、重力沉降 重力沉降是依据重力作用而发生的沉降过程。一般用于气、固混 合物和混悬液的分离。它是利用混悬液中的分散相即固体颗粒的密度 大于连续相即浸提液的密度而使颗粒沉降达到分离。 1.自由沉降和沉降速度 以固体颗粒在流体中的沉降为例进行分析，颗粒的沉降速度与颗 粒的形状有很大关系，为了便于理论推导，先分析光滑球形颗粒的自 由沉降速度。 1.1球形颗粒的自由沉降速度 颗粒在静止流体中沉降时，不受其它颗粒的干扰及器壁的影响， 称为自由沉降。较稀的混悬液或含尘气体中固体颗粒的沉降可视为自 由沉降。
联立（3-1）、（3-2）、（3-3）和（3-4）整理得
ut
4gdp(p ) 3
（3-5）
式（3-5）称为沉降速度表达式（参见教材P136式3-
26）。对于微小颗粒，由于沉降的加速阶段时间很短，可
忽略，因此，整个沉降过程可以视为加速度为零的匀速沉
降过程。在这种情况下可直接将该式用于重力沉降速率的
计算。
非球形颗粒自由沉降的影响因素除球形度（颗粒形状）外，还有壁 效应（器壁影响）和干扰沉降（颗粒间的相互干扰）等。
第二节
沉降
2.重力沉降设备及其生产能力
2.1降尘室:就是利用重力沉降 气体
当颗粒开始沉降的瞬间，u为零,阻力也为零,加速度a为其最大
值；颗粒开始沉降后，随着u逐渐增大，阻力也随着增大，直到速度
增大到一定值 u t后，重力、浮力、阻力三者达到平衡，加速度a为零；
此时颗粒做匀速运动的速度即称为沉降速度，用
m/s。即有：
FgFbFd 0
u表（t 3示-4，）单位为
第二节 沉 降
第二节 沉 降
如图3-1所示。一个表面光滑的
刚性球形颗粒置于静止流体中，当
颗粒密度大于流体密度时，颗粒将
dp
下沉，若颗粒作自由沉降运动，在
沉降过程中，颗粒受到三个力的作
用：重力，方向垂直向下；浮力，
方向向上；阻力，方向向上。
设球形颗粒的直径为d p ,颗粒密 度为 p ,流体的密度为 ,则重力F g 、 浮力F b 和阻力Fd 分别为:
图3-1静止流体中颗粒受力示意图
第二节 沉 降
Fg
6
dp3p
g
Fb
6
d
p3
g
Fd
A u2 2
（3-1） （3-2） （3-3）
式中 A为沉降颗粒沿沉降方向的最大投形面积，对于球形颗
粒， A dp2 / 4，m2；u为颗粒相对于流体的降落速度，m/s；为沉降阻
力系数。
对于一定的颗粒与流体，重力与浮力的大小一定，而阻力随沉 降速度而变。根据牛顿第二定律有：FgFbFd ma
第一节 概 述
二、非均相混合物的分离方法 非均相混合物通常采用机械的方法分离，即利用非均相混合物中 分散相和连续相的物理性质(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。根据两相运动方式的不同，机械 分离可有两种操作方式，沉降和过滤。 1.沉降 沉降是在外力作用下使颗粒相对于流体(静止或运动)运动而实现分 离的过程。沉降操作的外力可以是重力(称为重力沉降),也可以是惯性 离心力(称为离心沉降)。 此外对于含尘气体的分离还有过滤净制、湿法及电净制等方法。 2.过滤 过滤是流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过程。过 滤操作的外力可以是重力、压差或惯性离心力。因此过滤操作又分为 重力过滤、加压过滤、真空过滤和离心过滤等。 详见下表：
的确定较为复杂，该值与雷诺数
Rep
Baidu Nhomakorabea
d pu
有关，但二
者间数学函数式目前理论上还难以确定，一般通过经验关
联式和实验数据来确定，见图3-2 。
第二节
图3-2所示阻力曲线可依据不
同运动状态范围划分为三个区域：
a)滞流区：R e p<2,又称斯托克 斯(stokes)定律区 =24Re-p1
ut
gdp2(p ) 18
一个任意几何形体的球形度，等于体积与之相同的一个球形颗粒的表
面积与这个任意形状颗粒的表面积之比。当体积相同时，球形颗粒的
表面积最小，因此，球形度值总是小于1，且该越小，颗粒形状与球形
的差异越大，阻力系数ζ愈大。当颗粒为球形时，球形度为1。
在计算沉降速率时，非球形颗粒的大小可用当量直径表示，所谓当 量直径即就是与颗粒等体积球形颗粒的直径。
第三章 非均相机械分离
第一节 概 述
混合物据各组分的分散度可划分为均相和非均相混合物两大类。其中非均相 混合物由分散相和连续相两部分组成：前者指处于分散状态的物质；后者指包围 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 物系中的连续液体等。本章主要探讨非均相混合物的机械分离。
一、非均相混合物的分离在工业中的应用 1.回收有用的分散相 如收集粉碎机、沸腾及喷雾干燥器等设备出口气流中夹带的物料；收集蒸发 设备出口气流中带出的药液雾滴；回收结晶器中晶浆夹带的颗粒；回收催化反应 器中气体夹带的催化剂等。 2.净化连续相 除去药液中无用的混悬颗粒以便得到澄清药液；将结晶产品与母液分开；除 去空气中的尘粒以便得到洁净空气；除去催化反应原料气中的杂质，以保证催化 剂的活性等。 3.环境保护和安全生产 近年来,工业污染对环境的危害愈来愈明显，利用机械分离的方法处理工厂 排出的废气、废液，使其浓度符合规定的排放标准，以保护环境；去除容易构成 危险隐患的漂浮粉尘以保证安全生产。
第二节 沉 降
1.2非球形颗粒的自由沉降
非球形颗粒的几何形状及投影面积A对沉降速度都有影响。颗粒向
沉降方向的投影面积A愈大，沉降阻力愈大，沉降速度愈慢。一般地,
相同密度的颗粒，球形或近球形颗粒的沉降速度大于同体积非球形颗
粒的沉降速度。
非球形颗粒几何形状与球形的差异程度，用球形度 p
s sp
表示，即
(3-6）
b)过渡区：2<
R
e
<500,又称艾
p
伦（Allen）定律区 18.5Rep0.6
ut 0.269 gdp(p)Rep0.6 (3-7)
c)湍流区：500< R e p< 2×105 ,
又称牛顿（Newton）定律区 0.44
ut 1.74
gdp(p )
(3-8)
沉降
图3-2 沉降阻力系数关系曲线图