第二篇分离过程原理(new)概论

Rep=dp ut ρ/μ
CD - Rep的关系由实验测定。
CD - Rep关系曲线。图6.1.3（φs= 1 曲线）
滞流区(10-4 < Rep ≤ 2)
CD = 24/Rep (Stokes区)
过渡区( 2 < Rep< 1000) CD = 18.5/ Rep0.6 (Allen区)
湍流区(103 < Rep< 2×105) CD = 0.44
一般乱堆床层的空隙率大致在 0.47 - 0.70之间。
② 床层的比表面积 ab 单位床层体积具有的颗粒表面积。
ab = ( 1- ε ) a
2020/11/18 床层比表面积
颗粒比表面积
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第五章 沉降
§1 沉降分离的基本概念
③ 床层的各向异性
工业上小颗粒的床层用乱堆的方法堆成，非球 形颗粒的定向是随机的，故可认为床层是各向异性 的。
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第五章 沉降
§2 重力沉降
自由沉降： 单个颗粒在流体中沉降，或者颗粒群在分
散程度较好而颗粒之间互不碰撞的条件下沉降。
干扰沉降： 实际的非均相物系中有许多颗粒，沉降时
必定互相干扰。
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第五章 沉降
§2 重力沉降
（一）沉降速度
1．球形颗粒的自由沉降
当颗粒在静止流体中沉降时颗粒本身所受到的力有：
滞流区
ut
d
2 p
(
p
18
)g
(Stokes公式)
过渡区
ut 0.27
d p ( p )g Re0p.6
(Allen公式)
湍流区
3．粒子的密度
m ，kg/m3
V
真密度(ρs) ——粒子的体积不包括颗粒之间的 空隙。
堆积密度(ρb) ——粒子的体积包括颗粒之间的 空隙。
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第五章 沉降
§1 沉降分离的基本概念
4. 颗粒床层的特性
① 床层空隙率 ε
颗粒堆积成的床层疏密程度。
床层体积 – 颗粒体积
ε = ———————— 床层体积
A
等比表面积当量直径
6
dea a
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第五章 沉降
§1 沉降分离的基本概念
形状不规则颗粒的表征：
体积
Vp
6
d
3 eV
表面积
A
d
2 eV
比表面积
a 6
d eV
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第五章 沉降
§1 沉降分离的基本概念
2．颗粒群的特性 颗粒群——不同粒径粒子组成的集合体。 ①粒度（粒径）分布 不同粒径范围内所含粒子的个数。 通常用筛分的方法测定粒径分布。 采用一套标准筛进行测量，根据筛余量得到
球形颗粒与非球形颗粒的差异以形状系数表征。
2
deV deA
与非球形颗粒同体积的 球形颗粒表面积
非球形颗粒表面积
（球形颗粒的φ = 1）
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第五章 沉降
§1 沉降分离的基本概念
形状不规则颗粒的当量直径表示方式：
等体积当量直径
deV 3 6Vp /
等表面积当量直径
deA
即：
FD + Fb= Fg
CD(π/4) dp2ρut2/2+(π/6)dp3ρg = (π/6)dp3ρpg
整理得：
ut
4d p (p )g 3CD
式中，ut为球形粒子的重力沉降速度。
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第五章 沉降
§2 重力沉降
2．阻力系数CD CD是颗粒与流体相对运动时Rep的函数。
环境工程原理
华虹
第二篇
分离过程原理
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第二篇 分离过程原理
混合物的分离是环境工程领域的主要操作之一。
均相 混 合 物 系
非均相
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溶液：苯—甲苯；乙醇—水等
混合气体：空气等
含尘气体； 气相非均系：
含雾气体等 悬浮液； 液相非均系： 乳浊液； 泡沫液等
3
第二篇 分离过程原理
(Newton区)
（其中， Stokes区的计算式是准确的，其他两个区计算是近
似的。）
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第五章 沉降
§2 重力沉降
CD - Rep关系曲线（球粒）
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第五章 沉降
§2 重力沉降
将上述CD的计算式分别代入ut通式，便可分 别得到三个不同区域的颗粒沉降速度公式：
常 机械分离 用 分 离 技 术
传质分离
沉降
过滤
吸收 吸附 萃取 膜分离
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第二篇 分离过程原理
机械分离——用于除去气体或液体中悬浮微粒 的分离操作。
如沉降、过滤、离心分离等。
机械分离原理：遵守流体力学的基本规律。
机械分离的目的： 1．净化流体 2．回收有用物质
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筛分的基本数据。
如，目数 400，孔径 0.0015 英寸（38μm）的标准筛。
筛过量： d 38m 筛余量： d 40m
则粒径分布： d 40m
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第五章 沉降
§1 沉降分离的基本概念
②颗粒的平均粒径
平均比表面直径
da
1 xi
di
di粒径段内颗粒的质量分率 筛分直径
Fra Baidu bibliotek
（二）流体阻力
（三）阻力系数
（《流体力学》课程中学习。）
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第五章 沉降
§2 重力沉降
沉降——利用连续相与分散相的密度差在力 （重力或离心力）的作用下使之发生相 对运动而分离的过程。
一、重力沉降——由地球引力作用而发生的 颗粒沉降(gravity settling)。
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第二篇 分离过程原理
污泥处理与处置基本流程
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第五章 沉降
§1 沉降分离的基本概念 一、沉降分离的一般原理和类型
重力沉降
沉
离心沉降
降
电 沉降
惯性沉降
扩散沉降
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第五章 沉降
§1 沉降分离的基本概念
二、流体阻力与阻力系数
（一）单颗粒的几何特性参数
表示颗粒大小的参数：
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重力
Fg
6
d
3 p
p
g
流体的浮力
Fb
6
d
3 p
g
颗粒相对流体的 降落速度
阻力
FD
CD
4
d
2 p
ut2 2
阻力系数，CD f (Re,)
A
颗粒在垂直于运动方向的平面上的投影面积
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第五章 沉降
§2 重力沉降
沉降开始时：
ut = 0, 阻力= 0。 在下降的瞬间，微粒作加速运动，随ut↑ ，FD ↑， 达到阻力=净重力时，微粒作等速沉 降，
粒径：dp
体积：Vp 表面积：A
三个参数之间的关系：
Vp
6
d
3 p
A
d
2 p
球形颗粒的比表面积：
a A 6
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Vp dp
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第五章 沉降
§1 沉降分离的基本概念
1．颗粒的大小及形状
球形颗粒——球形颗粒的物理参数
颗粒以球体计算
非球形颗粒——非球形颗粒物理参
数参照球体并以当量
直径计。