化工原理第三章机械分离.ppt

K
=2.62~69.1，过渡流
>69.1， 湍流
二、降尘室
1．结构 见图3-4(a)
2. 原理
如图所设，且设颗粒水平分速度
与气体的流速u相等，则
沉降时间为：
b H
l u
ut
停留时间为： 当颗粒的停留时间等于或大于其沉降时间时，该颗粒便能沉降至室底而被分离，所以 ：
或
而
所以 或 而
与H无关
所以
— 能完全分离的最小粒径 — 临界粒径
三、沉降槽 1．沉降槽的构造与操作 (1) 间歇沉降槽 (2) 连续沉降槽，见图3-6 2．浓悬浮液的沉聚过程 当悬浮液浓度较高时，则属干扰沉降： （1）大颗粒相对于小颗粒进行沉降，因而介质的有效密度和粘度均大于纯液体，而沉降速度与
介质密度和粘度成反比。 (2) 液体被沉降颗粒置换而上升的速度大，因而颗粒受到的阻力大。 (3) 大颗粒的拖曳，微细粒子的絮凝，使小颗粒的沉降被加速。 总之，大颗粒受阻，小颗粒加速。 沉聚过程：
a x1a1 x2a2 xnan
66 6
6
（1）真密度：单位体积颗粒所具有的质量，即
1 1 x1 x2 xn n xi
da d d1 d2
d n d i1 i
（2）堆积密度（表观密度）：单位体积床层所具有的质量，即 三、颗粒床层的特性 1．空隙率：单位体积床层所具有的空隙体积，即 2. 比表面积ab：单位体积床层所具有的颗粒表面积，即
均匀悬浮液 四区（清液区、等浓区、变浓区、沉聚区） 等浓区消失 变浓区消失 沉 聚区压紧。见图3-7。 五、分级器：利用重力沉降来分离悬浮液中不同密度或不同粒度的粒子的设备。
第三节 离心沉降
一、离心沉降速度 设某个球形颗粒在流体中自由离心沉降，则该颗粒在径向所受力有： 惯性离心力
向心浮力
向心阻力
式中 C1i、C2i — 进、出口气体中第i段尺寸范围的含尘浓度，g/m3。 （3）粒级效率曲线：图3-10、图3-11
（4）总效率与粒级效率的关系 显然
式中 xi — 第i段尺寸范围的颗粒占全部颗粒的质量分率； n — 粒径划分的总段数。
5. 压力降 仿阻力系数法
对水平局部阻力
（2）测定方法 标准筛法，
，目数与孔径的对应关系见表3-1
透射电镜法，
2．平均粒径
以球形颗粒为例，如图所设，则
s S s S1 s S2 s Sn
6
6
6
6
mS m1S1 m2 S2 mn Sn
6V 6V1 6V2
6V3
ma m1a1 m2a2 mnan
66
6
6
3．粒子密度
非均相物系 泡沫液， 气液
含尘气体，固气
含雾气体，液气
一、方法
重力沉降
沉降：
利用力场
离心沉降
重力过滤
加压过滤
过滤：
利用过滤介质
真空过滤
离心过滤
一、目的
1．收集分散物质：回收分散物质和环境保护和安全生产
2. 净化分散介质
第一节 颗粒及颗粒床层的特性
一、颗粒的特性 1．直径（大小） (1) 球形颗粒
a S 6 Vd
当
时 ，解得
)，得
－沉降速度
2. 阻力系数 通过量钢分析并结合实验测试，得出
式中
对球形颗粒（s=1）的曲线，可按Ret分为三个区，各区的曲线可用相应的经验关联式表达：
所以
层流区或Stokes定律区（10-4<Ret<1） 过渡流区或Allen定律区(1<Ret<103) 0.44，湍流区或Newton定律区(103<Ret<2105)
三力平衡时，得
所以
— 离心沉降速度
在层流区（10-4<Rer<1）， 所以
而
所以
— 离心分离因数
二、旋风分离器
1. 结构 2．原理：颗粒离心沉降到内壁后，靠重力沿内壁落入灰斗。 3. 临界粒径：能完全分离下来的最小粒径。 假定： (1) 颗粒平均切向速度等于进口气体平均速度ui (2) 气体入器后仍以入口形状沿园简旋转Ne圈，离心沉降距离为B。
•第三章 机械分离
一、定义 1．分散物系：由一种或几种物质的微粒分散在另一种物质中所组成的物系。 2．分散相（分散物质）：处于分散状态的物质。 3．连续相（分散介质）：处于连续状态的物质。 4．均相物系：内部无相界面的分散物系。
5. 非均相物系：内部有相界面的分散物系。
一、分类
悬浮液， 固液
乳浊液， 液液
（3）颗粒在层流下作自由离心沉降 由
得 所以沉降时间为
（Rm为旋转平均半径）
又停留时间为
由停留时间等于沉降时间，得
所以
— 临界粒径 （3-26）
对标准旋风分离器，Ne=5。
4．分离效率 （1）总效率：全部颗粒中被分离下来的质量分率，即：
式中 C1、C2 — 进、出口气体含尘浓度，g/m3。 （2）粒级效率：某个尺寸范围的颗粒中被分离下来的质量分率，即：
层流区
过渡流区
湍流区
3．影响沉降速度的因素 (1) 颗粒的体积浓度 浓度较高时，便发生干扰沉降 (2) 器壁效应 当容器直径较小时，便发生受阻沉降 在Stokes定律区，可按下式修正：
(3) 颗粒形状 对非球形颗粒，其沉降得慢一些。修正如下：
图3－2
4．沉降速度的计算 (1) 试差法 假设沉降属于某一流型，则按该流型选择相应的公式计算ut；再算Ret校核流型。
（2）非球形颗粒
令
Vp
6
d
3 e
S 4r 2 d 2
— 比表面积，m2 / m3
则
de
3
6V p
Leabharlann Baidu
— （体积）当量直径
1．形状系数（形状）
(1) 定义
形状系数（球形度）：颗粒当量表面积与其实际表面积之比，即
(1) 球形颗粒 (2) 非球形颗粒
二、颗粒群的特性
1．粒度分布（粒径分布）
(1) 定义：不同粒径范围内所含粒子的个数或质量
或
－（3-7）
所以
－（3-8）
3．方向性 各向同性：床层截面上的空隙面积与床层截面积之比等于。 各向异性：出现壁效应，即壁面附近的空隙率较大，生产壁流。
第二节 重力沉降
一、沉降速度 1．球形颗粒的自由沉降（单个颗粒沉降）
设某个球形颗粒在流体中自由沉降，则该颗粒所受力有： 重力
浮力
阻力
由牛顿第二定律(
流型 ut Ret 流型 再设流型 （2）摩擦数群法 由
得
而
相乘得
由
知
作图3-3：任取一ut 计算：
求颗粒直径也可用类似的方法：
相除得
同理
作图3-3：任取一d
计算：
此外，也可用无因次数群K值判别流型：
将
代入
得
当 Ret=1 时，K=2.62 同理将
代入
得
当 Ret=1000 时， K=69.1 <2.62，层流