机械分离

ut '
1
ut 2.1
d
D
c）颗粒形状的影响
球形度
s
S Sp
对于球形颗粒，φs=1
颗粒形状与球形的差异愈大，球形度φs值愈低。 对于非球形颗粒：
雷诺准数 Ret中的直径要用当量直径de代替：
6
d
3 e
Vp
de
3
6
VP
• 颗粒的球形度愈小，对应于同一Ret值的阻力系数ξ愈大； • φs值对ξ的影响在滞流区并不显著，随着Ret的增大，这
24
Ret
ut
d 2s
18
g
——斯托克斯公式
b) 过渡区或艾伦定律区（Allen）（1＜Ret<103）
18.5 Ret0.6
ut 0.269
gd s Re t0.6
——艾伦公式
c) 滞流区或牛顿定律区（Nuton）（103＜Ret ＜ 2×105）
0.44
ut 1.74
d s g
分散相 处于分散状态的物质 分散物质 如：分散于流体中的固体颗粒、
液滴或气泡
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
沉降 过滤
第一节 沉降过程
一、重力沉降
降尘室的计算
降尘室的计算
设计型 已知气体处理量和除尘要求， 求降尘室的大小
操作型 用已知尺寸的降尘室处理一定量含
尘气体时，计算:
降尘室的特点
• 可以完全除掉的最小颗粒的尺寸
• 要求完全除去直径dp的尘粒时所
结构简单，但设备庞大、 能处理的气体流量 效率低，只适用于分离粗颗
粒--直径75 m m以上的颗
4d 3s
3 2
g
令
k
d3
s g
2
Re t 2 4 k 3
3
因ξ是Ret的函数，ξRet2必然也是Ret的函数，ξ～Ret曲线
便可转化成 ξRet2～Ret曲线。
计算ut：先由已知数据算出ξRet2的值，再由ξRet2～Ret曲线查
得Ret值，最后由Ret反算ut 。
ut
Ret d
计算颗粒的直径d ：
粒，或作为预分离设备。
2）沉降槽
加料
水平 挡板
耙 稠浆
连续式沉降槽
清液溢流 清液
二、离心沉降
离心沉降：依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程 适于分离两相密度差较小，颗粒粒度较细的非均相物系。
惯性离心力场与重力场的区别
重力场
离心力场
力场强度 方向
重力加速度g
ut2/R
指向地心
沿旋转半径从中心指向外周
作用力
Fg=mg
FC
m
ut 2 R
一、离心沉降速度
1、离心沉降速度ur
惯性离心力=
d 3
6
s
ut2 R
向心力= d 3 ut2
6R
阻力= d 2 ur2
42
三力达到平衡，则：
混合物
均相混合物 物系内部各处物料性质均匀而且不 存在相界面的混合物。 例如：互溶溶液、混合气体
非均相混合物 物系内部有隔开两相的界面存在且 界面两侧的物料性质截然不同的混
合物。 固体颗粒和气体构成的含尘气体
例如 固体颗粒和液体构成的悬浮液 不互溶液体构成的乳浊液 液体颗粒和气体构成的含雾气体
非均相物系
等速阶段中颗粒相对于流体的运动速度ut 称为沉降速度。
当a=0 时，u=ut，代入（a）式
6
d
3
s
g
6
d 3 g d 2
4
ut 2
2
0
ut
4dg(s ) 3
——沉降速度表达式
2）阻力系数ξ
通过因次分析法得知，ξ值是颗粒与流体相对运动时的
雷诺数 Ret 的函数。 对于球形颗粒的曲线，按Ret 值大致分为三个区： a) 滞流区或托斯克斯(stokes)定律区（10 –4＜Ret<1）
种影响变大。
4）沉降速度的计算
a）试差法
方法
ut
假设沉降属于层流区
d 2 s g
18
Ret du ut
Ret
ut为所求
Ret＜1
公式适 用为止
判断 艾伦公式
……
求ut
Ret＞1
b) 摩擦数群法
由 ut
4gds 得
3
4dgs
3ut 2
Re t 2
d 2ut 2 2 2
Re
2 t
• 颗粒沉降到室底所需的时间 t H ut
• 为了满足除尘要求
t
l H u ut
——降尘室使颗粒沉降的条件
u Vs Hb
l lHb
Vs Vs Hb
lHb H Vs ut
Vs blut
——降尘室的生产能力
降尘室的生产能力只与降尘室的沉降面积bl和颗粒的沉降 速度ut有关，而与降尘室的高度无关。
重力
Fc
6
d 3s g
浮力
Fb
6
d 3g
而阻力随着颗粒与流体间的相对运动速度而变，可仿
照流体流动阻力的计算式写为 ：
FD
A
u 2
2
对球形颗粒A d 2
4
FD
4
d2
u 2
2
6
d3sg
6
d 3g
4
d2
u 2
2
6
Βιβλιοθήκη Baidud3sa
（a）
颗粒开始沉降的瞬间，速度u=0，因此阻力Fd=0，a→max 颗粒开始沉降后，u ↑ →Fd ↑；u → ut 时，a=0 。
——牛顿公式
3）影响沉降速度的因素
a）颗粒的体积浓度 在各种沉降速度关系式中，当颗粒的体积
浓度小于0.2%时，理论计算值的偏差在1%以 内，但当颗粒浓度较高时，由于颗粒间相互作
用明显，便发生干扰沉降，自由沉降的公式不
再适用。
b）器壁效应 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。
▪ 牛顿定律区的下限K值为69.1 。
2、重力沉降设备
1）降尘室
气体
降尘室的生产能力
进口
降尘室的生产能力是指降 尘室所处理的含尘气体的体 积流量，用Vs表示，m3/s。
降尘室内的颗粒运动
以速度u 随气体流动
以速度ut 作沉降运动
气体 出口
集灰斗
降尘室
L
B
气体
u
H
ut
颗粒在降尘室中的运动
• 颗粒在降尘室的停留时间 l u
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。
作用力
重力 惯性离心力
重力 沉降 离心沉降
1、重力沉降速度 1）球形颗粒的自由沉降
合外力 Fc Fb FD 0
浮力 Fb d 3g 6
曳力 FD
D
ut2
2
A
质量力 Fc d 3s g 6
颗粒在流体中沉降时受力
1) 令ξ与Ret-1相乘，
Ret1 4(s )g 3 2ut2
2) 将ξRet-1～Ret关系绘成曲线 ，由ξRet-1值查得Ret的值；
3) 再根据沉降速度ut值计算d。
判别流型
d Ret ut
ut
d 2s
18
g
Ret
d 3s g
18 2
当Ret=1 时，K=2.62，为斯托克斯区的上限