环境工程原理 第五章 非均匀相物的分离 陈杰瑢

1、第五章非均匀相物的分离环境工程中涉及的流体大多是含有颗粒物的非均相物系，例如，含有粉尘的废气为气固非均相物系，含有固体悬浮物的生活污水为液固非均相物系。第1节 非均相物系的性质为了选择合理的分离方法与设备，确定适宜的操作范围，须首先掌握环境工程中非均相物系的基本性质。气-固或液-固非均相物系中的固体颗粒和气-液非均相物系中的液体颗粒通常是由许多单个颗粒聚集在一起的颗粒团组成的混合物，即颗粒群。一，颗粒的粒径（一）单个颗粒的粒径单个颗粒的粒径可用其直径表示，对非球形颗粒一般有三种方法来定义粒径，即投影直径，几何当量直径和物理当量直径。（2） 平均粒径为了能简明地表示颗粒群的某一物理性质，往往需要

2、按照应用目的求出代表颗粒群特性的粒径的平均值，即平均粒径。二，颗粒形状系数非球形颗粒的形状与球形颗粒的差异程度采用颗粒形状系数来表征。颗粒形状系数又称球形度，用表示，定义式为对于球形颗粒，；对于非球形颗粒，；颗粒与的差别越大，越小。正方体的，直径与高相等的园柱，大多数粉碎所得颗粒的。四，颗粒的比表面积颗粒的比表面积定义为单位体积颗粒所具有的表面积。a 颗粒的比表面积，。五，颗粒的湿润性固体颗粒与液体接触后能否相互附着和附着难易程度的性质称为颗粒湿润性。颗粒的湿润性与其种类，粒径和形状，生成条件，组分，表面粗糙度等性质有关。颗粒的湿润性是选用洗涤分离方法的主要依据。六，颗粒在其产生和运动过程中，

3、颗粒与颗粒间的碰撞及颗粒与器壁间的摩擦都可能使颗粒获得静电荷。七，颗粒的黏附性颗粒附着在固体表面上，或者颗粒彼此相互附着的性能称为，后者也称为自黏性。第2节 非均相物系分离的理论基础分离力一般包括重力，离心力，惯性力，静电力等，流体阻力对所有捕集过程来说都是最基本的作用力，而颗粒间的相互作用力在颗粒浓度不高时可忽略。一，流体中运动的颗粒所受的作用力除重力和流体浮力外，还有周围流体对它的阻力。二，阻力系数颗粒雷诺数流体的黏度，Pa的区域为层流区，或称斯托克斯区。的区域为过渡区，或称艾伦区。的区域为湍流区，或称牛顿区。Re>时，边界层本身的流动也变为湍流，实验结果显示不规则现象。三，流体阻力

4、的影响因素与修正坎宁安对斯托克斯定律提出修正C坎宁安修正系数。四，从流体中分离颗粒的基本原理非均相物系中将颗粒分离出来，须具备以下基本条件（1） 有分离界面可使颗粒附着在上面。（2） 有使颗粒运动轨迹和流体流线不同的作用力。（3） 有足够的时间使颗粒迁移到分离界面上，这就是要求分离设备有一定的空间，并要控制非均相物系的流速等。（4） 能使已附着在分离界面上的颗粒不断被除去，而不会重新返混入流体内，这就是颗粒清除过程。第3节 重力沉降一，重力场中颗粒的沉降过程（1) 重力沉降过程分析重力沉降包括两个连续的沉降过程，即加速沉降过程和匀速沉降过程。（2) 重力沉降速度直径为dp,密度为，质量为m的球

5、形颗粒在密度为的静止流体中所受的力为重力Fg和浮力Fb。从以上公式可知，对于一定的流体体系，颗粒终端沉降速度只与颗粒粒径有关。二，沉降速度的计算（1） 试差法即先假定颗粒处于某一区域，根据假定的区域对应的终端沉降速度计算出颗粒的终端沉降速度，再计算出终端沉降速度。（2） 摩擦数群法不包含终端沉降速度的摩擦数群。是的函数，因此也是的函数。（3） K值法颗粒沉降运动时间为三，重力沉降设备与计算环境工程中常见的重力沉降设备主要包括应用于气-固，气-液非均相物系分离的重力沉降室，应用于液-固非均相物系分离的重力沉降澄清器等。第4节 离心沉降当颗粒处于旋转的流体中，在惯性离心力作用下二产生的沉降过程称为

6、离心沉降。一，离心沉降速度（一）离心沉降过程分析在旋转流体中，颗粒在离心力的作用下沿径向被分离。则加速度为颗粒在旋转半径r处切向速度，m/s，可视为与该处流体的切向速度相同。离心力重力阻力离心沉降速度公式二，离心沉降的特征（1） 离心沉降速度不是颗粒运动的绝对速度，而是绝对速度在径向上的分量，其方向不是竖直向下，而是沿半径指向外侧。（2） 离心沉降速度不是恒定值，它随颗粒正离心力场中的位置及气流的旋转速度而变，即随着离心力场强度的改变而改变；重力沉降的终端沉降速度则是恒定的。（3） 离心沉降速度往往远大于重力沉降的终端沉降速度。三，离心沉降设备旋风分离器旋风分离器是使含颗粒气流作旋转运动，在离

7、心力作用下使颗粒从其气流中分离捕集下来的装置，环境治理工程中用来除去含尘气体的尘粒。离心分离气体速度离心分离沉降时间停留时间第5节 静电沉降一， 电晕放电（一） 气体的电离要使气流中的颗粒荷电，必须有大量的供荷电用的离子，而离子的产生是通过气体电离来实现的。（二） 起始电晕电压开始发生电晕放电时的电压称为起始电晕电压。当把电线看成无限长均匀带电直线，在两极间没有电晕电流，则由高斯定理可以得到放电处的电场强度。r处的电场强度a放电电极半径b管式电极的半径r距放电电极中心的距离V施加于放电电极和捕集电极之间的电压二， 颗粒的荷电（一） 电场荷电电场荷电是指离子在电场中沿电场线定向运动而与颗粒碰撞并

8、使其荷电，这是粒径大于1.0的主要荷电机制。（二） 扩散荷电扩散荷电的理论方程k玻耳兹曼常数T气体温度气体离子的算术平均热度运动速度m单个气体分子的质量荷电在电场中运动的微分方程静电沉降速度计算第六节 过滤过滤是通过多孔介质把分散的颗粒从流体中滤出的分离方法。一， 气体的过滤（一） 过滤过程理论上气体的过滤过程可以分为稳态过滤和非稳态过滤两个阶段。（二） 过滤理论气体-捕集体界面上颗粒与捕集单元间的相互作用是颗粒被捕集的关键。惯性碰撞参数的湍流气流中，孤立纤维运动的雷诺系数的层流条件下，惯性捕集效率为截留效应的特性参数是截留参数，表示为层流条件下，即时，圆柱体纤维的截留捕集效率为静电沉降的沉降

9、的参数的静电作用强度为B颗粒的机械迁移率扩散效应由于布朗运动引起扩散，使颗粒与纤维接触的捕集作用。扩散捕集效率是佩克莱数Pe和孤立纤维运动的雷诺数的函数。伦敦-范德华沉降根据图尼特斯基和佩特里安诺夫的研究，颗粒分子和纤维分子之间的分子相互作用力在某些情况下会使颗粒沉降或吸附在纤维表面被捕获，这种作用机制称为伦敦-范德华沉降，此机制对于颗粒保持在纤维具有重要作用。沉降强度的量参数Nm液体过滤可分为：表面过滤，深层过滤。过滤基本理论过滤速率V滤液体积A过滤面积t过滤时间滤液通过滤饼层的压降a颗粒的比表面积滤饼层的空隙率流体黏度L滤饼层厚度滤饼的阻力r滤饼比阻过滤介质的阻力过滤介质阻力过滤介质比阻过滤介质的当量滤饼厚度，或称虚拟滤饼厚度液体过滤设备：板框压滤机,转筒真空过滤机，离心过滤机。第七节 湿式洗涤一， 湿式洗涤机理（1） 液滴：液滴的产生方法有两种，一种是使液体通过喷嘴而雾化，一种是高速气流使液体雾化。（2） 液膜：将液体淋洒在填料介质上，在填料界面形成很薄的液体网络层，即为液膜。（3） 液层：使气体穿过液层，因液体表面张力生成气泡，气体为连续相，液体为分散相。（一） 液滴捕集机理1， 惯性碰撞单个液滴的惯性捕集效率气体与液滴间的相对速度气体的黏度D液滴的直径2， 直接拦截R截留参数3， 重力沉降4， 扩散沉降未被扰动的上游气流相对液滴的流速D液