化工原理其次章

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化工原理

其次章非均相物系分离

化工原理

本章学习要求把握的内容沉降原理；自由沉降过程；重力沉降速度及计算；降尘室的计算。过滤基本方程及应用；过滤常数及计算；恒压过滤方程及应用。板框过滤机的基本结构、洗涤时间及生产能力的计算。

熟悉的内容离心沉降过程及分析；旋风分开器原理、结构及分开性能。过滤介质种类及选用。

了解的内容颗粒与颗粒群的特性；回转真空过滤机的特点、计算及应用；离心机的基本结构及应用；非均相混和物分开过程的加强。

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2.1概述混合物物系内部各处物料性质均匀性质均匀而且不性质均匀存在相界面的混合物。(homogeneous例如：互溶溶液、例如：互溶溶液、混合气体均相混合物system)

物系内部有隔开两相的界面存在且物料性质截然不同的混物料性质截然不同(non-homogeneous界面两侧的物料性质截然不同合物。system)非均相混合物

固体颗粒和气体构成的含尘气体固体颗粒和液体构成的悬浮液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液体颗粒和气体构成的含雾气体

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分散相分散物质非均相物系连续相

处于分散状态的物质如：分散于流体中的固体颗粒、液滴或气泡包围着分散相物质且处于连续状态的流体

连续相与分散相机械分散相和连续相分开分开不同的物理性质发生相对运动的方式

沉降过滤

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2.1.1非均相物系分开在工业中的应用回收分散相净化连续相环境保护和安全生产

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常用分开方法1)重力沉降2)离心分开3)过滤4)湿法净制5)电除尘

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2.1.2颗粒与颗粒群的特性2.1.2.1颗粒的特性(1)球形颗粒体积面积比表面积

S=4πr2=πd2S6a==Vd

m2/m3

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一、颗粒的特性(2)非球形颗粒(当量直径和球形度)当量直径和球形度)a.体积当量直径假设实际颗粒的体积等于当量球形颗粒的体积，假设实际颗粒的体积等于当量球形颗粒的体积，则de=3

6Vp

πdes=Sp

b.表面积当量直径

π

c.球形度：与实际颗粒体积相等的球形颗粒的表面积与该颗粒表面积之比φ=SsSp

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2.1.2.2颗粒群的特性颗粒群(granulargroup)颗粒群(granulargroup)大小不同的颗粒组成的集合体

颗粒群粒径分布泰勒标准筛

颗粒的平均粒径平均比表面积直径

颗粒的密度真密度和堆积密度

1da=nxi∑di1i

颗粒的黏附性和散粒性

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2.2颗粒沉降沉降: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开的操作过程2.2.1颗粒在流体中的沉降过程(1)质量力F(重力或离心力)质量力FF=mam:颗粒质量，kg;a:

力场加速度，m/s2颗粒质量，kg;a:力场加速度，m/s(2)浮力Fb(阿基米德原理)浮力FFb=Vpρaρ:流体密度，kg/m3流体密度，kg/m(3)曳力Fd(dragforce)曳力Fforce)

Fd=ξA

ρu22

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2.2.2重力沉降及设备重力作用力重力沉降惯性离心力离心沉降重力沉降:在重力场中利用分散相和连续相之间的密度差重力沉降异，使之发生相对运动而实现分开的操作过程。

1、重力沉降速度(1、重力沉降速度(freehinderedsettling)1)球形颗粒的自由沉降)设颗粒的密度为ρs,直径为d,流体的密度为ρ,

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重力浮力阻力

Fg=

π6

d3ρsg3

F=b

π

6

dρgρu222

Fd=ξA

对球形颗粒A=

π4

d

∴Fd=ξd422

π

ρu2

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重力沉降速度的定义沉降速度(settlingvelocity):等速段中流体的运动沉降速度(settlingvelocity):等速段中流体的运动速度u速度ut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。对颗粒在沉降过程中做受力分析可得

4dg(ρsρ)ut=3ρξ

——沉降速度表达式

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2、阻力系数ξ、阻力系数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)滞流区或托斯克斯滞流区或托斯克斯(stokes)定律区(10–4Ret≦2)定律区(定律区)

24ξ=Ret

d2(ρsρ)gut=18

——斯托克斯公式

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ξ—Ret的关系图2-2

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b)过渡区或艾伦定律区(Allen)(2Ret103)过渡区或艾伦定律区()

18.5ξ=0.6Ret

ut=0.269

gd(ρsρ)Ret0.6

ρ

——艾伦公式

c)滞流区或牛顿定律区(Nuton)(103≤Ret2105)滞流区或牛顿定律区()

ξ=0.44ut=1.74d(ρsρ)g

ρ

——牛顿公式

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3、影响沉降速度的因素、1)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。2)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。

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utut=d1+2.1D'

3)颗粒形状的影响)球形度

φs=

SSp

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。

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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：

π6∴de

3de

=Vp6

=3

π

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，这种影响变大。

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4、沉降速度的计算、试差法第102页例[2-1]102页[

2d2(ρsρ)gut=18

方法假设沉降属于层流区

Ret=duρutRet2