非均相物系分离理论

非均相物系分离理论均相物系(honogeneoussystem):

均相混合物。物系内部各处均匀且无相界面。如溶液和混合气体都是均相物系。自然界的混合物分为两大类：非均相物系(non-honogeneoussystem):

非均相混合物。物系内部有隔开不同相的界面存在，且界面两侧的物料性质有显著差异。如：悬浮液、乳浊液、泡沫液属于液态非均相物系，含尘气体、含雾气体属于气态非均相物系。第一节

概述第2页,共94页，2024年2月25日，星期天非均相物系的分离原理：在非均相物系中，分散物质和分散介质组成由于非均相物的两相间的密度等物理特性差异较大，因此常采用机械方法进行分离。按两相运动方式的不同，机械分离大致分为沉降和过滤两种操作。第3页,共94页，2024年2月25日，星期天过滤介质:过滤采用的多孔物质；

滤浆:所处理的悬浮液；

滤液:通过多孔通道的液体；

滤饼或滤渣:被截留的固体物质。

以某种多孔物质为介质，在外力的作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固液分离的单元操作。

第二节

过

滤

一、过滤操作的基本概念

1过滤(filtration)

第4页,共94页，2024年2月25日，星期天滤浆滤饼过滤介质滤液过滤操作示意图(滤饼过滤)深床过滤第5页,共94页，2024年2月25日，星期天织物介质(又称滤布)：

由棉、毛、麻、丝等天然纤维及合成纤维制成的织物，以及玻璃丝、金属丝等织成的网；过滤介质的分类：堆积介质

由各种固体颗粒（细砂、硅藻土等）堆积而成，

多用于深床过滤；多孔固体介质

这类介质具有很多细微孔道，如多孔陶瓷、多孔塑料等。多用于含少量细微颗粒的悬浮液，2过滤介质

第6页,共94页，2024年2月25日，星期天3.过滤推动力悬浮液自身压强差，重力悬浮液的—侧加压过滤介质的—侧抽真空离心力第7页,共94页，2024年2月25日，星期天4.过滤阻力介质阻力：可视为平变，且一般过滤初较明显滤饼阻力:滤饼厚度：随过滤进行而增加滤饼特性：颗粒形状、大小，粒大多情况下，过滤阻力主要取决于滤饼阻力。第8页,共94页，2024年2月25日，星期天

对于颗粒层中不规则的通道，可以简化成由一组当量直径为de的细管，而细管的当量直径可由床层的空隙率和颗粒的比表面积来计算。二、过滤的基本理论

1滤液通过饼层的流动第9页,共94页，2024年2月25日，星期天颗粒床层的特性可用空隙率、当量直径等物理量来描述。空隙率：单位体积床层中的空隙体积称为空隙率。比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积称为比表面积。2颗粒床层的特性第10页,共94页，2024年2月25日，星期天依照第一章中非圆形管的当量直径定义，当量直径为：式中

de——床层流道的当量直径，m故对颗粒床层直径应可写出：第11页,共94页，2024年2月25日，星期天

滤液通过饼层的流动常属于滞流流型，可以仿照圆管内滞流流动的泊稷叶公式(哈根方程)来描述滤液通过滤饼的流动，则滤液通过饼床层的流速与压强降的关系为：式中u1—滤液在床层孔道中的流速，m/s；

L—床层厚度，m,

Δpc—滤液通过滤饼层的压强降，pa；

阻力与压强降成正比，因此可认为上式表达了过滤操作中滤液流速与阻力的关系。第12页,共94页，2024年2月25日，星期天床层空隙中的滤液流速u1床层截面积计算的滤液平均流速u第13页,共94页，2024年2月25日，星期天

上式中的比例常数K′与滤饼的空隙率、颗粒形状、排列及粒度范围诸因素有关。对于颗粒床层内的滞流流动，K′值可取为5。第14页,共94页，2024年2月25日，星期天R——滤饼阻力，1/m,其计算式为：

对于不可压缩滤饼，滤饼层中的空隙率ε可视为常数，颗粒的形状、尺寸也不改变，因而比表面a亦为常数，则有式中r——滤饼的比阻，1/m2,其计算式为：R=rL4滤饼阻力

第15页,共94页，2024年2月25日，星期天式中

V——滤液量，m3；

θ——过滤时间，s；

A——过滤面积，m2。过滤速率为：任一瞬间的过滤速度为：过滤速度:

单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积，

m3/m2

s。过滤速率:

单位时间内获得的滤液体积，m3/s。3过滤速率

第16页,共94页，2024年2月25日，星期天比阻r

单位厚度滤饼的阻力；在数值上等于粘度为1Pa·s的滤液以1m/s的平均流速通过厚度为1m的滤饼层时所产生的压强降；比阻反映了颗粒特性(形状、尺寸及床层空隙率)对滤液流动的影响；床层空隙率ε愈小及颗粒比表面a愈大，则床层愈致密，对流体流动的阻滞作用也愈大。第17页,共94页，2024年2月25日，星期天

通常把过滤介质的阻力视为常数，仿照滤液穿过滤饼层的速度方程则可写出滤液穿过过滤介质层的速度关系式：式中

Δpm——过滤介质上、下游两侧的压强差，Pa；

Rm——过滤介质阻力，l/m

由于很难划定过滤介质与滤饼之间的分界面，更难测定分界面处的压强，在操作过程中总是把过滤介质与滤饼联合起来考虑。5过滤介质的阻力

第18页,共94页，2024年2月25日，星期天

通常，滤饼与滤布的面积相同。所以两层中的过滤速度应相等，则：

上式表明，可用滤液通过串联的滤饼与滤布的总压强降来表示过滤推动力，用两层的阻力之和来表示总阻力。式中：Δp—滤饼与滤布两侧的总压强差，称为过滤压强差。第19页,共94页，2024年2月25日，星期天

假设：厚度为Le的滤饼产生的阻力与滤布相同，而过程仍能完全按照原来的速率进行，则：rLe=Rm

在一定的操作条件下，以一定介质过滤一定悬浮液时，Le为定值；但同一介质在不同的过滤操作中，Le值不同。式中Le——过滤介质的当量滤饼厚度，或称虚拟滤饼厚度，m。

第20页,共94页，2024年2月25日，星期天式中：v—滤饼体积与相应的滤液体积之比，无因次。LA=vV

若每获得1m3滤液所形成的滤饼体积为vm3，则任一瞬间的滤饼厚度L与当时已经获得的滤液体积V之间的关系为：

同理，如生成厚度为Le的滤饼所应获得的滤液体积以Ve来表示，则式中Ve——过滤介质的当量滤液体积，或称虚拟滤液体积，m3。

三、过滤基本方程式

第21页,共94页，2024年2月25日，星期天

注意：在一定的操作条件下，以一定介质过滤一定的悬浮液时，Ve为定值，但同一介质在不同的过滤操作中，Ve不同。上式适用于不可压缩滤饼。

第22页,共94页，2024年2月25日，星期天对于可压缩滤饼其比阻r与压强差有关。上式称为过滤基本方程式，它对各种过滤情况均适用。式中

r′——单位压强下滤饼的比阻，1/m2

Δp——过滤压强差，pas——滤饼的压缩性指数，无因此。一般情况下，

s=0~1。对于不可压缩滤饼，s=0。根据上两式可得r=r′(Δp)s

第23页,共94页，2024年2月25日，星期天定义：过滤操作在恒定压强下进行时称为恒压过滤。滤饼不断变厚；阻力逐渐增加；推动力Δp恒定；过滤速率逐渐变小。过滤操作的两种典型方式：恒压过滤和恒速过滤。特点：四、恒压过滤

第24页,共94页，2024年2月25日，星期天对于一定的悬浮液，若μ、r′及v可视为常数，令

(V+Ve)dV=kA2Δp1-sd

式中：k——

表征过滤物料特性的常数，m4/（N

s）。

过滤基本方程可写成：恒压过滤方程式的推导

第25页,共94页，2024年2月25日，星期天积分条件

=0,V=0;

=

e,V=Ve;

=

,V=V(1)和(2)式都称为恒压过滤方程式。令K=2kΔp1-s

当

=0时，则V=0(V+Ve)2=KA2(

+

e)

（1）Ve2=KA2

eV2+2VVe=KA2

（2）第26页,共94页，2024年2月25日，星期天又令

q=V/A，qe=Ve/A

恒压过滤方程式中的K称为过滤常数，由物料特性及过滤压强差决定。

恒压过滤时V~

的关系

ooe

e

+

e

+

ebV+VeVV+VeVVe

(q+qe)2=K(

+

e)q2+2qqe=K

上两式也称为恒压过滤方程式。

第27页,共94页，2024年2月25日，星期天若维持过滤速率恒定，这样的过滤操作方式称为恒速过滤。

恒速过滤时q-

（或V-

）关系为一直线。

q=uR

V=uRA

恒速过滤时的过滤速度为：五、

恒速过滤

第28页,共94页，2024年2月25日，星期天

在一定的操作条件下，μ、r、v、uR、qe均为常数，故有：对不可压缩滤饼，由过滤基本方程可写出：

上式表明：对于不可压缩滤饼进行恒速过滤时，其压强差随过滤时间成直线增加。所以，在实践中很少采用完全恒速过滤的方法。

Δp=μrvuR2θ+μrvuRqe=a

+b

第29页,共94页，2024年2月25日，星期天先恒速后恒压过滤是工业中常用的一种过滤方法。

在过滤时间从0到

R时，计算方法与恒速过滤相同。而从时间

R

到

时，得到的滤液量从VR到V，故积分式为：操作过程：开始，从0到

R

时，采用恒速过滤，可在阻力还不太高时获得较多的滤液。从

R到

时，改为恒压过滤，以免压强过高。

六、先恒速后恒压过滤

第30页,共94页，2024年2月25日，星期天积分并将K=2kΔp1-s代入得

两式中V为获得的总滤液量，而不是恒压阶段获得的滤液量。第31页,共94页，2024年2月25日，星期天几种操作方式下的过滤方程恒压过滤恒速过滤先恒速后恒压(V+Ve)2=KA2(

+

)eq=uR

(V2-VR2)+2Ve(V-VR)=KA2(

-

R)V2+2VVe=KA2

V=uRA

(q2-qR2)+2qe(q-qR)=K(

-

R)

(q+qe)2=K(

+

e)Δp=a

+bq2+2qqe=K

第32页,共94页，2024年2月25日，星期天上式表明：d

/dq与q成直线关系，直线斜率为2/K，截距为2qe/K2(q+qe)dq=Kd

(q+qe)2=K(

+

e)微分上式得qd

/dt2qe/K由斜率=2/K，求出K;由截距=2qe/K，求出qe；由q2+2qqe=K

，

=0，q=0，求出

e=

qe2/K。测定时采用恒压试验，恒压过滤方程为：

七、过滤常数的测定

第33页,共94页，2024年2月25日，星期天

采用Δ

/Δq代替d

/dq，在过滤面积一定时，记录下时间

和累计的滤液量V，并由此计算一系列q值，然后作图，求出直线斜率和截距。最后算出过滤常数K和qe。

q

/

t2qe/K注意：横坐标q的取值。实验数据处理第34页,共94页，2024年2月25日，星期天lgK=(1-s)lg(Δp)+lg(2k)

以lg(Δp)为横坐标，lg(K)为纵坐标作直线，从而求出斜率(1-s)，截距lg(2k)，进而算出s和k。K=2kΔp1-s

滤饼的压缩性指数s及物料特性常数k需在不同压强差下对指定物料进行试验，求得若干过滤压强差下的K，然后对K-Δp数据加以处理，即可求得s

值。lg(Δp)lg(K)lg(2k)q

/

t2qe/K压缩指数s的测定

第35页,共94页，2024年2月25日，星期天第36页,共94页，2024年2月25日，星期天第37页,共94页，2024年2月25日，星期天

工业上使用的典型过滤设备：按操作方式分类：间歇过滤机、连续过滤机按操作压强差分类：压滤、吸滤和离心过滤板框压滤机（间歇操作）转筒真空过滤机（连续操作）过滤式离心机八、过滤设备

第38页,共94页，2024年2月25日，星期天结构：滤板、滤框、夹紧机构、机架等组成。

滤板：凹凸不平的表面，凸部用来支撑滤布，凹槽是滤液的流道。滤板右上角的圆孔，是滤浆通道；左上角的圆孔，是洗水通道。洗涤板：左上角的洗水通道与两侧表面的凹槽相通，

使洗水流进凹槽；

非洗涤板：洗水通道与两侧表面的凹槽不相通。1板框压滤机

第39页,共94页，2024年2月25日，星期天

为了避免这两种板和框的安装次序有错，在铸造时常在板与框的外侧面分别铸有一个、两个或三个小钮。非洗涤板为一钮板，框带两个钮板，框带两个钮，洗涤板为三钮板。滤框：滤浆通道：滤框右上角的圆孔洗水通道：滤框左上角的圆孔第40页,共94页，2024年2月25日，星期天第41页,共94页，2024年2月25日，星期天结构简单，价格低廉，占地面积小，过滤面积大。可根据需要增减滤板的数量，调节过滤能力。对物料的适应能力较强，由于操作压力较高（3~10kg/cm2

），对颗粒细小而液体粘度较大的滤浆，也能适用。间歇操作，生产能力低，卸渣清洗和组装阶段需用人力操作，劳动强度大，所以它只适用于小规模生产。近年出现了各种自动操作的板框压滤机，使劳动强度得到减轻。板框压滤机的特点：第42页,共94页，2024年2月25日，星期天结构：转筒，扇形格(18格)；

滤室；分配头；动盘(18个孔，分别与扇形格的18个通道相连)；定盘(三个凹槽：滤液真空凹槽、洗水真空凹槽、压缩空气凹槽，分别将动盘的18个孔道分成三个通道)；

金属网；滤布；滤浆槽。工作过程2转筒真空过滤机（rotary-drumvacuumfilter）第43页,共94页，2024年2月25日，星期天110987654321817161514131112动盘转筒及分配头的结构定盘18格分成6个工作区1区(1~7格)：过滤区；2区(8~10格)：滤液吸干区；3区(12~13格)：洗涤区；4区(14格)：洗后吸干区；5区(16格)：吹松卸渣区；6区(17格)：滤布再生区。过滤区(1~2区)，f槽;洗涤区(3~4区)，g槽

;干燥卸渣区(5~6区)，h

槽;f槽h槽g槽第44页,共94页，2024年2月25日，星期天自动连续操作；适用于处理量大，固体颗粒含量较多的滤浆；真空下操作，其过滤推动力较低(最高只有1atm)，对于滤饼阻力较大的物料适应能力较差。

转筒旋转时，藉分配头的作用，能使转筒旋转一周的过程中，每个小过滤室可依次进行过滤、洗涤、吸干、吹松卸渣等项操作。整个转筒圆周在任何瞬间都划分为:特点：工作过程

过滤区;洗涤区;干燥卸渣区。第45页,共94页，2024年2月25日，星期天结构：1.悬筐式离心机(suspended-basketcentrifuge)

转鼓滤饼滤布滤网离心过滤机工作原理图转鼓(上有小孔，亦称悬框)；滤网；滤布；机架。

原理：

由于离心力作用，液体产生径向压差，通过滤饼、滤网及滤筐而流出。3离心过滤机（centrifugalfilter）第46页,共94页，2024年2月25日，星期天设备名称主要结构工作过程特点、适用性生产能力计算板框压滤机滤板、滤框、夹紧机构、机架装合、过滤、洗涤、卸渣、整理加压过滤，推动力较大结构简单，造价低；过滤面积大，能耗少；读为间歇操作，推动力较大；洗涤时间长，生产效率低。应用范围广。对原料的适应性强转鼓真空过滤机转筒(滤网、滤布)、分配头、滤浆槽过滤、洗涤、吹干、卸渣真空过滤，推动力较小；连续化生产，自动化程度高，推动力小，滤饼湿度大，设备投资高适于粒度中等，粘度不太大的物料离心过滤机转鼓(滤网、滤布)、机架过滤、洗涤、卸渣等离心过滤，推动力最大；滤液湿度小。应用广泛，适应性强。仪设备成本高，过滤面积小。(q+qe)2=K(

+

e)几种过滤设备的比较第47页,共94页，2024年2月25日，星期天式中V——过滤终了时所得滤液体积，m3由恒压过滤方程知，过滤终了时的过滤速率为：洗涤速率：单位时间内消耗的洗涤液体积。

由于洗涤液中不含固相，洗涤过程中滤饼厚度不变。若在恒压下洗涤，则它既是恒压洗涤又是恒速洗涤。九、过滤机的生产能力

1洗涤速率的计算第48页,共94页，2024年2月25日，星期天若洗涤液粘度和洗涤时的压差与滤液粘度和过滤压差相比差异较大，则应校正，校正后的洗涤速率为若洗涤用的压差与过滤相同，洗涤液粘度与滤液粘度大致相等：

对于转筒真空过滤机，洗涤速率与过滤终了速率相等对于板框过滤机，洗涤速率等于过滤终了速率的1/4第49页,共94页，2024年2月25日，星期天生产能力:单位时间内获得的滤液体积。对于间歇过滤机，一个过滤循环包括过滤、洗涤、卸渣、清理、重装等步骤。通常把卸渣、清理、重装等所用的时间合在一起称为辅助时间

D

。一个循环时间T=

+

W+

D

。其中只有过滤时间真正用于过滤。2间歇过滤机的生产能力第50页,共94页，2024年2月25日，星期天式中V

——

一个操作循环内所获得的滤液体积，m3；

Q——

生产能力，m3/h；

T——

一个循环时间。

T=

+

W+

D

如果以滤液量Q表示生产能力，则有第51页,共94页，2024年2月25日，星期天

浸没度ψ

：转筒真空过滤机的转筒表面浸入滤浆中的分数

以转筒真空过滤机为例，转筒在任何时候总有一部分表面浸没在滤浆中进行过滤。

有效过滤时间θ：某一瞬时开始进入滤浆中的转筒表面，经过过滤区，最后从滤浆中出来，这一段时间为该表面旋转一周的有效过滤时间。3连续过滤机的生产能力第52页,共94页，2024年2月25日，星期天由于转筒式真空过滤机为恒压操作，则有转鼓每转一周得到的滤液体积为：(V+Ve)2=KA2(θ+θe)

过滤时间

为:

假设转鼓转速为nr/min，则转一周的时间为:T=60/n第53页,共94页，2024年2月25日，星期天按每小时计的滤液生产能力为：若忽略滤布阻力，则θe=0、Ve=0，则上式简化为：

注意：提高转速可增加生产能力，但若转速太高，则每周期中过滤时间减至很短，滤饼层很薄，难于卸除，也不利于洗涤，而且功率消耗大，反而不经济。合适的转速需由实验确定，以得到合适厚度的滤饼，使成本最低。第54页,共94页，2024年2月25日，星期天例：用转鼓真空过滤机过滤某种悬浮液，料浆处理量为20m3/h。已知每得1m3滤液可得滤饼0.04m3，要求转筒的浸没度为0.35，过滤表面上滤饼厚度不低于5mm。现测得过滤常数为K=8×10-4m2/s，qe=0.01m3/m2。试求过滤机的过滤面积和转筒的转速。解：以1min为基准，v=0.04,

=0.35

第55页,共94页，2024年2月25日，星期天滤饼体积0.321×0.04=0.01284m3/min将n及

代入上式，得：A=2.771m2

n=0.927r/min第56页,共94页，2024年2月25日，星期天

定义：沉降力场：重力、离心力。

在某种力场的作用下，利用分散物质与分散介质的密度差异，使之发生相对运动而分离的单元操作。

沉降操作分类：重力沉降、离心沉降。第三节

沉降第57页,共94页，2024年2月25日，星期天图流体绕过颗粒的流动uFdFd与颗粒运动的方向相反

当流体相对于静止的固体颗粒流动时，或者固体颗粒在静止流体中移动时，由于流体的粘性，两者之间会产生作用力，这种作用力通常称为曳力（dragforce)或阻力。只要颗粒与流体之间有相对运动，就会产生阻力。对于一定的颗粒和流体，只要相对运动速度相同，流体对颗粒的阻力就一样。一、颗粒运动时的阻力第58页,共94页，2024年2月25日，星期天

ρ——流体密度；μ——

流体粘度；

dp——颗粒的当量直径；

A——

颗粒在运动方向上的投影面积；

u——

颗粒与流体相对运动速度。

——

阻力系数，是雷诺数Re的函数，由实验确定。颗粒所受的阻力Fd可用下式计算第59页,共94页，2024年2月25日，星期天

层流区（斯托克斯Stokes区，10-4<Re<1）

注意：其中斯托克斯区的计算式是准确的，其它两个区域的计算式是近似的。过渡区（艾仑Allen区，1<Re<103）湍流区（牛顿Newton区，103<Re<105）图中曲线大致可分为三个区域，各区域的曲线可分别用不同的计算式表示为：第60页,共94页，2024年2月25日，星期天

自由沉降（freesettling）：

单个颗粒在流体中沉降，或者颗粒群在流体中分散得较好而颗粒之间互不接触互不碰撞的条件下沉降。

二、重力沉降

重力沉降(gravitysettling)：由地球引力作用而发生的颗粒沉降过程，称为重力沉降。

1沉降速度

1.1球形颗粒的自由沉降

第61页,共94页，2024年2月25日，星期天根据牛顿第二定律，颗粒的重力沉降运动基本方程式应为:u重力

Fg阻力

Fd浮力

Fb

p为颗粒密度第62页,共94页，2024年2月25日，星期天

随着颗粒向下沉降，u逐渐增大，du/d

逐渐减少。

当u增到一定数值ui时，du/d

=0。颗粒开始作匀速沉降运动。上式表明：颗粒的沉降过程分为两个阶段：沉降速度（terminalvelocity）

：也称为终端速度，匀速阶段颗粒相对于流体的运动速度。

当du/d

=0时，令u=ut，则可得沉降速度计算式加速阶段；匀速阶段。第63页,共94页，2024年2月25日，星期天

将不同流动区域的阻力系数分别代入上式，得球形颗粒在各区相应的沉降速度分别为：

层流区（Re<1）过渡区（1<Re<500）湍流区（500<Re<105）ut与dp有关。dp愈大，ut则愈大。层流区与过渡区中，ut还与流体粘度有关。液体粘度约为气体粘度的50倍，故颗粒在液体中的沉降速度比在气体中的小很多。第64页,共94页，2024年2月25日，星期天假设流体流动类型；计算沉降速度；计算Re，验证与假设是否相符；如果不相符，则转①。如果相符，OK!求沉降速度通常采用试差法。沉降速度的求法：

第65页,共94页，2024年2月25日，星期天例：计算直径为95

m，密度为3000kg/m3的固体颗粒分别在20℃的空气和水中的自由沉降速度。计算Re，核算流型：假设正确，计算有效。解：在20℃的水中：20℃水的密度为998.2kg/m3，粘度为1.005×10-3Pa

s

先设为层流区。

第66页,共94页，2024年2月25日，星期天1)颗粒直径dp:2)连续相的粘度

：3)两相密度差(

p-

)：2影响沉降速度的因素(以层流区为例)

4)

颗粒形状非球形颗粒的形状可用球形度

s

来描述。

s——球形度；S——颗粒的表面积，m2；Sp——与颗粒体积相等的圆球的表面积，m2。第67页,共94页，2024年2月25日，星期天假设颗粒运动的水平分速度与气体的流速

u相同；停留时间

＝l/u沉降时间

t＝H/ut

颗粒分离出来的条件是

l/u≥H/utlHb净化气体含尘气体u

ut降尘室的计算

第68页,共94页，2024年2月25日，星期天

即：满足L/u＝H/ut

条件的粒径当含尘气体的体积流量为Vs时，

u=Vs/Hb故与临界粒径dpc相对应的临界沉降速度为utc=Vs/

blut≥Vs/lb则有或Vs≤

blut

临界沉降速度utc是流量和面积的函数。临界粒径dpc（criticalparticlediameter）：能100％除去的最小粒径。第69页,共94页，2024年2月25日，星期天当尘粒的沉降速度小，处于斯托克斯区时，临界粒径为一定粒径的颗粒，沉降室的生产能力只与与底面积bl和utc有关，而与H无关。故沉降室应做成扁平形，或在室内均匀设置多层隔板。气速u不能太大，以免干扰颗粒沉降，或把沉下来的尘粒重新卷起。一般u不超过3m/s。由此可知：第70页,共94页，2024年2月25日，星期天

当降尘室用水平隔板分为N层，则每层高度为H/N。水平速度u不变。此时：多层隔板降尘室示意图

含尘气体粉尘隔板净化气体尘粒沉降高度为原来的1/N倍；utc降为原来的1/N倍(utc=Vs/

bl)

；临界粒径为原来的

倍()；一般可分离20μm以上的颗粒。多层隔板降尘室排灰不方便。第71页,共94页，2024年2月25日，星期天例：用高2m、宽2.5m、长5m的重力降尘室分离空气中的粉尘。在操作条件下空气的密度为0.799kg/m3，粘度为2.53×10-5Pa·s，流量为5.0×104m3/h。粉尘的密度为2000kg/m3。试求粉尘的临界直径。解：与临界直径对应的临界沉降速度为第72页,共94页，2024年2月25日，星期天假设流型属于过渡区，粉尘的临界直径为校核流型故属于过渡区，与假设相符。

第73页,共94页，2024年2月25日，星期天Vs≤

blut

1)计算ut：2)确定低面积和b,l：3)确定沉降距离H

已知含尘气体的流量，粉尘的排放标准，气固两相的物理参数。沉降室的设计计算第74页,共94页，2024年2月25日，星期天沉聚（sedimentation）：悬浮液放在大型容器里，其中的固体颗粒在重力下沉降，得到澄清液与稠浆的操作。澄清：当原液中固体颗粒的浓度较低，而为了得到澄清液时的操作，所用设备称为澄清器（clarifier）。增稠器（thickener）：从较稠的原液中尽可能把液体分离出来而得到稠浆的设备。

4悬浮液的沉聚

4.1增稠器

第75页,共94页，2024年2月25日，星期天

如果以R为转鼓半径，则K值可作为衡量离心机分离能力的尺度。分离因素的极值与转动部件的材料强度有关。

离心分离因素（separationfactor）K：离心力与重力比。

K=Rω

2/g三、

离心沉降（centrifugalsettling）

依靠离心力的作用，使流体中的颗粒产生沉降运动，称为离心沉降。

1离心分离因数第76页,共94页，2024年2月25日，星期天颗粒在离心力场中沉降时，在径向沉降方向上受力分析。若这三个力达到平衡，则有u离心力

Fc阻力

Fd浮力

Fb颗粒在离心力场中的受力分析2离心沉降速度

第77页,共94页，2024年2月25日，星期天

注：在一定的条件下，重力沉降速度是一定的，而离心沉降速度随着颗粒在半径方向上的位置不同而变化。离心沉降速度：颗粒在径向上相对于流体的速度，就是这个位置上的离心沉降速度。

在离心沉降分离中，当颗粒所受的流体阻力处于斯托克斯区，离心沉降速度为:

第78页,共94页，2024年2月25日，星期天旋风分离器是利用离心力作用净制气体的设备。

其结构简单，制造方便；分离效率高；可用于高温含尘气体的分离；特点：结构：外圆筒；内圆筒；锥形筒。3旋风分离器(cycloneseparator)第79页,共94页，2024年2月25日，星期天

ui——进口气流的流速，m/sB——入口宽度(沉降距离)，mN——气流旋转的圈数。

计算时通常取N=5。临界粒径：能够100％除去的最小粒径。

若在各种不同粒径的尘粒中，有一种粒径的尘粒所需沉降时间

I等于停留时间

，则该粒径就是理论上能完全分离的最小粒径，即临界粒径，用dpc表示。

设计计算

第80页,共94页，2024年2月25日，星期天标准旋风分离器的尺寸H1H2S

BD

D1hui第81页,共94页，2024年2月25日，星期天

气体通过旋风分离器的压力损失，可用进口气体动压的某一倍数表示为：式中的阻力系数用下式计算：压力损失第82页,共94页，2024年2月25日，星期天圆筒直径一般为200～800mm，有系列尺寸。进口速度一般为15～20m/s。压力损失约为1～2kPa。分离的颗粒直径约为>5

m，dpc50=1~2

m。主要技术参数第83页,共94页，2024年2月25日，星期天例：温度为20℃，压力为0.101Mpa，流量为2.5m3/s的含尘空气，用标准旋风分离器除尘。粉尘密度为2500kg/m3，试计算临界粒径。选择合适的旋风分离器，使之能100%的分离出6.5

m以上的粉尘。并计算压损。解：

20℃，0.101Mpa时空气的：

=1.21kg/m3，

=1.81×10-5Pa

s1、确定进口气速：ui=20m/s(15-20m/s)2、计算D和b：流量V=Aui=Bhu

B=D/5,h=3D/5

2.5=(D/5)×(3D/5)×20D=1.041m

取D=1100mm

旋风分离器的选用第84页,共94页，2024年2月25日，星期天此时3、

求dpc

第85页,共94页，2024年2月25日，星期天4、求

p5、