第三章+非均相物系分离.ppt

1、第三章 非均相物系的分离,第三章 学习指导,1.学习目的 通过本章的学习，掌握沉降和过滤这两种机械分离操作的原理，了解过程计算、典型设备的结构与特性，能够根据生产工艺要求，合理选择设备类型和尺寸。 2.学习内容 a 沉降分离（包括重力沉降和离心沉降）的原理、沉降速率计算、旋风分离器的结构及工作原理。 b 过滤操作的原理、过滤基本方程式推导的思路，恒压过滤的计算、过滤常数的测定。,第一节 概述,1.均相物系与非均相物系 2.分散相与分散介质 3.非均相物系的分离依据：分散质与分散介质之间物性的差异，如密度，颗粒粒径等。 4.非均相物系的机械分离方式 5.非均相物系分离的目的,第二节 重力沉降,1

2、.颗粒与颗粒群的特性 2.球形颗粒的自由沉降 3.阻力系数 4.影响沉降速度的因素 5.沉降速度的计算 6.沉降设备,重力沉降是利用流体中的固体颗粒受地球吸引力场的作用而发生的沉降过程,一、颗粒和颗粒群的特性,（一）颗粒的大小和形状 1.球形颗粒 2.非球形颗粒 3.形状系数 （二）颗粒群的特性 1.粒度分布 2.颗粒的平均粒径 （三）粒子的密度,二、球形颗粒的自由沉降,自由沉降：任一颗粒的沉降不因流体中存在其它颗粒而受干扰。即颗粒彼此间相互独立，互不影响。它发生在流体中颗粒稀疏的情况中。,颗粒的受力分析：,根据牛顿第二运动定律，颗粒所受三个力的合力应等于颗粒的质量与加速度的乘积，即,沉降速度

3、,三、阻力系数,根据阻力随颗粒雷诺数变化的规律，可分为三个区域：,滞流区或斯托克斯定律区（ ),过渡区或艾仑定律区（ 1Ret103）,湍流区或牛顿定律区（ 103Ret2105）,几种s值下的阻力系数与雷诺数Ret的关系曲线如图所示,将阻力系数的计算式代入，得到不同颗粒雷诺数范围内ut的计算式：,滞流区或斯托克斯定律区（10-4Ret1),过渡区或艾仑定律区（ 1Ret103）,湍流区或牛顿定律区（ 103Ret2105）,四、影响沉降速度的因素,1.颗粒的体积浓度,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， 当颗粒浓度较高时便发生干扰沉降,2.器壁效应,3.颗粒形状的影响

4、,当容器尺寸远远大于颗粒尺寸时，器壁效应可忽略，否则需 加以考虑,同一种固体物质，球形或近球形颗粒比同体积非球形颗粒的 沉降快一些。,1.试差法,由于在计算出ut之前Ret的大小未知，所以要通过试差确定应该选取的计算公式。 即：先假设沉降属于某一流型，则可直接选用与该流型相应的沉降速度公式计算，然后按求出的ut检验Ret值是否在原假设的流型范围内。,五、沉降速度的计算,2.摩擦数群法,该法是将与雷诺数的关系曲线加以转换，使其两个坐标轴之一变成不包含ut的无量纲数群，进而便可得ut 即：计算时 ，先计算 再由 曲线查 最后由 反算 。,除尘室,第三节 离心沉降,1.惯性离心力作用下的沉降速度 2

5、.旋风分离器的操作原理 3.旋风分离器的性能 离心沉降是靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程。,一、惯性离心力作用下的沉降速度,当流体带着颗粒旋转时，惯性离心力场中颗粒在径向上受到三个力的作用，如果上述三力达到平衡，即可求得ut,离心分离因数Kc:同一颗粒在同一种介质中的离心沉降速度和重力沉降速度的比值。 Kc也是粒子所在位置上的惯性离心力场强度与重力场强度的比值。,二、 旋风分离器的操作原理,含尘气体以较高的线速度切向进入器内，在外筒与排气管之间形成旋转向下的外螺旋流场，到达锥底后以相同旋向折转向上形成内螺旋流场直至达到上部排气管流出。颗粒在内、外旋转流场中均会受离心力作用向器壁方向抛出，在重

6、力作用下沿壁面下落到排灰口被排出。气体因此而得到净化。其结构如图所示：,三、旋风分离器的性能 1. 临界粒径,旋风分离器能够全部除掉的最小颗粒粒径。 假定颗粒的离心沉降最大距离为进气矩形管宽度B，则该粒径的颗粒沉降分离所需的时间：,假定气体在旋风分离器内的旋转次数为N（标准旋风分离器可取N=5）、平均旋转半径为Rm，则其平均停留时间为：,若停留时间等于沉降时间，解出临界粒径为：,2. 分离效率,总效率 被旋风分离器除掉的总的颗粒质量占进口含尘气体中全部颗粒质量的分率。,分效率,称粒级效率。根据颗粒的粒径大小分级，将入口气体中某一粒级di的颗粒被旋风分离器除掉的分率定义为粒级效率,总效率与分效率

7、的关系,3. 压强降,气体经旋风分离器时，由于进气管和排气管及主体器壁所引起的摩擦阻力，流动时的局部阻力以及旋转运动所产生的动能损失等等，造成气体的压强降。工程上采用经验公式，即将阻力损失p为：,为比例系数，即阻力系数。主要由旋风分离 器的结构决定。同一结构形式及尺寸比例的 旋风分离器，阻力系数为常数。,第四节 过滤,1.过滤操作的基本概念 2.过滤基本方程 3.过滤常数的测定 4.提高过滤能力的措施,过滤：利用重力或压差使悬浮液通过多孔性过滤介质，将固体颗粒截留，从而实现固-液分离的单元操作。,一、过滤的基本概念 基本概念,滤浆（料浆）是指被处理的悬浮液； 过滤介质 过滤操作中采用的多孔物质

8、； 滤液是指通过介质孔道的液体； 滤饼是指被截留的固体颗粒。 过滤介质有： a.织物介质 b.多孔固体介质 c.堆积介质 d.多孔膜,二、过滤方式与过滤操作,饼层过滤 固体物质沉积于过滤介质表面而形成滤饼层的操作，真正发挥截留颗粒作用的主要是滤饼本身，因此称作饼层过滤。饼层过滤主要用于含固量较大（1%）的场合。 深床过滤 固体颗粒并不形成滤饼，而是沉积于较厚的粒状对滤介质床层内部的过滤操作。深床过滤主要用于净化含固量很少（0.1%）流体，如水净化等。,过滤的操作,过滤操作分为间歇式与连续式。,根据过滤推动力的方式，又有加压过滤、真空过滤和离心过滤,三、过滤基本方程式,1.过滤速率,过滤速度,单

9、位时间获得的滤液体积。,单位过滤面积上的过滤速率,若过滤过程中其他因素维持不变，则由于滤饼厚度不断增加过滤速度会逐渐变小。任一瞬间的过滤速度应写成如下形式,2.过滤阻力,滤饼阻力,介质阻力,过滤总阻力,为方便起见，假设过滤介质对滤液流动的阻力相当于厚度为Le的滤饼层的阻力，即,则上式可写为：,3.过滤基本方程式,不可压缩滤饼,可压缩滤饼,四、过滤常数的测定,1.恒压下过滤常数有：K、qe、e,将恒压过滤方程式,微分得,即在恒压过滤条件下，/q 与 q 的函数关系是以 1/K 为斜率、2qe/K 为截距的直线，实验测得不同时刻单位过滤面积的累积滤液量 q，即可由上式回归出 K 和 qe。,2.压缩性指数s的测定,由过滤常数 K 的定义式 两