《机械分离》PPT课件

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1、第三章  机械分离难点：过滤基本方程的应用、过滤设备重点：过滤和沉降的基本理论、基本方程均相物系(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     概述分散相：分散物质。在非均相物系

2、中，处于分散状态的物质。连续相：分散介质。包围着分散物质而处于连续状态的流体。非均相物系由分散相和连续相组成要实现分离，必须使分散相和连续相之间发生相对运动。因此，非均相物系的分离操作遵循流体力学的基本规律。非均相物系的分离原理：非均相物系分离的理论基础：根据两相物理性质(如密度等)的不同而进行的分离。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。通常先造成一个两相物系，再用机械分离的方法分离，如蒸馏，萃取等。非

3、均相物系的分离方法：均相物系的分离：非均相物系的分离沉降Settling自来水厂水的净化分三步，第一步是絮凝过程，也可以叫反应过程。在流动中使水中的杂质颗粒絮凝长大；第二步是沉降。沉降池是使大颗粒得以除去。第三步是砂滤。砂滤池，进一步用900mm厚砂层，将小颗粒杂质滤去。自来水厂的主要流程广州水厂全貌图中兰色粗管是来自珠江的原料水，条形池子是絮凝池，左侧池是沉降池。这是沉降池。图为絮凝之后的水，是从沉降池底部流入，到池子上部水已很清了。水厂沉降池定义：沉降力场：重力、离心力。在某种力场的作用下，利

4、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。第一节流体与粒子的相对运动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、颗粒在流体中的运动（一）曳力与曳力系数理想流体实际流体

5、流体绕球形颗粒的流动ρ——流体密度；μ——流体粘度；dp——颗粒的当量直径；AP——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。CD——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可用下式计算曳力与雷诺数层流区（斯托克斯Stokes区，10-4

6、不同的计算式表示为：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）颗粒的自由沉降与沉降速度重力沉降(gravitysettling)：由地球引力作用而发生的颗粒沉降过程，称为重力沉降。沉降速度球形颗粒的自由沉降颗粒在流体中流动时沉降受力及形态重力Fg；浮力Fb；曳力FDRet>500Ret<1沉降速度的推导：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为颗粒密度随着颗粒向下

7、沉降，u逐渐增大，du/dt逐渐减少。当u增到一定数值ui时，du/dt=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/dt=0时，令u=ut，则可得沉降速度计算式加速阶段；匀速阶段。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（ReP<1）过渡区（1

8、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。假设流体流动类型；计算沉降速度；计算ReP，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：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