非均相机械分离

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1、第三章非均相机械分离3.1沉降3.2过滤3.3颗粒的沉降3.3.1概述3.3.2颗粒在流体中的沉降过程3.2.3重力沉降设备3.2.4离心沉降设备3.2.4离心机3.3.1概述混合物均相混合物非均相混合物溶液：混合气体：精馏、萃取吸收、吸附气态非均相液态非均相含尘气体含雾气体悬浮液乳浊液泡沫液1.混合物的分类分散相(分散物质)：处于分散状态的物质连续相(分散介质)：处于连续状态的物质2.非均相物系分离的目的回收有价值的分散物质净化分散介质环境保护和安全生产3.3.1概述3.非均相物系的分离依据：按运动方式的不同沉降过滤分散相运动连续相静止分散

2、相静止连续相运动分散相与连续相之间物性的差异。如密度，直径等。方法采用机械法，使发生相对运动。3.3.1概述1.自由沉降速度自由沉降:单个颗粒在流体中的沉降过程。干扰沉降：若颗粒数量较多，相互间距离较近，则颗粒沉降时相互间会干扰，称为干扰沉降。3.3.2颗粒在流体中的沉降过程颗粒在流体中受到三个力的作用，如图3-3所示：曳力Fd重力Fg浮力FbFg=mg（重力），或FB=mac（离心力）Fb=mg/p式中d为曳力系数，A为颗粒在流动方向上的投影面积3.3.2颗粒在流体中的沉降过程①刚开始沉降：不变a（加速度）最大②开始沉降a(3-19)

3、根据牛顿第二定律，作用于颗粒上的合外力使其产生加速运动，即：a＝0u增加至一定值时自由沉降速度匀速沉降自由沉降速度公式(3-20)式中dp为颗粒的当量直径。3.3.2颗粒在流体中的沉降过程2.阻力系数的计算因次分析球形度=与颗粒体积相等的圆球的表面积颗粒的表面积3.球形颗粒沉降速度计算：层流区——Stokes定律区过渡区——Allen定律区3.3.2颗粒在流体中的沉降过程湍流区——Newton定律区3.3.2颗粒在流体中的沉降过程Re0>200000后，ζ骤然下降，在Re0=(3~10)×105范围内可近似取ζ=0.1。4.影响沉降速度的因素

4、①颗粒直径其它条件相同时，小颗粒后沉降。②流体密度条件其它相同时，颗粒在空气较在水中易沉降。③颗粒密度其它条件相同时，密度大的颗粒先沉降。5.的计算：问题：沉降速度未知，如何判断流型？解决方法：试差法或判据法（避免试差）判据法：将上式代入Re中，得到：斯托克斯公式:令则令试差法：假设流型选择公式计算计算验算例：求直径40μm球形颗粒在30℃大气中的自由沉降速度。已知ρ颗粒为2600kg/m3,大气压为0.1MPa。解：设为层流，则：查30℃、0.1MPa空气：校核：(正确)6.非球形颗粒的沉降速度同样条件下因此处理方法：可先假定为颗粒球形，然

5、后校正。ReP颗粒球形度对沉降速度的影响ut（非球形）/ut（球形）3.3.3重力沉降设备1.降尘室（1）工作原理气体入室减速颗粒的沉降运动&随气体运动沉降运动时间<气体停留时间分离气体气体进口出口集灰斗降尘室BVsu0uLH颗粒在降尘室中的运动BVsutuLH颗粒在降尘室中的运动颗粒能够沉降到集尘斗中有什么条件呢？颗粒在降尘室中的沉降时间小于停留时间时，颗粒在流体离开降尘室前即可沉降到降尘室的底部。其中：θ与设备尺寸及处理量有关，与颗粒性质无关；θt与流体、颗粒的性质、分离要求及降尘室的高度有关。3.3.3重力沉降设备停留时间：气流速度

6、m/s气流流率m3/s沉降时间注意：当某直径的颗粒满足θ≥θt时，它能够被完全（100%）地分离；当某直径的颗粒满足θ<θt时，它不是不能被分离，仍然可以被分离，只不过是不能被完全分离。讨论：（1）降尘室的生产能力：停留时间最短为θt=θ=H/u，即最大生产能力为Vs=BLut；故生产能力与降尘室的底面积BL有关而与降尘室的高度无关，因此，降尘室多制成扁平型或多层。（2）降尘室生产能力与设备高度无关，那么降尘室的高度是否越小越好呢？3.3.3重力沉降设备①若u不变，则L↓，生产能力Vs=BLut↓；为保证生产能力不变，必须B↑；降尘室变得短而

7、宽，气体进入降尘室还未稳定就离开降尘室了，气体在降尘室内的分布不均匀造成分离能力下降；所以在降尘室的前后均有渐缩和渐扩装置；②若L不变，u↑，生产能力不变；若流速太大，则沉降后的颗粒被重新扬起，分离效率↓，故应保证气体流动维持层流状态，一般u<3m/s，易扬起的物料u<1.5m/s。（3）重力沉降中沉降速度无法提高，重力沉降的效果有限，一般重力沉降能分离的颗粒直径为>10μm（>75μm效果较好）。3.3.3重力沉降设备（4）θt≥θ0在设计中是确定降尘室主要结构尺寸的依据，在操作中是确定所能完全分离最小颗粒直径的判据。当Stokes定律适用

8、时，颗粒在降尘室中作自由沉降，处理量为Vs时能分离出的颗粒的最小直径dmin为：降尘室底面积3.3.3重力沉降设备3.3.3重力沉降设备例1:降尘室计算用总高4m、