化工单元操作技术 教学课件 作者 黄徽 周杰 刘瑞霞 主编2第二章 沉降与过滤.ppt

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1、第三章沉降与过滤[unitoperationsofchemicalengineering]www.ntvc.edu.cn第一节概述均相混合物物系内部不存在相界面，如混合气体、溶液非均相混合物物系内部存在两种以上的相态，如悬浮液、含尘气体等分为气态非均相物系和液态非均相物系由分散物质（分散相）和分散介质（连续相)组成常用的分离方法：■沉降分离法：使气体或液体中的固体颗粒受重力、离心力或惯性力作用而沉降的方法■过滤分离法：利用气体或液体能通过过滤介质而固体颗粒不能通过的性质进行分离的方法■液体洗涤除

2、尘法■电除尘法简要地介绍重力沉降、离心沉降及过滤等分离方法的操作及设备。化工单元操作www.ntvc.edu.cn第一节概述分离的目的▼回收分散物质：e.g.从结晶器排出的母液中分离出晶体；▼净制分散介质：e.g.除出含尘气体中的尘粒；▼劳动保护和环境卫生等球形颗粒体积表面积比表面积非球形颗粒体积当量直径表面积当量直径球形度颗粒群筛分分析法颗粒的平均直径颗粒的密度第1、2课时化工单元操作www.ntvc.edu.cn颗粒沉降重力沉降由地球引力作用而发生的颗粒沉降过程。单个颗粒在流体中沉降，或者颗

3、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，称为自由沉降。FdFbFg当一个球形颗粒放在静止流体中，颗粒密度大于流体密度时，则颗粒将在重力作用下作沉降运动，对颗粒作受力分析：阻力：浮力：重力：根据牛顿第二定律：当颗粒开始沉降的瞬间，u为零，a具有最大值。随着颗粒向下沉降，u逐渐增大，a逐渐减小，当u增大到某一值时，于是颗粒开始作匀速沉降运动。◆起初：加速阶段；◆而后：匀速阶段。第1、2课时化工单元操作www.ntvc.edu.cn沉降速度令a＝0，则确定了阻力系数后就可以求得沉

4、降速度。层流区（Re<2），Stokes定律：过渡区（2

5、0时，当K＜3.3时Stokes定律区（层流区）当3.3≤K≤43.6时Allen区（过渡区）当K＞43.6时Newton定律区（湍流区）方法3，摩擦数群法化工单元操作www.ntvc.edu.cn影响沉降速度的其他因素颗粒形状壁效应干扰沉降通常非球形颗粒比同体积的球形颗粒沉降速度要慢些当颗粒在靠近器壁的位置沉降时，由于器壁的影响，其沉降速度较自由沉降速度要小，这种影响称之为壁效应非均相物系中颗粒之间相互距离较近时，颗粒沉降会受到其他颗粒的影响，这种沉降称之为干扰沉降。降尘室重力沉降，可分离尘粒

6、为以上的粗颗粒，作为预除尘用。分离条件：只要气体从降尘室进口流到出口所需要的停留时间等于或大于尘粒从降尘室的顶部沉降到底部所需的沉降时间，则尘粒就可以分离出来。假设颗粒运动的水平分速度与气体的流速u相同，则有：生产能力与降尘室高度无关沉降槽借重力沉降从悬浮液中分离出固体颗粒的设备称为沉降槽化工单元操作www.ntvc.edu.cn沉降降尘室化工单元操作www.ntvc.edu.cn离心沉降依靠离心力的作用，使流体中的颗粒产生沉降运动。当颗粒较小时，使用重力沉降时其沉降速度小，需要较大的沉降设备，

7、为了提高生产能力，可使用离心沉降。颗粒在离心力场中沉降时，在径向沉降方向上所受的作用力有：离心力向心力阻力合力为零时在层流区，离心沉降速度与重力沉降速度之比取决于离心加速度与重力加速度之比（KC为离心分离因数）（KC值越高，离心分离效果越好）化工单元操作www.ntvc.edu.cn旋风分离器利用离心力作用净制气体的设备。能分离气体中粒径为5~200的尘粒。化工单元操作www.ntvc.edu.cn旋液分离器利用离心力的作用，使悬浮液中固体颗粒增稠或使粒径与密度均不同的颗粒进行分级。悬浮液从圆

8、筒上部的切向进口进入器内，旋转向下流动。液流中的颗粒受离心力作用，沉降到器壁，并随液流下降到锥形底的出口，成为较稠的悬浮液而排出，称为底流。澄清的液体或含有较小较轻颗粒的液体，则形成向上的内旋流，经上部中心管从顶部溢流管排出，称为溢流。■旋液分离器的圆筒直径一般为75~300mm；■悬浮液的进口速度一般为5~15m/s；■压力损失约为50~200kPa；■分离的颗粒直径约为10~40化工单元操作www.ntvc.edu.cn沉降离心机利用离心沉降的原理分离悬浮液或乳浊液的机械。管式离心机碟式离心