1、返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件第三章 非均相物系的分离返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.1 概述概述3.1.1 混合物的分类混合物的分类混合物混合物 均相混合物均相混合物（均相物系）（均相物系）非均相混合物非均相混合物（非均相物系）（非均相物系）物系内部各处组成均匀且物系内部各处组成均匀且不存在相界面不存在相界面物系内部有隔开两相的界物系内部有隔开两相的界面存在且界面两侧的物料面存在且界面两侧的物料性质截然不同性质截然不同例如：溶液及混合气体例如：溶液及混合气体例如：含尘气体、悬浮液等例如：含尘气体、悬浮液等返回华南理工大学化工原理电
2、子课件华南理工大学化工原理电子课件非均相非均相物系物系分散相（分散物质）：处于分散状态分散相（分散物质）：处于分散状态的物质的物质,如固体颗粒、液滴、气泡如固体颗粒、液滴、气泡连续相（分散介质）：包围着分散物质而连续相（分散介质）：包围着分散物质而处于连续状态的物质处于连续状态的物质返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.1.2 非均相物系的分类非均相物系的分类 根据连续相的状态分：根据连续相的状态分：p液态非均相物系：固、液、气分散在液相中。液态非均相物系：固、液、气分散在液相中。悬浮液、乳浊液、泡沫液悬浮液、乳浊液、泡沫液p气态非均相物系：固、液分散在气相中。气态非
3、均相物系：固、液分散在气相中。含尘气体、含雾气体含尘气体、含雾气体返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.1.3 非均相物系的分离目的非均相物系的分离目的 p回收有用的分散相回收有用的分散相p净化连续相净化连续相p环境保护的需要环境保护的需要返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.1.4 非均相物系的分离方法非均相物系的分离方法1、沉降沉降：颗粒相对于流体运动。：颗粒相对于流体运动。重力沉降重力沉降 离心沉降离心沉降2、过滤过滤：流体相对于固体颗粒床层运动。：流体相对于固体颗粒床层运动。重力过滤重力过滤 加压过滤加压过滤 真空过滤真空过滤 离心过
4、滤离心过滤返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件7返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.2 颗粒及颗粒床的特性颗粒及颗粒床的特性 3.2.1 颗粒的特性颗粒的特性 表示颗粒大小的几何参数：大小（尺寸）、形状、表示颗粒大小的几何参数：大小（尺寸）、形状、表面积（或比表面积）。表面积（或比表面积）。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件1、球形颗粒、球形颗粒d:直径36:dV体积2:dA表面积dVAa6:比表面积返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件2、非球形颗粒、非球形颗粒(1)球形度球形度 亦称形状系数
5、，用于表征颗粒的形状与球形的差亦称形状系数，用于表征颗粒的形状与球形的差异程度。异程度。定义：体积与实际颗粒相等时球形颗粒表面积与定义：体积与实际颗粒相等时球形颗粒表面积与实际颗粒的表面积之比，即：实际颗粒的表面积之比，即：非球形颗粒表面积球形颗粒表面积与非球形颗粒等体积的ppAAAA返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件(2)当量直径当量直径等体积当量直等体积当量直径径 dv等表面积当量等表面积当量直径直径 ds等比表面积当等比表面积当量直径量直径 dappvaVd663psAd paad6返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3、颗粒群的特性、颗
6、粒群的特性由大小和形状不同的颗粒组成的集合体称为颗粒群。由大小和形状不同的颗粒组成的集合体称为颗粒群。（1）粒度分布）粒度分布n 不同粒径范围内所含粒子的个数或质量占颗粒总不同粒径范围内所含粒子的个数或质量占颗粒总量的百分数称为粒度分布；量的百分数称为粒度分布；n对工业上常见的尺寸大于对工业上常见的尺寸大于40m的颗粒群，一般采的颗粒群，一般采用标准筛进行粒度分布测量，称为用标准筛进行粒度分布测量，称为筛分筛分。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件（2）筛分分析与泰勒标准筛）筛分分析与泰勒标准筛目数目数 孔径孔径m目数目数 孔径孔径m346810142035668046
7、9933272362165111688334174865100150200270400295208147104745338泰勒标准筛泰勒标准筛返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件（3）颗粒群的平均粒径）颗粒群的平均粒径iiadxd1da：平均比表面积直径；di：筛分直径（两筛号筛孔的算术平均值）；xi：di 粒径段内颗粒的质量分数。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.2.2 颗粒床的特性颗粒床的特性 由颗粒堆积而成的颗粒层称为颗粒床层。由颗粒堆积而成的颗粒层称为颗粒床层。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 1、床层的
8、空隙率、床层的空隙率 单位体积床层所具有的空隙体积单位体积床层所具有的空隙体积(m3/m3)。p空隙率通过实验测得空隙率通过实验测得p一般乱堆床层的空隙率大致在一般乱堆床层的空隙率大致在0.470.70之间之间床层体积颗粒体积）（床层体积床层体积空隙体积返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件2、床层的比表面积、床层的比表面积 单位体积床层所具有的颗粒的表面积称为单位体积床层所具有的颗粒的表面积称为床层的比表面积。床层的比表面积。a ab b=(1-)=(1-)a a ab床层比表面积；床层比表面积；a 颗粒的比表面积；颗粒的比表面积；床层空隙率。床层空隙率。返回华南理工大
9、学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.3 颗粒的沉降颗粒的沉降 3.3.1 重力沉降重力沉降3.3.2 重力沉降分离设备重力沉降分离设备3.3.3 离心沉降离心沉降3.3.4 离心沉降设备离心沉降设备返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.3.1 重力沉降重力沉降1、球形颗粒的自由沉降与干扰沉降、球形颗粒的自由沉降与干扰沉降自由沉降自由沉降:颗粒在流体中沉降时，不受其它颗颗粒在流体中沉降时，不受其它颗粒或器壁的影响。粒或器壁的影响。干扰沉降干扰沉降以下讨论自由沉降过程。以下讨论自由沉降过程。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件2、球形
10、颗粒的自由沉降速度、球形颗粒的自由沉降速度 设直径为设直径为dp、密度为密度为p的光滑球形颗粒在的光滑球形颗粒在密度为密度为，粘度为粘度为的静止流体中作自由沉的静止流体中作自由沉降。颗粒受力：降。颗粒受力：FbFgFd重力重力 浮力浮力 阻力阻力gdmgFppg36gdFpb36242222uduAFppdu则Fd返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件ddummaFFFdbgddummaudgdppp246223颗粒做匀速沉降时当tuuddua,034pptgdu末端速度沉降速度/根据牛顿第二定律可知根据牛顿第二定律可知上式称为重力沉降速度基本方程式。上式称为重力沉降速度
11、基本方程式。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3 3、沉降速度实用公式、沉降速度实用公式因次分析因次分析)(tRefttduRe 曳力系数曳力系数与与ReP的关系：的关系：(1)圆球圆球 (2)圆盘圆盘 (3)圆柱圆柱10-410-310-210-11.01010210310410510610-11.010102103105ReP(1)(2)(3)返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件层流区（层流区（Stokes定律区，定律区，Re0 2）tRe24182gduppt过渡区（过渡区（Allen定律区，定律区，2 Re0 1000）6.0Re5.1
12、8t6.0Re27.0tpptgdu湍流区（湍流区（Newton定律区，定律区，1000 Re0 2105）44.0pptgdu74.1返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件4、强化重力沉降的方法、强化重力沉降的方法 增加颗粒的直径，加凝聚剂、助附着剂增加颗粒的直径，加凝聚剂、助附着剂 减小流体的密度、粘度减小流体的密度、粘度ut 减减对于液体对于液体=f(T)T 对于气体对于气体=f(T)T ,tpdfu 返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件5、重力沉降公式的应用、重力沉降公式的应用 试差法试差法 若若ut未知未知 Ret未知未知未知未知 无法选
13、择计算无法选择计算公式公式无法计算无法计算ut，此时可采用试差法。此时可采用试差法。假定流动处于层流区，假定流动处于层流区，Stokesut Ret (？2)，yes结束结束no 换用相应区域公式换用相应区域公式 ut Ret 判断，修正判断，修正返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件无量纲参数判别法无量纲参数判别法(K判据法）判据法）69.13.3K1.691074.1)(74.1Re3.321818)(Re)(K332p3ppt32p3ppt32p3p过渡区：湍流区：滞流区：令KKgdudKKgdudgdtt返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件
14、计算步骤：计算步骤：323)(Kgdpn计算计算n根据根据K选择公式计算选择公式计算utgduKgdugduKttt)(74.11.69Re)(27.069.13.3K18)(3.3pp0.6pppp2p湍流区：过渡区：滞流区：返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件6、沉降速度的影响因素、沉降速度的影响因素颗粒的体积浓度小于颗粒的体积浓度小于0.2%时，理论计算值的偏差在时，理论计算值的偏差在1%以内；以内；颗粒浓度较高时便发生干扰沉降颗粒浓度较高时便发生干扰沉降,需要根据浓度进行修正。需要根据浓度进行修正。当容器尺寸当容器尺寸D远远大于颗粒尺寸远远大于颗粒尺寸dp时时(
15、100倍以上倍以上)，器壁效应可，器壁效应可忽略，否则需加以考虑。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。实际计算时非球形颗粒的大小可用当量直径表示。降快一些。实际计算时非球形颗粒的大小可用当量直径表示。颗粒直径颗粒直径0.5um时，沉降受到流体分子布朗运动的影响。时，沉降受到流体分子布朗运动的影响。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.3.2 重力沉降分离设备重力沉降分离设备1、降尘室、降尘室返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 工作原理工作原
16、理 气体入室气体入室 减速减速颗粒的沉降运动颗粒的沉降运动&随气体运动，合速度：抛物线随气体运动，合速度：抛物线沉降运动时间沉降运动时间 气体停留时间气体停留时间分离分离所需沉降时间所需沉降时间t t=H/ut在室内停留时间在室内停留时间=L/u分离满足的条件：分离满足的条件：uLuHt流道面积扩大流道面积扩大返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 说明：说明：（1）不同直径）不同直径d的颗粒的颗粒ut不同，相应的不同，相应的t不同。不同。d ，ut 容易除去。容易除去。（2）当某直径的颗粒满足）当某直径的颗粒满足t 时，它能够被完全时，它能够被完全（100%）地分离；当
17、某直径的颗粒满足）地分离；当某直径的颗粒满足t时，时，它不是不能被分离，仍然可以被分离，只不过是不它不是不能被分离，仍然可以被分离，只不过是不能被完全分离。能被完全分离。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 （3）能能(100%)被除去的最小颗粒直径被除去的最小颗粒直径 0sAVLBHBuLHuut最低沉降速度最低沉降速度能被分离的最小粒径能被分离的最小粒径0ss2min18AVgdut 0ssmin18AVgd 返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 （4）最大处理量（生产能力）最大处理量（生产能力）VmaxutLb=utA0Vmax为为某一粒径
18、能某一粒径能100%100%被去除的最大处理量，即沉被去除的最大处理量，即沉降速度降速度u ut t应按需要完全分离下来的最小颗粒计算；应按需要完全分离下来的最小颗粒计算；Vmax与与(100%(100%去除去除的的)d,A0有关有关，而与，而与H无关。无关。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 多层降尘室多层降尘室清洁气流清洁气流含尘气流含尘气流挡板挡板隔板隔板p降尘室一般用水平隔降尘室一般用水平隔板做成多层，间距为板做成多层，间距为40100mm。p多层降尘室生产能力多层降尘室生产能力(n层水平隔板层水平隔板)：VS(n+1)utLb1nHh)(1bluVntS隔板
19、间距：取整返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件说明说明n气流速度气流速度u不应太高，以免干扰颗粒的沉降或把已经不应太高，以免干扰颗粒的沉降或把已经沉降下来的颗粒重新卷起。为此，应保证沉降下来的颗粒重新卷起。为此，应保证气体流动的气体流动的雷诺准数处于滞流范围雷诺准数处于滞流范围之内；之内；n降尘室结构简单，流动阻力小，但体积庞大，分离效降尘室结构简单，流动阻力小，但体积庞大，分离效率低，通常仅率低，通常仅适用于分离直径大于适用于分离直径大于50m的颗粒的颗粒，用，用于过程的于过程的预除尘预除尘。n多层降尘室虽能分离细小的颗粒，并节省地面，但出多层降尘室虽能分离细小的颗粒
20、，并节省地面，但出灰麻烦。灰麻烦。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件（1）一球形石英颗粒，在空气中按斯托克斯定律）一球形石英颗粒，在空气中按斯托克斯定律沉降，若空气温度由沉降，若空气温度由20升至升至50，则其沉降速度，则其沉降速度将将 。（2）在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增）在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增加一倍，则沉降时间加一倍，则沉降时间 ，气流速度，气流速度 ，生，生产能力产能力 。课堂练习课堂练习（3）在滞流（层流）区，颗粒的沉降速度与颗粒）在滞流（层流）区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的直径的 次方成正比；在湍流区，颗粒的沉降次方成正比；在湍流区
21、，颗粒的沉降速度与颗粒直径的速度与颗粒直径的 次方成正比。次方成正比。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件【例例】采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。降尘室底面积为降尘室底面积为10，宽和高均为，宽和高均为2m。操作条件下气。操作条件下气体密度为体密度为0.75kg/m3，粘度为，粘度为2.6 10-5Pa s，颗粒密度为，颗粒密度为3000 kg/m3。降尘室的生产能力为。降尘室的生产能力为3m3/s。试求：。试求：（1）理论上可完全回收的最小颗粒直径；）理论上可完全回收的最小颗粒直径；（2）粒径为）粒径为40 m的颗粒
22、的回收百分率；的颗粒的回收百分率；（3）如将降尘室改为多层以完全回收）如将降尘室改为多层以完全回收10 m的颗粒，的颗粒，在原降尘室内需设置多少层水平隔板及板间距。在原降尘室内需设置多少层水平隔板及板间距。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件解：解：（1）理论上可完全回收的最小颗粒直径）理论上可完全回收的最小颗粒直径在降尘室中能完全被分离出的最小颗粒在降尘室中能完全被分离出的最小颗粒的沉降速度为的沉降速度为smAVut/3.01030s假设沉降在层流区，用假设沉降在层流区，用Stokes公式求最小公式求最小颗粒直径颗粒直径mgudt5pmin1091.618返回华南理工
23、大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件核算沉降流型核算沉降流型2598.0Reminttud假设成立，求得的最小粒径有效。假设成立，求得的最小粒径有效。（2）粒径为）粒径为40 m的颗粒的回收百分率的颗粒的回收百分率假设颗粒在炉气中的分布是均匀的，则在气体假设颗粒在炉气中的分布是均匀的，则在气体的停留时间内颗粒沉降的高度与降尘室的高度的停留时间内颗粒沉降的高度与降尘室的高度之比即为该尺寸颗粒被分离下来的分率。之比即为该尺寸颗粒被分离下来的分率。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件由于各种尺寸的颗粒在降尘室内的停留时间均相由于各种尺寸的颗粒在降尘室内的停留时间均
24、相同，故同，故40 m的颗粒的回收率也可用其沉降速度的颗粒的回收率也可用其沉降速度ut与与69.1 m的颗粒的沉降速度的颗粒的沉降速度ut之比来确定，在层之比来确定，在层流区流区%5.33)1.6940()(22mindduutt回收率（3）需设置水平隔板层数及板间距）需设置水平隔板层数及板间距由上面计算可知，由上面计算可知，10 m的颗粒的沉降必在的颗粒的沉降必在层流区，可用层流区，可用stokes公式计算沉降速度公式计算沉降速度smgdu/1029.6183s20返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件需设置水平隔板层数需设置水平隔板层数层，取4769.4611029.
25、61031300uAVns板间距板间距mnHh042.04821核算气体在多层降尘室内的流型：若忽略隔板厚核算气体在多层降尘室内的流型：若忽略隔板厚度所占的空间，则气体的流速为度所占的空间，则气体的流速为smbHVus/75.0223返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件mhbbhde082.0)042.02(2042.024)(241774106.275.075.0082.0Re5ude即气体在降尘室的流动为层流，设计合理。即气体在降尘室的流动为层流，设计合理。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件2、沉降槽（增稠器）、沉降槽（增稠器）7料浆底流6
26、溢流21345底口(排料)间歇式连续式1-进料槽道;2-转动机构;3-料井;4-溢流槽;5-溢流管;6-叶片;7-转耙用来提高悬浮液浓度并同时得到澄清液体。用来提高悬浮液浓度并同时得到澄清液体。间歇式间歇式连续式连续式返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.3.3 离心沉降离心沉降离心沉降：依靠离心沉降：依靠惯性离心力惯性离心力的作用从而实现沉降的的作用从而实现沉降的过程。过程。离心沉降效率较重力沉降效率高。对于两相密度差离心沉降效率较重力沉降效率高。对于两相密度差较小或颗粒粒径较小的情况，应采用离心分离。较小
27、或颗粒粒径较小的情况，应采用离心分离。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件1、离心沉降速度、离心沉降速度 流体作圆周运动时，形成惯性离心力场。当颗粒在流体作圆周运动时，形成惯性离心力场。当颗粒在距中心距中心r处旋转时，其切向速度处旋转时，其切向速度uT，径向速度，径向速度ur。惯性离心力场强度：惯性离心力场强度：uT2/r轨迹：轨迹：逐渐扩大的逐渐扩大的螺旋线螺旋线r1r2ArCBuruuT颗粒在旋转流体中的运动颗粒在旋转流体中的运动返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件uTurrFcFbFDdp，p的球形颗粒受力分析：的球形颗粒受力分析：离心力离
28、心力rudFTppc236向心力向心力rudFpb2T36阻力阻力4222prDduF（方向向外）（方向向外）（方向向内）（方向向内）（方向向内）（方向向内）返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件04266222T32T3prpppdurudrud当三个力达到当三个力达到平衡平衡时：时：Fc-Fb-FD=0rudruduTppTpp222r18)(3)(4相对运动为层流返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件2、离心沉降速度与重力沉降速度的比较、离心沉降速度与重力沉降速度的比较 表达式：表达式：重力沉降速度公式中的重力沉降速度公式中的重力加速度改为离心
29、加速度重力加速度改为离心加速度数值：数值：1）重力沉降速度基本上为）重力沉降速度基本上为定值定值2）离心沉降速度为）离心沉降速度为绝对速度在径向上的分量，绝对速度在径向上的分量，数数值随颗粒在离心力场中的值随颗粒在离心力场中的位置而变位置而变。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3、离心分离因数、离心分离因数重力离心力重力加速度离心加速度gagruuuKTtr/2C同一颗粒在同种介质中的离心沉降速度与重力同一颗粒在同种介质中的离心沉降速度与重力沉降速度的比值。沉降速度的比值。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.3.4 离心沉降设备离心沉降设备
30、气固气固 旋风分离器旋风分离器液固液固 旋液分离器旋液分离器返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 旋风分离器旋风分离器 1、结、结 构构主体的上部为圆筒主体的上部为圆筒形形,下部为圆锥形下部为圆锥形,中央有一中央有一升气管。矩形切线入口。升气管。矩形切线入口。B 净化气体 含尘 气体 A D1 A=D/2 S1 B=D/4 H1 D1=D/2 D H1=2D H H2=2D S1=D/8 H2 D2D/4 D2 尘粒 图 3-19 旋风分离器的尺寸及操作原理图 旋风分离器尺寸及操作原理示意图旋风分离器尺寸及操作原理示意图（各部分尺寸（各部分尺寸按比例以按比例以D为基准）
31、为基准）2、工作原理、工作原理气流旋转气流旋转向下向下螺旋运动到锥口螺旋运动到锥口向上向上螺旋运动螺旋运动（气芯）（气芯）顶部中央排气口顶部中央排气口返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件颗粒颗粒器壁器壁与气流分离，与气流分离，滑落滑落离心力离心力返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件54返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件评价指标评价指标总效率总效率粒级效率粒级效率分离效果分离效果压强降压强降临界直径临界直径分离效率分离效率3、旋风分离器的性能、旋风分离器的性能返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件1）
32、临界粒径）临界粒径定义：理论上在旋风分离器中能被完全分离下来定义：理论上在旋风分离器中能被完全分离下来的最小颗粒。的最小颗粒。计算公式的推导：计算公式的推导：返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件假设：假设：（1 1）气流严格按螺旋形路线作等速运动，其切向）气流严格按螺旋形路线作等速运动，其切向速度等于进口气速速度等于进口气速u ui i；（2 2）颗粒向器壁沉降时，必须穿过厚度等于进气）颗粒向器壁沉降时，必须穿过厚度等于进气宽度宽度B B的气流层，方能达到器壁而被分离；的气流层，方能达到器壁而被分离；（3 3）颗粒的流动类型为滞流。）颗粒的流动类型为滞流。S Stoke
33、stokes公式可用，旋转半径取公式可用，旋转半径取r rm m（平均旋转半径）（平均旋转半径）m2i2r18 rudupp颗粒沉降速度颗粒沉降速度返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件假设假设沉降时间沉降时间2i2mr18udBruBpp旋转圈数旋转圈数=N运行距离运行距离Nrm2 有效停留时间有效停留时间im2uNr 某一粒径能某一粒径能(100%)(100%)被分离出的条件被分离出的条件:其穿越其穿越B所需所需时间时间 dc的颗粒的颗粒=1;实际上实际上d dc,入器时如入器时如其其BB，也可以被分离，也可以被分离返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理
34、电子课件说明说明nD或或B=D/4，则则dC，设备尺寸（直径、进气口宽度）不设备尺寸（直径、进气口宽度）不能太大，以维持较高的分离效率。能太大，以维持较高的分离效率。多级旋风分离器多级旋风分离器nV或或 ui，则则dC，B一定时，提高气流量或提高进口气一定时，提高气流量或提高进口气速，可提高分离效率，但进口阻力增速，可提高分离效率，但进口阻力增加，同时湍流状况增大，易带起灰尘，加，同时湍流状况增大，易带起灰尘，所以一般不采用此法。所以一般不采用此法。当气体处理量当气体处理量大时，使用若干小尺寸旋风分离器并大时，使用若干小尺寸旋风分离器并联使用。联使用。n对于标准旋风分离器，一般取对于标准旋风分
35、离器，一般取 返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件1210CCC C1：旋风分离器进口气体含尘浓度，：旋风分离器进口气体含尘浓度，g/mg/m3 3；C2：旋风分离器出口气体含尘浓度，旋风分离器出口气体含尘浓度，g/mg/m3 3。2）分离效率）分离效率（1）总效率）总效率 0进入旋风分离器的全部颗粒中被分离下来颗进入旋风分离器的全部颗粒中被分离下来颗粒的质量分率。粒的质量分率。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件（2 2）粒级效率或分级效率）粒级效率或分级效率 i某种粒度的颗粒被分离下
36、来的质量分率。某种粒度的颗粒被分离下来的质量分率。iiipiCCC121C1：粒径为：粒径为di的颗粒在旋风分离器进口气体含尘浓度，的颗粒在旋风分离器进口气体含尘浓度，g/m3；C2：粒径为：粒径为d di i的颗粒在旋风分离器出口气体含尘浓度，的颗粒在旋风分离器出口气体含尘浓度，g/mg/m3 3。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件同一型式且尺寸比例相同的旋风分离器，该曲线相同。同一型式且尺寸比例相同的旋风分离器，该曲线相同。粒级效率曲线：粒级效率曲线：粒级效率粒级效率 i与颗与颗粒直径粒直径di的对应的对应关系。关系。i di/d50函数曲线函数曲线返回华南理工大
37、学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件nipiix103）压强降：）压强降：进气管、排气管、器壁摩擦阻力、进气管、排气管、器壁摩擦阻力、流动局部阻力、气体旋转运动的动能损失流动局部阻力、气体旋转运动的动能损失22iup总效率和粒级效率之间的关系：总效率和粒级效率之间的关系：式中：式中：xi粒径为粒径为di的颗粒的质量分率。的颗粒的质量分率。标准旋风分离器标准旋风分离器Pap2000500 8返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 课堂练习课堂练习（1）沉降操作是指在某种）沉降操作是指在某种 中利用分散相和连中利用分散相和连续相之间的续相之间的 差异，使之发生相对运
38、动而实现差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。沉降过程有分离的操作过程。沉降过程有 沉降和沉降和 沉沉降两种方式。降两种方式。（2）旋风分离器性能的好坏，主要以旋风分离器性能的好坏，主要以 来来衡量。衡量。越小，说明分离性能越好。越小，说明分离性能越好。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.4 过滤过滤 3.4.1 过滤的基本概念过滤的基本概念3.4.2 过滤基本方程式过滤基本方程式3.4.3 过滤设备过滤设备3.4.4 过滤计算过滤计算返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件1、过滤操作、过滤操作过滤介质滤 饼滤 浆滤 液3.4.1 过滤的
39、基本概念过滤的基本概念以某种多孔物质为介质，在外力的作用下，使悬浮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，固体颗粒被截留在介液中的液体通过介质的孔道，固体颗粒被截留在介质上，从而实现固质上，从而实现固/液分离的操作。液分离的操作。过程过程推动力推动力：重力；压：重力；压力力(差差)；离心力；离心力操作目的：获得固体或操作目的：获得固体或清净的液体清净的液体洗涤洗涤回收滤饼中残回收滤饼中残存的滤液或除去其杂质存的滤液或除去其杂质返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件2、过滤方式、过滤方式（1）滤饼过滤滤饼过滤：固体沉：固体沉积物在介质表面堆积、
40、积物在介质表面堆积、架桥而形成滤饼层。滤架桥而形成滤饼层。滤饼层是有效过滤层。饼层是有效过滤层。适用于：处理固体含量适用于：处理固体含量较高的混悬液。较高的混悬液。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 （2）深层过滤深层过滤：过滤介：过滤介质是较厚的粒状介质的质是较厚的粒状介质的床层，过滤时悬浮液中床层，过滤时悬浮液中的颗粒沉积在床层内部的颗粒沉积在床层内部的孔道壁面上，而不形的孔道壁面上，而不形成滤饼。成滤饼。适用于：生产量大而悬浮颗粒粒径小、含量微适用于：生产量大而悬浮颗粒粒径小、含量微或是粘软的絮状物。或是粘软的絮状物。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学
41、化工原理电子课件3、过滤介质、过滤介质 支撑滤饼或截留颗粒，使滤液通过。支撑滤饼或截留颗粒，使滤液通过。要求：要求：1）多孔性，孔道大小合适（既对流体的阻力小，）多孔性，孔道大小合适（既对流体的阻力小，又能截住要分离的颗粒）；又能截住要分离的颗粒）；2）具有足够的机械强度；）具有足够的机械强度；3）化学稳定性好（耐腐蚀、耐热、抗老化）；）化学稳定性好（耐腐蚀、耐热、抗老化）；4）价格便宜。）价格便宜。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 过滤介质种类：过滤介质种类：织物介质织物介质 滤布滤布(织物、网织物、网)，截留的粒径截留的粒径5m以上，工业应用广泛以上，工业应用广
42、泛多孔固体介质多孔固体介质具有微细孔道的固体，截留具有微细孔道的固体，截留粒径粒径13m的微细粒子的微细粒子 堆积介质堆积介质固体颗粒或纤维等堆积，适用于固体颗粒或纤维等堆积，适用于深层过滤深层过滤 微孔膜微孔膜由高分子材料制成的薄膜状多孔介由高分子材料制成的薄膜状多孔介质。适用于滤除质。适用于滤除0.0210m的混悬微粒。的混悬微粒。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件4、滤饼的压缩性和助滤剂、滤饼的压缩性和助滤剂（1）滤饼的压缩性）滤饼的压缩性滤饼滤饼不可压缩滤饼不可压缩滤饼:可压缩滤饼可压缩滤饼:颗粒有一定的颗粒有一定的刚性刚性，所，所形成的滤饼并不因所受形成的滤
43、饼并不因所受的压力差而变形。的压力差而变形。颗粒较软，所形成的滤饼颗粒较软，所形成的滤饼在压差的作用下在压差的作用下变形变形，使，使滤饼中的流动通道变小，滤饼中的流动通道变小，阻力增大。阻力增大。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件（2）助滤剂）助滤剂助滤剂助滤剂具有一定具有一定刚性刚性的颗粒或纤维状的固体。的颗粒或纤维状的固体。加入助滤剂可减少可压缩滤饼的流动阻力。加入助滤剂可减少可压缩滤饼的流动阻力。加入方法加入方法预涂预涂用助滤剂配成悬浮液，在正式用助滤剂配成悬浮液，在正式过滤前过滤前用它进行过滤，在过滤用它进行过滤，在过滤介质上形成一层由助滤剂组成介质上形成一层
44、由助滤剂组成的滤饼。的滤饼。将助滤剂混在滤浆中将助滤剂混在滤浆中一起一起过滤过滤预混预混返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件1、颗粒床层的物理模型与基本参数、颗粒床层的物理模型与基本参数颗粒床层颗粒床层一组平行细管一组平行细管流体通道流体通道细管内表面细管内表面=床层颗粒的全部表面床层颗粒的全部表面细管的总体积细管的总体积=床层空隙体积床层空隙体积3.4.2 过滤基本方程式过滤基本方程式合理简化合理简化本质近似本质近似返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件基本参数基本参数空隙率空隙率：床层的空隙体积：床层的空隙体积/床层的总体积床层的总体积比表面积
45、比表面积a：颗粒表面积：颗粒表面积/颗粒体积颗粒体积孔道孔道(细管细管)平均长度平均长度 l：床层厚度床层厚度L返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件颗粒体积比表面积空隙率床层体积颗粒表面积空隙体积润湿周边长流通截面积444llde1414a空隙率床层体积比表面积空隙率床层体积孔道孔道(细管细管)当量直径当量直径de：返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件2、过滤速度及其表达、过滤速度及其表达 1）定义定义滤饼截面积滤饼截面积滤液体积流量滤液体积流量 AddVuA滤饼层总截面积；滤饼层总截面积；过滤时间；过滤时间；V滤液体积滤液体积返回华南理工大学化
46、工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件滤液流速滤液流速u1:dAdVu床层截面积床层空隙率滤液体积流量面积床层截面中空隙部分的滤液体积流量1u1与与u的关系的关系uu 1返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件仿照仿照Hagen-Poiseuille 方程方程2132ecdulp由于滤液在滤饼中的流动为层流由于滤液在滤饼中的流动为层流laplpduucc2232e11232LpaKuc223115 PaKKpc层内的层流流动比例常数，对于颗粒床降，滤液通过滤饼层的压强2）公式推导）公式推导返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件因此，过滤速度因此，过
47、滤速度阻力推动力LpaAdVuc22315d恒压降速恒压降速:l(L)，如，如 pc不变，则不变，则u 恒速升压恒速升压:l(L)，如，如u不变，则不变，则 pc 说明：说明：返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3）滤饼的阻力）滤饼的阻力 对不可压缩滤饼，其形状、大小不变，故对不可压缩滤饼，其形状、大小不变，故、a a为常为常数，则数，则RpLrpLp)1(a5AddVu)1(a5r1ccc223223令：式中：式中：R滤饼的阻力，滤饼的阻力，1/m r滤饼的比阻，滤饼的比阻，1/m2推动力推动力阻力阻力返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件过滤推
48、动力过滤推动力：促成滤液流动的因素，即压强差：促成滤液流动的因素，即压强差pC过滤阻力过滤阻力：rL=Rn 滤液本身的粘性：滤液本身的粘性：n 滤饼阻力：滤饼阻力：R=rL322)1(5raLupcLRr阻力比阻是单位厚度滤饼的返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件4）过滤介质的阻力）过滤介质的阻力mcppp滤饼压降滤饼压降过滤介质压降过滤介质压降相应的总阻力也等于两层阻力之和。相应的总阻力也等于两层阻力之和。设想过滤介质相当于厚度为设想过滤介质相当于厚度为Le的一层滤饼的一层滤饼则过滤介质阻力为则过滤介质阻力为emrLR 总推动力总推动力总阻力总阻力 RRmrLrLem
49、cpppmcpppLe过滤介质的当量滤饼厚度过滤介质的当量滤饼厚度返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 过滤截面积不变，则以整个截面积计算的滤液通过滤截面积不变，则以整个截面积计算的滤液通过滤饼层和过滤介质的过滤饼层和过滤介质的速度相等速度相等，即，即eeeLLrprLrLpprLprLpAddVumcmc当量滤饼层厚度，当量滤饼层厚度，m 上式表明：可用滤液通过上式表明：可用滤液通过串联的滤饼与滤布串联的滤饼与滤布的的总压强降表示过滤推动力，用两层的阻力之和总压强降表示过滤推动力，用两层的阻力之和表示总阻力。表示总阻力。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工
50、原理电子课件 5）过滤基本方程式过滤基本方程式 V=AL系数：系数：获取单位体积滤液所得滤饼体积获取单位体积滤液所得滤饼体积AVrrLR/AVrrLR/eemVe当量滤液体积，与当量滤液体积，与Le对应的滤液体积对应的滤液体积若每获得若每获得 1m3 滤液形成的滤饼体积为滤液形成的滤饼体积为 vm3，则每获得则每获得 Vm3 滤液形成的滤饼体积为滤液形成的滤饼体积为 vVm3返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件不可压缩滤饼不可压缩滤饼:e12ddVVrpAVs其中滤饼的压缩指数其中滤饼的压缩指数s=01，对于不可压缩，对于不可压缩滤饼滤饼s=0)VV(rpA)LL(rp
