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1、,本章重点掌握的内容 （1）沉降分离（包括重力沉降和离心沉降）的原理、过程计算和旋风分离器的结构。 （2）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。,第三章 非均相物系的分离,学习目的 与要求,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,清水沉降池,滤药渣,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,自来水厂的主要流程,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。,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,图中兰色粗管是来自
2、黄浦江的原料水，条形池子是絮凝池，左侧池 是沉降池。,自来水厂全貌,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,自来水厂沉降池,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。,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,一混合物的分类 1.相:体系中具有相同组成、物理性质、化学性质的均匀物质。 2均相混合物 若物系内各处组成均匀且不存在相界面，则称为均相混合物。,概述,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,3非均相混合物 物系中存在相界面，且界面两侧物料的性质不同。 分散状态物质（分散相） 连续状态物质（连续相） 根据连续相状态的不同，非均相混合物又可分为两种类型： （1）气态非
3、均相混合物，如含尘气体、含雾气体等； （2）液态非均相混合物，如悬浮液、乳浊液、泡沫液等。,二非均相混合物分离方法的分类,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,燃煤烟气湿法除尘脱硫一体化技术,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,湍球塔除尘动画,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,文丘里除尘器动画,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,75T/h 锅炉烟气湿法除尘脱硫一体化装置,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,袋式过滤器动画,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,静电除尘器动画,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,旋风分离,主要用于石油、化工、肥料、冶金、煤炭及环保的尾气除尘和高炉烟
4、气净化、颗粒回收等，目前已成功应用于氮肥厂造气炉的除尘及煤粉回收，也可用于石油化工装置中如丙烯腈、苯酐、百菌清、苯胺等作为流化床内旋风分离器用以回收昂贵的细颗粒催化剂，以及钙镁磷肥回转窑烘干、球磨系统的尾气除尘和高炉烟气净化等。在正常工作状态下，气固分离效率不小于99%，阻力不大于1000Pa。,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,烟道除尘动画,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,三非均相混合物分离的目的 （1）收集分散物质。 （2）净化分散介质。 （3）环境保护与安全生产。,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,炼油厂沉降应用实例,炼油厂污水处理工艺之一： 隔油- 粗粒化- 沉降- 沙滤
5、,国外炼油厂每加工1 t油产生0. 51. 0 t废水,我 国炼油厂每加工1 t原油产生0. 73. 5 t含油废水。,原理:依靠某种力的作用,利用分散相与连续相之间存 在密度差使之发生相对运动而分离的过程。,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,前提条件：密度差、外力 外力场重力沉降和离心沉降,沉降分离,20,沉降分离,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,1).流体静止，固体颗粒作沉降运动； 2).固体静止，流体对固体作绕流； 3).流体和固体都运动，但二者保持一定的相对速度。,流固之间的相对运动有三种情况：,知识点: 重力沉降原理、沉降速度和相关设备,第一节 重力沉降,化工原理课件第一章
6、 流体流动,刚性颗粒的沉降：,第一节 重力沉降 一、沉降速度,重力：,浮力：,阻力：,颗 粒 密 度,流体 密 度,受力分析,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,化工原理课件第一章 流体流动,第一节 重力沉降 一、沉降速度,刚开始沉降：,不变,a最大,开始沉降,a,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,化工原理课件第一章 流体流动,第一节 重力沉降 一、沉降速度,a0,u增加至一定值时,自由沉降速度,匀速沉降,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,淘金梦,试验：d0.18mm，1600kgm3的光滑小球在20水中由静止至99的沉降速度所需的时间为0.0133秒，小球下降的距离为1.110-4
7、m。,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,结论：重力沉降可看作匀速沉降。,第一节 重力沉降 一、沉降速度,原理： 利用油水的密度差使连续相中的液滴浮升实现分离。,AFB纤维床液液相分离器,AFB纤维床液液相分离器,化工原理课件第一章 流体流动,第一节 重力沉降 三、浮升速度,浮力：,阻力：,油 滴 密 度,水的 密 度,浮升速度：,受力分析,重力:,化工原理课件第一章 流体流动,刚开始上浮：,不变,a最大,开始上浮,a,化工原理课件第一章 流体流动,第一节 重力沉降 三、浮升速度,a0,u，增加至一定值时,浮升速度,匀速上浮,结论:密度差大,阻力系数小,流体密度小,d大，ut大。,化工原理课
8、件第一章 流体流动,第一节 重力沉降 四、阻力系数,1.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,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,化工原理课件第一章 流体流动,第一节 重力沉降 四、阻力系数,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,化工原理课件第一章 流体流动,第一节 重力沉降 四、阻力系数,球形颗粒：,层流区,Stokes定律区,过渡区,Allen定律区,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,化工原理课件第一章 流体流动,第一节 重力沉降 四、阻力系数,湍流区,Newton定律区,2. 的计算：,试差法：,假设 流型,选择公式,计算,计算,验算,
9、化工原理课件第三章 非均相物系的分离,化工原理课件第一章 流体流动,第一节 重力沉降,例：求直径40m球形颗粒在30大气中的自由沉降速度。已知颗粒为2600kg/m3,大气压为0.1MPa。,解：,设为层流，则：,查30、0.1MPa空气：,校核：,(正确),化工原理课件第三章 非均相物系的分离,影响沉降速度的因素,自由沉降,干扰沉降,沉降过程中，任一颗粒的沉降不因其他颗粒的存在而受到干扰。,如果分散相的体积分率较高，颗粒间有明显的相互作用，容器壁面对颗粒沉降的影响不可忽略，这时的沉降称为干扰沉降或受阻沉降。,一、沉降速度,第一节 重力沉降 五、影响因素,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,
10、(1)颗粒的体积分数 当颗粒的体积分数小于0.2%时，理论计算值的偏差在1%以内。当颗粒体积分数较高时，由于颗粒间相互作用明显，便发生干扰沉降。 (2)器壁效应 容器的壁面和底面均增加颗粒沉降时的曳力，使颗粒的实际沉降速度较自由沉降速度低。,一、沉降速度,第一节 重力沉降 五、影响因素,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,(3)颗粒形状的影响 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要快一些。非球形颗粒的形状及其投影面积A均影响沉降速度。,一、沉降速度,第一节 重力沉降 五、影响因素,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,(4)气泡和液滴的运动 颗粒较大时,变形和内部产生循环
11、运动,误差大,不再适用。,单颗粒的几何特性参数,体积:,比表面积:,表面积:,小知识(了解),球形颗粒,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,非球形颗粒,1.在体积方面等效，即使当量球形颗粒的体积等于真实颗粒的体积 Vp ，则体积当量直径应定义,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,.球形度,表面积:,比表面积:,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,化工原理课件第一章 流体流动,1.用途：分离气流中的尘粒,第一节 重力沉降 六、重力沉降设备-降尘室,2.工作原理,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,化工原理课件第一章 流体流动,第一节 重力沉降 六、重力沉降设备-降尘室,沉降时间：,停留时
12、间：,分离条件：,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,2019/10/19,47,2. 生产能力 VS降尘室所处理含尘气体的体积流量,结论：降尘室的生产能力只与沉降面积bl及颗粒 沉降速度ut有关，而与高度H无关。,2019/10/19,48,多层降尘室：,若n个隔板，则,缺点： 清灰难； 隔板间距小，颗粒易被扬起。,第一节 重力沉降 六、重力沉降设备-降尘室,化工原理课件第一章 流体流动,第一节 重力沉降 六、重力沉降设备-沉降槽,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,用途：分离悬浮液,处理量大 大颗粒悬浮液,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
13、,连续沉降槽动画,练 习 题 目,思考题,作业题: 1、2、3,1.颗粒沉降分为哪两个阶段？沉降速度是指哪个阶段的速度？ 2.根据颗粒沉降原理，设计一个简单的装置来测定液体的黏度。,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,第二节 离心沉降,应用:炼油厂催化裂化,气固非均相物系-旋风分离器中进行,液固非均相物系-旋液分离器中进行或沉降离心机,化工原理课件第一章 流体流动,第二节 离心沉降,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,1.离心分离因数Kc,惯性离心力=,向心力=,阻力=,化工原理课件第一章 流体流动,第二节 离心沉降,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,层流,化工原理课件第一章 流体流动
14、,2.旋风分离器,第二节 离心沉降,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,气固分离,除5m20m尘粒,缺点：不适于分离 粘性，高湿性、 腐蚀性粉尘,化工原理课件第一章 流体流动,3.旋风分离器的性能指标,第二节 离心沉降,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,细而长,(1)临界粒径,(2)分离效率,总效率,粒级效率,分割粒径,化工原理课件第一章 流体流动,第二节 离心沉降,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,(3)压强降,化工原理课件第一章 流体流动,第二节 离心沉降,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,某气流干燥器送出的含尘空气量为10000m3h-1，空气温度为80oC。直径为1m的标准型旋风分离器收集粉尘，粉尘密度1500kgm-3，(1) 分割粒径；(2)直径为15m的颗粒的粒级效率；(3) 压强降。,解：,查80,(1),进口横截面积,进口气速,化工原理课件第一章 流体流动,第二节 离心沉降,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,(2),由图查得 p=0.83=83%,(3),旋风分离器的分类,旋风分离器分类繁多，分类方法也各有不同。 按结构形式可分为：长锥体、圆筒体、扩散式以及旁通式。 我国已定型了多种旋风分离器，制定了标准系列，常用的有CLT、CLT/A、XLP/A、XLP/B 以及 CLK 型等。 对各种型号的旋
