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1、1,Chap3 机械分离与固体流态化,非均相物系的分离,废气、废液在排放前处理,化工生产中，常常需要将混合物加以分离,原料的分离提纯或净化加工,反应产物的分离合格的产品,混合物,均相混合物,非均相混合物,物系内部各处均匀且无相界面,均相物系分离,传质操作（如蒸馏、吸收、萃取、干燥等）,2,非均相混合物,固体颗粒的混合物,悬浮液,乳浊液,含尘气体 （或含雾气体）,沉降、,离心分离,沉降(重力、离心力),筛分,分散相或分散物质,连续相或分散介质,悬浮在空气中的粉尘：,由于分散相和连续相具有不同的物理性质（如：尺寸不同、密度不同），可用机械方法分离,非均相混合物,过滤,Chap3 机械分离与固体流态
2、化,分散相粉尘 连续相空气,3,3.1 筛分,一、单颗粒的特性及表征：,颗粒的特性,形状,大小（粒径）,表面积,（一）球形颗粒,只用直径dP 可以表征,比表面积,4,（二）非球形颗粒,当量直径,球形度,1. 当量直径,等体积当量直径：,等表面积当量直径：,等比表面积当量直径：,3.1 筛分,5,2. 形状系数,球形度,3.1 筛分,6,2. 形状不规则颗粒的表征,两个参数：,二、颗粒群的特性,（一）粒度分布,某一粒度范围的颗粒的质量分数随粒度的变化关系,P87 图3-1,3.1 筛分,注意频率分布曲线与累计分布曲线的区别,7,（二）平均直径,长度平均直径 表面积平均直径 体积平均直径 4. 体
3、积表面积平均直径,三、筛分,泰勒标准筛,其它内容自学,3.1 筛分,8,3.2 沉降分离,沉降操作是借助某种力的作用，利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过程,作用力,重力,惯性离心力,重力沉降,离心沉降,9,3.2 沉降分离,一、重力沉降原理,（一）自由沉降,自由沉降：任一颗粒的沉降不因流体中存在其它颗粒而受干扰。即颗粒彼此间相互独立，互不影响。,颗粒稀疏的情况中,1. 颗粒的受力分析, 重力：, 浮力：,10,过程分析：,下降开始，u=0Fd=0uuo，, 阻力：,3.2 沉降分离,加速运动，,Fg-Fb-Fd=0，a=0，,匀速运动。,11,颗粒沉降时分为两种阶段：
4、加速运动阶段和等速运动阶段,等速阶段的速度uo即为沉降速度、终端速度,工业上，加速阶段忽略不计,沉降速度的表达式,关键是求阻力系数,3.2 沉降分离,12,2. 阻力系数,因次分析法,（曳力系数）,的关系曲线,P91 图3-2,3.2 沉降分离,(1) 层流区(Reo2)：,斯托克斯区,斯托克斯公式,13,(2) 过渡区(Reo=2500)：,阿仑区（Allen）,阿仑公式,(3) 湍流区(Reo=5002105)：,牛顿区（Newton）,=0.44,牛顿公式,3.2 沉降分离,(4) Reo2105后，,在Reo=(310)105范围内可近似取=0.1，一般达不到,14,3.2 沉降分离,
5、1. 沉降速度本质是流体与颗粒的相对运动速度，与颗粒性质和流体性质有关，而与流体速度无关。,若流体静止，则沉降速度即为颗粒绝对速度。,若流体以u向上运动，则颗粒绝对速度为,Note:,u0- u,2. 温度（粘度）影响：,层流区：,过渡区：,湍流区：,随Reo增加，液体粘度对沉降速度影响减小。,气体：,温度升高沉降速度减小；,液体：,温度升高沉降速度增加。,15,3. 沉降速度的计算,假设沉降属于层流区,Re02,Re02,阿仑公式,试差法,3.2 沉降分离,（不是唯一方法）,（2）直径影响：,层流区：,过渡区：,湍流区：,随Reo增加，颗粒直径对沉降速度影响减小。,16,4. 影响沉降速度的
6、因素,由于干扰作用，实际沉降速度小于自由沉降速度。,由于壁面效应，实际沉降速度小于自由沉降速度。,干扰沉降,非球形颗粒的沉降,壁面效应,球形度越小，沉降速度越小。,3.2 沉降分离,17,二、重力沉降分离设备,（一）降尘室,降尘室,气固体系,沉降槽,液固体系,分离气体中尘粒的重力沉降设备。,3.2 沉降分离,18,沉降时间：,停留时间：,3.2 沉降分离,19,颗粒分离出来的条件是,0,极限条件,Vs与H无关,扁平形的沉降室,多层沉降室,思考1：为什么降尘室要做成扁平的？,3.2 沉降分离,or,降尘室的处理量,20,采用n块隔板，,生产能力可提高至原来的（n+1）倍。,3.2 沉降分离,21
7、,思考3：能够被100%除去的最小颗粒直径？,斯托克斯区,自由沉降,注意核算！,3.2 沉降分离,22,颗粒在降尘室中的沉降高度与降尘室高度之比等于该尺寸颗粒被分离下来的百分率,注意：降尘室内气体流速不应过高，以免将已沉降下来的颗粒重新扬起。,特点：,结构简单，,但设备庞大、效率低，,只适用于分离粗颗粒-直径75m以上的颗粒，,或作为预分离设备。,3.2 沉降分离,23,（二）沉降槽,生产能力，由截面积决定，与其高度无关。,强化沉降槽操作：u0:,加少量电解质絮凝现象。,加热,3.2 沉降分离,（增稠器）,u0。,24,三、离心沉降原理,依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程,离心加速度ar=2
8、r=ut2/r,不是常量,沉降过程没有匀速段，但在小颗粒沉降时，加速度很小，可近似作为匀速沉降处理,受力分析,3.2 沉降分离,25,与重力沉降相比，g改用,Re0=dur/ 2 层流区,反映离心分离设备性能的重要指标,高速离心机的KC值可达1万以上,采用离心沉降时，可加快沉降过程,3.2 沉降分离,26,四、离心沉降分离设备,旋风分离器,气固体系,旋液分离器,液固体系,（一）旋风分离器,s-较小、d小的非均相系，用离心沉降。,1. 结构,上部圆形筒，下部锥形筒,2. 操作原理,双层螺旋形运动,3. 压力变化,3.2 沉降分离,27,3.2 沉降分离,28,4. 结构尺寸及处理量： 入口： 高
9、A，宽B 处理量：Vs = uiBA ui1520 m/s 标准式：A=D/2 B=D/4 D1=D/2 H1=2D H2=2D S=D/8 D2=D/4,一般可分离气体中 575m 直径的粒子。（不用于粘性，含湿高，腐蚀介质）,3.2 沉降分离,29,5. 评价旋风分离器性能的两个主要指标：,分离性能：,压降：,（1） 旋风分离器的临界粒径dc,能被旋风分离器完全去除(100%)的最小颗粒的粒径。,是判断分离效率高低的重要依据,3.2 沉降分离,（三点假设）,30,dc随B而,分离效率随分离器尺寸而,当气体处理量大时，常将若干个小型的旋风筒并联使用,以维持较高的除尘效率,Ndc,细长形有利,
10、uidc,s dc,（2） 分离效率,总效率o,进入旋风分离器的全部粉尘中被分离下来的粉尘的质量分率,3.2 沉降分离,31,粒级效率i,进入旋风分离器的粒径为di的颗粒被分离下来的质量分率,分割粒径d50:,粒级效率为50%的颗粒直径,o与i的关系：,3.2 沉降分离,理论粒级效率,32,提高分离效率的措施,缩小旋风分离器的直径 采用较大的进口气速 延长锥体部分的高度 并联操作 减少粉粒重新卷起-扩散式旋风分离器,选用原则：,气体处理量、,3.2 沉降分离,可容许的压降,要求的分离效率,33,Why?,特点：与旋风分离器相比，直径小、锥形部分长。,旋液分离器：,离心机：,P113,由设备本身的旋转产生离心力；,离心机转鼓的直径或转速越大，离心力越大，对分离越有利。,3.2 沉降分离,根据分离方式（或功能），离心机可分为_、_和_三种基本类型；而据分离因数的大小，离心机可分为_、_和_。,
