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1、第 4 章 颗粒与流体之间的相对流动1 基本概念（1）均相混合物 （物系 ）：物系内部各处物料 性质均匀而不存在相界面的物系。（2）非均相混合物：物系内部有隔开两相 的界面存在， 而界面两侧的物料性质截然不 同的物系。（ 3 ）分散质 （分散相 ）：非均相混合物中， 处 于分散状态的物质；（ 4 ）分散介质（连续相） ：包围着分散质而 处于连续状态的物质。对于乳浊液， 一般混合的两液体中体积分率 大的为连续相。非均相混合物的分离一般用机械分离方法分离的依据：密度不同（沉降），或筛分原 理（过滤）（5）颗粒的球形度0 s体积相同时球形颗粒的表面积与实际颗粒的表面积之比(SSp）v相同0 0s p
2、)的流体中发生自由沉降，受力情况如下:(1) 场力Fg J(2 ) FgpVpg(2)浮力FbVpgdp36(3)阻力Fd fApdp2)式中:A p-颗粒在流体流动方向上的投影面积，m2 ;P为流体密度，kg/m 3;E为曳力系数（或阻力系数）；u为颗粒与流体的相对运动速度，m/s。实验证明，E是雷诺数的函数，即：&f（Re p）ReP虬式中dp为颗粒直径（对非球形颗粒而言， 则取等体积球形颗粒的当量直径），卩、p为 流体的物性。E-Rep间的关系，经实验测定如图4-6所示，图中 s工1的曲线为非球形颗粒的情况。 在不同雷诺数范围内可用公式表示如下：（1）滞流区（Rep1）E=24/Re p
3、(2) 过渡区(1Re pW500 )E=18.5/Re p.6（3）湍流区（500Reptt a=0 , u=u t。沉降速度Ut :在等速阶段里颗粒相对于流体的运动速度；或在加速阶段终了时颗粒相对于流体的运动速度，也称终端速度。当a=0时，由(1 )可解得:Ut4dp( p)g(2)各前面E的表达式代入，得:(1)滞流区(Repwi)Utdp2( p )g18此式称为斯托克斯公式(2)过渡区(1Re pW500 )Ut0.154dp1p )g0.40.6此式称为阿仑公式。(3) 湍流区(500Re pH/u t将 u=q v/ (HB ),可得：qvVBLut=A out式中：qv为流体的
4、体积流量，m3/s ;Ao=BL降尘室的沉降面积， m2。 由此可知：降尘室的生产能力只与沉降面积 Ao及颗粒的沉降速度 ut有关，而与降尘室 的高度无关，因此，可将降尘室制成多层。 注意：在计算ut时，要以要求全部被除去的 最小颗粒直径计算，且流体速度u要处于滞 流范围。（2）连续式沉降器（多尔增浓器）底流颗粒被分离下来的条件：颗粒在沉降器中的沉降速度ut要等于或大于液体的上（或下）流速度 u，即：ut u设：G 料液中连续相的质量流量，kg/s ;Gd 分散相夹带的连续相的质量，kg/s ;Ao 沉降面积，m2;P连续相的密度，kg/m 3则连续相向上(或下)的流速为:G GdAGA0由沉
5、降条件，得:Ao/G/ (put ) =Q/u t或Q Aout式中Q为连续相的体积流量，m3/s2 . 2离心沉降2 . 2 . 1分离因数依靠惯性离心力的作用而实现的沉降。分离因数Kc:同一颗粒所受的离心力与重力 之比，即:KcgrKc的大小是反映离心分离设备性能的重要指标。Kc越大，设备分离效率越高222离心沉降设备(1) 旋风分离器旋风分离器是利用惯性离心力的作用进行的气溶胶分离。一般用来除去气流中直径5 m以上的颗粒。下图为标准型旋风分离冷）标捲空旋凤分庚髀 h=D/2 B=D/4 D=D/2 /, ID H2=2D 5=D/8 D.=D/A(h)气体许症凤分勺器内的运动情况（2）离
6、心机3 过滤过滤是以某种多孔物质为介质来处理悬浮 液的操作。过滤分为滤饼过滤和深层（床）过滤两种：1）滤饼过滤 过滤过程中，滤饼层逐渐增厚，真正起过滤 作用的是滤饼。2）深层过滤 过滤过程中，基本上无滤饼形成，微粒主要 沉积在过滤介质内部的孔道内。 本节仅介绍滤饼过滤。3.1 过滤操作的基本概念悬浮液滤液I 3(町简单的设备示意图(1) 几个名词： 过滤介质过滤操作所使用的多孔介质。 滤浆过滤操作所处理的悬浮液。 滤饼被截留在过滤介质上的固体颗粒层 滤液过滤操作所得到的清液。(2) 滤饼的压缩性和助滤剂 不可压缩滤饼与可压缩滤饼： 当压强差增大时， 滤饼的空隙结构不发生明 显变化，单位厚度滤饼
7、层的阻力基本不变， 则称为不可压缩滤饼；反之，则称为可压缩 滤饼。 助滤剂：为提高过滤速度， 在过滤前预先覆盖在滤布 上或添加于滤浆中的物质。但使用助滤剂一般只限于以获得清净的滤 液为目的的场合。(3) 典型过滤操作的程序一般包括如下 4 个阶段： 过滤：有恒速过滤和恒压过滤两种方式。 滤饼洗涤：洗去滤饼孔隙中积存的滤液。 滤饼干燥：洗涤完毕后，利用热空气吹过 滤饼以将空隙中留存的洗液排出。 滤饼卸除：将滤饼从滤布上卸除。(4) 过滤速度u :单位时间、单位过滤面积所得到的滤液体积，即：dV dquAd d式中q=V/A为通过单位过滤面积的滤液总量，m 3/m 2=m 。3.2过滤设备按操作方
8、式不同分为连续过滤机(真空转筒过滤机)和间歇过滤机(板框过滤机、叶滤机等)。(1) 板框压滤机y J主要由滤板和滤框组成。滤板的作用：一是支撑滤布，二是提供滤液的通道。滤板又分为非洗涤板和洗涤板两种，分别以1钮和3钮表示。滤框的作用：容纳形成的滤饼。滤框以2钮表示。滤板和滤框的组装顺序：1-2-3-2-1-2 过滤和洗涤的情况见下：(町过滤阶段哉水M洗涤阶段(2) 叶滤机3以滤叶为基本过滤元件， 滤叶由金属丝网为 框架并在其上覆盖滤布而成。叶滤机过滤时滤液通过的路径与洗涤时洗 液的路径相同（3）转鼓（筒）真空过滤机可同时完成4个操作。3.3过滤基本方程1）滤液在滤饼层中的流动过滤速度（即滤液的
9、空床流速）可表示为:u _dv _PC _PcAd rL Rr称为单位厚度床层的阻力（滤饼的比阻）1/m 2。R=rL称为滤饼阻力，1/m。2）过滤介质阻力Rm一般过滤介质阻力可视为常数，则dVPmAdRm滤液通过滤饼和过滤介质为串联过程,dVpcf巳 fAdRRm(R Rm)或dVPAd (R Rm)假定Rm=rLe，即假设用一层厚度为 Le的滤 饼层代替过滤介质，Le称为过滤介质的当量 滤饼厚度。3 )过滤基本方程式设每获得1m 3滤液得到的滤饼体积为u m3,则有L A= uV及 LeA= uVe式中Ve为当量滤液体积。dVPA PAdr(L Le) r (V VdV A Pd r (V Ve)当滤饼可压缩时，有：r=r，(AP) s式中：r，为单位压强差下滤饼的比阻；s为滤饼的压缩性指数，0s 1 ,由实验确定。对不可压缩滤饼，s=0。将r的表达式代入可得过滤基本方程：dV
