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1、非均相物系的分离第一节 概述非均相物系包括气固系统（空气中的尘埃）、液固系统（液体中的固体颗粒）、 气液系统（气体中的液滴）、液液系统（乳浊液中的微滴）等。其中尘埃、固体颗粒 气泡和微滴等统称为分散物质（或称分散相），而非均相物系中的气体、液体称为 分散介质（或称连续相）。非均相物系分离的依据是连续相与分散相具有不同的物理性质 （两相的密度 不同），故可用机械方法将两相分离。利用两相密度差进行分离时，必须使分散 相与连续相间产生相对运动，故分离非均相物系的单元操作遵循流体流动的基本 规律。非均相物系的分离主要用于：1 回收有用物质；2 净化分散介质；3 除去废液、废气中的有害物质，满足环境保护
2、的要求第二节 重力沉降一、沉降速度在重力场中，借连续相与分散相的密度差异使 两相分离的过程，称为重力沉降。1、球形颗粒的自由沉降F,若固体颗粒在沉降过程中，不因流体中其它颗 粒的存在而受到干扰的沉降过程，称为自由沉降。表面光滑的球形颗粒在静止流体中沉降时，由 于颗粒的密度ps大于流体的密度p，所以颗粒受重 力作用向下沉降，即与颗粒与流体产生相对运动。 在沉降中，颗粒所受到的作用力有重力、浮力和阻 力。开始时，颗粒为加速运动，随着颗粒沉降速度 的增大，阻力亦增大，当颗粒受力达平衡时，颗粒即开始作匀速沉降，对应的沉降速度为一定值，称该速度为沉降速度或终端速度， 以 ut 表示，其计算式为_ i4d
3、g(p -p丿u s-t3gp2、阻力系数Z阻力系数c是流体与颗粒相对运动时的雷诺数准Ret的函数，即z=f(Re t)oo. 11 Fillio-3 io-2(1)层流区，RetW2(又称斯托克斯区)_ 24Re t(2)过渡区，2V Ret 103g 二 _185_Re 10.6(3)湍流区，103 Ret e则土 -uut降尘室的生产能力为Vs =uHb W utLb含尘气体中的固体颗粒，凡是能满足u=Hu/L式的条件可被100%除去。用 上式计算出的颗粒直径称为临界直径，以dpc表示。与临界直径dpc相对应的沉降 速度称为临界沉降速度，d = ： 18卩丄Pc ：(P -p)g as或
4、i18d =- uPc ( P -P) g J1 s当upc和dpc一定时，降尘室的生产能力匕与降尘室的底面积A成正比，与PcPcs高度 H 无关，故降尘室多制成扁平形。为提高其生产能力，可制成多层降尘室降尘室适于分离粒径大于75“m的尘粒，亦可作为预分离设备。(二) 沉降槽借重力沉降分离悬浮液的设备称为沉降槽或增稠器。悬浮液通过沉降槽后可分离成清液和沉渣。沉降槽适于处理颗粒不太小、浓度不高，但处理量较大的悬浮液的分离。这 种设备具有结构简单，可连续操作且增稠物浓度较均匀等优点，其缺点是设备庞大、占地面积大、 分离效率较低等。学习重力沉降 时应注意以下几个 问题：(1)沉降速度 是当颗粒在流体
5、中 沉降时所受到的重 力与浮力和阻力之和为零时，颗粒作匀速运动时的速度，其值与流体、颗粒的密 度、颗粒直径及流体流动型态等因素有关，可见，沉降速度不是操作特性，而是 一综合特性。(2) 流体的流速u与颗粒沉降速度ut不同：当uut时，颗粒向上运动，此时颗粒被流体带出；当u = ut时，颗粒静止悬浮于流体中(如转子流量计在操作时，转子悬浮在某 一位置)；当uVut时，颗粒向下运动。可见，沉降过程是在uVut的条件下进行。(3) 温度对沉降速度ut的影响，由式(3-8)可见，粘度卩增大，沉降速度ut 减小，否则反之。气体的粘度随着温度升高而增大，故温度高的气体除尘较温度 低的气体除尘困难。第三节
6、离心沉降一、概述颗粒受到离心力的作用而沉降的过程称为离心沉降颗粒在离心力场中所受到的离心力大小为u2二 mT-cr对一定质量的物体， Fc 随所在位置及转速而改变。减小 r 或提高转速(uT舞）均可使离心力增大。离心力的方向是沿回转半径指向外周。离心分离因数K表示离心力与重力的比值，即K =c r g二、离心沉降速度离心力场中的颗粒在径向与流体间产生相对运动时，同样受到三个作用力，即离心力、向心力和阻力。当三力平衡时，颗粒在径向上相对于流体的速度即为 颗粒在此位置上的离心沉降速度，以ur表示，其计算式为4d(p -p)3gp若颗粒沉降过程属于层流，沉降速度为d2(p - p) u 2U 二sT
7、-r 18卩 r应注意的是离心沉降速度ur随回转半 径r的变化而变化。三、离心沉降设备（一）旋风分离器1旋风分离器的构造和操作原理旋风分离器的构造见图3-7。气体进入后形成一个向下作螺旋运动 的外旋流，其中固体颗粒密度较大，所受 离心力也大，被甩向外围且与器壁碰撞后3-7标准址风分离器失去动能滑落至锥底，由排灰口排出；外旋流到达器底后在与旋涡中心的压力差 作用下沿中心折回，并形成自下而上的内旋流，净化后的气体由中央排气管排出。2 旋风分离器分离性能(1) 临界直径临界直径是旋风分离器能 100%除去的最小粒径，以表示，用下式计算i2C - Cr= iii机 CC - CC兀 Np u对标准型旋
8、风分离器，取N=5。(2)分离效率总效率粒级效率i1(3) 旋风分离器的压力损失气体流经旋风分离器的压力损失是由气体流经进气管、排气管和器壁的摩擦阻力、局部阻力及气流的旋转运动而引起的参量损失等，可用下式计算，即厂Pu 2阻力系数z依设备的结构型式、各部分尺寸不同而异。对同一结构及比例尺 寸的旋风分离器，z为常数。z值由实验测定。对标准型旋风分离器16AB:=D 213 旋风分离器的选用 选定旋风分离器的型式及主要尺寸的依据是：含尘气体的性质及处理量(体 积流量)、要求的分离效率及其允许压力损失等。旋风分离器我国已有定型产品，型号有 CLT、 CLT/A、 CLP/A、 CLP/B 等。 其详
9、细尺寸及主要性能可查阅有关资料及手册。通常选用旋风分离器时应在高效率与低阻力之间进行权衡。一般气体进、出口截面积小、长径比大的旋风分离器效率高，但阻力大；反之，效率低、阻力小。对有性能表的旋风分离器，可直接根据气体处理量选用合适的型号。旋风分离器用于分离粒径为5200“m的尘粒较为合适。（二）旋液分离器 旋液分离器是离心沉降悬浮液的设备，其结构和工作原理与旋风分离器类 似。旋液分离器可用于悬浮液的增稠、固体颗粒的分级等。由于悬浮液中液相密度大，固、液两相的密度差比气固间的密度差小，所以 旋液分离器的直径比旋风分离器的直径小，而圆锥部分长，这样的结构既可增大 离心力，又可加长停留时间。由于液体进
10、口速度较大，故流体阻力也较大，磨损 也较严重。第四节 过 滤一、过滤的基本概念1、过滤就是在推动力（重力或人为压差）作用下，使悬浮液中的液体通过多孔介质，将固体截留，从而使悬浮液得以分离的单元操作。滤液2、名词解释： 滤浆需要分离的液体非均相物系； 过滤介质在过滤操作中起隔层作用的 物质滤渣被截留在过滤介质上的固体颗 粒；滤液过滤后的液体。二、过滤操作的分类1、按过滤推动力分重力过滤、离心力过滤、压力差（加压、真空）过滤2、按过滤机理分 深层过滤 固体颗粒不形成滤饼，而是沉积在过滤介质内部的过滤求和称为深层过滤。 其特点是过滤过程中阻力不变。 滤饼过滤 悬浮液中的固体颗粒沉积在过滤介质表面上形
11、成滤饼层，渡液穿过滤饼层中 空隙的过滤过程称为滤饼过滤，又称为表面过 滤。其特点是随着过滤时间的增长，滤饼层增 厚，过滤阻力也随之增大。过滤周期：过滤、洗涤、卸渣、复原“架桥”现象：如图，由于“架桥”现象 的出现，才使过滤操作真正开始，故实际起过 滤作用的是滤渣而非过滤介质。3、按过滤过程中阻力的变化分（1） 恒速过滤 过滤过程中过滤速率恒定。深层过滤即属过滤操作。（2） 变速过滤 过滤求和中过滤速率不恒定，滤饼过滤即属变速过滤操作。三、过滤介质过滤介质的作用是使滤液通过、截留固体颗粒及支承滤饼。要求过滤介质具 有多孔性、碉腐蚀性及足够的机械强度等。工业上常用的过滤介质有织物介质、堆积的粒状介
12、质及多孔性固体介质等。 织物介质（滤布）由棉、毛、丝、麻及合成纤维制成的织物，由玻璃丝、金属丝织成的网 堆积介质 细砂、无烟煤、活性炭、石棉、硅藻土等细小坚硬的颗粒状物质。 多孔固体介质 具有很多微细孔道的固体材料，能耐腐蚀，适用于处理含少量细小颗粒的悬浮液及有腐蚀性的悬浮液。四、助滤剂 滤饼可分为可压缩性滤饼（如胶体）和不可压缩性滤饼（如硅藻土、碳酸钙） 两种。对于不可压缩性滤饼，为了减小过滤阻力，可加入某些助滤剂，如硅藻土 石棉、碳粉。由此它不宜用于滤饼需回收的过滤操作。助滤剂是一种坚硬且形状不规则的小固体颗粒，其作用是改变滤饼的结构， 使滤饼结构松散，且具有一定的刚性，从而可避免滤布的早期堵塞和过滤阻力过 大。助滤剂的使用方法视具体情况而定，可直接加进悬浮液中，亦可将助滤剂配 成悬浮液先行过滤，待形成一层助滤剂滤饼层后，再进行悬浮液的过滤。二、过滤基本方程式（一）过滤速率和过滤速度过滤速率是指单位时间内通过的滤液体积。过滤速度是指单位时间、单位面积上通过的滤液体积。dV dquAd0 d0（二）过滤基
