第3章非均相物系的分离技巧.ppt

第三章 非均相物系的分离;本章学习指导;均相物系(honogeneous system): 均相混合物。物系内部各处均匀且无相界面。如溶液和混合气体都是均相物系。; 要实现分离，必须使分散相和连续相之间发生相对运动。因此，非均相物系的分离操作遵循流体力学的基本规律。;教学方向;3.1颗粒的特性;3.1.2混合颗粒的特性参数;;3.2沉降;教学方向;图 流体绕过颗粒的流动; 将表面光滑的刚性球形颗粒置于静止的流体介质中，若颗粒的密度大于流体的密度，则颗粒将在流体中降落; ρ——流体密度； μ—— 流体粘度； dp——颗粒的当量直径； A—— 颗粒在运动方向上的投影面积； u—— 颗粒与流体相对运动速度。 ? —— 阻力系数，是雷诺数Re的函数，由实验确定。;3.2.2球形颗粒的重力沉降 ; 随着颗粒向下沉降，u逐渐增大，du/d? 逐渐减少。 当u增到一定数值ui时，du/d? =0。颗粒开始作匀速沉降运动。;阻力系数ζ;几种фs值下的阻力系数ζ与雷诺数Ret的关系曲线如图所示;将阻力系数的计算式代入，得到不同颗粒雷诺数范围内ut的计算式：;试差法;假设流体流动类型； 计算沉降速度； 计算Re，验证与假设是否相符； 如果不相符，则转①。如果相符，OK !;例：计算直径为95?m，密度为3000kg/m3的固体颗粒分别在20 ℃的空气和水中的自由沉降速度。;影响沉降速度的因素; 降尘室：利用重力降分离含尘气体中尘粒的设备。是一种最原始的分离方法。一般作为预分离之用，分离粒径较大的尘粒。;假设颗粒运动的水平分速度与气体的流速 u 相同； 停留时间?＝l/u 沉降时间?t＝H/ ut 颗粒分离出来的条件是 l/u≥H/ ut;即：满足L/u＝H/ut 条件的粒径;当尘粒的沉降速度小，处于斯托克斯区时，临界粒径为; 当降尘室用水平隔板分为N层，则每层高度为H/N。水平速度u不变。此时：;例：用高2m、宽2.5m、长5m的重力降尘室分离空气中的粉尘。在操作条件下空气的密度为0.799kg/m3，粘度为2.53×10-5Pa·s，流量为5.0×104 m3/h。粉尘的密度为2000 kg/m3。试求粉尘的临界直径。;假设流型属于过渡区，粉尘的临界直径为;Vs≤ blut ;沉聚（sedimentation）：悬浮液放在大型容器里，其中的固体颗粒在重力下沉降，得到澄清液与稠浆的操作。;溶胶：含有颗粒大小会直径小于1μm的液体。;3.2.4 离心沉降; 如果以R为转鼓半径，则K值可作为衡量离心机分离能力的尺度。分离因素的极值与转动部件的材料强度有关。;颗粒在离心力场中沉降时，在径向沉降方向上受力分析。; 惯性离心力作用下的沉降速度; 注：在一定的条件下，重力沉降速度是一定的，而离心沉降速度随着颗粒在半径方向上的位置不同而变化。;旋风分离器是利用离心力作用净制气体的设备。 ;含尘气体从圆筒上部长方形切线进口进入。入口气速约为15～20m/s。 含尘气体沿圆筒内壁作旋转流动。颗粒的离心力较大，被甩向外层，气流在内层。气固得以分离。 在圆锥部分，旋转半径缩小而切向速度增大，气流与颗粒作下螺旋运动。 在圆锥的底部附近，气流转为上升旋转运动，最后由上部出口管排出； 固相沿内壁落入灰斗。;技术参数;;b. 分离效率;c. 压强降; ui——进口气流的流速，m/s B——入口宽度(沉降距离)，m N ——气流旋转的圈数。 计算时通常取N=5。;标准旋风分离器的尺寸; 气体通过旋风分离器的压力损失，可用进口气体动压的某一倍数表示为： ;圆筒直径一般为200～800mm，有系列尺寸。 进口速度一般为15～20m/s。 压力损失约为1～2kPa。 分离的颗粒直径约为5 ?m，dpc50=1~2 ?m 。;例：温度为20℃，压力为0.101Mpa，流量为2.5m3/s的含尘空气，用标准旋风分离器除尘。粉尘密度为2500kg/m3，试计算临界粒径。选择合适的旋风分离器，使之能100%的分离出6.5?m以上的粉尘。并计算压损。;此时; 用标准旋风分离器出去气流中所含的固体颗粒。已知固体密度为1100kg/m3，粒径为4.5?m，气体密度为1.2kg/m3，粘度为1.8×10-5Pa?s，流量为.40m3/s，允许压强降为1780Pa。试选择合适的分离器。;由于分离器各部分的尺寸都是D的倍数，所以只要进口气速ui相同，不管多大的旋风分离器，其压力损失都相同。;双联;灰尘; ; 利用离心力的作用，使悬浮液中固体颗粒增稠或使粒径不同及密度不同的颗粒进行分级。;悬浮液从圆筒上部的切向进口进入器内，旋转向下流动。;