第三章 非均相混合物的分离

I 复习提要

一、重力沉降

重力沉降的依据是颗粒与流体的密度不同。在重力作用下颗粒在流体中自由沉降时，受到重力、浮力和来自流体阻力的共同作用，三力一般很快达到平衡，颗粒开始匀速下沉，沉降速度即指颗粒相对于流体的匀速运动速度。 球形颗粒的自由沉降速度计算式为： ut?4dp(?p??g)3?? 式中?为阻力系数，与雷诺数Ret?dput??有关，两者关系可分为三个区域。

24 Ret18.5 Ret0.61. 当10-4 < Ret< 2 时 ，层流区??2. 当2< Ret< 103 时， 过渡区??3. 当103< Ret< 2×105 时，湍流区??0.44 对于层流区，可得到斯托克斯公式，即 ut?二、离心沉降

离心沉降的依据同样是根据颗粒与流体的密度不同。颗粒的离心沉降方向为垂直于流体的旋转方向，径向向外。 离心沉降速度 ut?2gdp(?p??)18?

4dp(?p??)a3?? 2uT?r?2可见，离心沉降速度随位置不同而不同。离心分离 由离心加速度a?r能力的强弱可用离心分离因数Kc?三、沉降分离设备

1.沉降分离设备具备的条件：

a来表示。 g25

流体在设备内的停留时间tr?颗粒在设备内的沉降时间ts，即tr?ts 2. 总分离效率、临界直径

由于非均相混合物中的分散相存在一定的粒径分布和位置分布，决定了颗粒的沉降时间ts分布很宽。在流体停留时间tr有限的情况下，实现完全分离是不可能的。被分离下来的颗粒质量占总颗粒质量的百分数称为总分离效率。理论上可以完全被分离下来的最小颗粒直径称为临界直径。 3.降尘室

含尘气体的停留时间 tr?颗粒的沉降时间（完全分离） ts?最大处理量 Vmax?BLutc

由沉降速度utc可求取颗粒的临界直径dpc，由Vmax?BLutc可知，当气体处理量一定时，完全除去一定直径颗粒的条件只取决于降尘室的底面积BL，与其高度H无关，因此降尘室可设计成扁平形状。 4.旋分分离器

含尘气体的停留时间 tr?2?rmN uiLBLH? uVH ut颗粒的沉降时间（完全分离） ts?9?B ?ui?pN18?rmBd?u2p2pi

临界直径 dpc?旋转圈数N和阻力系数?与旋风分离器的结构及尺寸比例有关，而与筒体直径大小无关。适当增加气体处理量，即增大ui可降低临界直径。 四、过滤

过滤是利用多孔物质（即过滤介质）截留固体颗粒，而允许流体通过的分离操作。流体透过过滤介质需要外力的推动，外力可以是重力、压强差或离心力。 滤饼过滤是将固体颗粒截留在过滤介质表面，形成滤饼，并由滤饼继续截留颗

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粒。随着滤饼层的加厚，流动阻力不断增加，故过滤操作为不定常操作过程。深层过滤为另一种过滤方式。

在过滤过程中，已处理的悬浮液量与得到的滤液量及滤饼量之间存在着一定的关系。单位时间通过单位过滤面积得到的滤液体积即五、恒压过滤方程 过滤基本方程式

dV，称为过滤速度。 AdtA?PfdV ?Adtr??(V?Ve)令K?2?Pfr?? ，即得恒压操作下的过滤速度为：

dVKA ?Adt2(V?Ve)恒压过滤方程：V2?2VVe?KA2t 恒压操作下过滤速度不断下降。 六、过滤设备

1. 板框压滤机----间歇过滤设备。 2.转鼓真空过滤机—连续过滤设备。

II、典型例题分析

例1.某降尘室的内部总体尺寸长、宽、高为12×6×3.8m，处理温度为140℃、粘度为2.37?10?5Pas的常压含尘气体，尘粒密度为1600Kg/m3。 求：（1）50?m颗粒的沉降速度。

（2）完全分离50?m颗粒所允许的最大气体处理量。 解：（1）假定颗粒沉降位于层流区。则 ut?2dp(?p??)g18?(50?10?6)2?1600?9.81???0.0920m/s ?518?18?2.37?102dp?pg校核流型 ?? Ret?PM101.?329??0.85Kg6m3/ RT8.31?4413dput??650?1?0?0.0?9200.856=0.166< 2 ??52.37?10

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层流区假设成立。

（2）Vmax?BLutc=6×12×0.0920=6.62m3/s

III 思 考 题

1.已知直径为80?m的颗粒在某液体中的沉降速度为5.8mm/s，沉降位于层流区。可知直径为40?m的同种颗粒在液体中的沉降速度为 mm/s。 2.颗粒在空气中的自由沉降速度 颗粒在水中的自由沉降速度。 （1）大于 （2）等于 （3）小于 （4）无法判断。

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