非均相物系的分离

单击以编辑母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,Chapter 3,非均相物系的分离,均相物系：各处均匀、无相界面,非均相物系：,非均相物系分散相、连续相,非均相物系分离依据物理性质的差别,非均相物系分离分类沉降和过滤,非均相物系分离目的：,1，收集分散相(分散物质)；2，净化分散介质(连续相)； 3，环境保护,1,1 重力沉降,利用分散相和连续相的密度差。,作用力：重力、离心力。,311 沉降速度,一、球形颗粒的自由沉降,沉降颗粒的受力分析:将表面光滑的刚性球形颗粒置,于静止的流体介质中，如果颗粒的密度大于流体的密度，,则颗粒将在流体中降落。此时，颗粒受到重力、浮力与,阻力三个力的作用，重力向下，其余两个力向上。,令颗粒的密度为,s,，直径为d，流体的密度为,，则,三个力分别为,2,重力,浮力,阻力,对于一定的颗粒和流体，重力和浮力为定值，而阻力随u,而变,根据牛顿第二定律可知，上面三个力的合力应等于颗粒,的质量与其加速度a的乘积，即：,3,或,颗粒在静止流体中的沉降过程可分为两个阶段：起,始为加速运动阶段而后为等速运动阶段。,等速运动阶段的运动速度u,t,称为沉降速度，也称为终,端速度。,由a=0,时u=u,t,得,4,二、阻力系数,通过因次分析可知，是颗粒与流体相对运动时雷,诺准数Re,t,(du,t,/,)、颗粒球形度,s,(,颗粒表面积与同体积,球形颗粒表面积之比)的函数。,实验结果表明，对球形颗粒（ ,s,=1）, 曲线可大致,分为三个区，各区内的曲线分别用相应的关系式表达。,1，滞流区或斯托克斯定律区（10,-4,Re,t,1）,2，过渡区或艾伦定律区（1Re,t,10,3,）,3，湍流区或牛顿定律区（10,3,Re,t,210,5,）,5,相应各区的颗粒沉降速度为：,滞流区称为斯托克斯公式,过渡区称为艾伦公式,或,湍流区称为牛顿公式,6,三、影响沉降速度的因素,(一) 颗粒的体积浓度,(二) 器壁效应,(三) 颗粒形状的影响,颗粒球形度,s,=S/S,p,当量直径,四、沉降速度的计算,(一) 试差法,先假设流型, u,t, Re,t, 判断流型,(二) 摩擦数群法,7,将图32转换为,Re,t,2,Re,t,曲线，方法：,因,且,于是,因是,Re,t,的已知函数， 则,Re,t,2,必然也是,Re,t,的已知函数，,于是,Re,t,曲线即可,转换为,Re,t,2,Re,t,曲线。计算,u,t,时先由,物性数据计算出,Re,t,2,，再由,Re,t,2,Re,t,曲线查出,Re,t,，从,而反算出u,t,。,8,例3-1 试计算直径为95,m，密度为3000kg/m,3,的固体颗粒,分别在20的空气和水中的自由沉降速度。,解：(1)在水中的沉降，假设为滞流区；,20水的物性 = 998.2 kg/m,3, = 1.00510,-3,Pas,代人,核算流型,假设正确。,(2)20空气中的沉降，假设在过渡区。20空气的物性：, = 1.205 kg/m,3, = 1.8110,-5,Pas,代人,9,解得,则 u,t,= 0.619 m/s,若由,得 u,t,= 0.615 m/s,例3-2 (自学),10,3-1-2 降尘室,利用重力沉降从气流中分离出尘粒的设备成为降尘,室。最常见的降尘室结构形式如图所示。,基本原则：气体在降尘室内的停留时间至少必须等于颗,粒从降尘室的最高点降至室底所需要的时间。,11,令：l降尘室的长度；b降尘室的宽度；H降尘室的,高度；u气体在降尘室的水平通过速度，m/s；,V,s,含尘气通过降尘室的体积流量，即降尘室的生,产能力，m,3,/s,位于降尘室最高点的颗粒降至室底所需要的时间为：,气体通过降尘室的时间为：,降尘要求：,或 即,12,气体在沉降室内的水平通过速度：,则：,可见降尘室的生产能力只与降尘室的宽度b和长度l及,沉降速度有关，而与其高度H无关。故降尘室内可设置多,层水平隔板，构成多层降尘室。,多层降尘室(含有n层隔板)的生产能力为：,13,例3-3 拟采用降尘室回收常压锅炉气中的球形固体颗粒。降尘室底面积为10m,2,，宽和高均为2m。操作条件下气体的密度为0.75kg/m,3,，粘度为2.610,-5,Pas；固体的密度为3000 kg/m,3,；降尘室的生产能力为4 m,3,/s。试求：(1) 理论上能完全捕集下来的最小颗粒直径；(2) 颗粒直径为40,m的颗粒的回收百分率；,(3) 如欲完全回收直径为15,m,的尘粒，对原降尘室应采取什么措施？,解：(1)理论上能完捕集的最小颗粒的沉降速度：,假设处于滞流区，由,得,14,核算流型：,流型假设正确，最小直径为79.76,m。,若假设处于过渡区，由,得,则d = 59.5310,-6,m,15,核算流型：,假设显然不正确。,若假设处于湍流区，由,得,核算流型：,显然假设不正确。,16,(2)直径为40,m的颗粒的沉降应处于滞流区，其沉降速度为：,气体通过降尘室的时间：,直径为40,m的颗粒在5s内沉降的高度：,直径为40,m的颗粒的回收百分率约为：,H/H=0.503/2.0 = 0.2515 = 25.15%,17,(3) 完全回收直径为15,m,的尘粒措施:设置多层隔板,设隔板为层，间距为h。,直径为15,m,的尘粒的沉降速度：,对于多层降尘室,取28层，隔板间距为,18,3-1-3 浓悬浮乳液的沉聚过程,3-1-4 沉降槽的构造与操作,3-1-5 连续沉降槽的计算,(以上内容自学),2 离心沉降,对于两相密度差较小或颗粒粒径较小的情况，应采用离心分离。,气固,旋风分离器,液固旋液分离器,19,321 惯性离心力作用下的沉降速度,当流体围绕某一中心轴作旋转运动时，便形成了惯,性离心力场。在旋转轴距离为,R,、切向速度为,u,T,的位置,上，惯性离心力场强度（即离心加速度）为u,T,2,/R。显然，,惯性离心力场强度随切向速度及位置而变，不是常数，,其方向是沿旋转半径从中心指向外周。而重力场强度,（即重力加速度）g基本上可视作常数，其方向指向地心。,在惯性离心力场中颗粒在径向上也受到三个力的作,用，即惯性离心力、向心力(相当重力场中的浮力)、及阻,力。,以u,T,2,/R代替重力沉降中的重力加速度g，可得径向上,颗粒相对于流体的运动速度,20,离心分离因数：,322 旋风分离器的操作原理,旋风分离器是工业上应用比较广泛的气固离心分离设备之一。标准型的旋风分离器结构形式如图所示。主体的上部为圆筒形，下部为圆锥形，各部件的尺寸均圆筒直径成比例，如图中所标注。含尘气体由圆筒上部进气管切向进入，受气壁的约束而向下作旋转运动，在惯性离心力作用下颗粒被抛向器壁，与气流分离，再沿壁而落锥底的排灰口。净化后的气体在中心轴附近作由下而上的螺旋运动，最后由顶部排气管排出。,21,旋风分离器,22,气体在器内的运动情况示于图3-4。通常，把下行的螺旋型气流称为外旋流，上行的螺旋气流称为内旋流或气芯。内、外旋气流的旋转的方向相同。外旋流上部为主要除尘区。,23,323 旋风分离器的性能,在满足气体处理量（即生产能力）的前提下，评价,旋风分离器性能的主要指标是尘粒的分离的效率及气体,经过旋风分离器的压强降。分离效率常用理论上可以完,全分离出来的最小颗粒尺寸及尘粒从气流中分离出来的,分离效率表示。,324 旋风分离器的结构形式与选用,325 旋液分离器,24,