气固分离（课堂PPT）

1、1第二章第二章 非均相物系的分离与设备非均相物系的分离与设备第一节第一节 气固分离气固分离2一一 概概 述述非均相物系的分离非均相物系的分离 混合物：混合物：均相混合物均相混合物( (物系物系) )：物系内部各处物料：物系内部各处物料性质均匀，无相界面。例：混合气体、性质均匀，无相界面。例：混合气体、 溶液。溶液。 非均相混合物非均相混合物( (物系物系) )：物系内部有隔开的相界面：物系内部有隔开的相界面存在，而在相界面两侧的物料性质截然不同的物存在，而在相界面两侧的物料性质截然不同的物系。例：含尘气体、悬浮液、乳浊液、泡沫液。系。例：含尘气体、悬浮液、乳浊液、泡沫液。 许多化工生产过程中，

2、要求分离非均相物系。许多化工生产过程中，要求分离非均相物系。含尘和含雾的气体，属于气态非均相物系。悬浮含尘和含雾的气体，属于气态非均相物系。悬浮液、乳浊液及泡沫液等属于液态非均相物系。液、乳浊液及泡沫液等属于液态非均相物系。3 非均相物系非均相物系 分散相分散相( (分散物质分散物质) )：处于分散：处于分散 状态的物质。气体中尘粒、悬浮液状态的物质。气体中尘粒、悬浮液 中的颗粒、乳浊液中的液滴。中的颗粒、乳浊液中的液滴。 连续相连续相( (分散介质分散介质) )：包围着分：包围着分 散相，处于连续状态的物质。含尘散相，处于连续状态的物质。含尘 气体中的气体、悬浮液中的液体。气体中的气体、悬浮

3、液中的液体。均相混合物：均相混合物：吸收、蒸馏。吸收、蒸馏。非均相混合物：分散相、连续相物理性质不同非均相混合物：分散相、连续相物理性质不同 (不同不同)机械方法：机械方法：沉降、过滤。沉降、过滤。 非均相物系分离的目的：（非均相物系分离的目的：（1 1）回收分散物质（）回收分散物质（2 2）净制分散介质净制分散介质 (3)(3)环境保护和综合利用环境保护和综合利用4二、分离原理二、分离原理 沉降沉降(settling)(settling)：在某种力：在某种力( (重力、离心力重力、离心力) )作用下，利用连续相与分散相的密度差异，作用下，利用连续相与分散相的密度差异，使之发生相对运动而分离的

4、操作。使之发生相对运动而分离的操作。 重力沉降：由地球引力重力沉降：由地球引力( (重力重力) )作用而发生作用而发生的沉降过程。的沉降过程。 离心沉降：依靠离心力的作用而实现的离心沉降：依靠离心力的作用而实现的沉降过程。沉降过程。5（一）影响沉降速度的主要因素（一）影响沉降速度的主要因素 影响沉降速度的主要因素为：影响沉降速度的主要因素为：颗粒与流体颗粒与流体相对运动时所受的阻力相对运动时所受的阻力 颗粒在流体中作重力沉降或离心沉降时，颗粒在流体中作重力沉降或离心沉降时，要受到流体的阻力作用要受到流体的阻力作用, ,通常称为曳力通常称为曳力（drag forcedrag force）或阻力。

5、）或阻力。FdFd62-1.2-1.重力沉降重力沉降分析颗粒受力情况：分析颗粒受力情况：阻力系数，无量纲，实验测定：阻力系数，无量纲，实验测定 由此可推导出由此可推导出恒速时恒速时 固体颗粒的沉降速度固体颗粒的沉降速度mgmgF F浮浮F Fd d 图图3 31 1 颗粒受力图颗粒受力图dtdumaudgdgdFFmgFPPPPd24161612233浮7（二）、影响沉降速度的其它因素（二）、影响沉降速度的其它因素 颗粒形状颗粒形状 ：测定非球形粒的沉降速度，用沉降速度：测定非球形粒的沉降速度，用沉降速度公式计算出粒径。这样求出来的非球形颗粒的直径，公式计算出粒径。这样求出来的非球形颗粒的直径

6、，称为当量球径。即用球形颗粒直径来表示沉降速度称为当量球径。即用球形颗粒直径来表示沉降速度与其相同的非球形颗粒的直径。与其相同的非球形颗粒的直径。 壁面效应：当颗粒靠近器壁沉降时，由于器壁的影壁面效应：当颗粒靠近器壁沉降时，由于器壁的影响，其沉降速度较自由沉降速度小，这种影响称为响，其沉降速度较自由沉降速度小，这种影响称为壁效应。壁效应。(容器很大，容器很大，100倍以上可忽略倍以上可忽略) 干扰沉降：当非均相物系中的颗粒较多，颗粒之间干扰沉降：当非均相物系中的颗粒较多，颗粒之间相互距离较近时，颗粒沉降会受到其它颗粒的影响，相互距离较近时，颗粒沉降会受到其它颗粒的影响，这种沉降称为干扰沉降。干

7、扰沉降速度比自由沉降这种沉降称为干扰沉降。干扰沉降速度比自由沉降小。小。(颗粒浓度颗粒浓度0.2%,可近似为自由沉降可近似为自由沉降)82-2 2-2 离心沉降离心沉降离心沉降：依靠离心力的作用而实现的沉降过程。图离心沉降：依靠离心力的作用而实现的沉降过程。图3 34 4 转筒内颗粒在流体中的运动转筒内颗粒在流体中的运动 图图3 34 4所示的以一定角所示的以一定角 速度旋转的圆筒，筒内装速度旋转的圆筒，筒内装 有密度为有密度为、粘度为、粘度为的的 液体。液体中悬浮有密度液体。液体中悬浮有密度 为为pp、直径为、直径为dpdp、质量、质量 为为m m的球形颗粒。假设筒的球形颗粒。假设筒 内液体

8、与圆筒有相同的转内液体与圆筒有相同的转 数。当站在旋转轴上观测颗数。当站在旋转轴上观测颗粒的运动，粒的运动， 图34 转筒内颗粒在流体中的运动 F阻阻 F离离 F向向23261rdrmFppC9 忽略颗粒的重力沉降，则可看到有离心力沿旋转忽略颗粒的重力沉降，则可看到有离心力沿旋转半径向外作用于颗粒。式中半径向外作用于颗粒。式中r r为颗粒到旋转轴中心为颗粒到旋转轴中心的距离。由此式可知，为了增大的距离。由此式可知，为了增大FcFc可以提高也可可以提高也可以增大以增大r r。提高比增大。提高比增大r r更有效。同时，从转筒的更有效。同时，从转筒的机械强度考虑，机械强度考虑，r r不宜太大。不宜太

9、大。 2-3 2-3 离心分离因数离心分离因数 同一颗粒所受的离心力与重力之比，同一颗粒所受的离心力与重力之比，为为称为离心分离因数是表示离心力大小的指标。称为离心分离因数是表示离心力大小的指标。grKC2102-4离心沉降速度离心沉降速度 颗粒在离心力场中沉降时，在径向沉降方向上所颗粒在离心力场中沉降时，在径向沉降方向上所受的作用力有受的作用力有 离心力离心力 浮力（向中心）浮力（向中心） 阻力（向中心）阻力（向中心）2361rdFPPC236rdFp向242222ddrduAFp阻11若这三个力达到平衡，则有若这三个力达到平衡，则有此时，颗粒在径向上相对于流体的速度，就是它在此时，颗粒在径

10、向上相对于流体的速度，就是它在这个位置上的离心沉降速度这个位置上的离心沉降速度 02462223udrdppp234rduppr12颗粒的离心沉降速度与重力沉降速度具有相颗粒的离心沉降速度与重力沉降速度具有相似的关系式，只是重力加速度换为离心加似的关系式，只是重力加速度换为离心加速度而已。但在一定的条件下，重力沉降速度而已。但在一定的条件下，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。在半径方向上的位置不同而变化。 在沉降分离中，沉降速度较小的颗粒才考虑在沉降分离中，沉降速度较小的颗粒才考虑用离心沉降。所以离心沉降设计计算的对用

11、离心沉降。所以离心沉降设计计算的对象为小颗粒。象为小颗粒。13三、分离设备三、分离设备 3-1降尘室降尘室(重力沉降设备重力沉降设备) 利用重力沉降从含尘气体中分离出尘粒的设备。利用重力沉降从含尘气体中分离出尘粒的设备。预分离器，粒径大于预分离器，粒径大于50m。 重力沉降分离器，依流体流动方式可分为水平流重力沉降分离器，依流体流动方式可分为水平流动型与上升流动型。本节介绍最典型的水平流动动型与上升流动型。本节介绍最典型的水平流动型降尘室的操作原理。降尘室的示意图，如图型降尘室的操作原理。降尘室的示意图，如图32所示。所示。LWHuut 图32 降尘室 图33 降尘室的计算14 含尘气体进入降

12、尘室后，因流道截面积含尘气体进入降尘室后，因流道截面积扩大而流速扩大而流速u u降低。只要气体从降尘室进口降低。只要气体从降尘室进口流到出口所需要的停留时间等于或大于尘流到出口所需要的停留时间等于或大于尘粒从降尘室的项部沉降到底部所需的沉降粒从降尘室的项部沉降到底部所需的沉降时间，则尘粒就可以分离出来。时间，则尘粒就可以分离出来。 为提高降尘室的生产能力，可在降尘室内为提高降尘室的生产能力，可在降尘室内设置水平隔板构成设置水平隔板构成多层降尘室多层降尘室，每层高度，每层高度为为25100mm，颗粒沉降到各层隔板表面，颗粒沉降到各层隔板表面，使出灰不太方便。使出灰不太方便。15 降尘室中气速不宜

13、过大，以防止气流湍动降尘室中气速不宜过大，以防止气流湍动卷起己沉降的尘粒，一般气速应控制在卷起己沉降的尘粒，一般气速应控制在1.53m/s以下以下。 降尘室结构简单，气流阻力小，但体积庞降尘室结构简单，气流阻力小，但体积庞大，分离效率低大，分离效率低 163-2 3-2 旋风分离器旋风分离器一、构造与操作一、构造与操作 含尘气体从圆筒上都的长方形切含尘气体从圆筒上都的长方形切线进口进入旋风分离器里。进口线进口进入旋风分离器里。进口的气速约为的气速约为151520m/s20m/s。含尘气。含尘气体在器内沿圆筒内壁旋转向下流体在器内沿圆筒内壁旋转向下流动。到了圆锥部分，由于旋转半动。到了圆锥部分，

14、由于旋转半径缩小而切向速度增大，并继续径缩小而切向速度增大，并继续旋转向下流动。到了圆锥的底部旋转向下流动。到了圆锥的底部附近，转变为上升气流，最后由附近，转变为上升气流，最后由上部出口管排出。在气体旋转流上部出口管排出。在气体旋转流动过程中，颗粒由于离心力作用动过程中，颗粒由于离心力作用向外沉降到内壁后，沿内壁落入向外沉降到内壁后，沿内壁落入灰斗。灰斗。17 旋风分离器是利用离心力作用净制气体的旋风分离器是利用离心力作用净制气体的设备，其结构简单，制造方便，分离效率设备，其结构简单，制造方便，分离效率高，并可用于高温含尘气体的分离，所以高，并可用于高温含尘气体的分离，所以在生产中得到广泛应用

15、。在生产中得到广泛应用。 通常旋风分离器宜分离通常旋风分离器宜分离5200m的粒子，的粒子，过小的粒子其分离效率较低，对于大于过小的粒子其分离效率较低，对于大于200m的粒子最好使用隆法室先予除去。的粒子最好使用隆法室先予除去。旋风分离器不适用于分离黏性大、含湿量旋风分离器不适用于分离黏性大、含湿量高、腐蚀性强的物质，否则影响分离效率，高、腐蚀性强的物质，否则影响分离效率，甚至堵塞分离器。甚至堵塞分离器。18二、结构型式二、结构型式 旋风分离器是一种较为常见的通用设备，旋风分离器是一种较为常见的通用设备，己定型生产，可以从有关手册中查到其主己定型生产，可以从有关手册中查到其主要结构尺寸及性能。

16、要结构尺寸及性能。 中国生产的旋风分离器型号有中国生产的旋风分离器型号有CLT、CLT/A、CLT/A、CLP/B及扩散式等。及扩散式等。CLT是最原始的旋风分离器，目前己被沟汰。是最原始的旋风分离器，目前己被沟汰。上述代号中，上述代号中，C表示除尘器，表示除尘器，L表示离心式，表示离心式，A、B表示产品的类别。表示产品的类别。19203-3.其他除尘器其他除尘器1.袋滤器袋滤器 袋滤器是利用滤布过滤气体袋滤器是利用滤布过滤气体中粉尘的净化设备。右图为中粉尘的净化设备。右图为脉冲袋滤器的结构示意图。脉冲袋滤器的结构示意图。含尘气体由下部进气管进入，含尘气体由下部进气管进入，分散通过滤袋时，粉尘

17、被截分散通过滤袋时，粉尘被截面留在袋的外侧，通过滤袋面留在袋的外侧，通过滤袋净化的气体，从上部出口排净化的气体，从上部出口排出。出。21 滤袋外的粉尘，一部分借重力落至灰斗内，滤袋外的粉尘，一部分借重力落至灰斗内，剩在滤袋上的粉尘隔一段时间用压缩空气剩在滤袋上的粉尘隔一段时间用压缩空气吹一次，使粉尘落入灰斗，经排灰阀排出。吹一次，使粉尘落入灰斗，经排灰阀排出。一般袋滤器有几十个滤袋，并分成一般袋滤器有几十个滤袋，并分成34组，组，在操作中其中一组处于吹落卸灰状态，其在操作中其中一组处于吹落卸灰状态，其余各组进行正常除尘。每组是处于除尘还余各组进行正常除尘。每组是处于除尘还是卸尘，均由自控阀按规

18、定顺序进行。是卸尘，均由自控阀按规定顺序进行。22 袋滤器可捕集非黏性、非纤维性的工业粉袋滤器可捕集非黏性、非纤维性的工业粉尘，除尘效率高，允许风速大，但需要较尘，除尘效率高，允许风速大，但需要较高压力的压缩空气。当气体中含有水汽或高压力的压缩空气。当气体中含有水汽或处理吸水性粉尘时易堵塞，故使用范围受处理吸水性粉尘时易堵塞，故使用范围受到一定限制。到一定限制。232.湿法除尘湿法除尘 湿法除尘主要依靠亲水的尘粒与水、湿法除尘主要依靠亲水的尘粒与水、水滴或其他液体相互接触或碰撞，使尘水滴或其他液体相互接触或碰撞，使尘料黏附或凝聚，从而与气体分离。只有料黏附或凝聚，从而与气体分离。只有含尘气体允许被增湿或冷却，且粉尘分含尘气体允许被增湿或冷却，且粉尘分离出来是无价值的，同时又不污染环境离出来是无价值的，同时又不污染环境时，采用湿法除尘是有效的。下图为常时，采用湿法除尘是有效的。下图为常用的几种除尘型式。用的几种除尘型式。24251）.喷淋式除尘器喷淋式除尘器 一般要求气速不超过一般要求气速不超过12m/s，因气速较低，故，因气速较低，故阻力小，可作为初步净化用。缺点是设备庞大，阻力小，可作为初步净化用。缺点是设备庞大，效率低。效率低。2）.鼓泡式除尘器鼓泡式除尘器 气体经筛板上的筛孔鼓泡上升，产生很多