第十四讲 颗粒特性与沉降-11

1、第三章第三章 非均相机械分离非均相机械分离第一节第一节 概述概述混合物混合物 均相混合物均相混合物 非均相混合物非均相混合物 物系内部各处物料性质均匀而且不存在相物系内部各处物料性质均匀而且不存在相界面的混合物。界面的混合物。例如：互溶溶液及混合气体例如：互溶溶液及混合气体 物系内部有隔开两相的界面存在且界面两物系内部有隔开两相的界面存在且界面两侧的物料性质截然不同的混合物。侧的物料性质截然不同的混合物。例如例如固体颗粒和气体构成的含尘气体固体颗粒和气体构成的含尘气体固体颗粒和液体构成的悬浮液固体颗粒和液体构成的悬浮液 不互溶液体构成的乳浊液不互溶液体构成的乳浊液 液体颗粒和气体构成的含雾气体

2、液体颗粒和气体构成的含雾气体第一节第一节 概概 述述129非均相物系非均相物系分散相分散相 分散物质分散物质 处于分散状态的物质处于分散状态的物质 例如：分散于流体中的固体颗粒、液滴或气泡例如：分散于流体中的固体颗粒、液滴或气泡 连续相连续相分散介质分散介质 包围着分散相物质且处于连续状态的流体包围着分散相物质且处于连续状态的流体 例如：气态非均相物系中的气体、液态非均例如：气态非均相物系中的气体、液态非均相物系中的连续液体相物系中的连续液体 分离分离机械机械分离分离 沉降沉降 过滤过滤 不同的物理性质不同的物理性质 连续相与分散相连续相与分散相发生相对运动的方式发生相对运动的方式 分散相和连

3、续相分散相和连续相 第一节第一节 概概 述述1291. 收集分散物质（分散相）收集分散物质（分散相）例如：回收催化反应器出来气体中夹带的催化剂颗粒例如：回收催化反应器出来气体中夹带的催化剂颗粒 机械分离在工业生产中的应用：机械分离在工业生产中的应用：2. . 净化分散介质（连续相）净化分散介质（连续相）例如：脱除催化反应器进料气体中夹带的固体杂质例如：脱除催化反应器进料气体中夹带的固体杂质 处理工厂排出的废气、废液处理工厂排出的废气、废液 第一节第一节 概概 述述129第三章第三章 非均相机械分离非均相机械分离第一节第一节 概述概述第二节第二节 颗粒及颗粒群的特性颗粒及颗粒群的特性 一、颗粒的

4、特性一、颗粒的特性1. 球形颗粒球形颗粒 体体 积积 V 表表 面面 积积 S 比表面积比表面积 aS36pVd2pSd6SpSaVd第二节第二节 颗粒及颗粒群的特性颗粒及颗粒群的特性一、颗粒的特性一、颗粒的特性1292. 非球形颗粒非球形颗粒 （1）当量直径）当量直径de 等体积当量直径等体积当量直径de,V 等表面积当量直径等表面积当量直径de,S 等比表面积当量直径等比表面积当量直径de,a （2）球形度）球形度 （3）比表面积）比表面积aS3,6e VdV,e SdS,6e aSda1与该颗粒体积相等的球体的表面积颗粒的表面积,6pSpe VSaVd第二节第二节 颗粒及颗粒群的特性颗粒

5、及颗粒群的特性一、颗粒的特性一、颗粒的特性1292. 非球形颗非球形颗（1）当量直径）当量直径de 等体积当量直径等体积当量直径de,V : 与颗粒体积相等的圆球直径称为该颗粒与颗粒体积相等的圆球直径称为该颗粒的体积当量直径，其应用较为普遍。的体积当量直径，其应用较为普遍。 等表面积当量直径等表面积当量直径de,S: 与颗粒表面积相等的圆球直径称为面积与颗粒表面积相等的圆球直径称为面积当量直径。当量直径。 36eVVd，eSSd，第二节第二节 颗粒及颗粒群的特性颗粒及颗粒群的特性一、颗粒的特性一、颗粒的特性1292. 非球形颗粒非球形颗粒2. 非球形颗粒非球形颗粒 （2）球形度）球形度: :

6、反映颗粒形状的因数，其定义为与颗粒等体积的反映颗粒形状的因数，其定义为与颗粒等体积的 一个球的表面积与颗粒的表面积之比。一个球的表面积与颗粒的表面积之比。 （3）比表面积）比表面积aS: 2222eVeVeSeSdddd，2233666eSeSeVeVeVddaddd，第二节第二节 颗粒及颗粒群的特性颗粒及颗粒群的特性一、颗粒的特性一、颗粒的特性1292. 非球形颗粒非球形颗粒第一节第一节 概述概述第二节第二节 颗粒及颗粒群的特性颗粒及颗粒群的特性 一、颗粒的特性一、颗粒的特性 二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性第三章第三章 非均相机械分离非均相机械分离1. 标准筛与筛分分布标准筛与筛分分布 泰

7、勒（泰勒（Tyler）标准筛）标准筛以以200筛目筛目(指在指在2.54 cm直线长度上的筛孔数直线长度上的筛孔数)筛子作为基础，其筛筛子作为基础，其筛 孔边长为孔边长为0.074 mm，网线直径为，网线直径为0.053 mm。筛目数为此种筛的筛号数，我国简称筛目数为此种筛的筛号数，我国简称“目数目数”。第二节第二节 颗粒及颗粒群的特性颗粒及颗粒群的特性二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性1301. 标准筛与筛分分布标准筛与筛分分布 泰勒（泰勒（Tyler）标准筛）标准筛目数目数孔孔 径径目数目数孔孔 径径inm mminm mm30.2636680350.016441740.1854699480

8、.011629560.1313327650.008220880.09323621000.0058147100.06516511500.0041104140.04611682000.002974200.03288332700.002153280.02325894000.001538第二节第二节 颗粒及颗粒群的特性颗粒及颗粒群的特性二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性1302. 筛分结果的表示筛分结果的表示 （1）分布函数）分布函数筛过量占样品总量的质量分数筛过量占样品总量的质量分数0分布函数分布函数F粒径粒径dpdp,idp,max1.0Fi特性：特性： 对应某一尺寸对应某一尺寸dp,i的的Fi值表

9、示直值表示直径小于径小于dp,i的颗粒占样品的质量分率；的颗粒占样品的质量分率； 该批颗粒的最大直径该批颗粒的最大直径dp,max处，处，分布函数为分布函数为1.0。第二节第二节 颗粒及颗粒群的特性颗粒及颗粒群的特性二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性1312. 筛分结果的表示筛分结果的表示 （2）频率函数）频率函数0频率函数频率函数f粒径粒径dpdp,ifi特性：特性： 某一粒度范围内的颗粒占全部某一粒度范围内的颗粒占全部样品的质量分数等于该粒度范围内频样品的质量分数等于该粒度范围内频率函数曲线下的面积；率函数曲线下的面积； 频率函数曲线下的全部面积等频率函数曲线下的全部面积等于于1.0。第二节

10、第二节 颗粒及颗粒群的特性颗粒及颗粒群的特性二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性1313. 颗粒群的平均直径颗粒群的平均直径 （1）长度平均直径）长度平均直径 （2）表面积平均直径）表面积平均直径 （3）体积平均直径）体积平均直径 （4）比表面积平均直径）比表面积平均直径颗粒群的特性与哪种几何因素有关，就选择相应的平均直径。颗粒群的特性与哪种几何因素有关，就选择相应的平均直径。2,3,ip il mip iwddwd,3,ip iS mip iwddwd33,1V mip idwd,1a mip idwd第二节第二节 颗粒及颗粒群的特性颗粒及颗粒群的特性二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性1323.

11、颗粒群的平均直径颗粒群的平均直径 （1）长度平均直径（）长度平均直径（dl,m） 表示颗粒平均直径最简便方法是将样品中全部颗粒的直径相加，表示颗粒平均直径最简便方法是将样品中全部颗粒的直径相加，然后除以颗粒的总数。然后除以颗粒的总数。2,1,3,1kip iil mkip iiddd,11kip iilmkiinddn，第二节第二节 颗粒及颗粒群的特性颗粒及颗粒群的特性二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性1323,iip isnkd 3. 颗粒群的平均直径颗粒群的平均直径 （2）表面积平均直径（）表面积平均直径（ds,m） 若颗粒的主要性质与其表面积直接有关，则应定出一种平均直径，若颗粒的主要性质

12、与其表面积直接有关，则应定出一种平均直径，使具有此直径的一个颗粒的表面积，正好等于所有颗粒的表面积的平均使具有此直径的一个颗粒的表面积，正好等于所有颗粒的表面积的平均值。这种直径称为表面积平均直径。值。这种直径称为表面积平均直径。1,3,1kiip is mkip iiddd2,1,1kip iis mkiinddn第二节第二节 颗粒及颗粒群的特性颗粒及颗粒群的特性二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性1323,iip isnkd 3. 颗粒群的平均直径颗粒群的平均直径 （3）体积平均直径（）体积平均直径（dV，m） 具有某一直径的一个颗粒的体积，正好等于所有颗粒的体积的平均具有某一直径的一个颗粒的

13、体积，正好等于所有颗粒的体积的平均值，该颗粒直径称为体积平均直径。值，该颗粒直径称为体积平均直径。3,13,1kip iiV mkiinddn,331,1V mkiip idd3,iip isnkd第二节第二节 颗粒及颗粒群的特性颗粒及颗粒群的特性二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性133 3. 颗粒群的平均直径颗粒群的平均直径 （4）比表面积平均直径（）比表面积平均直径（dV，S, m） 具有某一直径的一个颗粒，其比表面具有某一直径的一个颗粒，其比表面(单位体积颗粒的表面积单位体积颗粒的表面积)等于等于所有颗粒的比表面的平均值，称该颗粒直径为比表面积平均直径，又所有颗粒的比表面的平均值，称该颗粒

14、直径为比表面积平均直径，又称称Sauter平均直径。平均直径。3,1V,S,m2,1kip ikip inddndV,S,m1,1=kip idd第二节第二节 颗粒及颗粒群的特性颗粒及颗粒群的特性二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性1333,iip isnkd例例1 1：已知某种颗粒群的筛分分布如下表，试计算该颗粒群的平均直径。：已知某种颗粒群的筛分分布如下表，试计算该颗粒群的平均直径。粒度范围粒度范围(泰勒筛号泰勒筛号)平均颗平均颗粒直径，粒直径，mm质量质量分率分率粒度范围粒度范围(泰勒筛号泰勒筛号)平均颗平均颗粒直径，粒直径，mm质量质量分率分率-10+141.4100.02-35+480.

15、3560.26-14+201.0010.05-48+650.2520.24-20+280.7110.10-650.1040.15-28+350.5030.18第二节第二节 颗粒及颗粒群的特性颗粒及颗粒群的特性二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性第三章第三章 非均相机械分离非均相机械分离第一节第一节 概述概述第二节第二节 颗粒及颗粒群的特性颗粒及颗粒群的特性 一、颗粒的特性一、颗粒的特性 二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性第三节第三节 沉降沉降 定义：定义：在某种在某种力场力场中利用分散相和连续相之间的中利用分散相和连续相之间的密度差密度差异异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程称为沉降。，使之发生

16、相对运动而实现分离的操作过程称为沉降。 作用力作用力 重重 力力 惯性离心力惯性离心力 重力沉降重力沉降离心沉降离心沉降 第三节第三节 沉降沉降134电电 场场 力力 电电 沉沉 降降 1. 球形颗粒的自由沉降球形颗粒的自由沉降假设：颗粒间彼此相距较远，沉降时互不干扰；假设：颗粒间彼此相距较远，沉降时互不干扰； 颗粒下沉而置换的流体的向上运动对颗粒的沉降影响可以忽略；颗粒下沉而置换的流体的向上运动对颗粒的沉降影响可以忽略； 沉降设备尺寸远大于颗粒直径，故器壁和底面对颗粒沉降的端效应沉降设备尺寸远大于颗粒直径，故器壁和底面对颗粒沉降的端效应不计；不计； 颗粒直径较大，不存在布朗运动。颗粒直径较大

17、，不存在布朗运动。一、重力沉降一、重力沉降134第三节第三节 沉降沉降1. 球形颗粒的自由沉降球形颗粒的自由沉降重力重力Fg阻力阻力FD浮力浮力Fb重力重力浮力浮力阻力阻力36gppFdg36bpFdg22DuFA4() 3pptd gu2d3d4ppppugudu=0 du/dmaxu=ut du/d=0加速沉降加速沉降等速沉降等速沉降沉降速度沉降速度（终端速度）（终端速度）一、重力沉降一、重力沉降134第三节第三节 沉降沉降gbDduFFFmd牛顿第二定律：牛顿第二定律：2. 阻力系数阻力系数 阻力系数阻力系数z zReReP P =0.1250.2200.6000.8061.000一、重

18、力沉降一、重力沉降135第三节第三节 沉降沉降( e )pRzeppd uRm(1)层流区层流区斯托克斯斯托克斯Stokes Rep2(2)过渡区过渡区艾仑艾仑Allen 2Rep500(3)湍流区湍流区牛顿牛顿Newton 500Rep210524 Rep2() 18pptgdum0.618.5 Rep0.6()Re0.269 ppptgdu0.44()1.74 pptgdu一、重力沉降一、重力沉降136第三节第三节 沉降沉降2. 阻力系数阻力系数 4() 3pptd gu4() 3pptd gu4() 3pptd gu3. 影响沉降速度的因素影响沉降速度的因素 颗粒的体积浓度颗粒的体积浓度

19、 器壁效应器壁效应 颗粒形状的影响颗粒形状的影响4. 沉降速度的计算沉降速度的计算 试差法试差法 摩擦数群法摩擦数群法一、重力沉降一、重力沉降137第三节第三节 沉降沉降层流区层流区斯托克斯斯托克斯Stokes Stokes Rep2过渡区过渡区艾仑艾仑Allen 2Allen 2Rep500湍流区湍流区牛顿牛顿Newton 500Newton 500Rep210532() ppgKd m234Re3pK K3.3 3.343.6 摩擦数群法摩擦数群法一、重力沉降一、重力沉降137第三节第三节 沉降沉降4. 沉降速度的计算沉降速度的计算5.非球形颗粒的自由沉降非球形颗粒的自由沉降（补充内容）（补充内容） ( e , )pRzeeV