第四章沉降1教材

第四章沉降与过滤多相混合物分离

混合物分离方法：均相沉降过滤精馏吸收萃取…重力沉降：在地球引力作用下而发生的沉降分离过程称为重力沉降。一、重力沉降速度（一）、球形颗粒的自由沉降第一节重力沉降1.自由沉降单个颗粒或互不接触和碰撞的颗粒群在流体中的沉降过程称为自由沉降。颗粒沉降的必要条件：

①、ρs>ρ流体

②、流体静止2.受力分析①重力：直径为d的球形颗粒受到的重力为：Fg=mg=

；其中ρs为颗粒密度。②、浮力：当流体处于重力场中时，颗粒受到的浮力等于：

③、阻力Fd=

（）3、重力沉降速度根据牛顿第二定律：重力-浮力-阻力=颗粒质量×加速度

--=

当加速度为零时颗粒便作均速运动，此时的速度称为沉降速度,用ut表示。

--=0阻力系数上式的应用条件：①颗粒为球形；②颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰；③容器壁对沉降的阻滞作用可以忽略不计；④颗粒直径不能小到受流体分子运动的影响。（二）阻力系数1.球形度Φ2.Re=dutρ/μ

颗粒的外表面积与颗粒体积相等的一个圆球的表面积ζ=f(Re,Φ)，Re的定义不变，但流速要用沉降速度：阻力系数ζ=f(Re,Φ）3、不同区域的ζ值和沉降速度计算式1）层流区（斯托克斯（Stokes）定律区）,

Re=dutρ/μ斯托克斯公式2）、过渡区（，称为Allen区）

艾伦公式

开立方3）湍流区ζ=0.44牛顿公式（三）沉降速度的计算1、已知颗粒直径d计算ut，用试差法;2、已知沉降速度ut求颗粒直径d;

（1μm(微米)=10-6m，一根头发的直径约为80μm）二、降尘室:利用重力沉降原理将颗粒从气流中分离出来的设备。1.工作原理：1)颗粒在降层室中的运动气体水平通过降尘室的速度2.

最大生产能力：2)颗粒被除去的条件:某一粒径的粒子能100%被除去的条件是其从室顶沉降到室底所需要的时间τt小于气流在室内的停留时间τ.Vs≤bLut

降尘室的生产能力只与底面积和沉降速度有关,而与降尘室的高度无关

3.多层降尘室

3)最大生产能力H=Nh多层降尘器公式推导：设单层的生产能力为VS因此，将高度较小的多个单层降尘室重迭起来，构成多层降尘室，可以增加生产能力。4.临界粒径某降尘器能够去除的最小颗粒直径即为临界粒径，用dc表示。对于单层降尘器，临界沉降速度为：降尘室的底面积若颗粒沉降位于层流区，则有：临界粒径（4）降尘器的优缺点①结构简单，阻力小；②体积大，效率低；③只能分离直径大于50μm的粒子，约为头发丝直径的一半左右（一根头发丝的直径平均约为80μm）。解题思路：1）、要求某颗粒能够被完全沉淀下来，理论上必须满足τ=τt.而满足此条件的粒径称为临界粒径，故可以用下式计算：2)、对于小于临界粒径的颗粒，回收率等于：3)、完全回收较小粒径的颗粒，可以用多层降尘层，增加底面积,降低ut.三、沉降槽它是一个底部略呈锥形的大直径浅槽，料液由伸入液面以下0.3～1m的进料管加入,并迅速分散到整个截面上，液体缓慢向上流动，清液经溢流堰流出，而颗粒则沉于底部，由缓慢转动的耙汇集于底部中央的排渣口连续排出。适用于：含固体颗粒较少，且处理量大的悬浮液。一、沉降速度和分离因素第二节离心沉降离心沉降：在离心力作用下而发生的沉降分离过程，称为离心沉降。在离心力场中颗粒将与流体在离心力方向上作相对运动：1、惯性离心力（类似于重力）:

相当于重力，区别为：加速度不同2、向心力（类似于重力场中浮力，方向为沿半径指向旋转中心）：

区别：加速度不同3、阻力（方向为沿半径指向旋转中心）：（ur为颗粒与流体在径向上的相对速度，或法向速度,m·s-1）4、离心沉降速度当a等于0时，颗粒在径向上相对于流体的运动速度ur即为颗粒在该位置处的离心沉降速度，即：离心沉降速度重力沉降速度加速度不同5、阻力系数ζ(与重力沉降计算时相同)：若为层流，则ζ=24/Re:

ζ=24/Re应用：小颗粒沉降。小颗粒沉降一般位于斯托克斯区。6、离心分离因素同一颗粒在同一流体中的离心沉降速度与重力沉降速度之比，称为离心分离因素。

离心分离因素（Kc=5~2500）离心沉降速度是重力沉降速度的5~2500倍二、离心沉降设备1、旋风分离器（1）构造与工作原理：旋风分离器是利用离心沉降原理从气流中分离出颗粒的设备。人类是从自然界的旋风得到的启示。2011年四月，美国发生龙卷风图。

①构造：对于标准形旋风分离器，只要规定出其中一个主要尺寸，如圆筒直径D或进气口宽度B，则其它各部分的尺寸亦确定。②、旋风分离器工作原理适用范围：去除气流中＞5μm的颗粒（2）旋风分离器的主要性能指标①临界粒径：能被完全分离除去的最小颗粒直径，用于衡量旋风分离器的效率。临界粒径可以粗略地用下式计算：取等号，就是恰好能100%被分离出来的颗粒直径。标准型Ne=5。旋风分离器进气口宽度含尘气体的进口气速，m/s影响dc的因素：①颗粒性质，②气体性质，③旋风分离器的结构（如直径D），④处理量。处理量越大(ui越大)、颗粒密度越大、进口越窄、长径比越大（Ne越大），则临界直径越小，或者说越容易分离。含尘气体的进口气速，m/s旋风分离器进气口宽度②分离效率A、总效率：旋风分离器的总效率进口气体中的颗粒浓度出口气体中的颗粒浓度，kg/m3缺点：不能表示旋风分离器对于各种尺寸粒子的分离效果被分离出来的颗粒质量占进入颗粒总质量的百分比B、粒级效率粒径在第i段的颗粒的粒级效率进口气体中粒径在第i小段的颗粒浓度出口气体中粒径在第i段的颗粒浓度各种尺寸的颗粒被分离出来的质量分率③分割粒径（d50）：若含尘气体中某直径颗粒能够被去除50%，则该颗粒的直径称为分割粒径，用d50表示。对于标准型旋风分离器：旋风分离器的圆筒直径，m分割粒径

④由d50计算粒级效率ηp:颗粒直径，m⑤总效率与粒级效率的关系：某粒径的质量分数⑥压降：引起原因：A.摩擦阻力，B.局部阻力，C.气体旋转运动所产生的能量损失。对于标准型旋风分离器，ζ＝8，Δp一般为0.5～2kPa2、旋液分离器（自学）①用途：旋液分离器是利用离心力使悬浮液中的固体颗粒增稠或使粒径不同及密度不同的颗粒分级设备。②原理和构造：与旋风分离器相似。③特点：直径小，圆锥部分长。目的：增大离心力，提高沉降速度，增大液流行程，有利于分离。3、沉降离心机（自学）（1）管式离心机构造：主要构件为内径0.075～0.15m,长1.5m管式转鼓，