第四章沉降與過濾多相混合物分離

混合物分離方法：均相沉降過濾精餾吸收萃取…重力沉降：在地球引力作用下而發生的沉降分離過程稱為重力沉降。一、重力沉降速度（一）、球形顆粒的自由沉降第一節重力沉降1.自由沉降單個顆粒或互不接觸和碰撞的顆粒群在流體中的沉降過程稱為自由沉降。顆粒沉降的必要條件：

①、ρs>ρ流體

②、流體靜止2.受力分析①重力：直徑為d的球形顆粒受到的重力為：Fg=mg=

；其中ρs為顆粒密度。②、浮力：當流體處于重力場中時，顆粒受到的浮力等于：

③、阻力Fd=

（）3、重力沉降速度根據牛頓第二定律：重力-浮力-阻力=顆粒質量×加速度

--=

當加速度為零時顆粒便作均速運動，此時的速度稱為沉降速度,用ut表示。

--=0阻力系數上式的應用條件：①顆粒為球形；②顆粒沉降時彼此相距較遠，互不干擾；③容器壁對沉降的阻滯作用可以忽略不計；④顆粒直徑不能小到受流體分子運動的影響。（二）阻力系數1.球形度Φ2.Re=dutρ/μ

顆粒的外表面積與顆粒體積相等的一個圓球的表面積ζ=f(Re,Φ)，Re的定義不變，但流速要用沉降速度：阻力系數ζ=f(Re,Φ）3、不同區域的ζ值和沉降速度計算式1）層流區（斯托克斯（Stokes）定律區）,

Re=dutρ/μ斯托克斯公式2）、過渡區（，稱為Allen區）

艾倫公式

開立方3）湍流區ζ=0.44牛頓公式（三）沉降速度的計算1、已知顆粒直徑d計算ut，用試差法;2、已知沉降速度ut求顆粒直徑d;

（1μm(微米)=10-6m，一根頭發的直徑約為80μm）二、降塵室:利用重力沉降原理將顆粒從氣流中分離出來的設備。1.工作原理：1)顆粒在降層室中的運動氣體水平通過降塵室的速度2.

最大生產能力：2)顆粒被除去的條件:某一粒徑的粒子能100%被除去的條件是其從室頂沉降到室底所需要的時間τt小于氣流在室內的停留時間τ.Vs≤bLut

降塵室的生產能力只與底面積和沉降速度有關,而與降塵室的高度無關

3.多層降塵室

3)最大生產能力H=Nh多層降塵器公式推導：設單層的生產能力為VS因此，將高度較小的多個單層降塵室重迭起來，構成多層降塵室，可以增加生產能力。4.臨界粒徑某降塵器能夠去除的最小顆粒直徑即為臨界粒徑，用dc表示。對于單層降塵器，臨界沉降速度為：降塵室的底面積若顆粒沉降位于層流區，則有：臨界粒徑（4）降塵器的優缺點①結構簡單，阻力小；②體積大，效率低；③只能分離直徑大于50μm的粒子，約為頭發絲直徑的一半左右（一根頭發絲的直徑平均約為80μm）。解題思路：1）、要求某顆粒能夠被完全沉淀下來，理論上必須滿足τ=τt.而滿足此條件的粒徑稱為臨界粒徑，故可以用下式計算：2)、對于小于臨界粒徑的顆粒，回收率等于：3)、完全回收較小粒徑的顆粒，可以用多層降塵層，增加底面積,降低ut.三、沉降槽它是一個底部略呈錐形的大直徑淺槽，料液由伸入液面以下0.3～1m的進料管加入,并迅速分散到整個截面上，液體緩慢向上流動，清液經溢流堰流出，而顆粒則沉于底部，由緩慢轉動的耙匯集于底部中央的排渣口連續排出。適用于：含固體顆粒較少，且處理量大的懸浮液。一、沉降速度和分離因素第二節離心沉降離心沉降：在離心力作用下而發生的沉降分離過程，稱為離心沉降。在離心力場中顆粒將與流體在離心力方向上作相對運動：1、慣性離心力（類似于重力）:

相當于重力，區別為：加速度不同2、向心力（類似于重力場中浮力，方向為沿半徑指向旋轉中心）：

區別：加速度不同3、阻力（方向為沿半徑指向旋轉中心）：（ur為顆粒與流體在徑向上的相對速度，或法向速度,m·s-1）4、離心沉降速度當a等于0時，顆粒在徑向上相對于流體的運動速度ur即為顆粒在該位置處的離心沉降速度，即：離心沉降速度重力沉降速度加速度不同5、阻力系數ζ(與重力沉降計算時相同)：若為層流，則ζ=24/Re:

ζ=24/Re應用：小顆粒沉降。小顆粒沉降一般位于斯托克斯區。6、離心分離因素同一顆粒在同一流體中的離心沉降速度與重力沉降速度之比，稱為離心分離因素。

離心分離因素（Kc=5~2500）離心沉降速度是重力沉降速度的5~2500倍二、離心沉降設備1、旋風分離器（1）構造與工作原理：旋風分離器是利用離心沉降原理從氣流中分離出顆粒的設備。人類是從自然界的旋風得到的啟示。2011年四月，美國發生龍卷風圖。

①構造：對于標準形旋風分離器，只要規定出其中一個主要尺寸，如圓筒直徑D或進氣口寬度B，則其它各部分的尺寸亦確定。②、旋風分離器工作原理適用范圍：去除氣流中＞5μm的顆粒（2）旋風分離器的主要性能指標①臨界粒徑：能被完全分離除去的最小顆粒直徑，用于衡量旋風分離器的效率。臨界粒徑可以粗略地用下式計算：取等號，就是恰好能100%被分離出來的顆粒直徑。標準型Ne=5。旋風分離器進氣口寬度含塵氣體的進口氣速，m/s影響dc的因素：①顆粒性質，②氣體性質，③旋風分離器的結構（如直徑D），④處理量。處理量越大(ui越大)、顆粒密度越大、進口越窄、長徑比越大（Ne越大），則臨界直徑越小，或者說越容易分離。含塵氣體的進口氣速，m/s旋風分離器進氣口寬度②分離效率A、總效率：旋風分離器的總效率進口氣體中的顆粒濃度出口氣體中的顆粒濃度，kg/m3缺點：不能表示旋風分離器對于各種尺寸粒子的分離效果被分離出來的顆粒質量占進入顆粒總質量的百分比B、粒級效率粒徑在第i段的顆粒的粒級效率進口氣體中粒徑在第i小段的顆粒濃度出口氣體中粒徑在第i段的顆粒濃度各種尺寸的顆粒被分離出來的質量分率③分割粒徑（d50）：若含塵氣體中某直徑顆粒能夠被去除50%，則該顆粒的直徑稱為分割粒徑，用d50表示。對于標準型旋風分離器：旋風分離器的圓筒直徑，m分割粒徑

④由d50計算粒級效率ηp:顆粒直徑，m⑤總效率與粒級效率的關系：某粒徑的質量分數⑥壓降：引起原因：A.摩擦阻力，B.局部阻力，C.氣體旋轉運動所產生的能量損失。對于標準型旋風分離器，ζ＝8，Δp一般為0.5～2kPa2、旋液分離器（自學）①用途：旋液分離器是利用離心力使懸浮液中的固體顆粒增稠或使粒徑不同及密度不同的顆粒分級設備。②原理和構造：與旋風分離器相似。③特點：直徑小，圓錐部分長。目的：增大離心力，提高沉降速度，增大液流行程，有利于分離。3、沉降離心機（自學）（1）管式離心機構造：主要構件為內徑0.075～0.15m,長1.5m管式轉鼓，