1、1第三章、非均相混合物分離及固體流態化 通過本章學習，掌握沉降、過濾、固體流態化及氣力輸送等過程的原理、計算方法、典型設備的結構特性，能夠根據生產工藝的要求，合理選擇設備。學習目的與要求2概述物系中存在相界面的混合物就是非均相混合物 非均相混合物分散相或分散物質：處于分散狀態的物質（如分散在流體中的固體顆粒、液滴、氣泡等）連續相或分散介質：包圍著分散相而處于連續狀態的物質（如氣態非均相混合物中的氣體、液態非均相混合物中的液體）。 3概述 機械分離方法，即利用非均相混合物中兩相的物理性質（如密度、顆粒形狀、尺寸等）的差異，使兩相之間發生相對運動而使其分離。 機械分離方法過濾沉降4概述非均相混和物

2、分離的應用：（1）收集分散物質。（2）凈化分散介質。 （3）環境保護。 5第三章、非均相混合物分離及固體流態化3.1 沉降分離原理及設備3.1.1 顆粒相對于流體的運動6一、顆粒的特性1. 球形顆粒：球形顆粒的尺寸由直徑d確定。 36dV2Sd6SaVd比表面積比表面積 體積體積 表面積表面積 72. 非球形顆粒：需要形狀和大小兩個參數來描述其特性 （1）球形度 spSS（34） s顆粒的表面積與該顆粒體積相等的球體的表面積非球形顆粒 1s球形顆粒 1s一、顆粒的特性8（2）顆粒的當量直徑體積當量直徑 36epdV比表面積當量直徑 6adaasedd兩者關系一、顆粒的特性936peVd2eps

3、dS6sead非球形顆粒的特性，即非球形顆粒的特性，即比表面積比表面積 體積體積 表面積表面積 一、顆粒的特性10二、 球形顆粒的自由沉降圖3-1 沉降顆粒的受力情況 11顆粒受到三個力 重力浮力阻力36gSFdg36bFdg22duFA二、 球形顆粒的自由沉降阻力系數或曳力系數12根據牛頓第二運動定律 2323()()6426SSududgddd二、 球形顆粒的自由沉降分析顆粒運動情況：加速度最大阻力加速度0u tuutuuu加速度=0加速度=0加速段勻速段13 沉降速度 勻速階段中顆粒相對于流體的運動速度稱為沉降速度，由于該速度是加速段終了時顆粒相對于流體的運動速度，故又稱為“終端速度”，

4、也可稱為自由沉降速度。 tu4()3stgdu（3-15） 二、 球形顆粒的自由沉降14三、 阻力系數（曳力系數） 通過量綱分析可知，是顆粒與流體相對運動時雷諾數Ret和球形度s的函數 Re ,tsfRettdu 隨Ret及s 變化的實驗測定結果見圖3-2。圖3-2 關系曲線 Ret16對球形顆粒 關系曲線大致可分為三個區域 Ret爬流（又稱蠕動流Creeping flow） 410Re1t24Ret（3-17） 滯流區或斯托克斯(Stokes)定律區 2()18stdgu（3-20） 三、 阻力系數（曳力系數）1731Re10t過渡區或艾侖（Allen）定律區 0.618.5Ret0.6()

5、0.27Resttdgu（3-18） （3-21） 三、 阻力系數（曳力系數）183510Re2 10t（3-19） （3-22） 湍流區或牛頓（Newton）定律區 0.44()1.74stdgu三、 阻力系數（曳力系數）19滯流區湍流區過渡區表面摩擦阻力形體阻力三、 阻力系數（曳力系數）20四、 影響沉降速度的因素自由沉降干擾沉降 沉降過程中，任一顆粒的沉降不因其它顆粒的存在而受到干擾 如果分散相的體積分率較高，顆粒間有明顯的相互作用，容器壁面對顆粒沉降的影響不可忽略，這時的沉降稱為干擾沉降或受阻沉降。 21在實際沉降操作中，影響沉降速度的因素有：1、顆粒的體積分數2、器壁效應3、顆粒形狀

6、的影響 四、 影響沉降速度的因素22第三章、非均相混合物分離及固體流態化3.1 沉降分離原理及設備3.1.1 顆粒相對于流體的運動3.1.2 重力沉降23一、 重力沉降速度的計算1、試差法 假設沉降屬于某一流型 計算沉降速度 核算Ret 242、摩擦數群法 2()sgKd 3234Re3tKRettud2ReRett曲線圖，最后由曲線圖，最后由 Ret 反求反求 ut ，即，即 查查 先計算先計算一、 重力沉降速度的計算2ReRett查查曲線圖，最后由曲線圖，最后由 Ret 反求反求 ut ，即，即 2ReRett查查261234 ()Re3sttgu Rettdu 若要計算介質中具有某一沉降

7、速度若要計算介質中具有某一沉降速度 ut 的顆粒的的顆粒的直徑，可先令直徑，可先令 1ReRett查查 曲線圖，可求直徑曲線圖，可求直徑 d ，即，即一、 重力沉降速度的計算2ReRett28量綱為一數群判別： K 2.62為斯托克斯定律區，2.62 K 69.1為牛頓定律區。2()sgKd 3一、 重力沉降速度的計算29二、重力沉降設備1、降塵室降塵室是依靠重力沉降從氣流中分離出固體顆粒的設備 30圖3-4 降塵室示意圖二、重力沉降設備氣流水平通過降塵室速度沉降速度動畫1331ttHulut 或或 tlHuu 位于降塵室最高點的顆粒沉降到室底所需的時間為位于降塵室最高點的顆粒沉降到室底所需的

8、時間為氣體通過降塵室的時間為氣體通過降塵室的時間為欲使顆粒被分離出來，則降塵室高沉降速度降塵室長氣流水平通過降塵室速度二、重力沉降設備32, v squHb,v stqblu根據降塵室的生產能力，氣體在降塵室內的水平通過速度為整理得整理得降塵室生產能力（3-30） 上式表明，理論上降塵室的生產能力只與其沉降面積及顆粒的沉降速度有關，而與降塵室高度H無關。 二、重力沉降設備33對設置了n層水平隔板的降塵室，其生產能力為：1stVnblu（3-30a） 二、重力沉降設備動畫1434 降塵室結構簡單，流動阻力小，但體積龐大，分離效率低，通常只適用于分離粒度大于50 m的粗粒，一般作為預除塵使用。多層降塵室雖能分離較細的顆粒且節省占地面積，但清灰比較麻煩。 二、重力沉降設備352沉降槽 沉降槽是利用重力沉降來提高懸浮液濃度并同時得到澄清液體的設備。 3分級器 利用重力沉降可將懸浮液中不同粒度的顆粒進行粗略的分離，或將兩種不同密度的顆粒進行分類，這樣的過程統稱為分級，實現分級操作的設備稱為分級器。二、重力沉降設備36雙錐分級器