非均相机械分离-1.ppt
第三章第三章 非均相机械分离非均相机械分离第第3 3章章 非均相机械分离非均相机械分离3.1 概述概述3.2 颗颗粒的沉降粒的沉降3.3 过过滤滤一、什么是非均相物系？一、什么是非均相物系？分散相分散相组分组分连续相连续相3.1 概述概述例如例如:悬浮在空气（连续相）中的粉尘（分散相）悬浮在空气（连续相）中的粉尘（分散相）相系分为两大类：相系分为两大类：a 均相物系均相物系：在连续相和分散相之间没有相界面。：在连续相和分散相之间没有相界面。分离较难，如水分离较难，如水-乙醇乙醇b.非均相物系非均相物系：在连续相和分散相之间存在着明显：在连续相和分散相之间存在着明显的相界面，机械分离过程，如油和水。的相界面，机械分离过程，如油和水。二、非均相物系的分离方法二、非均相物系的分离方法 沉降沉降利用分散相和连续相之间的密度差异，在利用分散相和连续相之间的密度差异，在某种重力场中，使之发生相对运动而实现分离。如某种重力场中，使之发生相对运动而实现分离。如 水中的水中的d=510m的沙粒或粘土。包括重力沉降、的沙粒或粘土。包括重力沉降、离心沉降、电场、磁场、絮凝沉降离心沉降、电场、磁场、絮凝沉降(在浊水中加入在浊水中加入少量的明矾少量的明矾)过滤分离过滤分离 d=410m 离子交换分离离子交换分离 如如:水中的水中的Ca2+,Mg2+膜分离膜分离 如如：海水的脱盐、造纸废水的处理：海水的脱盐、造纸废水的处理三、机械分离在工业生产中的作用三、机械分离在工业生产中的作用用于产品的回收用于产品的回收 环境保护环境保护 废水的净化废水的净化水的净化水的净化吸附（活性炭吸附（活性炭)过滤过滤 磁化磁化 矿化矿化生物接触氧化法；生物接触氧化法；臭氧法；电渗透法；反渗透法臭氧法；电渗透法；反渗透法 废气的净化废气的净化空气空气 油水分离器油水分离器 棉花过滤器棉花过滤器 超细纤维过滤超细纤维过滤器器3.2 颗粒沉降颗粒沉降 3.2.1 重力沉降重力沉降3.2.2 重力沉降分离设备重力沉降分离设备3.2.3 离心离心沉降沉降3.2.4 离心沉降设备离心沉降设备3.2.1 固体颗粒在流体中的重力沉降固体颗粒在流体中的重力沉降 一、球形颗粒的自由沉降与干扰沉降一、球形颗粒的自由沉降与干扰沉降自由沉降自由沉降:当颗粒在一个足够大的容器当颗粒在一个足够大的容器(dp2 105阻力系数骤然下降阻力系数骤然下降层流边界层层流边界层湍流边界层湍流边界层分离点后移，尾流区收缩，形体阻力突然下降分离点后移，尾流区收缩，形体阻力突然下降近似取近似取=0.1 5.重力沉降重力沉降公式的应用公式的应用 如果能够确认流动区域，直接用对应公式如果能够确认流动区域，直接用对应公式 流动区域不能确定，采用试差法流动区域不能确定，采用试差法 假定流动处于层流区，假定流动处于层流区，Stokesu0 Re0 (？2)，yes结束结束no 换用相应区域公式换用相应区域公式 u0 Re0 判断，修正判断，修正四、强化重力沉降的方法四、强化重力沉降的方法增加颗粒的直径，加凝聚剂、助附着剂增加颗粒的直径，加凝聚剂、助附着剂 减小流体的密度、粘度减小流体的密度、粘度ut 减减 减少干扰沉降减少干扰沉降 减减对于液体对于液体=f(T)T 对于气体对于气体=f(T)T 3.2.2 重力沉降分离设备重力沉降分离设备 降尘室降尘室 1.1.工作原理工作原理 气体入室气体入室 减速减速颗粒的沉降运动颗粒的沉降运动&随气体运动随气体运动沉降运动时间沉降运动时间 气体停留时间气体停留时间分离分离流道面积扩大流道面积扩大所需沉降时间所需沉降时间=H/u0在室内停留时间在室内停留时间=L/u分离满足的条件：分离满足的条件：2.能能(100%100%)被除去的最小颗粒直径被除去的最小颗粒直径 100%100%去除去除室顶到室底室顶到室底说明说明 d，容易除去容易除去气量气量V，容易除去容易除去分离所需最分离所需最低低沉降速度沉降速度最低沉降速度最低沉降速度能被分离的最小粒径能被分离的最小粒径说明说明dmin与与颗粒、气体性质，气体处理量，底面积有关颗粒、气体性质，气体处理量，底面积有关考虑考虑是是dmin ，一般认为处在层流区一般认为处在层流区 3.最大处理量（生产能力）最大处理量（生产能力）说明说明Vmax为为某一粒径能某一粒径能100%100%被去除的最大处理量被去除的最大处理量Vmax与与(100%(100%去除去除的的)d,A0有关有关，而与，而与H无关无关 4.补充说明补充说明 气体均布重要性气体均布重要性入口锥形入口锥形 横截面大横截面大操作气速低操作气速低不被卷起不被卷起 底面积大底面积大分离效率高分离效率高【例例】采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。降尘室底面积为降尘室底面积为10，宽和高均为，宽和高均为2m。操作条件下气操作条件下气体密度为体密度为0.75kg/m3，粘度为，粘度为2.6 10-5Pa s，颗粒密度颗粒密度为为3000 kg/m3。降尘室的生产能力为。降尘室的生产能力为3m3/s。试求：试求：（1）理论上可完全回收的最小颗粒直径；）理论上可完全回收的最小颗粒直径；（2）粒径为）粒径为40 m的颗粒的回收百分率；的颗粒的回收百分率；（3）如将降尘室改为多层以完全回收）如将降尘室改为多层以完全回收10 m的颗粒，的颗粒，在原降尘室内需设置多少层水平隔板及板间距。在原降尘室内需设置多少层水平隔板及板间距。解：解：（1）理论上可完全回收的最小颗粒直径）理论上可完全回收的最小颗粒直径在降尘室中能完全被分离出的最小颗粒在降尘室中能完全被分离出的最小颗粒的沉降速度为的沉降速度为假设沉降在层流区，用假设沉降在层流区，用Stokes公式求最公式求最小颗粒直径小颗粒直径核算沉降流型核算沉降流型假设成立，求得的最小粒径有效。假设成立，求得的最小粒径有效。（2）粒径为）粒径为40 m的颗粒的回收百分率的颗粒的回收百分率假设颗粒在炉气中的分布是均匀的，则在气体假设颗粒在炉气中的分布是均匀的，则在气体的停留时间内颗粒沉降的高度与降尘室的高度的停留时间内颗粒沉降的高度与降尘室的高度之比即为该尺寸颗粒被分离下来的分率。之比即为该尺寸颗粒被分离下来的分率。由于各种尺寸的颗粒在降尘室内的停留时间均相由于各种尺寸的颗粒在降尘室内的停留时间均相同，故同，故40 m的颗粒的回收率也可用其沉降速度的颗粒的回收率也可用其沉降速度u0与与69.1 m的颗粒的沉降速度的颗粒的沉降速度u0之比来确定，之比来确定，在层流区在层流区（3）需设置水平隔板层数及板间距）需设置水平隔板层数及板间距由上面计算可知，由上面计算可知，10 m的颗粒的沉降必在的颗粒的沉降必在层流区，可用层流区，可用stokes公式计算沉降速度公式计算沉降速度需设置水平隔板层数需设置水平隔板层数板间距板间距核算气体在多层降尘室内的流型：若忽略隔板厚核算气体在多层降尘室内的流型：若忽略隔板厚度所占的空间，则气体的流速为度所占的空间，则气体的流速为即气体在降尘室的流动为层流，设计合理。即气体在降尘室的流动为层流，设计合理。一、一、颗粒离心沉降运动中的受力分析颗粒离心沉降运动中的受力分析 d，s的球形颗粒的球形颗粒1.离心力离心力2.向心力向心力3.2.3 固体颗粒在流体中的离心沉降固体颗粒在流体中的离心沉降 3.阻力阻力二、二、离心沉降速度离心沉降速度ur颗粒实际运动速度在颗粒实际运动速度在径向径向上的分量；上的分量；方向：由圆心指向外；方向：由圆心指向外；轨迹：逐渐扩大的螺旋线，轨迹：逐渐扩大的螺旋线，3.2.4 离心沉降设备离心沉降设备重力沉降的不足与离心沉降的优势重力沉降的不足与离心沉降的优势设备体积小而分离效率高设备体积小而分离效率高旋风分离器旋风分离器 1.构造与工作原理构造与工作原理 圆筒、圆锥、矩形切线入口圆筒、圆锥、矩形切线入口气流旋转气流旋转向下向下螺旋运动到锥口螺旋运动到锥口向上向上螺旋运动螺旋运动（气芯）（气芯）顶部中央排气口顶部中央排气口颗粒颗粒器壁器壁与气流分离，滑落与气流分离，滑落离心力作用离心力作用 2.分离性能估计分离性能估计 （1）能被分离出的最小颗粒直径）能被分离出的最小颗粒直径 临界直径临界直径dc假定假定 ut保持不变，且等于进气速度保持不变，且等于进气速度ui 穿越最大气层厚穿越最大气层厚=B 相对运动为层流相对运动为层流S Stokestokes公式可用公式可用 将将g换为换为rm-平均旋转半径平均旋转半径颗粒沉降速度颗粒沉降速度假设假设沉降时间沉降时间气芯前圈气芯前圈数数=N运行距离运行距离有效停留时间有效停留时间某一粒径能某一粒径能(100%)(100%)被分离出的条件被分离出的条件:其穿越其穿越B所需所需时间时间 dc的颗粒的颗粒=1实际上实际上ddc入器时如其入器时如其BB，也可以被分离也可以被分离粒级效率曲线粒级效率曲线（4）压）压降降摩擦阻力摩擦阻力：进气管、排气管、器壁进气管、排气管、器壁压降常表示为压降常表示为阻力系数实测阻力系数实测经验经验（3）总效率）总效率 O：被分离出来的颗粒点全部颗粒的质量分数被分离出来的颗粒点全部颗粒的质量分数局部阻力局部阻力：各局部：各局部动能损失动能损失：气旋：气旋入口气体流量入口气体流量 V,入口气速入口气速 ui ui,涡流加剧涡流加剧 压降压降 ui=1525m/s较小的分离器较小的分离器 当处理量较大时，常并联使用几个小的分离器当处理量较大时，常并联使用几个小的分离器 出口管的长度出口管的长度 分离器的直径分离器的直径排气设备排气设备 在尘粒出口出为负压在尘粒出口出为负压,若不密封若不密封,空气将会进入，空气将会进入，阻碍尘粒的下降。阻碍尘粒的下降。3.分离效率的影响因素分离效率的影响因素 4.选型与计算选型与计算 根据根据处理量处理量、允许压降允许压降、粉尘性质粉尘性质、分离效率分离效率选型选型注意权衡效率与阻力注意权衡效率与阻力
