文档介绍：第三章非均相物系的分离
第一节概述
化工生产中常遇到的混合物可分为两大类:
第一类是均相物系—如混合气体、溶液,
特征:物系内各处性质相同,无分界面。须用吸收、蒸馏等方法分离。
第二类是非均相体系—
液态非均相物系
固体颗粒与液体构成的悬浮液;
不互溶液体构成的乳浊液;
气态非均相物系
固体颗粒(或液体雾滴)与气体构成的含尘气体(或含雾气体);
气泡与液体所组成的泡沫液等。
特征:物系内有相间的界面,界面两侧的物性截然不同。
(1)分散相:往往是液滴、雾滴、气泡,固体颗粒,µm。
(2)连续相:连续相若为气体,则为气相非均相物系。
连续相若为液体,则为液相非均相物系。
非均相物系分离的目的:
净制参与工艺过程的原料气或原料液。
回收母液中的固体成品或半成品。
分离生产中的废气和废液中所含的有害物质。
回收烟道气中的固体燃料及回收反应气中的固体触媒等。
总之:以满足工艺要求,提高产品质量,改善劳动条件,保护环境,节约能源及提高经济效益。
常用分离方法:
重力沉降:微粒借本身的重力在介质中沉降而获得分离。
离心分离:利用微粒所受离心力的作用将其从介质中分离。亦称离心沉降。此法适用于较细的微粒悬浮体系。
过滤:使悬浮体系通过过滤介质,将微粒截留在过滤介质上而获得分离。
湿法净制:使气相中含有的微粒与水充分接触而将微粒除去。
电除尘:使悬浮在气相中的微粒在高压电场内沉降。
本章主要讨论:利用机械方法分离非均相物系,按其涉及的流动方式不同,可大致分为沉降和过滤两种操作方式。
颗粒和流体相对运动时所受到的阻力
流体以一定的速度绕过静止颗粒时
或者固体颗粒在静止流体中移动时流体对颗粒的作用力——ye力Fd
[N]
式中,A—颗粒在运动方向上的投影,pdp2
u—相对运动速度
x—阻力系数, x=F(Re)=F(dpur/m)
层流区:Re<2, x=24/Re ──Stokes区
过渡区:Re=2—500, ──Allen区
湍流区:Re=500--2´105, x≌ ──Newton区
第二节重力沉降
球形颗粒的自由沉降
自由沉降──对于单一颗粒在流体中的沉降或者颗粒群充分地分散、颗粒间互不影响,不致引起相互碰撞的沉降过程。
ρs›ρ
重力
阻力
浮力
——
沉降开始时,颗粒初速度为零,
颗粒受重力和浮力的作用,合力不为零,
产生加速度。
——
随着速度加快,阻力增加,当合力为零时,
颗粒将发生匀速运动─是沉降速度ut.
重力:
浮力:
阻力:
由牛顿第二定理F=ma
Fg-Fb-Fd=mdu/dt
整理后得:
在du/dt=0,u=ut
x=F(Re),将不同的x带入ut,可得各种流动状态下的ut的计算式:
层流区:Re<2, ──Stokes公式
过渡区:Re=2—500, ∙
湍流区:Re=500--2´105,
ut=f(dp,rp,m), dp,rp↑,ut↑
m↑,ut↓(层流区,过渡区)
适合范围:光滑的球形颗粒。
举例:影响沉降速度ut的因素:
1〉颗粒形状,当量球径,(如当量直径),偏离球形约大,阻力越大;
2〉颗粒浓度不太高<%,假设自由沉降<1%.
3〉壁面效应
4〉分子运动,d<2~3µm
5〉液滴和气泡的变形
6〉其它,如颗粒rp不均匀。
L
H
W
ut
u
Vs
二、沉降器设计计算——气体降尘设备
用于分离大颗粒尘
在降尘室中,颗粒停留时间=L/u
沉降时间=H/ut
分离条件——L/u≥H/ut
由于尘粒中,颗粒粒径不相同,故定义一种粒子。其停留时间=沉降时间,即可以100%除去的最小粒径——临界粒径dpc
∵∴
与临界粒径dpc相对应的临界沉降速度(又称表面负荷qo)
当尘粒沉降速度处于层流区时,
表明:1。大于dpc的尘粒能100%除去。
,与高度H无关。
第三节离心沉降
依靠离心力的作用,使流体中颗粒产生沉降运动——称离心沉降。
重力使小颗粒的沉降速度小,但离心力比重力大千、万倍。
悬浮液
旋转轴
角速度w
一、离心分离因数:
一圆筒旋转,角速度w [rad/s] =2pN/60
N——转数/min
被分离液体,密度r、m;颗粒密度rp、dp
颗粒的旋转半径为r
忽略重力时,离心力Fc = m a= mrw 2≌ mrN2/100
可见,N↑,Fc↑
设离心分离因数Kc= rw2/g ≌ rN2/900
离心分离因数Kc是表示离心力大小的指