《機械分離》PPT課件

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1、第三章??機械分離難點：過濾基本方程的應(yīng)用、過濾設(shè)備重點：過濾和沉降的基本理論、基本方程均相物系(honogeneoussystem):均相混合物。物系內(nèi)部各處均勻且無相界面。如溶液和混合氣體都是均相物系。自然界的混合物分為兩大類：非均相物系(non-honogeneoussystem):非均相混合物。物系內(nèi)部有隔開不同相的界面存在，且界面兩側(cè)的物料性質(zhì)有顯著差異。如：懸浮液、乳濁液、泡沫液屬于液態(tài)非均相物系，含塵氣體、含霧氣體屬于氣態(tài)非均相物系。第一節(jié)?????概述分散相：分散物質(zhì)。在非均相物系

2、中，處于分散狀態(tài)的物質(zhì)。連續(xù)相：分散介質(zhì)。包圍著分散物質(zhì)而處于連續(xù)狀態(tài)的流體。非均相物系由分散相和連續(xù)相組成要實現(xiàn)分離，必須使分散相和連續(xù)相之間發(fā)生相對運動。因此，非均相物系的分離操作遵循流體力學(xué)的基本規(guī)律。非均相物系的分離原理：非均相物系分離的理論基礎(chǔ)：根據(jù)兩相物理性質(zhì)(如密度等)的不同而進行的分離。由于非均相物的兩相間的密度等物理特性差異較大，因此常采用機械方法進行分離。按兩相運動方式的不同，機械分離大致分為沉降和過濾兩種操作。通常先造成一個兩相物系，再用機械分離的方法分離，如蒸餾，萃取等。非

3、均相物系的分離方法：均相物系的分離：非均相物系的分離沉降Settling自來水廠水的凈化分三步，第一步是絮凝過程，也可以叫反應(yīng)過程。在流動中使水中的雜質(zhì)顆粒絮凝長大；第二步是沉降。沉降池是使大顆粒得以除去。第三步是砂濾。砂濾池，進一步用900mm厚砂層，將小顆粒雜質(zhì)濾去。自來水廠的主要流程廣州水廠全貌圖中蘭色粗管是來自珠江的原料水，條形池子是絮凝池，左側(cè)池是沉降池。這是沉降池。圖為絮凝之后的水，是從沉降池底部流入，到池子上部水已很清了。水廠沉降池定義：沉降力場：重力、離心力。在某種力場的作用下，利

4、用分散物質(zhì)與分散介質(zhì)的密度差異，使之發(fā)生相對運動而分離的單元操作。沉降操作分類：重力沉降、離心沉降。第一節(jié)流體與粒子的相對運動圖流體繞過顆粒的流動uFdFd與顆粒運動的方向相反當(dāng)流體相對于靜止的固體顆粒流動時，或者固體顆粒在靜止流體中移動時，由于流體的粘性，兩者之間會產(chǎn)生作用力，這種作用力通常稱為曳力（dragforce)或阻力。只要顆粒與流體之間有相對運動，就會產(chǎn)生阻力。對于一定的顆粒和流體，只要相對運動速度相同，流體對顆粒的阻力就一樣。一、顆粒在流體中的運動（一）曳力與曳力系數(shù)理想流體實際流體

5、流體繞球形顆粒的流動ρ——流體密度；μ——流體粘度；dp——顆粒的當(dāng)量直徑；AP——顆粒在運動方向上的投影面積；u——顆粒與流體相對運動速度。CD——阻力系數(shù)，是雷諾數(shù)Re的函數(shù)，由實驗確定。顆粒所受的阻力Fd可用下式計算曳力與雷諾數(shù)層流區(qū)（斯托克斯Stokes區(qū)，10-4

6、不同的計算式表示為：自由沉降（freesettling）：單個顆粒在流體中沉降，或者顆粒群在流體中分散得較好而顆粒之間互不接觸互不碰撞的條件下沉降。（二）顆粒的自由沉降與沉降速度重力沉降(gravitysettling)：由地球引力作用而發(fā)生的顆粒沉降過程，稱為重力沉降。沉降速度球形顆粒的自由沉降顆粒在流體中流動時沉降受力及形態(tài)重力Fg；浮力Fb；曳力FDRet>500Ret<1沉降速度的推導(dǎo)：根據(jù)牛頓第二定律，顆粒的重力沉降運動基本方程式應(yīng)為:u重力Fg阻力FD浮力Fb?p為顆粒密度隨著顆粒向下

7、沉降，u逐漸增大，du/dt逐漸減少。當(dāng)u增到一定數(shù)值ui時，du/dt=0。顆粒開始作勻速沉降運動。上式表明：顆粒的沉降過程分為兩個階段：沉降速度（terminalvelocity）：也稱為終端速度，勻速階段顆粒相對于流體的運動速度。當(dāng)du/dt=0時，令u=ut，則可得沉降速度計算式加速階段；勻速階段。將不同流動區(qū)域的阻力系數(shù)分別代入上式，得球形顆粒在各區(qū)相應(yīng)的沉降速度分別為：層流區(qū)（ReP<1）過渡區(qū)（1

8、層流區(qū)與過渡區(qū)中，ut還與流體粘度有關(guān)。液體粘度約為氣體粘度的50倍，故顆粒在液體中的沉降速度比在氣體中的小很多。假設(shè)流體流動類型；計算沉降速度；計算ReP，驗證與假設(shè)是否相符；如果不相符，則轉(zhuǎn)①。如果相符，OK!求沉降速度通常采用試差法。沉降速度的求法：例：計算直徑為95?m，密度為3000kg/m3的固體顆粒分別在20℃的空氣和水中的自由沉降速度。計算Re，核算流型：假設(shè)正確，計算有效。解：在20℃的水中：20℃水的密度為998.2kg/m3，粘度為1.005×10-3Pa?s