,化 工 原 理,
（上）
主讲人：戴猷元
2003.2
目 录绪论第一章 流体流动第二章 流体输送机械第三章 流体流过颗粒和颗粒层的流动第四章 非均相物系的分离第五章 传热第六章 蒸发总结第四章 非均相混合物的分离第一节 重力沉降及设备第二节 离心沉降及设备第三节 过滤第四节 非均相体系分离的强化第一节 重力沉降及设备分离介质 气－固 降尘室 分散相液－固 沉降槽 连续相一,降尘室假设,① 气流滞流流动 （ 平推流 ）
② 沉降高度 H,ut以 dmin计
沉 停
//tH u L u沉 停 t
1,处理量 VS（ 一定 ）
与 H无关,H↘,VS一定 u↗?停 ↘,?沉 ↘ 。
2,可采用多层,适当降低 H。
a,保证滞流 b,方便清理
3,一般情况下
a,气体流速 1～ 3m/s,Re(流动 )＝ 1400-1700
b,H=40mm-100mm,（ 除尘 ）
c,除尘颗粒 75μm以上 。
/S S tu V B H V u LB
二,悬浮液沉降槽目的：取清液；取沉渣 （ 增稠器 ）
1,沉降过程分析
AB界面在一定时间内等速下降,干扰沉降,
颗粒大小不超过 6:1,相同速度 。
相对于器壁,uo表观沉降速度 （ 不同于 ut） 。
其后,uo＝ f(c),AD界面下降缓慢：压紧过程 。
2,连续沉降槽计算清液上浮溢流 → A,h，
固体进入底流 → 求 A
假设：固相全部由底流排出；溢流清液无固体 。 W：固体质量流量 kg/h； X：
某截面悬浮液固液比； XC：底流悬浮液固液比 。
以固体为分析对象：固相实际流速＝ u+uo，
u：悬浮液体向下运动 (底流带走部分液体 )
底流中固相体积流量,W/ρ S
底流总体积流量：
各截面固体流道：
/ / ( ) /SC
SC
WWW W X u A
X
，
/
'
/ 1 /
11
'( ) ( )
S
S
o
S o C
X
AA
X
WW
A u u A
u X X
若以浓度 C,kg(固 )/m3(悬浮液 )表示：
若以料浆体积流量 Q,固相体积分率 ef进料,eC出料：
11()
oC
WA
u C C
11
()f
oC
Qe
A
u e e
一般方法：
简单模型 后 × 安 5m以下 × 1.5
小试求 uo=f(c) 全系数 30m以上 × 1.2
求 h：压紧时间比沉降时间大得多,tr实验测定,压紧区高度 h。
附加 75%安全量,其它高度取 1～ 2m。
( ) ( 1 )Srr
S C S C
W W W tAh t h
X A X
，
第四章 非均相混合物的分离第一节 重力沉降及设备第二节 离心沉降及设备第三节 过滤第四节 非均相体系分离的强化第二节离心沉降及设备一,旋风分离器,(Cyclone)
1,基本原理主体：上部圆形筒 下部锥形筒含尘气体由上部切线进入,螺旋向下,
尘沉落于壁面下落,气体沿中芯螺旋上升 。
旋转方向相同 5?m以上尘粒,
（ 不用于粘性,含湿高,腐蚀介质 ）
具体过程十分复杂：
①速度：切向、径向、轴向
②压力：器壁最高（略低于进口）、向中心降低、气芯可降到负压
2,结构尺寸及处理量：
① 入口：高 H,宽 B
② 处理量,V = uiBH ui－ 15～ 20 m/s
③ 标准式,h=D/2 B=D/4 D1=D/2 H1=2D
H2=2D S=D/8 D2=D/4
3,临界粒径 dC
dC：能被完全分离的最小粒径 。
假设：
① 在 Cyclone内切线速度恒定 uT = ui
② 颗粒穿过一定厚度气流,B
③ 颗粒与气流相对运动为层流
④ 忽略?空设气体在 Cyclone内转 N圈
dC随 B(D)↗ 而 ↗,→ 大型分离效果差,并联 。 ☆ 假设 ①,② 并不合理,但处理简单 。
2 2 2 2/ 18 18 /
r S i m m S iu d u r r B d u沉
2/
9 / 0,5 3 5
mi
c i s
r N u
d B Nu N N
沉停停
～ 标准
4,分离效率
1) 粒级效率 ηi
对于 dPi≥dC,ηi＝ 100％ 但计算 dC时考虑沉降距离为 B,对于 dPi < dC颗粒,若沉降距离小于 B（ B’<B）,亦可以分离：
'
9/
/ '/ ( )
()
C i S
pi c
pi c
d B Nu
d d B B B B
dd
由可得 距壁面颗粒 可以分离假设：进入待分离气流中大小颗粒均匀分布,即与筒壁距离小于 B’的各种直径颗粒所占分率均为 B’/B。
2
12
1
( / )
100%
p i i p i c
ii
i
i
d B B d d
CC
C
对于,
实测值：
2)分割粒径 d50(cut diameter)对应的粒径 d50
3)总效率
50
50
~/
/ 0,5 / 4 5
9 / 8
0,2 7 0,2 7
5
i
i S i S i S
dd
B B B D N
D D D
d
u u u
可以绘制 图
，对于标准式,
或
100%
:
o
o i i i pi
i
CC
C
x x d
入 出入所占质量分率
5,压降主要包括 进,出口,磨擦,局部阻力动能损失 2
2
2
1
2
16
1 6 / 8
2 4 2
8
i
f c c
c
c
u
p
h B D D D
D
D
,：不同型号实验求取对于标准式：
，几何相似，不随 变化
6,选型和计算处理量 V
设计原则：高效率 分离效率 η
低阻力 压降例如：长径比大,出入口截面小? 效率高,阻力大
fp?
,,,,,C i CD V d u d
例如,但 ； ；
但出现涡流影响，压降设计计算步骤：已知
V m3/s 由 Δpf →u i（ 假设 ）
C入 (kg/m3) 由 ui → dc (d50 ) → D(ηi分布 )
dpi分布
ηo总效率 Vi = uiBH
Δpf 要求压降,V/Vi=n,n为小数时,再推回至适当的整数
η旋风组 >η同等处理量大直径分离器,
<η单个小直径设备 (气量分配,排灰口增多 )
二,离心机离心沉降 (悬浮液 )
离心分离 (乳浊液 )
离心过滤 (过滤,转鼓 )
2
3000
/ 3 0 0 0 5 0 0 0 0 0
50000
C
Kc
r g K Kc
Kc
分离因素常：
高,～
超高：
1,离心沉降：料液由底部送入,上部溢出清液鼓内流动自下而上 (恒速 )
从 r1→r 2服从 Stokes eq.
2222
21
22 22
2 2 1
22
1 2 1
18
18
ln
1 8 l n ( / )
S
r
SS
S
S
S
r r hdr d r V
u
d V V
hdr r r
V
d r r r
停沉；
2,离心分离：液层作用于界面的静压强相等 (静压由离心力引起 )
2
1
2
4
2 2 2
2
2 2 2
21
2
2 2 2
24
22
24
22
21
/ 2 / 2
2
2
()
CC
r
L
L
r
r
h
H
r
L
h
F m r d p d F A rh d r r rh rd r
rd r r r
rd r r r
rr
rr
；
轻液层：
重液层：
过于简单，强调了堰的作用
（上）
主讲人：戴猷元
2003.2
目 录绪论第一章 流体流动第二章 流体输送机械第三章 流体流过颗粒和颗粒层的流动第四章 非均相物系的分离第五章 传热第六章 蒸发总结第四章 非均相混合物的分离第一节 重力沉降及设备第二节 离心沉降及设备第三节 过滤第四节 非均相体系分离的强化第一节 重力沉降及设备分离介质 气－固 降尘室 分散相液－固 沉降槽 连续相一,降尘室假设,① 气流滞流流动 （ 平推流 ）
② 沉降高度 H,ut以 dmin计
沉 停
//tH u L u沉 停 t
1,处理量 VS（ 一定 ）
与 H无关,H↘,VS一定 u↗?停 ↘,?沉 ↘ 。
2,可采用多层,适当降低 H。
a,保证滞流 b,方便清理
3,一般情况下
a,气体流速 1～ 3m/s,Re(流动 )＝ 1400-1700
b,H=40mm-100mm,（ 除尘 ）
c,除尘颗粒 75μm以上 。
/S S tu V B H V u LB
二,悬浮液沉降槽目的：取清液；取沉渣 （ 增稠器 ）
1,沉降过程分析
AB界面在一定时间内等速下降,干扰沉降,
颗粒大小不超过 6:1,相同速度 。
相对于器壁,uo表观沉降速度 （ 不同于 ut） 。
其后,uo＝ f(c),AD界面下降缓慢：压紧过程 。
2,连续沉降槽计算清液上浮溢流 → A,h，
固体进入底流 → 求 A
假设：固相全部由底流排出；溢流清液无固体 。 W：固体质量流量 kg/h； X：
某截面悬浮液固液比； XC：底流悬浮液固液比 。
以固体为分析对象：固相实际流速＝ u+uo，
u：悬浮液体向下运动 (底流带走部分液体 )
底流中固相体积流量,W/ρ S
底流总体积流量：
各截面固体流道：
/ / ( ) /SC
SC
WWW W X u A
X
，
/
'
/ 1 /
11
'( ) ( )
S
S
o
S o C
X
AA
X
WW
A u u A
u X X
若以浓度 C,kg(固 )/m3(悬浮液 )表示：
若以料浆体积流量 Q,固相体积分率 ef进料,eC出料：
11()
oC
WA
u C C
11
()f
oC
Qe
A
u e e
一般方法：
简单模型 后 × 安 5m以下 × 1.5
小试求 uo=f(c) 全系数 30m以上 × 1.2
求 h：压紧时间比沉降时间大得多,tr实验测定,压紧区高度 h。
附加 75%安全量,其它高度取 1～ 2m。
( ) ( 1 )Srr
S C S C
W W W tAh t h
X A X
，
第四章 非均相混合物的分离第一节 重力沉降及设备第二节 离心沉降及设备第三节 过滤第四节 非均相体系分离的强化第二节离心沉降及设备一,旋风分离器,(Cyclone)
1,基本原理主体：上部圆形筒 下部锥形筒含尘气体由上部切线进入,螺旋向下,
尘沉落于壁面下落,气体沿中芯螺旋上升 。
旋转方向相同 5?m以上尘粒,
（ 不用于粘性,含湿高,腐蚀介质 ）
具体过程十分复杂：
①速度：切向、径向、轴向
②压力：器壁最高（略低于进口）、向中心降低、气芯可降到负压
2,结构尺寸及处理量：
① 入口：高 H,宽 B
② 处理量,V = uiBH ui－ 15～ 20 m/s
③ 标准式,h=D/2 B=D/4 D1=D/2 H1=2D
H2=2D S=D/8 D2=D/4
3,临界粒径 dC
dC：能被完全分离的最小粒径 。
假设：
① 在 Cyclone内切线速度恒定 uT = ui
② 颗粒穿过一定厚度气流,B
③ 颗粒与气流相对运动为层流
④ 忽略?空设气体在 Cyclone内转 N圈
dC随 B(D)↗ 而 ↗,→ 大型分离效果差,并联 。 ☆ 假设 ①,② 并不合理,但处理简单 。
2 2 2 2/ 18 18 /
r S i m m S iu d u r r B d u沉
2/
9 / 0,5 3 5
mi
c i s
r N u
d B Nu N N
沉停停
～ 标准
4,分离效率
1) 粒级效率 ηi
对于 dPi≥dC,ηi＝ 100％ 但计算 dC时考虑沉降距离为 B,对于 dPi < dC颗粒,若沉降距离小于 B（ B’<B）,亦可以分离：
'
9/
/ '/ ( )
()
C i S
pi c
pi c
d B Nu
d d B B B B
dd
由可得 距壁面颗粒 可以分离假设：进入待分离气流中大小颗粒均匀分布,即与筒壁距离小于 B’的各种直径颗粒所占分率均为 B’/B。
2
12
1
( / )
100%
p i i p i c
ii
i
i
d B B d d
CC
C
对于,
实测值：
2)分割粒径 d50(cut diameter)对应的粒径 d50
3)总效率
50
50
~/
/ 0,5 / 4 5
9 / 8
0,2 7 0,2 7
5
i
i S i S i S
dd
B B B D N
D D D
d
u u u
可以绘制 图
，对于标准式,
或
100%
:
o
o i i i pi
i
CC
C
x x d
入 出入所占质量分率
5,压降主要包括 进,出口,磨擦,局部阻力动能损失 2
2
2
1
2
16
1 6 / 8
2 4 2
8
i
f c c
c
c
u
p
h B D D D
D
D
,：不同型号实验求取对于标准式：
，几何相似，不随 变化
6,选型和计算处理量 V
设计原则：高效率 分离效率 η
低阻力 压降例如：长径比大,出入口截面小? 效率高,阻力大
fp?
,,,,,C i CD V d u d
例如,但 ； ；
但出现涡流影响，压降设计计算步骤：已知
V m3/s 由 Δpf →u i（ 假设 ）
C入 (kg/m3) 由 ui → dc (d50 ) → D(ηi分布 )
dpi分布
ηo总效率 Vi = uiBH
Δpf 要求压降,V/Vi=n,n为小数时,再推回至适当的整数
η旋风组 >η同等处理量大直径分离器,
<η单个小直径设备 (气量分配,排灰口增多 )
二,离心机离心沉降 (悬浮液 )
离心分离 (乳浊液 )
离心过滤 (过滤,转鼓 )
2
3000
/ 3 0 0 0 5 0 0 0 0 0
50000
C
Kc
r g K Kc
Kc
分离因素常：
高,～
超高：
1,离心沉降：料液由底部送入,上部溢出清液鼓内流动自下而上 (恒速 )
从 r1→r 2服从 Stokes eq.
2222
21
22 22
2 2 1
22
1 2 1
18
18
ln
1 8 l n ( / )
S
r
SS
S
S
S
r r hdr d r V
u
d V V
hdr r r
V
d r r r
停沉；
2,离心分离：液层作用于界面的静压强相等 (静压由离心力引起 )
2
1
2
4
2 2 2
2
2 2 2
21
2
2 2 2
24
22
24
22
21
/ 2 / 2
2
2
()
CC
r
L
L
r
r
h
H
r
L
h
F m r d p d F A rh d r r rh rd r
rd r r r
rd r r r
rr
rr
；
轻液层：
重液层：
过于简单，强调了堰的作用
