力主要是粘性摩擦，所产生的阻力（曳力）；
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【形体阻力】当颗粒速度较大时，便有旋涡出现，即 发生边界层分离，所产生的阻力（曳力）。
P P2 1
P1
P2
颗粒受到流体的总阻力Fd ＝表皮阻力＋形体阻力
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3、阻力的计算 【特点】阻力Fd与流体密度ρ 、粘度μ 、相对运动速 度u有关，而且受颗粒的形状与运动方向的影响，问 题较为复杂。至今，只有几何形状简单的少数情况 才可以得到理论计算式。 【特例】粘性流体对球体的低速绕流（也称爬流） 时,可用斯托克斯（Stokes）公式计算，即：
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2013-9-19
五、非均相物系分离的作用
（1）回收分散物质；（从催化反应器中回收催化剂
颗粒）
（2）净制连续介质；（二氧化硫气体除尘） （3）保护环境。（污水处理、除去烟道气中的粉尘 等）
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催化剂再生器
催裂化反应器 分馏塔
催 化 裂 化 工 艺 流 程 图
旋液分离器
由于 2＜Re＜500 ， 故知沉降处在过渡区。 ③据阿伦公式：
4g ( P ) ut 225
2 2 1/ 3
dP
④由此可知，沉降速度为：
4 9.81 3000－1.205） （ ut －5 225 1.81 10
Fd 3d p u
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【通用方法】当相对运动速度较大时，Sokes定律不 成立。因此，对一般流动条件下的球形颗粒及其他 形状的颗粒，Fd的数值尚需通过实验解决。 对球形颗粒，经分析并整理后可得：
u 2 ——阻力计算的经验公式 Fd A
2
式中 ζ——形状阻力系数；
A——颗粒在运动方向上的投影面积；
【问题】指出分散相、连续相、分散物质
和连续介质分别是什么？
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四、非均相物系的分离方法
一般可用机械方法加以分离，故又称机械分离。
常用的机械分离方法有：
（1）沉降分离法；
（2）过滤分离法；
（3）液体洗涤（湿法）分离法；
（4）静电除尘法；
（5）惯性力除尘法。
【说明】需根据分离对象确定分离方法。
'
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（3）颗粒形状的影响 如果颗粒是非球形的，可采用两种方法处理。
u——颗粒与流体的相对运动速度。
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4、阻力（曳力）系数ζ 【规律】目前尚无法通过理论分析获得阻力系数计算 关系式，但大量的实验证明：阻力（曳力）系数ζ是
雷诺数及球形度的函数，即：
f (Re, s )
【获取方法】当球形度一定时，阻力（曳力）系数ζ 获取方法有如下两种： （1）查取ζ－Re关系曲线图； （2）使用经验公式。
颗粒在互不接触、互不干扰的条件
下沉降。
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（2）自由沉降速度基本计算式 重力场中，球形颗粒作自由（向下）沉降时，颗
粒的受力情况：
设颗粒的密度为ρP ，直径为 dP ，流体的密度为ρ，则：
Fg

6
d P g Fb
3 P

6
3 d P g
Fd A
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u 2

10 Re
（3）湍流区：500＜Re＜2×105，Newton定律区
0.44
【说明】（1）查ζ－Re关系曲线图，准确但复杂； （2）经验公式计算简便，但是有误差，且 球形度φs=1。
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10 Re
0.44
24 Re
层流区
过渡区
湍流区
ζ－Re关系曲线图
旋风分离器
澄清罐
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空气
硫铁矿 焙烧炉 降尘室 旋风分离器
去转化器
电除尘器
泡沫塔
二氧化硫除尘净化工艺流程简图
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水处理工艺流程图
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六、颗粒与流体相对运动时所受到的阻力
1、三种相对运动形式
流体与固体颗粒之间的相对运动可分为以下三种
情况：
【绕流】颗粒静止，流体运动；
算：
2 d P P g ut 18
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附录查得，水在20℃时 ρ＝998.2kg/m3，μ=1.005×10-3Pa.s
ut
95 10 3000 998.2 9.81 9.797 10
6 2
－3
18 1.005 10
3
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【阻力系数ζ计算的经验公式】 【应用前提】球形颗粒。 根据不同的雷诺数范围（区域）内的阻力系数ζ的 变化情况，可用如下经验公式计算阻力系数ζ： （1）层流区：10－4＜Re＜2，Stokes定律区
24 Re
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（2）过渡区：2＜Re＜500，Allen定律区
2

2 d P u 2
4
2
当颗粒在流体中做匀速运动（a＝0）时，颗粒所 受合力为零，即：

6
3 dP P g

6
3 d P g
2 d P u 2
4
2
0
（重力向下） （浮力向上）
（阻力向上）
由此可解出沉降速度：
ut
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4 gd P P 3
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三、非均相物系的组成
【分散相】处于分散状态的那一相 ；
【分散物质】处于分散状态的那种物质，如分散于
流体中的固体颗粒、液滴或气泡 。
【连续相】包围着分散相物质且处于连续状态的那
一相 ；
【连续相介质】处于连续状态的那种物质，如分气
固混合物的气体，悬浮液中的液体。
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悬 浮 在 水 中 的 固 体 颗 粒
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【步骤】（1）根据颗粒的球形度 找到对应的曲线； （2）根据Re找到曲线上的一点； （3）由该点查得ζ ；
S s (球形度） Sp
ζ－Re关系曲线图
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【有关说明】
（1）何谓球形度？
S s Sp
【问题】为何球 形度总是小于1？
S——与物体相同体积的球体的表面积； SP——物体的表面积。
第一节 概述
1、混合物的分类
第三章 沉降与过滤
2、非均相物系的特点 3、非均相物系的组成 4、非均相物系的分离方法
第二节 重力沉降
1、沉降速度 2、沉降设备 3、悬浮液的沉聚
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第一节 概
一、混合物的分类
述
一般按相态将混合物可分为均相物系（即均相
混合物）与非均相物系（即非均相混合物）。
（4）自由沉降速度的影响因素
颗粒的直径dP
颗粒的密度ρP
2 P
gd P ut 18
流体的粘度μ 流体的密度ρ
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（5）自由沉降速度计算的具体方法 ①如果事前能够上确认沉降处在哪个区，则直接就
用该区的公式进行计算；
②如果不能确定流动处在哪个区，可采用两种方法
：
Ar
3 dP 3000－1.205） 9.81 （ ＝92.8 －5 2 （ .8110 ） 1
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②计算雷诺准数：
Re Ar 18 0.6 Ar 92.8 18 0.6 92.8 3.9
(m / s )
核算流型：
Re d p ut

95 10 6 9.797 10 3 998.2 0.9244 2 3 1.005 10
故原假设层流区正确，求得的沉降速度有效。
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（2） 在20℃的空气中的沉降 用阿基米德准数判断沉降区域： 查得20℃空气：ρ=1.205 kg/m3，μ=1.81×10-5 Pa.s ①计算阿基米德准数：
【试差法】 A. 假定流动所在的区域；
B.用相应的公式计算沉降速度ut ；
C.计算雷诺数Re是否与假定条件一致（验算），否
则重新假定。
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【准数判别法】如果不能确定流动处在哪个区，亦 可采用以下方法先确定区域。通过实验整理数据可 得到：
Re
Ar 18 0.6 Ar
3 d P P g
——沉降速度基本计算式
（1）颗粒从静止开始作沉降运动时，分为加速和匀 速两个阶段； （2）对于小颗粒，加速阶段时间很短，通常忽略， 可以认为沉降过程是匀速的。 （3）颗粒作匀速运动时的速度称 为沉降速度。
有关说明
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（3）各种情况下的自由沉降速度计算式 ①层流区：(Re＜2）
ut 4 gd P P 3
【沉降】流体静止，颗粒运动；
【颗粒与流体都运动】颗粒运动，流体运动。
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流体运动方向 颗粒静止，流体对其做绕流
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固体颗粒运动方向
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流体运动方向
固体颗粒运动方向
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2、阻力的两种类型——表皮阻力和形体阻力 【表皮阻力】当颗粒速度很小时，流体对球的运动阻
2 2
1/ 3
d P ——阿伦（Allen)公式
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③湍流区（Newton区） 500＜Re＜2×105
0.44
代入沉降速度基本计算式后可得到：
ut
3.03gd P ( P )

1.74
gd P ( P )

——牛顿（Newton）公式
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