化工原理中.4

1、 目的目的：流體與固體顆粒分離流體與固體顆粒分離 原理：原理：利用顆粒與流體之間的密度差， 將固體顆粒從流體中分離出來(lái)。 常用方法常用方法： (1) 重力沉降重力沉降(分離較大的顆粒） 例例：選礦 3.4 沉沉 降降(2) 離心沉降離心沉降 (分離尺寸小的顆粒） 例例：氣體除塵 3.4.1 重力沉降速度的計(jì)算重力沉降速度的計(jì)算 (1)球形顆粒的自由沉降球形顆粒的自由沉降 自由沉降自由沉降：容器壁和其它顆粒不影響沉降速度； 干擾沉降干擾沉降：實(shí)際顆粒的沉降。 勻速階段受力分析：勻速階段受力分析：s設(shè)：022uAmgmgFPs合sPstAmgu)(2)(速度：終端沉降 顆粒受力分析FeFDFb其它

2、條件相同時(shí)，小顆粒后沉降。3)(4sstgdu球形顆粒： 影響沉降速度的因素影響沉降速度的因素tsud，則tu，則tsu，則其它條件相同時(shí)，密度大的顆粒先沉降。球形顆粒的沉降速度球形顆粒的沉降速度,42sPdA因?yàn)椋簊sdm36其它條件相同時(shí)，顆粒在空氣較在水中易沉降。 顆粒直徑顆粒直徑 流體密度流體密度 顆粒密度顆粒密度 18)()(2gduStokessst公式：斯托克斯 過(guò)渡區(qū)過(guò)渡區(qū) 6 . 05 .1810001epepRR，6 . 0)(27. 0:)(epsstgRduAllen公式阿倫44. 010210005，epRgduNewtonsst)(74. 1)(公式：牛頓 沉降速度

3、計(jì)算沉降速度計(jì)算epepRR241， 湍流區(qū)湍流區(qū) 層流區(qū)層流區(qū)問(wèn)題：?jiǎn)栴}：沉降速度ut未知，如何判斷流型？解決方法：解決方法：試差法 或 判據(jù)法（避免試差）判據(jù)法：判據(jù)法：18)()(2gduStokessst公式：斯托克斯將上式代入Rep中，得到：23)(181sstepgdduRkRep181則：312)(gdkss令：采用斯托克斯公式層流區(qū)：26 . 2k采用阿倫公式過(guò)渡區(qū)：1 .6062.2 k采用牛頓公式湍流區(qū)：23641.60 k令1epR則62. 2k(2) 非球形顆粒的沉降速度非球形顆粒的沉降速度球非球球非球,ttuu處理方法處理方法：可先假定為顆粒球形，然后校正。同樣條件下

4、因此ReP 顆粒球形度對(duì)沉降速度的影響ut（非球形）/ ut（球形）(3) 不均勻顆粒的沉降速度不均勻顆粒的沉降速度粒徑不同時(shí)，粒徑不同時(shí)，大顆粒沉降速度快，小顆粒沉降速度慢。除去所有顆粒，除去所有顆粒，應(yīng)以最小顆粒直徑計(jì)算u ut t 。 顆粒分級(jí)時(shí)，顆粒分級(jí)時(shí)，以不同粒度，分別進(jìn)行計(jì)算u ut t 。(4) 影響沉降速度的其它因素影響沉降速度的其它因素 干擾沉降干擾沉降-顆粒沉降時(shí)彼此影響顆粒沉降時(shí)彼此影響 顆粒濃度對(duì)沉降速度的影響顆粒濃度對(duì)沉降速度的影響 大量顆粒沉降，造成流體反向運(yùn)動(dòng)attmuuu則：)1(tmaAuuAtmauu1ttmuu因此，tmu，則流體體積分率反向運(yùn)動(dòng)速度：

5、表明表明： 流體表觀物性的影響流體表觀物性的影響 顆粒存在，改變了流體的表觀密度和表觀粘度。表觀粘度：表觀粘度：m)1 (82. 1101校正因子：表觀密度：表觀密度：sm)1 (tmtmmuu 、求 液滴或氣泡變形液滴或氣泡變形 液滴或氣泡受曳力變形，影響計(jì)算準(zhǔn)確性。 流體分子運(yùn)動(dòng)的影響流體分子運(yùn)動(dòng)的影響 顆粒直徑小于 23 m 以下時(shí)，抑制重力沉降。計(jì)算干擾沉降速度：計(jì)算干擾沉降速度： 壁效應(yīng)和端效應(yīng)壁效應(yīng)和端效應(yīng)01. 0Ddp時(shí), 器壁有影響 3.4.2 重力沉降設(shè)備重力沉降設(shè)備 (1) 降塵室降塵室 結(jié)構(gòu)及工作原理結(jié)構(gòu)及工作原理 入口截面：矩形 LbAHbSubHqV隨氣體的水平流速

6、u；顆粒沉降速度ut。降塵室底面積：降塵室底面積：含塵氣體積流量：含塵氣體積流量：含塵氣流通截面積：含塵氣流通截面積：顆粒運(yùn)動(dòng)速度分解：顆粒運(yùn)動(dòng)速度分解：集塵斗氣體入口氣體出口降塵室含塵氣體凈化氣體顆粒降塵室操作示意圖顆粒的停留時(shí)間顆粒的停留時(shí)間 顆粒的沉降時(shí)間顆粒的沉降時(shí)間ttuHVqLHbuLt沉降時(shí)間停留時(shí)間 tuHuL即：tVbLuq 由分離條件得： 顆粒分離顆粒分離(沉降沉降)條件條件 生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力 (可處理的塵氣體積流量q V)說(shuō)明說(shuō)明：生產(chǎn)能力由底面積、沉降速度決定，與降塵室高度無(wú)關(guān)， 多用扁平形狀或多層降塵室(層高40-100mm)utu含塵氣體凈化氣體氣體速度的選取氣體速

7、度的選?。?區(qū)）（多為一般，Stokessmu/3smu/5 . 1易揚(yáng)粉塵時(shí)，說(shuō)明：設(shè)計(jì)時(shí)，以所需分離的最小顆粒為基準(zhǔn)說(shuō)明：設(shè)計(jì)時(shí)，以所需分離的最小顆粒為基準(zhǔn)適合于分離直徑在適合于分離直徑在75m以上的粗粒，一般作預(yù)除塵用以上的粗粒，一般作預(yù)除塵用 多層降沉室清潔氣流含塵氣流擋板隔板(2) 沉降槽（增稠器）沉降槽（增稠器） 利用重力沉降分離懸浮液的設(shè)備。分類：分類：間歇式和連續(xù)式沉降過(guò)程：沉降過(guò)程： 第一階段：沉降槽上部，顆粒濃度低，近似自由沉降；第二階段：沉降槽下部，顆粒濃度大，屬于干擾沉降。沉降速度：沉降速度：通常由實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。 計(jì)算沉降槽的截面積計(jì)算沉降槽的截面積 假定顆粒全從沉降槽底

8、部排出，則該截面上流體向上流動(dòng)速度為：AXXquwm)(若該截面處固體顆粒的沉降速度為utm，則應(yīng)使u utm，于是得沉降槽的最小截面積為：tmwmuXXqA)(注意：注意：A的數(shù)值應(yīng)在進(jìn)料與底流之間的整個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行計(jì)算，選出其中的最大值，再乘以適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)，作沉降槽的橫截面積。 計(jì)算沉降槽的高度計(jì)算沉降槽的高度沉降槽的總高度沉降槽的總高度= =壓緊區(qū)高度壓緊區(qū)高度+ +其它區(qū)域的高度其它區(qū)域的高度(1(12m)2m)壓緊區(qū)高度：壓緊區(qū)高度：依據(jù)壓緊時(shí)間來(lái)決定，壓緊時(shí)間一般由間歇試驗(yàn) 來(lái)確定。 壓緊區(qū)高度計(jì)算式為： )1 (0WmXAqhSS注意：注意：按上式計(jì)算出的壓緊區(qū)高度，通常需附加7

9、5%的安全量。 3.4.3 離心沉降速度的計(jì)算離心沉降速度的計(jì)算(1) 離心沉降速度離心沉降速度 計(jì)算方法計(jì)算方法：同重力場(chǎng)，重力離心力； 離心沉降速度離心沉降速度u ur r：隨顆粒旋轉(zhuǎn)半徑 r 變化 。 rdussr)(4對(duì)球形顆粒：sPsrAmru)(2通式：層流層流Stokes 區(qū)：區(qū)：18)(22rdussrrudussr18)(22或：(2) 衡量離心分離性能的指標(biāo)衡量離心分離性能的指標(biāo) 離心分離因數(shù)離心分離因數(shù):gaKrCrgugr22說(shuō)明說(shuō)明: 評(píng)價(jià)離心分離設(shè)備的重要指標(biāo) KC越大，分離效能越高。 3.4.4 離心沉降設(shè)備離心沉降設(shè)備工業(yè)上應(yīng)用的兩種型式：旋流器和離心沉降機(jī)。旋

10、流器：旋流器：設(shè)備靜止，流體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；離心沉降機(jī)：離心沉降機(jī)：設(shè)備本身和液體一起旋轉(zhuǎn)。 (1) (1) 旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器基本結(jié)構(gòu)與操作原理基本結(jié)構(gòu)與操作原理 進(jìn)氣口形狀進(jìn)氣口形狀：矩形 尺寸尺寸：進(jìn)口管A、B； 圓柱筒直徑D (主要尺寸)； 排氣口直徑D1。進(jìn)氣排氣出灰口 旋風(fēng)分離器示意圖B2421DDDBDA標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器尺寸間關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器尺寸間關(guān)系： 旋風(fēng)分離器的性能參數(shù)旋風(fēng)分離器的性能參數(shù) 臨界粒徑臨界粒徑d dc c：能夠分離出的最小顆粒直徑。假設(shè)條件：假設(shè)條件： a）顆粒與氣體在器內(nèi)等速運(yùn)動(dòng)，均為進(jìn)口氣速； b）顆粒沉降時(shí)，最大距離是旋風(fēng)分離器進(jìn)氣口寬度B； c）顆粒沉

11、降處于stokes 區(qū)。沉降速度：沉降速度：mscrrudu1822沉降時(shí)間：沉降時(shí)間： 2218udBruBscmrr設(shè)設(shè)：氣體旋轉(zhuǎn)圈數(shù) N，則氣流運(yùn)行距離 Nrm2uNrm2rscNuBd9臨界粒徑：53,/2510Nsmu器：對(duì)常用形式的旋風(fēng)分離顆粒分離條件：顆粒分離條件：氣體停留時(shí)間：氣體停留時(shí)間： 分離效率：分離效率： %100全部顆粒質(zhì)量分離出的顆粒質(zhì)量%100顆粒的總質(zhì)量直徑顆粒質(zhì)量分離出的直徑iiiddiiw（1 1）總效率）總效率（2 2）分級(jí)效率）分級(jí)效率兩者關(guān)系：兩者關(guān)系：時(shí)，cidd 0i時(shí)，cidd 1i按假設(shè)情況：時(shí)，cidd 0i時(shí)，cidd 1i實(shí)際情況：旋風(fēng)分

12、離器的阻力旋風(fēng)分離器的阻力 是旋風(fēng)分離器的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。22up阻力： 分級(jí)效率曲線0102030405020406080100粒徑 di/m分級(jí)效率i/%101.00.1粒徑比 di/ d50分級(jí)效率i/%204060100 標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器的i與di/ d50曲線的顆粒的直徑分割粒徑：%50i)0 . 8(1621或標(biāo)準(zhǔn)型：DAB時(shí)，進(jìn)口氣速：smu/2510Pap20001000壓力降： 常見旋風(fēng)分離器的形式常見旋風(fēng)分離器的形式 1）進(jìn)口方式）進(jìn)口方式 切向進(jìn)口：切向進(jìn)口：切向進(jìn)口方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，較常用。 旋風(fēng)分離器切向進(jìn)口B螺旋面進(jìn)口：螺旋面進(jìn)口：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)制造不方便。 蝸殼形進(jìn)口：蝸殼形

13、進(jìn)口：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，減小阻力。軸向進(jìn)口：軸向進(jìn)口：常用于多管式旋風(fēng)分離器。 2）常用型式）常用型式 標(biāo)準(zhǔn)型、CLT/A型、CLP型、擴(kuò)散式等。標(biāo)準(zhǔn)型：標(biāo)準(zhǔn)型：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造、處理量大；適用于捕集密度大且顆粒尺寸大的粉塵。標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器CLT/ACLT/A型：型：具有螺旋面進(jìn)口，結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器相似；CLPCLP型：型：蝸殼形進(jìn)口，分為A型和B型；擴(kuò)散式：擴(kuò)散式：適用于凈化顆粒濃度較高的氣體。多級(jí)旋風(fēng)分離器(2) 旋液分離器旋液分離器 分離液-固非均相混合物； 結(jié)構(gòu)與工作原理與旋風(fēng)分離器類似； 特點(diǎn)：形狀細(xì)長(zhǎng)、直徑小、圓錐部分長(zhǎng)； 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，體積小、處理量大； 缺點(diǎn)：產(chǎn)生較大阻力；造成設(shè)備嚴(yán)重磨損。 1懸浮液入口管2圓筒3