化工原理11沉降分離原理及設(shè)備

1、1第三章、非均相混合物分離及固體流態(tài)化 通過本章學(xué)習(xí)，掌握沉降、過濾、固體流態(tài)化及氣力輸送等過程的原理、計(jì)算方法、典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)特性，能夠根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，合理選擇設(shè)備。學(xué)習(xí)目的與要求2概述物系中存在相界面的混合物就是非均相混合物 非均相混合物分散相或分散物質(zhì)：處于分散狀態(tài)的物質(zhì)（如分散在流體中的固體顆粒、液滴、氣泡等）連續(xù)相或分散介質(zhì)：包圍著分散相而處于連續(xù)狀態(tài)的物質(zhì)（如氣態(tài)非均相混合物中的氣體、液態(tài)非均相混合物中的液體）。 3概述 機(jī)械分離方法，即利用非均相混合物中兩相的物理性質(zhì)（如密度、顆粒形狀、尺寸等）的差異，使兩相之間發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)而使其分離。 機(jī)械分離方法過濾沉降4概述非均相混和物

2、分離的應(yīng)用：（1）收集分散物質(zhì)。（2）凈化分散介質(zhì)。 （3）環(huán)境保護(hù)。 5第三章、非均相混合物分離及固體流態(tài)化3.1 沉降分離原理及設(shè)備3.1.1 顆粒相對于流體的運(yùn)動(dòng)6一、顆粒的特性1. 球形顆粒：球形顆粒的尺寸由直徑d確定。 36dV2Sd6SaVd比表面積比表面積 體積體積 表面積表面積 72. 非球形顆粒：需要形狀和大小兩個(gè)參數(shù)來描述其特性 （1）球形度 spSS（34） s顆粒的表面積與該顆粒體積相等的球體的表面積非球形顆粒 1s球形顆粒 1s一、顆粒的特性8（2）顆粒的當(dāng)量直徑體積當(dāng)量直徑 36epdV比表面積當(dāng)量直徑 6adaasedd兩者關(guān)系一、顆粒的特性936peVd2eps

3、dS6sead非球形顆粒的特性，即非球形顆粒的特性，即比表面積比表面積 體積體積 表面積表面積 一、顆粒的特性10二、 球形顆粒的自由沉降圖3-1 沉降顆粒的受力情況 11顆粒受到三個(gè)力 重力浮力阻力36gSFdg36bFdg22duFA二、 球形顆粒的自由沉降阻力系數(shù)或曳力系數(shù)12根據(jù)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律 2323()()6426SSududgddd二、 球形顆粒的自由沉降分析顆粒運(yùn)動(dòng)情況：加速度最大阻力加速度0u tuutuuu加速度=0加速度=0加速段勻速段13 沉降速度 勻速階段中顆粒相對于流體的運(yùn)動(dòng)速度稱為沉降速度，由于該速度是加速段終了時(shí)顆粒相對于流體的運(yùn)動(dòng)速度，故又稱為“終端速度”，

4、也可稱為自由沉降速度。 tu4()3stgdu（3-15） 二、 球形顆粒的自由沉降14三、 阻力系數(shù)（曳力系數(shù)） 通過量綱分析可知，是顆粒與流體相對運(yùn)動(dòng)時(shí)雷諾數(shù)Ret和球形度s的函數(shù) Re ,tsfRettdu 隨Ret及s 變化的實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果見圖3-2。圖3-2 關(guān)系曲線 Ret16對球形顆粒 關(guān)系曲線大致可分為三個(gè)區(qū)域 Ret爬流（又稱蠕動(dòng)流Creeping flow） 410Re1t24Ret（3-17） 滯流區(qū)或斯托克斯(Stokes)定律區(qū) 2()18stdgu（3-20） 三、 阻力系數(shù)（曳力系數(shù)）1731Re10t過渡區(qū)或艾侖（Allen）定律區(qū) 0.618.5Ret0.6()

5、0.27Resttdgu（3-18） （3-21） 三、 阻力系數(shù)（曳力系數(shù)）183510Re2 10t（3-19） （3-22） 湍流區(qū)或牛頓（Newton）定律區(qū) 0.44()1.74stdgu三、 阻力系數(shù)（曳力系數(shù)）19滯流區(qū)湍流區(qū)過渡區(qū)表面摩擦阻力形體阻力三、 阻力系數(shù)（曳力系數(shù)）20四、 影響沉降速度的因素自由沉降干擾沉降 沉降過程中，任一顆粒的沉降不因其它顆粒的存在而受到干擾 如果分散相的體積分率較高，顆粒間有明顯的相互作用，容器壁面對顆粒沉降的影響不可忽略，這時(shí)的沉降稱為干擾沉降或受阻沉降。 21在實(shí)際沉降操作中，影響沉降速度的因素有：1、顆粒的體積分?jǐn)?shù)2、器壁效應(yīng)3、顆粒形狀

6、的影響 四、 影響沉降速度的因素22第三章、非均相混合物分離及固體流態(tài)化3.1 沉降分離原理及設(shè)備3.1.1 顆粒相對于流體的運(yùn)動(dòng)3.1.2 重力沉降23一、 重力沉降速度的計(jì)算1、試差法 假設(shè)沉降屬于某一流型 計(jì)算沉降速度 核算Ret 242、摩擦數(shù)群法 2()sgKd 3234Re3tKRettud2ReRett曲線圖，最后由曲線圖，最后由 Ret 反求反求 ut ，即，即 查查 先計(jì)算先計(jì)算一、 重力沉降速度的計(jì)算2ReRett查查曲線圖，最后由曲線圖，最后由 Ret 反求反求 ut ，即，即 2ReRett查查261234 ()Re3sttgu Rettdu 若要計(jì)算介質(zhì)中具有某一沉降

7、速度若要計(jì)算介質(zhì)中具有某一沉降速度 ut 的顆粒的的顆粒的直徑，可先令直徑，可先令 1ReRett查查 曲線圖，可求直徑曲線圖，可求直徑 d ，即，即一、 重力沉降速度的計(jì)算2ReRett28量綱為一數(shù)群判別： K 2.62為斯托克斯定律區(qū)，2.62 K 69.1為牛頓定律區(qū)。2()sgKd 3一、 重力沉降速度的計(jì)算29二、重力沉降設(shè)備1、降塵室降塵室是依靠重力沉降從氣流中分離出固體顆粒的設(shè)備 30圖3-4 降塵室示意圖二、重力沉降設(shè)備氣流水平通過降塵室速度沉降速度動(dòng)畫1331ttHulut 或或 tlHuu 位于降塵室最高點(diǎn)的顆粒沉降到室底所需的時(shí)間為位于降塵室最高點(diǎn)的顆粒沉降到室底所需的

8、時(shí)間為氣體通過降塵室的時(shí)間為氣體通過降塵室的時(shí)間為欲使顆粒被分離出來，則降塵室高沉降速度降塵室長氣流水平通過降塵室速度二、重力沉降設(shè)備32, v squHb,v stqblu根據(jù)降塵室的生產(chǎn)能力，氣體在降塵室內(nèi)的水平通過速度為整理得整理得降塵室生產(chǎn)能力（3-30） 上式表明，理論上降塵室的生產(chǎn)能力只與其沉降面積及顆粒的沉降速度有關(guān)，而與降塵室高度H無關(guān)。 二、重力沉降設(shè)備33對設(shè)置了n層水平隔板的降塵室，其生產(chǎn)能力為：1stVnblu（3-30a） 二、重力沉降設(shè)備動(dòng)畫1434 降塵室結(jié)構(gòu)簡單，流動(dòng)阻力小，但體積龐大，分離效率低，通常只適用于分離粒度大于50 m的粗粒，一般作為預(yù)除塵使用。多層降塵室雖能分離較細(xì)的顆粒且節(jié)省占地面積，但清灰比較麻煩。 二、重力沉降設(shè)備352沉降槽 沉降槽是利用重力沉降來提高懸浮液濃度并同時(shí)得到澄清液體的設(shè)備。 3分級器 利用重力沉降可將懸浮液中不同粒度的顆粒進(jìn)行粗略的分離，或?qū)煞N不同密度的顆粒進(jìn)行分類，這樣的過程統(tǒng)稱為分級，實(shí)現(xiàn)分級操作的設(shè)備稱為分級器。二、重力沉降設(shè)備36雙錐分級器