化工原理課件：3-1 重力沉降

1、第三章 沉降與過(guò)濾混合物的分類 3 沉降與過(guò)濾均相混合物非均相混合物氣態(tài)非均相混合物液態(tài)非均相混合物含塵氣體、含霧氣體等懸浮液、乳濁液、泡沫液等非均相混合物的分離 回收分散物質(zhì) 分離目的 凈化分散介質(zhì) 勞動(dòng)保護(hù)和環(huán)境衛(wèi)生要求 分離方法：工業(yè)上一般采用機(jī)械分離方法將兩相進(jìn)行分離，即造成分散相和連續(xù)相之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。最常用的方法有沉降法和過(guò)濾法。3 沉降與過(guò)濾 顆粒與流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力 3 沉降與過(guò)濾流體繞過(guò)顆粒的運(yùn)動(dòng)顆粒所受的阻力3 沉降與過(guò)濾式中為阻力系數(shù)球形顆粒阻力系數(shù)計(jì)算式: 層流區(qū)（斯托克斯區(qū)）（10-4Re2）過(guò)渡區(qū)（阿倫區(qū)）（2Re500）湍流區(qū)（牛頓區(qū)）（500Re2105）

2、3 沉降與過(guò)濾球形顆粒的 與Re的關(guān)系曲線 教學(xué)內(nèi)容： 3 沉降與過(guò)濾 重力沉降、離心沉降和過(guò)濾三種分離方法的操作原理、相關(guān)計(jì)算和常見設(shè)備。 由地球引力作用而發(fā)生的顆粒沉降過(guò)程。3.1 重力沉降主要內(nèi)容：沉降速度阻力球形顆粒的自由沉降沉降速度的計(jì)算影響沉降速度的因素降塵室停留時(shí)間和沉降時(shí)間臨界粒徑降塵室的形狀降塵室的計(jì)算懸浮液的沉聚(1) 沉降速度3.1 重力沉降沉降顆粒的受力情況重力浮力阻力球形顆粒的自由沉降 顆粒的沉降過(guò)程可分為加速階段和勻速階段。對(duì)于小顆粒，沉降的加速階段較短，可忽略，當(dāng)作只有勻速階段。在勻速階段中，顆粒相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度稱為沉降速度或終端速度?？傻贸两邓俣扔?jì)算式3.1

3、 重力沉降(1) 沉降速度球形顆粒的自由沉降應(yīng)用阻力系數(shù)關(guān)系式，可得層流區(qū)（10-4Re2）過(guò)渡區(qū)（2Re500）湍流區(qū)（500Re2105 ） 沉降操作中涉及的顆粒直徑都較小，操作通常處于層流區(qū)，斯托克斯公式應(yīng)用較多。3.1 重力沉降(1) 沉降速度球形顆粒的自由沉降 沉降速度的計(jì)算假設(shè)沉降處于某一流型選用相應(yīng)公式計(jì)算沉降速度ut用求出的沉降速度ut計(jì)算Re，檢驗(yàn)其值是否在原假設(shè)的流型區(qū)域內(nèi)根據(jù)計(jì)算的Re所確定流型另選相應(yīng)的公式求ut計(jì)算的沉降速度有效是否3.1 重力沉降(1) 沉降速度例3-1 一直徑為1.0mm、密度為2500kg/m3的玻璃球在20的水中沉降，試求其沉降速度。解：假設(shè)沉

4、降處于過(guò)渡區(qū)，則核算流型故假設(shè)正確，計(jì)算結(jié)果有效。3.1 重力沉降 影響沉降速度的因素a 顆粒特性：顆粒密度、大小、形狀等b 流體性質(zhì)：流體密度和黏度c 其他因素：壁效應(yīng)、干擾沉降等(1) 沉降速度3.1 重力沉降依靠重力沉降從氣流中分離出塵粒的設(shè)備。水平流動(dòng)型降塵室(2) 降塵室3.1 重力沉降停留時(shí)間與沉降時(shí)間3.1 重力沉降(2) 降塵室降塵室的計(jì)算停留時(shí)間 沉降時(shí)間 或 3.1 重力沉降 顆粒能夠分離下來(lái)的必要條件停留時(shí)間與沉降時(shí)間(2) 降塵室臨界粒徑如含塵氣體體積流量為則 能夠100%除去的最小粒徑即臨界粒徑的顆粒沉降速度為(2) 降塵室3.1 重力沉降層流區(qū)臨界粒徑的計(jì)算式為（1

5、）含塵氣體的體積流量一定，臨界粒徑及臨界粒徑的沉降速度與降塵室的底面積有關(guān)，與高度無(wú)關(guān)；（2）臨界粒徑或臨界粒徑的沉降速度一定，含塵氣體的體積流量（降塵室的處理能力）與降塵室的底面積成正比，與高度無(wú)關(guān)。3.1 重力沉降臨界粒徑(2) 降塵室降塵室的形狀 設(shè)計(jì)降塵室時(shí)，在滿足其他條件下，高度應(yīng)盡可能小（扁平形狀）；(2) 降塵室3.1 重力沉降 要提高生產(chǎn)能力，只能靠增大降塵室底面積來(lái)實(shí)現(xiàn)，如采用多層降塵室。 降塵室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，流體阻力小，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。使用時(shí)應(yīng)注意氣速u不能太大，以免干擾塵粒沉降，或把沉降下來(lái)的顆粒重新卷起。氣

6、速u一般不超過(guò)3m/s。 多層降塵室雖能分離較細(xì)的顆粒（20m以上）且節(jié)省占地面積，但清灰比較麻煩。3.1 重力沉降降塵室的形狀(2) 降塵室三類計(jì)算問(wèn)題：3.1 重力沉降核心都是沉降速度的計(jì)算降塵室的計(jì)算(2) 降塵室例3-2 用高2m、寬2.5m、長(zhǎng)5m的重力降塵室分離空氣中的粉塵。在操作條件下空氣的密度為0.779kg/m3，黏度為2.5310-5Pas，流量為1.25104m3/h。粉塵的密度為2000kg/m3。試求粉塵的臨界直徑。解：假設(shè)沉降屬于層流區(qū)，則核算流型故假設(shè)正確，計(jì)算結(jié)果有效。3.1 重力沉降例3-3 擬采用降塵室回收常壓爐氣中所含的球形固體顆粒。降塵室長(zhǎng)5m，寬和高均為2m。操作條件下，氣體的密度為0.75kg/m3，黏度為2.610-5Pas；固體的密度為3000kg/m3；降塵室的生產(chǎn)能力為3m3/s。試求：1）理論上能完全捕集下來(lái)的最小顆粒直徑