五過濾13節(jié)課件

1、第五章 顆粒沉降與流態(tài)化第一節(jié) 概述第二節(jié) 顆粒的沉降運動第三節(jié) 沉降分離設(shè)備第四節(jié) 固體流態(tài)化技術(shù)第五節(jié) 氣力輸送第一節(jié) 概 述本章考察流固兩相物系中固體顆粒與流體之間的相對運動流體相對顆粒的流動流體繞過顆粒的流動顆粒在流體中的流動流體通過顆粒床層的流動過濾重力沉降離心沉降機械分離固體顆粒與流體間的相對運動在化工生產(chǎn)中的應用有： （1）兩相物系的沉降分離 重力沉降、離心沉降 （2）流固相之間進行的物理-化學過程 固體物料的干 燥、粉狀礦物的焙燒、催化反應（3）固體顆粒的流動運輸 流固兩相物系內(nèi)的相對運動規(guī)律是上述各過程設(shè)計計算的基礎(chǔ)本章重點：顆粒沉降速度與沉降設(shè)備計算本章難點：流化床的主要特

2、性第二節(jié) 顆粒的沉降運動 管流與繞流 自由落體與顆粒沉降 沉降速度的討論與應用 一、管流與繞流1、管流 邊界 u = 0 ，管中心 u = max 速度梯度為 管流感興趣的是 阻力損失、繞流 曳力：流體對顆粒的作用力阻力：顆粒對流體的作用力 流體作用于顆粒上任意一點力均可分為剪力和壓力 在顆粒表面上任取一微元面積 ，作用其上的剪力為 ，壓力為 繞流感興趣的是力在流動方向上顆粒受力： 將此力沿整個顆粒表面積分，可得 形體曳力 浮力 即 顆粒與流體無相對運動則無曳力存在，而浮力始終存在； 當流體對固體顆粒作繞流運動時，顆粒就受到流體的曳力。 總曳力 = 形體曳力 + 表面曳力（不包括浮力） 總曳力

3、與流體的密度、粘度、流動速度有關(guān)，同時受顆粒的形狀的影響，問題較為復雜。 至今，只有幾何形狀簡單的少數(shù)例子獲得曳力的理論計算式，例如粘性流體對圓球的低速繞流（爬流）。3、斯托克斯（stokes）定律條件：極其緩慢的流動 ，Re2，爬流 4、實驗推導式 可用因次分析法得出以下表達式：（第一版教材P73.習題第一章第22題） 理論計算式 粘性流體 對圓球 對光滑圓球，影響曳力的因素為見教材P194/145 圖5-2 比較摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re關(guān)系曳力系數(shù)與顆粒雷諾數(shù)Re的關(guān)系由實驗測定stokes定律：球形顆粒，爬流 Rep2 與理論推導式結(jié)果一致 阿侖區(qū)相當于過渡區(qū)牛頓定律區(qū)與Rep無關(guān)，相當于阻

4、力平方區(qū)斯托克斯定律區(qū) 相當于層流區(qū) Ap 取顆粒最大投影面積，不用全表面積是因為形狀是主要因素 在床層過濾中，因是爬流，極其緩慢，故用表面積，不能用橫截面積。 ReP500，形體曳力是主要的，表面曳力可忽略說明： 公式類似于阻力計算式，為曳力系數(shù)二、自由落體與顆粒沉降伽利略實驗是大物體，重力與空氣阻力比較，阻力可忽略。 化工中感興趣的是小顆粒，不能忽略空氣阻力。 場力 F曳力 FD 不管是否運動 總是存在顆粒一旦運動便產(chǎn)生力與運動關(guān)系牛頓第二定律即 對球形顆粒 所以 顆粒的凈重 曳力項沉降的等速階段小顆粒開始加速，但很快就勻速。 隨著下降速度的不斷增加，曳力項逐漸增大，加速度逐漸減小。當下降

5、速度增至一定值時，曳力等于顆粒在流體中的凈重，此時加速度等于零，顆粒將以速度 勻速繼續(xù)下降。 稱為顆粒的沉降速度或終端速度。 顆粒的沉降速度 對球形顆粒，可由 求取 沉降速度ut包括兩個過程： 加速與勻速，終端速度為勻速。 小顆粒的加速階段很短，可以忽略，近似認為以 下降。三、沉降速度的討論與應用1、沉降速度計算公式（重力場中）式中 u 為沉降速度即對確定的流固系統(tǒng)： 、p為定值ut只與dp有關(guān)： ut = f（dp） （1）顆粒直徑小，處于斯托克斯定律區(qū)將 代入， （2）顆粒直徑較大，處于牛頓定律區(qū) 討論： 對 的 討 論：氣體無影響，總是小量；液體要考慮 影響10倍左右 dp 影響最大，是

6、平方關(guān)系 大， 小 溫度對粘度的影響氣體液體先冷卻后除塵先除塵后冷卻?解題時可以先假定處在斯托克斯定律區(qū)，按小顆粒公式計算，再驗Re值，是否在stokes區(qū)范圍；否則用牛頓區(qū)公式求解，再驗Re值。 解題步驟及注意點求解沉降速度ut原則上用試差法，聯(lián)立兩式可得：2、 流體流動的方向與顆粒運動流體作水平運動顆粒運動軌跡流體向上運動懸浮 上浮下沉uut3、應用 用顆粒沉降速度ut 測顆粒直徑dp 見P147例5-1 用顆粒沉降速度ut 測流體粘度 見P147例5-24、其它因素對沉降速度的影響 干擾沉降 相鄰顆粒之間 端效應 器壁的影響非球形 非球形球形液滴、氣泡運動 大液滴由于變形使曳力增大流體分

7、子熱運動 直徑很小顆粒受影響 第三節(jié) 沉降分離設(shè)備 沉降分離的基礎(chǔ)是懸浮物系中的顆粒在外力作用下的沉降運動 對沉降越有利根據(jù)沉降速度公式顆粒直徑越大兩相密度差大 沉降分離設(shè)備重力沉降離心沉降重力沉降設(shè)備 1、降塵室 2、增稠器 3、分級器離心沉降設(shè)備 1、旋風分離器 2、轉(zhuǎn)鼓式離心機1、降塵室 籍重力沉降以除去氣流中的塵粒的設(shè)備 顆粒沉降時間 因為 才可除塵，所以 氣流停留時間 q結(jié)論：降塵室的處理能力只取決于其底面積而與高度無關(guān) （可采用扁平形狀，多層隔板；廢水處理用斜板、斜管） 根據(jù)顆粒沉降公式： 與某直徑顆粒必對應一沉降速度 大直徑的顆粒 要大，其沉降時間必短 因而必須明確除塵粒徑的要求

8、討論：設(shè)計型計算：計算公式： 求 A（ut） 已知任務(wù) 操作型計算：已知設(shè)備條件A及操作條件 求操作結(jié)果或已知設(shè)備條件A及操作結(jié)果 核處理能力計算中應明確的問題:計算公式： (1) 沉降速度ut與顆粒直徑dp具有對應關(guān)系,大小不同顆粒的沉降速度不同,大顆粒先沉降,小顆粒后沉降;(2) 顆粒沉降速度的大小還與顆粒進入沉降設(shè)備位置高低有關(guān),顆粒直徑相同,處于低位的先沉降;(3) 處理能力、底面積一定時,其沉降速度為理論上可100%除去的最小直徑dpmin顆粒所對應的沉降速度,(4) 使用stokes定律區(qū)公式,對計算結(jié)果要進行驗算.例題1. 降塵室空氣處理能力的計算 教材P150.例5-3 已知：

9、降塵室底面積A = 2m2，含塵空氣=1.2kg/m3，=1.8110-5Pas，塵粒密度p=1800kg/m3，需將直徑為dp=25m的顆粒全部除去，試求：（1）qV m3/s （2）在降塵室中設(shè)置9塊水平隔板，則 qV 又為多少？思路分析：（1）由 qv = Aut關(guān)鍵求ut（2）實際降塵面積為（n+1）A底，qV= （n+1）A底ut 例題2. 可去除的最小顆粒直徑 某重力沉降室長5m，寬2m，高1m，在常壓下處理7200m3/h 的含塵氣體，氣體密度=1.2kg/m3，粘度=210-5Pa.s， 顆粒為球形，其密度為3000kg/m3, 試求理論上可100%除去的 最小顆粒直徑dpmi

10、n, m 設(shè)在stokes區(qū)：解：以上計算有效 校驗：例題3. 可全部除去的最小顆粒直徑已知 qm=2.5kg/s，t =20 常壓 含塵空氣在進入反應器前必須除塵并預熱至150 ，p=1800kg/m3，A底總=130m2 =1.8110-5 Pas求 降塵器可全部除去的最小顆粒直徑dpmin （1）先除塵后預熱； （2）先預熱后除塵解： 由 qmqV（1）t = 20可全部除去的最小顆粒的沉降速度為假設(shè)顆粒沉降處于stokes區(qū)可全部除去的最小顆粒的沉降速度為假設(shè)顆粒沉降處于stokes區(qū)（2）t = 1502、增稠器 工業(yè)上用于對大量懸浮液的分離 環(huán)保方面的污水處理：清液產(chǎn)率取決于增稠器

11、的直徑濃度程度取決于進口管以下的深度顆粒在流體中的自由沉降雙重功能： 澄清液體 增稠懸浮液3、分級器 利用重力沉降對懸浮液中的顆粒按粒度粗略分級 以管徑控制沉降最小顆粒的速度 up=u-ut加分布板使顆粒均勻通過控制流體密度和流量可將懸浮液中顆粒按指定的粒度范圍加以分級4、旋風分離器 離心沉降設(shè)備 氣固非均相物系旋風分離器（1、2、3）離心力 切向速度 固體懸浮液沉降式離心機 離心分離系數(shù)反映離心分離設(shè)備 性能重要指標（用于兩相密度差較小，顆粒粒度較細的非均相物系）返回 雙螺旋（1、2） 外螺旋起除塵產(chǎn)生渦流 阻力作用大 內(nèi)螺旋起把關(guān)作用 返回d 小，把關(guān)好，d 過小則阻力損失大有嘯叫聲D大，粗短，處理能力大D