化工原理-11沉降分離原理及設(shè)備

第三章、非均相混合物分離(fēnlí)及固體流態(tài)化通過本章學(xué)習(xí)，掌握(zhǎngwò)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1精品資料概述(ɡàishù)物系中存在相界面(jièmiàn)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）。2精品資料概述(ɡàishù)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)(wùlǐxìngzhì)（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)動而使其分離。機(jī)械分離方法過濾沉降3精品資料概述(ɡàishù)非均相混和物分離(fēnlí)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)。4精品資料第三章、非均相混合物分離(fēnlí)及固體流態(tài)化3.1沉降(chénjiàng)分離原理及設(shè)備3.1.1顆粒相對于流體的運(yùn)動5精品資料一、顆粒(kēlì)的特性1.球形顆粒：球形顆粒的尺寸(chǐcun)由直徑d確定。比表面積體積表面積6精品資料2.非球形顆粒：需要形狀和大小兩個參數(shù)來描述(miáoshù)其特性（1）球形度（3－4）顆粒(kēlì)的表面積與該顆粒體積相等的球體的表面積非球形顆粒球形顆粒一、顆粒的特性7精品資料（2）顆粒的當(dāng)量(dāngliàng)直徑體積(tǐjī)當(dāng)量直徑比表面積當(dāng)量直徑兩者關(guān)系一、顆粒的特性8精品資料非球形顆粒(kēlì)的特性，即比表面積體積(tǐjī)表面積一、顆粒的特性9精品資料二、 球形顆粒(kēlì)的自由沉降圖3-1沉降顆粒(kēlì)的受力情況10精品資料顆粒(kēlì)受到三個力重力(zhònglì)浮力阻力二、 球形顆粒的自由沉降阻力系數(shù)或曳力系數(shù)11精品資料根據(jù)牛頓(niúdùn)第二運(yùn)動定律二、 球形顆粒(kēlì)的自由沉降分析顆粒運(yùn)動情況：加速度最大阻力加速度加速度=0加速度=0加速段勻速段12精品資料沉降速度勻速階段中顆粒相對于流體的運(yùn)動(yùndòng)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(yùndòng)速度，故又稱為“終端速度”，也可稱為自由沉降速度。（3-15）二、 球形顆粒的自由(zìyóu)沉降13精品資料三、 阻力(zǔlì)系數(shù)（曳力系數(shù)）通過(tōngguò)量綱分析可知，是顆粒與流體相對運(yùn)動時(shí)雷諾數(shù)Ret和球形度s的函數(shù)隨Ret及s

變化的實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果見圖3-2。14精品資料圖3-2關(guān)系曲線

15精品資料對球形顆粒(kēlì)關(guān)系(guānxì)曲線大致可分為三個區(qū)域爬流（又稱蠕動流Creepingflow）（3-17）滯流區(qū)或斯托克斯(Stokes)定律區(qū)（3-20）三、 阻力系數(shù)（曳力系數(shù)）16精品資料過渡(guòdù)區(qū)或艾侖（Allen）定律區(qū)（3-18）（3-21）三、 阻力(zǔlì)系數(shù)（曳力系數(shù)）17精品資料（3-19）（3-22）湍流區(qū)或牛頓(niúdùn)（Newton）定律區(qū)三、 阻力(zǔlì)系數(shù)（曳力系數(shù)）18精品資料滯流區(qū)湍流(tuānliú)區(qū)過渡(guòdù)區(qū)表面摩擦阻力形體阻力三、 阻力系數(shù)（曳力系數(shù)）19精品資料四、 影響(yǐngxiǎng)沉降速度的因素自由(zìyóu)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。20精品資料在實(shí)際沉降操作中，影響沉降速度的因素有：1、顆粒(kēlì)的體積分?jǐn)?shù)2、器壁效應(yīng)3、顆粒(kēlì)形狀的影響四、 影響(yǐngxiǎng)沉降速度的因素21精品資料第三章、非均相混合物分離(fēnlí)及固體流態(tài)化3.1沉降分離(fēnlí)原理及設(shè)備3.1.1顆粒相對于流體的運(yùn)動3.1.2重力沉降22精品資料一、 重力(zhònglì)沉降速度的計(jì)算1、試差法假設(shè)(jiǎshè)沉降屬于某一流型計(jì)算沉降速度核算Ret

23精品資料2、摩擦(mócā)數(shù)群法曲線圖，最后(zuìhòu)由Ret反求ut，即查先計(jì)算一、 重力沉降速度的計(jì)算查曲線圖，最后由Ret反求ut，即查24精品資料25精品資料若要計(jì)算介質(zhì)中具有某一沉降速度ut的顆粒的直徑(zhíjìng)，可先令查曲線圖，可求直徑d，即一、 重力(zhònglì)沉降速度的計(jì)算26精品資料27精品資料量綱(liànɡɡānɡ)為一數(shù)群判別：K≤2.62為斯托克斯定律(dìnglǜ)區(qū)，2.62<K<69.1為艾侖定律(dìnglǜ)區(qū)，K>69.1為牛頓定律(dìnglǜ)區(qū)。一、 重力沉降速度的計(jì)算28精品資料二、重力沉降(chénjiàng)設(shè)備1、降塵室降塵室是依靠(yīkào)重力沉降從氣流中分離出固體顆粒的設(shè)備29精品資料圖3-4降塵(jiàngchén)室示意圖二、重力沉降(chénjiàng)設(shè)備氣流水平通過降塵室速度沉降速度動畫1330精品資料或位于降塵室最高點(diǎn)的顆粒(kēlì)沉降到室底所需的時(shí)間為氣體通過降塵(jiàngchén)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31精品資料根據(jù)降塵室的生產(chǎn)能力，氣體(qìtǐ)在降塵室內(nèi)的水平通過速度為整理(zhěnglǐ)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32精品資料對設(shè)置了n層水平(shuǐpíng)隔板的降塵室，其生產(chǎn)能力為：（3-30a）二、重力沉降(chénjiàng)設(shè)備動畫1433精品資料降塵室結(jié)構(gòu)簡單，流動阻力小，但體積龐大，分離效率(xiàolǜ)低，通常只適用于分離粒度大于50m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(chénjiàng)設(shè)備34精品資料2．沉降(chénjiàng)槽沉降槽是利用重力沉降來提高懸浮液濃度并同時(shí)(tóngshí)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35精品資料雙錐分級(fēnjí)器二、重力(zhònglì)沉降設(shè)備36精品資料重力沉降(chénj