食品工程原理 第4章 颗粒与流体之间的相对流动

《食品工程原理 第4章 颗粒与流体之间的相对流动》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第4章颗粒与流体之间的相对流动1基本概念（1）均相混合物(物系)：物系内部各处物料性质均匀而不存在相界面的物系。（2）非均相混合物：物系内部有隔开两相的界面存在，而界面两侧的物料性质截然不同的物系。（3）分散质(分散相)：非均相混合物中，处于分散状态的物质；（4）分散介质（连续相）：包围着分散质而处于连续状态的物质。对于乳浊液，一般混合的两液体中体积分率大的为连续相。非均相混合物的分离一般用机械分离方法。分离的依据：密度不同（沉降），或筛分原理（过滤）。（5）颗粒的球形度φS体积相同时球形颗粒的表面积与实际颗粒的表面积之比。 0<φs≤1。

2、（6）颗粒床层的空隙率ε床层中空隙的体积与床层总体积之比。ε=床层空隙体积/床层总体积=（床层体积-颗粒所占体积）/床层总体积2颗粒在流体中的沉降2．1颗粒的重力沉降2．1．1重力沉降速度在重力场中发生的沉降过程。密度为ρp，表面光滑的球形颗粒在密度为ρ（设ρp>ρ）的流体中发生自由沉降，受力情况如下：（1）场力Fg↓ （2）浮力Fb↑（3）阻力FD↑式中：AP-颗粒在流体流动方向上的投影面积，m2；ρ为流体密度，kg/m3；ξ为曳力系数(或阻力系数)；u为颗粒与流体的相对运动速度，m/s。 实验证明，ξ是雷诺数的函数，即：ξ=f(ReP

3、)式中dP为颗粒直径（对非球形颗粒而言，则取等体积球形颗粒的当量直径），μ、ρ为流体的物性。ξ－ReP间的关系，经实验测定如图4-6所示，图中φs≠1的曲线为非球形颗粒的情况。 在不同雷诺数范围内可用公式表示如下：（1）滞流区（ReP≤1）ξ=24/ReP（2）过渡区（1

4、t：在等速阶段里颗粒相对于流体的运动速度；或在加速阶段终了时颗粒相对于流体的运动速度，也称终端速度。当a=0时，由（1）可解得：（2）将前面ξ的表达式代入，得：（1）滞流区（ReP≤1）此式称为斯托克斯公式。（2）过渡区（1

5、～21μm，其平均值为15μm，求沉降速度。假定吸水后淀粉颗粒的相对密度为1.02。 解：水在20℃时，μ=10-3Pa·s,ρ=1000kg/m3;ρP=1020kg/m3。假定在滞流区沉降，则按斯托克斯公式：∴ut正确，即ut=2.45×10-6m/s。［例4-2］一直径为15μm，相对密度为0.9的油滴，在21℃，0.1MPa的空气中沉降分离。若沉降时间为2min，试求该油滴沉降分离的高度。解：查附录，得在题设条件下空气的物性为：μ=1.8×10-5Pa·s，ρ=1.20kg/m3假定沉降满足斯托克斯公式： ∴ut正确，即ut=6.1

6、2×10-3m/s。沉降高度：H=utτ=6.12×10-3×2×60=0.734m说明：对于微米级颗粒的沉降，一般在极短的时间内（以毫秒计）就可达到沉降速度，因此可认为，颗粒从一开始就以沉降速度沉降。2．1．2实际沉降速度实际的颗粒沉降一般不是自由沉降，且形状也不一定为球形，这时需对ut进行校正。ut，=λputλp为校正系数，可参阅式（4-51）～（4-54）。2．1．3重力沉降设备(1)降尘室如下图所示。颗粒被分离下来的条件：颗粒通过降尘室的时间τr要等于或大于颗粒沉至器底所需的时间τt，即：τr≥τt设：L—降尘室的长度，m；H—降

7、尘室的高度，m；B—降尘室宽度，m；ut—颗粒的沉降速度，m/s；u—流体在降尘室中的水平流速，m/s。颗粒在降尘室中的停留时间为：τr=L/u颗粒沉降时间为：τt=H/ut 由分离条件，得：L/u≥H/ut将u=qv/（HB），可得：qv≤BLut=A0ut式中：qv为流体的体积流量，m3/s；A0=BL降尘室的沉降面积，m2。由此可知：降尘室的生产能力只与沉降面积A0及颗粒的沉降速度ut有关，而与降尘室的高度无关，因此，可将降尘室制成多层。注意：在计算ut时，要以要求全部被除去的最小颗粒直径计算，且流体速度u要处于滞流范围。（2）连续式

8、沉降器(多尔增浓器)颗粒被分离下来的条件：颗粒在沉降器中的沉降速度ut要等于或大于液体的上（或下）流速度u，即：ut≥u设：G—料液中连续相的质量流量，kg/s；Gd—分散相夹带