非均相体分离

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1、第三章机械分离沉降过程过滤离心机混合物均相混合物非均相混合物物系内部各处物料性质均匀而且不存在相界面的混合物。例如：互溶溶液、混合气体物系内部有隔开两相的界面存在且界面两侧的物料性质截然不同的混合物。例如固体颗粒和气体构成的含尘气体固体颗粒和液体构成的悬浮液不互溶液体构成的乳浊液液体颗粒和气体构成的含雾气体非均相物系分散相分散物质处于分散状态的物质如：分散于流体中的固体颗粒、液滴或气泡连续相分散相介质包围着分散相物质且处于连续状态的流体如：气态非均相物系中的气体液态非均相物系中的连续液体分离机械分离沉降过滤不同的物理性质连续相与分散相发生相对运动的方式分散相和连续相第一节沉降过程一

2、、重力沉降沉降：在某种力场中利用分散相和连续相之间的密度差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。作用力重力惯性离心力重力沉降离心沉降1、重力沉降速度1）球形颗粒的自由沉降重力浮力而阻力随着颗粒与流体间的相对运动速度而变，可仿照流体流动阻力的计算式写为：（a）颗粒开始沉降的瞬间，速度u=0，因此阻力Fd=0，a→max颗粒开始沉降后，u↑→Fd↑；u→ut时，a=0。等速阶段中颗粒相对于流体的运动速度ut称为沉降速度。当a=0时，u=ut，代入（a）式——沉降速度表达式2）阻力系数ξ通过因次分析法得知，ξ值是颗粒与流体相对运动时的雷诺数Ret的函数。对于球形颗粒的曲线，按Ret值

3、大致分为三个区：a)滞流区或托斯克斯(stokes)定律区（10–4＜Ret<1）——斯托克斯公式——艾伦公式c)滞流区或牛顿定律区（Nuton）（103＜Ret＜2×105）——牛顿公式b)过渡区或艾伦定律区（Allen）（1＜Ret<103）3）影响沉降速度的因素a）颗粒的体积浓度在各种沉降速度关系式中，当颗粒的体积浓度小于0.2%时，理论计算值的偏差在1%以内，但当颗粒浓度较高时，由于颗粒间相互作用明显，便发生干扰沉降，自由沉降的公式不再适用。b）器壁效应当器壁尺寸远远大于颗粒尺寸时，（例如在100倍以上）容器效应可忽略，否则需加以考虑。c）颗粒形状的影响球形度颗粒形状与球形

4、的差异愈大，球形度φs值愈低。对于非球形颗粒：雷诺准数Ret中的直径要用当量直径de代替：颗粒的球形度愈小，对应于同一Ret值的阻力系数ξ愈大；φs值对ξ的影响在滞流区并不显著，随着Ret的增大，这种影响变大。对于球形颗粒，φs=1颗粒的球形度愈小，对应于同一Ret值的阻力系数ξ愈大；φs值对ξ的影响在滞流区并不显著，随着Ret的增大，这种影响变大。4）沉降速度的计算a）试差法方法假设沉降属于层流区utRetRet＜1ut为所求Ret＞1艾伦公式求ut判断……公式适用为止b)摩擦数群法由得令因ξ是Ret的函数，ξRet2必然也是Ret的函数，ξ～Ret曲线便可转化成ξRet2～Re

5、t曲线。计算ut：先由已知数据算出ξRet2的值，再由ξRet2～Ret曲线查得Ret值，最后由Ret反算ut。计算颗粒的直径d：令ξ与Ret-1相乘，将ξRet-1～Ret关系绘成曲线，由ξRet-1值查得Ret的值；判别流型再根据沉降速度ut值计算d。当Ret=1时，K=2.62，为斯托克斯区的上限牛顿定律区的下限K值为69.1。2、重力沉降设备1）降尘室降尘室的生产能力降尘室的生产能力是指降尘室所处理的含尘气体的体积流量，用Vs表示，m3/s。降尘室内的颗粒运动以速度u随气体流动以速度ut作沉降运动颗粒在降尘室的停留时间颗粒沉降到室底所需的时间为了满足除尘要求——降尘室使颗粒

6、沉降的条件——降尘室的生产能力降尘室的生产能力只与降尘室的沉降面积bl和颗粒的沉降速度ut有关，而与降尘室的高度无关。降尘室的计算降尘室的计算设计型操作型已知气体处理量和除尘要求，求降尘室的大小用已知尺寸的降尘室处理一定量含尘气体时，计算:可以完全除掉的最小颗粒的尺寸要求完全除去直径dp的尘粒时所能处理的气体流量降尘室的特点结构简单，但设备庞大、效率低，只适用于分离粗颗粒--直径75mm以上的颗粒，或作为预分离设备。2）沉降槽二、离心沉降离心沉降：依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程适于分离两相密度差较小，颗粒粒度较细的非均相物系。惯性离心力场与重力场的区别重力场离心力场力场强度重

7、力加速度gut2/R方向指向地心沿旋转半径从中心指向外周Fg=mg作用力一、离心沉降速度1、离心沉降速度ur惯性离心力=向心力=阻力=三力达到平衡，则：平衡时颗粒在径向上相对于流体的运动速度ur便是此位置上的离心沉降速度。离心加速度ac=2r=ut2/r不是常量沉降过程没有匀速段，但在小颗粒沉降时，加速度很小，可近似作为匀速沉降处理2、离心沉降速度与重力沉降速度的比较表达式：重力沉降速度公式中的重力加速度改为离心加速度数值：重力沉降速度基本上为定值离心沉降速度为绝对