化工原理第三章.ppt

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1、3沉降与过滤ChongqingTechnologyandBusinessUniversity概述颗粒的沉降运动沉降分离设备过滤原理及设备讲解内容本章将考察流固两相物系中固体颗粒与流体间的相对运动。第一节概述一、混合物的分类均相混合物：二、分离非均相混合物的目的回收有价值的分散物质净化分散介质环境保护和安全生产非均相混合物：物系内部各处物料性质均匀，且不存在相界面内部有隔开两相的界面存在，且界面两侧物料性质截然不同气态非均相物系：含尘气体，含雾气体液态非均相物系：悬浮液分散物质（分散相）+分散介质（连续相）三、分离方法机械分离法，使流-固物系发生相对运动实现分离。过滤：沉降分离：重力沉降

2、，离心沉降涉及流固物系发生相对运动的化工过程：某些物理、化学过程：固体干燥催化反应固体流态化研究内容：流-固物系发生相对运动的规律相对运动的特殊性相对运动包括：颗粒静止，流体绕流流体静止，颗粒沉降两相都运动，但保持一定的相对速度就流体对颗粒的作用力面言，只要相对速度相同，三者无本质区别。假设颗粒静止，流体绕流比较名称感兴趣区别颗粒对流体的作用力阻力阻力损失（外部问题）作用力的效果流体对颗粒的作用力曳力阻力大小（内部问题）作用力的本身四、颗粒与流体相对运动时所受的阻力A、两种曳力（阻力）表面曳力和形体曳力B、曳力与曳力系数研究表明：曳力系数实验测定：Rep＜2Stokes区2≤Rep＜5

3、00Allen区500≤Rep＜2×105Newton区对于球形颗粒说明边界层开始脱体，形体曳力增大注意第二节重力沉降一、静止流体中颗粒的自由沉降重力场中分析：静止流体中，颗粒在重力(或离心力)作用下将沿重力方向(或离心力方向)作沉降运动。设颗粒的初速度为零，起初颗粒只受重力和浮力的作用。如果颗粒的密度大于流体的密度，作用于颗粒上的外力之和不等于零，颗粒将产生加速度。但是，一旦颗粒开始运动，颗粒即受到流体施予的曳力。A、受力分析重力：浮力：曳力：B、重力沉降的几个阶段沉降的加速阶段：设初始速度为0，根据牛顿第二定律：沉降的等速阶段即：C、颗粒的沉降运动沉降的两个阶段：加速阶段、等速阶段

4、（1）流体静止：小颗粒加速阶段可以忽略，近似认为始终以速度沉降（2）流体水平运动：颗粒以与流体相同的速度水平运动，又以速度沉降（3）流体以一定的速度向上运动颗粒绝对速度D、沉降速度的计算与应用计算方程组非线性，须试差求解方法：①②无因次判据：K影响的因素与应用气体先冷后除尘，还是相反？液体先冷后除尘，还是相反？问题E、其它因素对沉降速度的影响干扰沉降：相邻颗粒的运动改变了原来单个颗粒周围的流场，颗粒沉降相互干扰壁效应：壁面，底面处曳力↓颗粒形状：例5-1颗粒大小测定已测得密度为ρp=1630kg/m3的塑料珠在20℃的CCl4液体中的沉降速度为1.70×10-3m/s，20℃时CCl4

5、的密度ρ=1590kg/m3，粘度μ=1.03×10-3Pa/s，求此塑料珠的直径例5-2落球粘度计使用光滑小球在粘性液体中的自由沉降可以测定液体的粘度。现有密度为8010kg/m3、直径为0.16mm的钢球置于密度为980kg/m3的某液体中，盛放液体的玻璃管内径为20mm。测得小球的沉降速度为1.70mm/s，试验温度为20℃，试计算此时液体的粘度。测量是在距液面高度1/3的中段内进行的，从而免除小球初期的加速及管底对沉降的影响。当颗粒直径dp与容器直径D之比dp/D<0.1、雷诺数在斯托克斯定律区时，器壁对沉降速度的影响可用下式修正二、沉降分离设备基础：颗粒在外力的作用下产生沉降

6、，且以两相为前提，按作用于颗粒的外力分：重力沉降设备、离心沉降设备A、降尘室1、结构特点降尘室的特点：1:容积一般较大；2:气速低；3:气流进出口采用流线型设计；4:通常可捕获>50μm颗粒。颗粒在降尘室的运动.swf在流体水平方向上颗粒的速度与流体速度相同，故颗粒在室内的停留时间也与流体质点相同。在垂直方向上，颗粒在重力作用下以沉降速度ut向下运动。气流速度和颗粒速度的关系Ut：可根据不同的情况，用公式求解。2.过程数学描述任一流体质点（颗粒）的停留时间（水平）：位于降尘室最高点的颗粒降至室底所需时间(沉降时间，垂直方向)为：除尘条件：即：临界条件：处理能力：为满足除尘要求，气流的停

7、留时间τr至少必须与颗粒的沉降时间τt相等，此式表明对一定物系，降尘室的处理能力只取决于降尘室的底面积，而与高度无关。①什么是“能100%除下的最小颗粒？”及②降尘室有隔板与无隔板时的之比有：无：讨论降尘室应设计成扁平形状，或在室内设置多层水平隔板。是否是越多层越好？③能降下60%的颗粒粒径温度对降尘室生产能力的影响3、过程计算小颗粒：7个变量，自由度为5设计型：操作型：例5-3降尘室空气处理能力的计算现有一底面积为2m2的降尘室，用以处理20