化工原理上3.4－沉降.ppt

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1、1、描述颗粒形状颗粒的球形度φ、颗粒的比表面积aV一定时，а↑,则φ↓，颗粒越偏离球形。2、描述颗粒大小等体积当量直径dv、等比表面积当量直径da3、颗粒床层的特性床层空隙率、自由截面积分率、床层比表面积aB4、流体绕过颗粒的运动曳力：复习基本概念5、颗粒在流体中的运动加速阶段、恒速阶段影响床层空隙率的因素1）装填方法：干装湿装2）颗粒特性的影响颗粒形状：靠壁面处：粒径分布：6、重力沉降原理，设备，沉降速度影响因素，分离条件，生产能力，自由沉降与干扰沉降7、离心沉降原理，设备，分离条件，性能参数，

2、比较～目的：流体与固体颗粒分离的机械分离方法。典型单元操作：1、重力沉降(分离较大的颗粒）例：选矿2、离心沉降(分离尺寸小的颗粒）例：气体除尘3.4沉降原理：利用颗粒与流体之间的密度差，将固体颗粒从流体中分离出来。在重力场或者离心力场中操作含尘气净化气出灰口集尘斗含矿石流体入口流体出口解决问题：1）颗粒沉降条件2）影响沉降的因素3）沉降设备结构及工艺计算颗粒受力分析FeFDFb3.4.1重力沉降速度的计算沉降速度：颗粒运动速度恒定时的速度。（1）球形颗粒的自由沉降自由沉降—沉降速度不受容器壁和其他

3、颗粒的影响干扰沉降----颗粒间相互干扰的沉降过程沉降操作：颗粒密度ρs>ρ，做力衡算：以ut表示沉降速度，则:对球形颗粒：故有：其它条件相同时，小颗粒后沉降。◆影响沉降速度的因素其它条件相同时，密度大的颗粒先沉降。其它条件相同时，颗粒在空气中较在水中易沉降。①颗粒直径②颗粒密度③流体密度和粘度②过渡区◆沉降速度的计算公式：③湍流区①层流区斯托克斯（stokes）公式:沉降速度的计算方法(a)试差法:假设一个沉降区域→按该区公式求出ut→核算ReP→校验假设的区域是否正确→如不正确，需重新计算。(

4、b)判据法：基本思想：将沉降速度表达式代入ReP中，层流时：令：有：k3斯托克斯（Stokes）公式的适用范围：ReP≤1由上式可求出：k≤2.62，故当k≤2.62时，用斯托克斯公式计算沉降速度。方法评价：求k时不需要ut→此法可避免试差计算。同理可得适用于阿伦公式和牛顿公式的k值范围。k≤2.62，用斯托克斯公式2.62

5、颗粒与球形颗粒相比，其ut也越小。非球形颗粒ut的计算：查图设为球形颗粒→按三个公式之一求ut→用右图校正同样条件下，非球形颗粒的ξ大→ut小。(2)非球形颗粒的自由沉降沉降时所受到的曳力还与颗粒的形状有关。φ(3)大小不均匀颗粒的沉降颗粒密度相同→小颗粒的ut较小沉降慢！对于颗粒群的分离的计算基准：为使颗粒与流体达到规定的分离程度，在计算ut时，应以能够达到规定分离程度的最小颗粒的ut为准。对颗粒进行分级时：对不同粒度，分别进行计算ut。(4)影响沉降速度的其他因素实际计算沉降速度时还应考虑：

6、非自由沉降—颗粒之间有相互影响－干扰沉降端效应与壁效应影响颗粒很小时的分子运动a.干扰沉降颗粒浓度大，颗粒沉降时彼此影响—干扰沉降。干扰沉降与自由沉降的不同：颗粒的沉降速度减小大量颗粒向下沉降—流体被置换产生向上运动—颗粒ut小于其自由沉降的ut，存在大量颗粒—流体的表观密度和表观粘度都增大一般，颗粒的体积分数＜0.001,沉降速度降低不超过1%。颗粒质量浓度对沉降速度的影响：单位水平截面上颗粒沉降的体积流率：（1-φ）utm，造成的流体反向运动速度为：则说明：颗粒的体积分数越大，干扰沉降速度

7、越小。干扰沉降速度流体反向运动速度自由沉降速度流体的体积分数流体表观物性的影响：流体的表观粘度及表观密度主要对ut影响。计算干扰沉降速度的方法：先按流体的表观物性，利用自由沉降速度的计算方法求出ut再利用下式进行校正。表观粘度表观密度b.流体分子运动的影响颗粒直径很小（＜2~3μm）：可与流体分子的平均自由程相比拟时，颗粒作不定向的随机性运动，可穿过流体分子间隙。沉降速度大于斯托克斯定律计算的数值。颗粒直径小于0.1μm时：小颗粒的沉降将受流体分子碰撞的影响，布朗运动的影响起主要作用前面计算沉降

8、速度的公式不再适用→此情况下，难以用重力沉降法除去流体中的颗粒。c.气泡和液滴的运动在流动中会变形和产生内部循环流动。受到形体曳力作用——有压扁的趋向，而表面张力的存在则又会使其保持球形形状。颗粒尺寸较小（如<0.5mm）:单位体积的表面能很大—保持球形—用前面公式求沉降或浮升速度；颗粒尺寸较大：液滴或气泡在曳力作用下的变形及其内部的流体产生循环运动的影响，将影响到曳力系数和ut→换公式d.壁效应和端效应dp/D>0.01：容器壁面对颗粒的沉降产生影响，曳力大，ut减小。特点：ut