化工原理完整课件31.ppt

第三章非均相物系分离 一 沉降速度1 球形颗粒的自由沉降2 阻力系数3 影响沉降速度的因素4 沉降速度的计算5 分级沉降二 降尘室1 降尘室的结构2 降尘室的生产能力 第一节重力沉降 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 互溶溶液及混合气体 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 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 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 沉降 过滤 一 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 重力 惯性离心力 1 沉降速度 1 球形颗粒的自由沉降 设颗粒的密度为 s 直径为d 流体的密度为 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与流体的运动速度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 通过因次分析法得知 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1 颗粒的体积浓度在前面介绍的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 2 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 3 颗粒形状的影响 球形度 对于球形颗粒 s 1 颗粒形状与球形的差异愈大 球形度 s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 愈大但 s值对 的影响在滞流区并不显著 随着Ret的增大 这种影响变大 4 沉降速度的计算试差法 假设沉降属于层流区 方法 Ret 1 Ret 1 艾伦公式 例 试计算直径为95 m 密度为3000kg m3的固体颗粒分别在20 的空气和水中的自由沉降速度 解 1 在20 水中的沉降 用试差法计算先假设颗粒在滞流区内沉降 附录查得 20 时水的密度为998 2kg m3 1 005 10 3Pa s 核算流型 原假设滞流区正确 求得的沉降速度有效 2 沉降在过渡区 用艾伦公式计算沉降速度 二 降尘室 1 降尘室的结构 2 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 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 3 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 或者计算要求完全除去直径dp的尘粒时所能处理的气体流量 例 拟采用降尘室除去常压炉气中的球形尘粒 降尘室的宽和长分别为2m和6m 气体处理量为1标m3 s 炉气温度为427 相应的密度 0 5kg m3 粘度 3 4 10 5Pa s 固体密度 S 400kg m3操作条件下 规定气体速度不大于0 5m s 试求 1 降尘室的总高度H m 2 理论上能完全分离下来的最小颗粒尺寸 3 粒径为40 m的颗粒的回收百分率 解 1 降尘室的总高度H 2 理论上能完全出去的最小颗粒尺寸 用试差法由ut求dmin 假设沉降在斯托克斯区 核算沉降流型 原假设正确3 粒径为40 m的颗粒的回收百分率粒径为40 m的颗粒定在滞流区 其沉降速度 气体通过降沉室的时间为 直径为40