第14讲 重力沉降.ppt

2 3 4真空泵 蒸汽喷射泵 喷射泵是利用流体流动时静压能与动能相互转换的原理来吸 送流体 优点 喷射泵构造简单 紧凑 没有活动部分 缺点 效率很低 蒸汽消耗量大 注 若将几个真空泵串联起来 便可得到更高的真空度 第14讲第三章非均相物系的分离和固体流态化 教学内容 重力沉降 教学目的 掌握重力沉降过程的基本原理 了解典型设备 降尘室 沉降槽等 的结构特征 能够根据生产工艺的要求 完成降尘室的设计 教学重点 重力沉降速度的计算 教学难点 降尘室的设计 3 1概述 特点 物系内部各处均匀且无相界面 即体系内只有一个相 分离方法 蒸馏 吸收等 1 均相混合物 2 非均相混合物 特点 体系内包含一个以上的相 且相界面两侧物料性质不同 分散相与连续相a 在非均相物系中 处于分散状态的物质称为分散相或分散物质 b 包围着分散物质而处于连续状态的流体称为连续相或连续介质 混合物的分类 由具有不同物理性质的分散物质和连续介质所组成的物系 分离方法 机械分离方法 常用单元操作有 重力沉降 离心沉降 过滤等 应用 a 收集分散物质 b 净化连续介质 c 环境保护与生产安全 分类 1 气态非均相物系 气 固 气 液 如含尘气体 含雾气体 2 液态非均相物系 液 液 液 固 如悬浮液 乳浊液及泡沫液等 体积 表面积 比表面积 1 球形颗粒 球形颗粒的尺寸由直径d确定 其他参数均可表示为d的函数 3 2 1颗粒的特性 2 非球形颗粒 体积当量直径de 形状系数 又称球形度 表征颗粒的形状与球形的差异程度 非球形颗粒可用当量直径及形状系数来表示其特性 体积 表面积 比表面积 3 3重力沉降 在重力场中 利用连续相与分散相的密度差异 使之发生相对运动而实现非均相混合物分离的操作过程 称为重力沉降 1 沉降速度 球形颗粒的自由沉降 单颗粒 或充分分散 互不干扰的颗粒群 在流体中借助于重力而产生沉降 称自由沉降 a 加速运动阶段 b 等速运动 静止流体中颗粒的沉降过程 沉降颗粒的受力情况 重力沉降速度ut 如图示 球形颗粒 s d 流体密度为 重力 浮力 阻力 匀速段 重力沉降速度 2 阻力系数 图3 2 Ret关系曲线 Ret的关系式 1 层流区或 Stokes 阻力区 10 4 Ret 1 2 过渡区或艾仑区 1 Ret 103 1 层流区 2 过渡区 3 湍流区 3 湍流区或牛顿区 103 Ret 2 105 0 44 对应各区沉降速度ut的计算公式如下 Stokes公式 Allen公式 Newton公式 3 影响沉降速度的因素 B 干扰沉降 若上述条件不能成立 则为干扰沉降 此时 沉降速度较自由沉降时小 A 自由沉降条件 颗粒为球形 颗粒彼此相距甚远 互不干扰 混合物中颗粒的体积百分率不超过0 1 忽略容器壁面对颗粒的滞阻作用 D容器 100d 颗粒直径不宜太小 若d 2 3 m 则易受流体介质分子运动的影响 分子的布朗运动 而影响沉降 颗粒的体积浓度 器壁效应 颗粒形状的影响 4 沉降速度的计算 试差过程为 首先假设Ret区域 层流区 过渡区或湍流区 选用相应的ut计算式计算出ut 用此ut计算Ret 再检验假设的Ret区域是否正确 如果与假设不符 则应重新假设 计算 直至计算结果与假设一致为止 1 试差法 注意 区别流体的流速u与颗粒沉降速度ut ut取决于颗粒和流体两相的性质 与流体的流动与否无关 而颗粒运动的绝对速度up则与流体的流动状态直接相关 2 摩擦数群法 因 因 即 即 若已知ut 求d 可以先求 查图3 3得到Ret 反算出d 例3 2计算直径为90 m 密度为3000kg m3的固体颗粒在20 水中的沉降速度 解 由附录五查得 20 时水的密度为998 2kg m3 粘度为1 005 10 3Pa s 1 试差法 假设颗粒在层流区内沉降 沉降速度为 核算 结论 原假设成立 ut即为所求 沉降速度为 2 摩擦数群法 查图3 3 得 Ret 0 78 应用举例 1 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 练习题 用落球法测定某液体的粘度 将待测液体置于玻璃容器中 测得直径为6 35mm的钢球在此液体中沉降200mm所需的时间为7 32s 已知钢球的密度为7900kg m3 液体密度为1300kg m3 计算液体的粘度 答案 5 31Pa s 2 颗粒大小的测定 已测得密度为 s 1630kg m3的塑料珠在20 的CCI4液体中的沉降速度为1 71 10 3m s 20 时的CCI4密度 1590kg m3 粘度 1 03 10 3Pa S 求此塑料珠的直径 解 设小珠沉降处于斯托克斯定律区 则 校核 假设成立 计算有效 小珠直径约为0 283mm 2 重力沉降设备 1 降尘室依靠重力沉降从气流中分离出固体颗粒的设备称为降尘室 水平运动 停留时间 垂直运动 沉降时间 尘粒在降尘室内的运动情况 分离条件 则降尘室的生产能力 含尘气体通过降尘室的体积流量 m3 s 如图示 降尘室长 宽 高分别为 b H 讨论 1 降尘室的性能指标 结论 降沉室的生产能力仅与降尘室的底面积及沉降速度有关 与降尘室的高度无关 生产能力 生产能力 多层降尘室 2 降尘室的应用及优 缺点 适宜于从气流中分离粗颗粒 d 75 m 或作预处理 优点 结构简单 流体阻力小 缺点 体积庞大 分离效率低 dmin 临界粒径 即降尘室所能全部捕集的最小颗粒直径 相关计算问题 1 设计型问题 给定生产任务 即待处理的气体流量Vs 并已知有关物性 s 及要求全部除去的最小颗粒尺寸dmin 计算所需降尘室面积 2 操作型计算 降尘室底面积一定 可根据物系性质及要求全部除去的最小颗粒尺寸dmin 核算降尘室的处理能力 或根据物系性质及气体处理量计算能够全部除去的最小颗粒尺寸dmin 例 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 的常压含尘空气 尘粒密度为1800kg m3 现需将直径为25 m以上的颗粒全部除去 试求 1 该降尘室的含尘气体处理能力 m3 s 2 若在该降尘室中均匀设置9块水平隔板 则含尘气体的处理能力为多少m3 s 解 1 据题意 由附录查得 20 的常压空气 1 2kg m3 1 81 10 5Pa S 设100 除去的最小颗粒沉降处于斯托克斯区 则其沉降速度为 校核 假设成立 气体处理量为 2 当均匀设置n块水平隔板时 实际降尘面积为 n 1