化工原理 机械分离 沉降分离.ppt

1、第三章 机械分离 沉降分离过程,化工原理（上）,混合物分类 均相混合物 非均相混合物 分离方法与混合物物性相关,3.0 概述,3.1.1 曳力,1颗粒沉降运动中的受力分析,半径为d，密度为s的球形颗粒,(1) 场力,重力,离心力,3.1 颗粒沉降运动,(2) 浮力,重力场,离心力场,(3)阻力,颗粒与流体的相对运动,由于流体与固体颗粒存在相对速度，流体对颗粒有与相对运动方向相反的阻力作用，称为曳力。,绕流，形成边界层,wdA,wdAsin,pdA,pdAcos ,表皮阻力,浮力,形体阻力,将颗粒所受曳力大小表示为颗粒具有动能及流动方向上颗粒投影面积的倍数方式。,2曳力的计算方法,3沉降速度与阻

2、力系数,（1）重力沉降速度ut,重力-浮力-阻力=颗粒质量加速度,重、浮一定，u，阻力 ，加速度,加速度=0时，u=ut沉降速度,（2）离心沉降速度,颗粒实际运动速度在径向上的分量,方向：由圆心指向外；,轨迹：逐渐扩大的螺旋线，,（3）公式成立假定条件,颗粒为球形；,颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰,容器壁对沉降的阻滞作用可以忽略, 颗粒直径不能小到受流体分子运动的影响,（4）阻力系数,因次分析,阻力系数Ret关系图,层流区(Stokes区),Stokes公式,可以近似用到Ret=2,表皮阻力占主导地位,不发生边界层分离,过渡区(Allen区),开始发生边界层分离,颗粒后部形成旋涡尾流,尾流区

3、压强低形体阻力增大,湍流区(牛顿区),形体阻力占主导地位，表皮阻力可以忽略,阻力u2,阻力系数与Ret无关, Ret2105,阻力系数骤然下降,层流边界层湍流边界层,分离点后移，尾流区收缩，形体阻力突然下降,近似取=0.1,颗粒沉降所处区域判断方法,颗粒密度上升，速度增加；,颗粒半径增加，速度增加；,流体密度变大，速度减小；,3影响沉降速度的因素,流体粘度变大，速度减小。,颗粒非球形时，曳力系数还受颗粒形状影响。,技术上采用球形度表示颗粒形状,非球形颗粒的雷诺数采用当量直径de计算：,4非球形颗粒处理办法,1降尘室,3.1.2 重力沉降分离设备,（1）工作原理,气体入室减速,颗粒的沉降运动&随

4、气体运动,沉降运动时间气体停留时间分离,说明, d，容易除去,气量V，容易除去,（2）能(100%)被除去的最小颗粒直径,100%去除室顶到室底,所需沉降时间=H/ut,在室内停留时间=L/u,分离满足的条件：,分离所需最低沉降速度,最低沉降速度能被分离的最小颗径,（3）最大处理量,说明,Vmax某一粒径能100%被去除,Vmax (100%去除的) d, A0，与H无关,例1 采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。降尘室底面积为10，高1.6m。操作条件下气体密度为0.5kg/m3，粘度为210-5Pas，颗粒密度为3000 kg/m3。气体体积流量为5m3/s。试求： （1）可完全回收

5、的最小颗粒直径； （2）如将降尘室改为多层以完全回收20m的颗粒，求多层降尘室的层数及板间距。,（1）,（2）,旋风分离器,（1）构造与工作原理,圆筒、圆锥、矩形切线入口,气流获得旋转,向下锥口,向上，气芯,顶部中央排气口,颗粒器壁滑落,3.1.2 离心沉降设备,分离因数Kc，表示离心分离的沉降速度对重力沉降的倍数，是颗粒所在位置上的惯性离心力与重力常强度之比，表征离心分离器相对于重力沉降分离的效果，是离心分离设备的重要性能指标。,（2）分离性能估计,能被分离出的最小颗粒直径,临界直径dc,假定,ut保持不变，ui,穿越最大气层厚=B,相对运动为层流,Stokes公式可用,将g换为,rm-平均旋转半径,颗粒沉降速度,假设(2)沉降时间,气芯前圈数 = N,运行距离,有效停留时间,其穿越B所需时间停留时间,一般取,dc气体性能、结构、处理量,假定勉强，粗略估计,某一粒径能(100%)被分离出的条件,分离效率,粒级效率 :,混合物经旋风分离器后某一(范围的)粒径被分离出来的质量分数,ddc的颗粒=