化工原理第三章--重力沉降.ppt

1、第三章 机械分离 -非均相混合物分离,授课人：张栋强 邮箱：,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、离心泵的构造和工作原理 1.

2、离心泵的构造（叶轮；泵壳；泵轴及轴封装置） 1）叶轮（作用；分类） 2）泵壳（作用；导叶轮） 3）轴封装置（作用；分类） 2.工作原理（灌泵叶轮旋转产生离心力中心形成负压吸入液体） 二、离心泵的主要性能参数 1.转速；流量；压头；轴功率及效率；允许气蚀余量 2.离心泵的特性曲线 3.液体性质对离心泵特性的影响（密度；粘度） 4.转速及叶轮尺寸对离心泵特性的影响（比例定律；切割定律）,三、离心泵的工作点与流量调节 1.管路特性曲线（heQ） 2.离心泵的工作点 3.离心泵的流量调节（改变管路特性曲线；改变泵的特性曲线） 四、离心泵的安装高度 1.什么是泵的安装高度 2.安装高度为什么会受到限制（

3、汽蚀现象） 3.最小气蚀余量和允许汽蚀余量 4. 最大安装高度、允许安装高度及实际安装高度 五、离心泵的选用、安装与操作 1.离心泵的选择 2.灌泵；开机；运行；关泵,1.定义：在某种力场中，利用非均相混合物中分散相和连续相之间所受力的差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程叫做沉降分离。,重力,惯性离心力,第二节 沉降分离,2. 处理对象：非均相混合物,重力沉降：在重力场中，非均相混合物各组分所受到的重力不同，从而将各个组分加以分离的方法叫做重力沉降分离。,一)自由重力沉降,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，,定义：单个颗粒在无限大流体（容器直径大于颗粒直径

4、的100倍以上）中的沉降过程。,一、重力沉降原理,受力分析：重力；浮力；阻力,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),1）加速阶段：颗粒开始沉降的瞬间，速度u=0，因此阻力Fd=0， 加速沉降，颗粒开始沉降后，u Fd a ； 2）等速阶段：当合力为零时， a=0，之后颗粒匀速沉降 。 沉降速度：等速阶段中颗粒相对与流体的运动速度，用u0表示 当a=0时，u=u0，代入（a）式,沉降速度表达式,单个颗粒在静止流体中的沉降过程分为两个阶段：,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Re0的函数。,斯托克斯公式,对

5、于球形颗粒的曲线（图3-2），按Re0值大致分为三个区： a) 层流区或斯托克斯(stokes)定律区（10 4Re02）,艾伦公式,c) 湍流区或牛顿定律区（Nuton）（500Re0 2105）,牛顿公式,b) 过渡区或艾伦定律区（Allen）（2Re0500）,3)影响沉降速度的因素 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。 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。, 颗粒形状的影响

6、,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Re0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Re0值的阻力系数愈大 但s值对的影响在层流区并不显著，随着Re0的增大，这种影响变大。,4) 常用沉降速度的计算,假设沉降属于层流区,Re02,Re02,艾伦公式（牛顿公式）,试差法求解步骤：,例：试计算直径为30m，密度为2000kg/m3的固体颗粒在空气中做自由沉降时的沉降速度。空气的密度为1.2kg/m3，黏度为0.0185mPas 解：用试差法计算 分析：先假设颗粒在滞流区内沉降 ，,由已知条件：空气的密度为1.2kg

7、/m3，黏度为0.0185mPas,核算流型,若原假设滞流区正确，求得的沉降速度有效。,具体解题步骤见例3-2,二）干扰沉降 定义：若颗粒之间距离很小，即使没有相互接触，一个颗粒沉降时也会受到其它颗粒的影响，这种沉降称为干扰沉降。,干扰沉降的速度比自由沉降要小 干扰沉降的速度可用自由沉降速度的计算方法计算，但要根据颗粒浓度对所用的流体密度及黏度进行校正。,一）降尘室-气固体系,1）降尘室内的颗粒运动,二、重力沉降分离设备,结构：,工作原理,2）沉降运动时间气体停留时间分离,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,说明 含尘气

8、体的最大处理量与某一粒径对应的，是指这一粒径及大于该粒径的颗粒都能100%被除去时的最大气体量； 最大的气体处理量还与降尘室底面积和颗粒的沉降速度有关，底面积越大处理量越大，但处理量与高度无关。 为此，降尘室都做成扁平形； 为提高气体处理量，室内以水平隔板将降尘室分割若干层，称为多层降尘室。隔板的间距应考虑出灰的方便。,补充说明： 为使气体分布均匀，降尘室进出口通常都做成锥形； 为防止操作过程中已被除下的尘粒又被气流重新卷起，降尘室的操作气速往往很低； 为保证分离效率，室底面积也必须较大。 因此，降尘室是一种庞大而低效的设备，通常只能捕获大于100微米的粗颗粒。要将更细小的颗粒分离出来，就必须

9、采用更高效的除尘设备。,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3-3 降尘室高2m，宽2m，长5m，用于矿石焙烧炉炉气的除尘。操作条件下气体的流量为25000m3/h，密度为0.6kg/m3，黏度为0.03mPas。试求： 1）能完全除去的氧化铁灰尘（密度为4500kg/m3）的最小直径； 2）粒径为60微米的氧化铁灰尘被除去的百分数； 3）若将上述降尘室用隔板分隔成2层（不考虑隔板的厚度），如需完全除去的尘粒直径相同，则含尘气体的处理量为多大？反之，若生产能力相同，则完全除去的尘粒的最小颗粒直径为多大？,分析：,（1）降尘室使颗粒沉降的条件,u0的求取,试差法,（2）层流区,而 u0d2,（3）降尘室的生产能力,1)变为两层沉降室面积变为2A0,u0不变,Vs变为原来的两倍,2)变为两层沉降室面积变为2A0,Vs不变,u0变为原来的1/2,而 u0d2,例：本题附图所示 为一双锥分级器，利 用它可将密度不同或 尺寸不同的粒子混合 物分开。混合粒子由 上部加入，水经可调 锥与外壁的环形间隙