(化工原理）第二节 沉降过程

1、( (化工原理）第二节化工原理）第二节 沉沉降过程降过程沉沉 降降 速速 度度n颗粒的沉降过程应分为两个阶段,起初为加速阶段,而后为等速阶段 n等速阶段里颗粒相对于流体的运动速度ut称为“沉降速度”，“终端速度”。阻力系数 n二、阻力系数 n定义：颗粒与流体相对运动时的雷诺数n由Re、s数，查图得阻力系数 阻力系数 n曲线(s=1.0)所示。该曲线可按Re值大致分为三个区域,各区内的曲线可分别用相应的关系式来表达 33沉沉 降降 速速 度度n斯托克斯(Stokes)公式、艾仑(Allen)公式及牛顿(Newton)公式 影响沉降速度的因素n三、影响沉降速度的因素n1、体积浓度 干扰沉降n2、器

2、壁效应n3、颗粒形状 同一种固体物质，球形或近球形颗粒比同体积的非球形颗粒的沉降要快一些n4、颗粒粒径布朗运动沉降速度计算沉降速度计算试差法试差法n四、沉降速度的计算四、沉降速度的计算 n1、试差法n设Rep选公式 ut核算Rep判断沉降速度计算摩擦数群法n2、摩擦数群法 3沉降速度计算摩擦数群法n是Ret的已知函数，则Ret2 也是Ret的已知函数。n-Ret曲线转化为Ret2- Ret曲线n根据已知值,首先算出Ret2的值,再用Ret2- Ret曲线查出相应的Ret值,然后根据Ret的定义式反算出ut,即：Goto Figure沉降速度计算摩擦数群法n令与Ret-1相乘,得n可得Ret-1

3、- Ret图n由Ret-1从图中查得Ret,用以根据沉降速度ut计算颗粒直径d3沉降速度计算摩擦数群法Back 14Back 15用K判断流型n将层流时的ut代入Ret,有n当Re1000，在牛顿定律区的下限K值为69.1n可根据K值选用相应的公式，避免试差法例3-1例3-1重力沉降重力沉降设备降尘室降尘室 n二、重二、重 力力 沉沉 降设备降设备n（一）、降尘室（一）、降尘室 （过程）（过程）n令 l降尘室的长度,m ； H 降尘室的高度,m； b 降尘室的宽度,m； ut 颗粒的沉降速度,m; u 气体在降尘室内水平通过的流速,m/s。重力沉降重力沉降设备降尘室降尘室n 颗粒沉降至室底所颗

4、粒沉降至室底所需的时间为：需的时间为： 重力沉降重力沉降设备降尘室降尘室n降尘室的生产能力只与其 沉降面积bl及颗粒的沉降速度ut有 关,而与降尘室的高度无关。如气体处理量为Vs重力沉降重力沉降设备降尘室降尘室n因此, 可将降尘室做成多层, 称为多层降尘室 重力沉降重力沉降设备降尘室降尘室n多层降尘室的生产能力为 Vs （n+1)blut （n为隔板数）n降尘室特点n降尘室结构简单,阻力小,n但体积庞大,分离效率低,n只适用于分离直径在50m以上的粗粒,一般作预除尘器使用。n多层降尘室虽能分离较细小的颗粒并节省地面但出灰不便。 例例3-2例例3-2重力沉降重力沉降设备沉降槽降槽n（二）、沉降槽

5、（二）、沉降槽 （过程）n1、沉降槽的构造与操作沉降槽的构造与操作 又称增浓器或澄清器重力沉降重力沉降设备沉降槽降槽n浓悬浮液的沉聚过程 （自学）n连续沉降槽的直径连续沉降槽的直径,小者数米小者数米,大者可达大者可达数百米。小槽可用木料或金属制造数百米。小槽可用木料或金属制造,大大槽要用混凝土砌筑。小槽耙的转速约槽要用混凝土砌筑。小槽耙的转速约为为1r.p.m.,大槽只有大槽只有0.1r.p.m.左右。左右。 重力沉降重力沉降设备分级器n（三）、分级器n重力沉降用于分离不同粒径的同种颗粒和不重力沉降用于分离不同粒径的同种颗粒和不同密度的颗粒所用设备称为分级器同密度的颗粒所用设备称为分级器例3-

6、3例3-3例3-33-2-2 离心沉降离心沉降-1依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程叫作离心沉降 n一、惯性离心力作用下的沉降速度惯性离心力作用下的沉降速度离心沉降离心沉降-2n平衡时颗粒在径向上相对于流体的速度 是它在此位置上的离心沉降速度离心沉降离心沉降-3n颗粒的离心沉降速度 ur与重力沉降速度 ut具有相似的关系式，只是将重力场强度 g 改为惯性离心力场强度 uT/R n区别：n离心力沉降速度ur 不是颗粒运动的绝对速度，而是绝对速度在径向上的分量，且方向不是向下而是沿半径向外；n离心沉降速度ur 本身就不是一个恒定的数值，而重力沉降速度ut 则是不变的。离心沉降离心沉降-4n在离心

7、沉降时，如果颗粒与流体的相对运动属于滞流，阻力系数也符合斯托克斯定律：n n同一颗粒在同种介质中的离心沉降速度与重力沉降速度的比值为 n比值 Kc也就是颗粒所在位置上的惯性离心力场强度与重力场强度之比，称为离心分离因数 离心沉降离心沉降设备-旋风分离器n二、 旋风分离器的操作原理旋风分离器的操作原理 n结构离心沉降离心沉降设备-旋风分离器n气体在器内的运动情况离心沉降离心沉降-7n三、旋风分离器的性能三、旋风分离器的性能 （分离效果、压强降）（分离效果、压强降）n（ 一）、临界粒径一）、临界粒径 n旋风分离器中能被完全分离下来的最小颗粒直径。旋风分离器中能被完全分离下来的最小颗粒直径。 n临界

8、粒径的计算式临界粒径的计算式,可在如下简化条件之下可在如下简化条件之下推导出来。推导出来。 n（1）进入旋风分离器的气流严格按螺旋形路线作等速运动）进入旋风分离器的气流严格按螺旋形路线作等速运动,其其切向速度等于进口气速切向速度等于进口气速uin(2) 颗粒向器壁沉降时颗粒向器壁沉降时,必须穿过厚度等于整个进气口宽度必须穿过厚度等于整个进气口宽度B的的气流层气流层,方能到达壁面方能到达壁面 而被分离。而被分离。 离心沉降离心沉降-8n(3) 颗粒在滞流情况下作自由沉降，其径向沉降速度可用下式颗粒在滞流情况下作自由沉降，其径向沉降速度可用下式计算计算n 因因s ,故式中的故式中的可以略去；又旋转

9、半径可以略去；又旋转半径R 可取平均值可取平均值Rm，则气流中的离心沉降速度为，则气流中的离心沉降速度为 n 离心沉降离心沉降-9n颗粒到达器壁所需的沉降时间为 n令气流的有效旋转圈数为Ne,它在器内运行的距离便是2RmNe,则停留时间为 离心沉降离心沉降-10n若某种尺寸的颗粒所需的沉降时间t恰等于停留时间，该颗粒就是理论上能被完全分离下来的最小颗粒。 离心沉降离心沉降-11n临界粒径随分离器尺寸增大而增大,因此分离效率随分离器尺寸增大而减小,所以当气体处理量大时，常将若干个小尺寸的旋风分离器并联使用(称为旋风分离器组),以维持较高的除尘效率。n Ne的数值一般为0.53.0,但对标准旋风分

10、离器，可取Ne=5。 离心沉降离心沉降-12n （二）、分离效率二）、分离效率 n 旋风分离器的分离效率有两种表示法,一是总效率,以0代表；一是分效率,又称粒级效率,以p代表。 n总效率是指进入旋风分离器的全部颗粒中被分离下来的质量分率,即：nC1旋风分离器进口气体含尘浓度, g/m；n C2旋风分离器出口气体含尘浓度, g/m 离心沉降离心沉降-13n粒级效率 nC1i 进口气体粒径在第i 小段范围内的颗粒的浓度，g/m3nCi2 出口气体中粒径在第i小段范围内的颗粒的浓度,g/m3离心沉降离心沉降-14n 粒级效率与颗粒直径的对应关系可用曲线表示，成为粒级效率曲线 大于dc未完全除去小于d

11、c未完全通过离心沉降离心沉降-15n 分割粒径标准型课本有误离心沉降离心沉降-16n n xi粒径在第I小段范围内的颗粒占全部颗粒的质量分率npi第I小段粒径范围内的颗校的粒级效率,nn全部粒径被划分的段数。压强降压强降n（三）、（三）、 压强降压强降n标准型旋风分离器标准型旋风分离器,其阻力系数其阻力系数=8.0n一般压强降在一般压强降在500-2000Pan影响旋风分离器性能的因素多而复杂影响旋风分离器性能的因素多而复杂,物系情况及操作条件是其中的重要方物系情况及操作条件是其中的重要方面。面。n(s、ds、ui、C) 例3-4例3-49.63m/s例3-4例3-5例3-5离心沉降离心沉降-18n四、旋风分离器的结构型式与选用四、旋风分离器的结构型式与选用 n近年来，在旋风分离器的结构设计中，主要对以下几个方面进行改进，以提高分离效率n（1）采用细而长的器身(增大惯性力、延长停留时间)n（2）减小涡流的影响(避免短路)离心沉降离心沉降-21n选择依