固体颗粒及其特性简介

*第一篇气固分离概述1第一章

固体颗粒及其特性定义：沉降力场：重力、离心力。在某种力场的作用下，利用分散物质与分散介质的密度差异，使之发生相对运动而分离的单元操作。沉降操作分类：重力沉降、离心沉降。*第一篇气固分离概述2第一章

固体颗粒及其特性流体绕圆球颗粒的流动uFdFd与颗粒运动的方向相反。当流体相对于静止的固体颗粒流动时，或者固体颗粒在静止流体中移动时，由于流体的粘性，两者之间会产生作用力，这种作用力通常称为曳力或阻力。只要颗粒与流体之间有相对运动，就会产生阻力。对于一定的颗粒和流体，只要相对运动速度相同，流体对颗粒的阻力就一样。一、颗粒运动时的阻力*第一篇气固分离概述3第一章

固体颗粒及其特性阻力定义式：一、颗粒运动时的阻力

ρ——流体密度；μ——流体粘度；

dp——颗粒的当量直径；

A——颗粒在运动方向上的投影面积；

u——颗粒与流体相对运动速度。

——阻力系数，是雷诺数Re的函数，由实验确定。*第一篇气固分离概述4第一章

固体颗粒及其特性根据阻力随颗粒雷诺数变化的规律，可分为三个区域：斯托克斯区（10-4<Re<1）过渡区或艾仑区（1<Re<103）湍流区或牛顿区（103<Re

<105）*第一篇气固分离概述5第一章

固体颗粒及其特性一、颗粒在流体中的沉降过程颗粒与流体在力场中作相对运动时，受到三个力的作用：质量力F＝ma浮力Fb=ρ

gVp曳力Fd=ξAρu2/2对于一定的颗粒和流体，重力Fg、浮力Fb一定，但曳力Fd却随颗粒运动速度而变化。当颗粒运动速度u等于某一数值后达到匀速运动，这时颗粒所受的诸力之和为零。*第一篇气固分离概述6第一章

固体颗粒及其特性一、颗粒在流体中的沉降过程自由沉降：颗粒在重力作用下在无界流体中的沉降过程，称为自由沉降。对单个球形颗粒的受力分析：沉降的两个阶段：加速阶段和等速阶段;加速段时间很短，整个过程可以忽略；等速阶段，颗粒相对流体的速度称为沉降速度；用ut表示，也称终端沉降速度。u重力Fg阻力Fd浮力Fb*第一篇气固分离概述7第一章

固体颗粒及其特性一、颗粒在流体中的沉降过程u重力Fg阻力Fd浮力Fb根据牛顿第二定律，颗粒的重力沉降运动基本方程式应为:p

—颗粒密度*第一篇气固分离概述8第一章

固体颗粒及其特性ξ是阻力系数，是颗粒对流体作相对运动的雷诺数Re的函数u重力Fg阻力Fd浮力Fb当du/dt

=0时，令u=ut，可得ut计算式*第一篇气固分离概述9第一章

固体颗粒及其特性Re=ρudp/μ流体绕圆球的流动uFd*第一篇气固分离概述10第一章

固体颗粒及其特性根据阻力随颗粒雷诺数变化的规律，可分为三个区域：斯托克斯区（10-4<Re<1）过渡区或艾仑区（1<Re<103）湍流区或牛顿区（103<Re

<105）*第一篇气气固分分离概述述11第一章固体颗粒粒及其特特性层流区过渡区湍流区将不同流流动区域域的阻力力系数分分别代入入上式，，得球形颗粒粒在各区相应应的沉降降速度分分别为：：：*第一篇气气固分分离概述述12第一章固体颗粒粒及其特特性求沉降速速度通常常采用试试差法。。沉降速度度的求法法：假设流体体流动类类型；计算沉降降速度ut；计算Re，验证与假假设是否否相符；；如果不相相符，则则转①。。如果相相符，OK!*第一篇篇气气固分分离概概述13第一章章固体颗颗粒及及其特特性一直径径为1mm、密度度为2500kg/m3的玻璃璃球在在20℃℃的水中中沉降降，试试求其其终端端沉降降速度度ut。校核流流型，，Re=ρutdp/μμ=998.2××0.145××10-3/(1.005×10-3)=144解：假假设其其流型型属过过渡区区，故故有：：故属于于过渡渡区，，与假假设相相符。。反之，，当已已知沉沉降速速度，，求颗颗粒直直径时时，也也需要要试差差计算算。*第一篇篇气气固分分离概概述14第一章章固体颗颗粒及及其特特性已知一一密度度为3000kg/m3的球形形颗粒粒在20℃℃的水中中的终终端沉沉降速速度ut=9.8××10-3m/s，试确确定其其粒径径。校核流流型：：Re=ρutdp/μμ=998.2××9.8××10-3×95×10-6/(1.005×10-3)=0.92解：假假设其其流型型属层层流区区，故故有：：故属于于层流流区，，与假假设相相符。。*第一篇气气固分分离概述述15第一章固体颗粒粒及其特特性影响沉降降速度的的因素(以层流流区为例例)(1)颗粒粒直径dp啤酒生产，，采用絮状状酵母，dp↑→ut↑↑，使啤酒易于于分离和澄澄清。均质乳化，，dp↓→ut↓↓，使饮料不易易分层。加絮凝剂，，如水中加加明矾。(2)连续续相的粘度度加酶：清饮饮料中添加加果胶酶，，使↓→ut↑，易于分离。。增稠：浓饮饮料中添加加增稠剂，，使↑→ut↓，不易分层。。加热：原油油脱盐脱水水中的加热热。(3)两相相密度差(p-)：*第一篇气气固分离概概述16第一章固体颗粒及及其特性影响沉降速速度的因素素(以层流流区为例)(4)颗粒粒形状球形度s越小，越大，但在在层流区不不明显。ut非球<ut球。对于细微颗颗粒(d<0.5m)，应考虑分子子热运动的的影响，不不能用沉降降公式计算算ut；Cunningham修正系数。。沉降公式可可用于沉降降和上浮等等情况。(5)边壁壁效应(walleffect)：当颗粒靠靠近器壁沉沉降时，由由于器壁的的影响，沉沉降速度变变慢小，这这种影响称称为壁效应应。(6)干扰沉降：：当颗粒体体积浓度小小于0.2%时，偏差在在1%以内，当颗颗粒浓度较较高时便发发生干扰沉沉降。由于于干扰作用用，大颗粒粒的实际沉沉降速度小小于自由沉沉降速度；；小颗粒的的沉降速度度增大。*第一篇气气固分离概概述17第一章固体颗粒及及其特性层流区，Fd与ut的1次方成正比比。过渡区，Fd与ut的1.4次方成正比比。湍流区，Fd与ut的平方成正正比。机理为何？？*第一一篇篇气气固固分分离离概概述述18第一一章章固体体颗颗粒粒及及其其特特性性*第一一篇篇气气固固分分离离概概述述19第一一章章固体体颗颗粒粒及及其其特特性性重力力沉沉降降室室/降尘尘室室流道道突突然然扩扩大大，，流流速速降降低低，，气气体体携携带带能能力力下下降降，，气气流流中中的的颗颗粒粒沉沉降降下下来来。。因因此此，，尺尺寸寸越越大大，，分分离离能能力力越越强强。。优点点结构构简简单单，，造造价价低低。。阻力力低低。。50-150Pa。运行行可可靠靠。。气量量大大，，且且适适合合高高温温使使用用。。缺点点分离离效效率率低低，，只只适适于于大大颗颗粒粒的的分分离离。。尺寸寸大大。。重力沉降室示意图*第一一篇篇气气固固分分离离概概述述20第一一章章固体体颗颗粒粒及及其其特特性性LHb净化气体含尘气体uut假设设：：颗颗粒粒水水平平分分速速度度与与气气体体流流速速u相同同；；停留留时时间间＝L/u沉降时间t＝H/ut颗粒分离条条件：L/u≥≥H/ut；H<Lut/u*第一篇气气固分离概概述21第一章固体颗粒及及其特性1、降尘室颗粒大小不不同，沉降降速度不同同。设某粒粒子在θ内沉降高度是是h且若h<H，则其分离离效率为再设沉降位位于层流区区，则：*第一篇气气固分离概概述22第一章固体颗粒及及其特性1、降尘室再设降尘室室处理量为为Q，则：*第一篇气气固分离概概述23第一章固体颗粒及及其特性按照100%的分离效率率，求出可分离离的最小粒粒径：dmin也称临界粒粒径(criticaldiameter)；临界沉降速速度utc：*第一篇气气固分离概概述24第一章固体颗粒及及其特性可见：当气速u一定时，H越小，dmin越小，效率率越高。常做成扁平平型，或采采用多层沉沉降室的结结构。气速u不能太大，，以免干扰扰颗粒沉降降，或把尘尘粒重新卷卷起。一般般u不超过3m/s。一定粒径的的颗粒，生生产能力Q只与底面积积BL和utc有关，而与与H无关。*第一篇气气固分离概概述25第一章固体颗粒及及其特性当用隔板分分为N层，则每层层高度为H/N。若速度u不变，则：：沉降高度度为原来来的1/N倍；utc降为原来来的1/N倍(utc=Q/BL)；临界粒径径为原来来的1/N0.5倍；一般可分分离20μm以上的颗颗粒；但但排尘不不方便。。多层隔板降尘室示意图含尘气体粉尘隔板净化气体*第一篇气气固分分离概述述26第一章固体颗粒粒及其特特性降尘室计计算举例例例：拟用降尘尘室回收收常压炉炉气中的的固体颗颗粒，降降尘室长长5m，宽和高均均为2m，炉气量为为4m3/s。操作条件件下气体体密度为为0.75kg/m3，粘度2.6×10-5Pa·s，固体颗颗粒为球球形，密密度3000kg/m3。求：(1)理理论上能能完全捕捕集下来来的最小小粒径；；(2)粒粒径为40μm颗粒的回回收百分分率；(3)若若完全回回收15μm的尘粒，，对降尘尘室应如如何改进进?解：与最小粒粒径或临临界粒径径对应的的临界沉沉降速度度：假设流型型并校核核，有：：*第一篇气气固分分离概述述27第一章固体颗粒粒及其特特性降尘室计计算举例例(2)直直径为40μm的颗粒必必在层流流区沉降降，其沉沉降速度度ut′：故理论上上直径40μm颗粒的沉沉降高度度H′H′=u′tθ=0.1×(L/ut)=0.5m设降尘室室入口炉炉气均布布，在降降尘室入入口端处处于顶部部及其附附近的d=40μm的尘粒，，它们随随气体到到达出口口时还没没有沉到到底，而而入口端端处于距距室底0.5m以下的尘尘粒均能能除去，，所以除除尘效率率：η=H′/H=0.5/2=25%*第一篇气气固分分离概述述28第一章固体颗粒粒及其特特性降尘室计计算举例例(3)要完全全回收15μm的颗粒，，可在降降尘室内内设置水水平隔板板，使之之变为多多层降尘尘室。隔隔板层数数n及板间距距h的计算为为：圆整取n=28，则隔板板间距：：h=H/(n+1)=2/29=0.069m故理论上上在原降降尘室内内设28层隔板板可全部部回收15μm的颗粒。。加长L或增加宽宽度B，是否可可行？*第一篇气气固分分离概述述29第一章固体颗粒粒及其特特性降尘室计计算举例例(3)要完全全回收15μm的颗粒，，可在降降尘室内内设置水水平隔板板，使之之变为多多层降尘尘室。隔隔板层数数n及板间距距h的计算为为：圆整取n=28，则隔板间距距：h=H/(n+1)=2/29=0.069m故理论上在原原降尘室内设设28层隔板板可全部回收收15μm的颗粒。加长L或增加宽度B，是否可行？？*第一篇气固固分离概述30第一章固体颗粒及其其特性降尘室计算举举例降尘室的设计计计算(1)计算ut：(2)确定底底面积及B，L：(3)确确定定沉沉降降高高度度H：已知知含含尘尘气气体体的的流流量量，，粉粉尘尘的的排排放放标标准准，，气气固固两两相相物物性性参参数数。。设计计计计算算步步骤骤：：*第一一篇篇气气固固分分离离概概述述31第一一章章固体体颗颗粒粒及及其其特特性性降尘尘室室计计算算举举例例说明明：：沉降降速速度度ut应按按需需要要分分离离下下来来的的最最小小颗颗粒粒计计算算；气流流速速度度u不应应太太高高，，以以免免干干扰扰颗颗粒粒的的沉沉降降或或把把已已经经沉沉降降下下来来的的颗颗粒粒重重新新卷卷起起。。降尘尘室室结结构构简简单单，，流流动动阻阻力力小小，，但但体体积积庞庞大大，，效效率率低低，，通通常常仅仅适用用于于直直径径大大于于50-100μm的颗颗粒粒，作作预除除尘尘。多层层降降尘尘室室虽虽能能分分离离50μμm以下下的颗颗粒粒，，并并节节省省地地面面，，但但存存在在诸诸多多问问题题。。例题题中中在在2m高度度上上加加28层不不可可行行，，安安装装，，支支撑撑，，找找平平等等。。另外外，，排排灰灰也也不不可可能能。。而在在沉沉降降器器内内加加设设一一些些立立式式角角钢钢等等，，形形成成惯惯性性分分离离，，是是提提高高分分离离效效率率的的好好方方法法。。*第一一篇篇气气固固分分离离概概述述32第一章章固体颗颗粒及及其特特性降尘室室计算算举例例*第一篇气气固分离概概述33第一章固体颗粒及及其特性降尘室计算算举例*第一篇气气固分离概概述34第一章固体颗粒及及其特性降尘室计算算举例二、惯性分分离器分离机理：利用气体体和颗粒的的密度差，，当气流急急速改变方方向时，颗颗粒脱离流流线从气流流中分离下下来。这种种惯性分离离器，气流流旋转角度度小于360º。*第一篇气气固分离概概述35第一章固体颗粒及及其特性降尘室计算算举例结构形式冲击式－气气流冲击挡挡板捕集较较粗粒子反转式－改改变气流方方向捕集较较细粒子冲击式惯性性除尘装置置a单级b多级反转式惯性除尘装置a弯管型b百叶窗型c多层隔板型*第一篇气气固分离概概述36第一章固体颗粒及及其特性降尘室计算算举例应用一般净化密密度和粒径径较大的金金属或矿物物性粉尘净化效率不不高，一般般只用于多多级除尘中中的一级除除尘，捕集集10～20µm以上的粗颗颗粒压力损失100～1000Pa9、静夜四四无邻，，荒居旧旧业贫。。。12月-2212月-22Thursday,December22,202210、雨中黄黄叶树，，灯下白白头人。。。18:39:2218:39:2218:3912/22/20226:39:22PM11、以我我独沈沈久，，愧君君相见见频。。。12月月-2218:39:2218:39Dec-2222-Dec-2212、故人江海海别，几度度隔山川。。。18:39:2218:39:2218:39Thursday,December22,202213、乍乍见见翻翻疑疑梦梦，，相相悲悲各各问问年年。。。。12月月-2212月月-2218:39:2318:39:23December22,202214、他他乡乡生生白白发发，，旧旧国国见见青青山山。。。。22十十二二月月20226:39:23下下午午18:39:2312月月-2215、比不了得得就不比，，得不到的的就不要。。。。十二月226:39下下午12月-2218:39December22,202216、行动出成成果，工作作出财富。。。2022/12/2218:39:2318:39:2322December202217、做前，，能够环环视四周周；做时时，你只只能或者者最好沿沿着以脚脚为起点点的射线线向前。。。6:39:23下午午6:39下午午18:39:2312月-229、没有失失败，只只有暂时时停止成成功！。。12月-2212月-22Thursday,December22,202210、很多事事情努力力了未必必有结果果，但是是不努力力却什么么改变也也没有。。。18:39:2318:39:2318:3912/22/20226:39:23PM11、成成功功就就是是日日复复一一日日那那一一点点点点小小小小努努力力的的积积累累。。。。12月月-2218:39:2318:39Dec-2222-Dec-2212、世间成成事，不不求其绝绝对圆满满，留一一份不足足，可得得无限完完美。。。18:39:2318:39:2318:39Thursday,December22,202213、不知香香积寺，，数里入入云峰。。。12月-2212月-2218:39:2318:39:23December22,202214、意志坚强强的人能把把世界放在在手中像泥泥块一样任任意揉捏。。22十二二月20226:39:23下下午18:39:2312月-2215、楚塞三湘湘接，荆门门九派通。。。。十二月226:39下下午12月-2218:39December22,202216、少少年年十十五五二二十十时时，，步步行行夺夺得得