化工原理-11沉降分离原理及设备

第三章、非均相混合物分离(fēnlí)及固体流态化通过本章学习，掌握(zhǎngwò)沉降、过滤、固体流态化及气力输送等过程的原理、计算方法、典型设备的结构特性，能够根据生产工艺的要求，合理选择设备。学习目的与要求1精品资料概述(ɡàishù)物系中存在相界面(jièmiàn)的混合物就是非均相混合物非均相混合物分散相或分散物质：处于分散状态的物质（如分散在流体中的固体颗粒、液滴、气泡等）连续相或分散介质：包围着分散相而处于连续状态的物质（如气态非均相混合物中的气体、液态非均相混合物中的液体）。2精品资料概述(ɡàishù)机械分离方法，即利用非均相混合物中两相的物理性质(wùlǐxìngzhì)（如密度、颗粒形状、尺寸等）的差异，使两相之间发生相对运动而使其分离。机械分离方法过滤沉降3精品资料概述(ɡàishù)非均相混和物分离(fēnlí)的应用：（1）收集分散物质。（2）净化分散介质。（3）环境保护。4精品资料第三章、非均相混合物分离(fēnlí)及固体流态化3.1沉降(chénjiàng)分离原理及设备3.1.1颗粒相对于流体的运动5精品资料一、颗粒(kēlì)的特性1.球形颗粒：球形颗粒的尺寸(chǐcun)由直径d确定。比表面积体积表面积6精品资料2.非球形颗粒：需要形状和大小两个参数来描述(miáoshù)其特性（1）球形度（3－4）颗粒(kēlì)的表面积与该颗粒体积相等的球体的表面积非球形颗粒球形颗粒一、颗粒的特性7精品资料（2）颗粒的当量(dāngliàng)直径体积(tǐjī)当量直径比表面积当量直径两者关系一、颗粒的特性8精品资料非球形颗粒(kēlì)的特性，即比表面积体积(tǐjī)表面积一、颗粒的特性9精品资料二、 球形颗粒(kēlì)的自由沉降图3-1沉降颗粒(kēlì)的受力情况10精品资料颗粒(kēlì)受到三个力重力(zhònglì)浮力阻力二、 球形颗粒的自由沉降阻力系数或曳力系数11精品资料根据牛顿(niúdùn)第二运动定律二、 球形颗粒(kēlì)的自由沉降分析颗粒运动情况：加速度最大阻力加速度加速度=0加速度=0加速段匀速段12精品资料沉降速度匀速阶段中颗粒相对于流体的运动(yùndòng)速度称为沉降速度，由于该速度是加速段终了时颗粒相对于流体的运动(yùndòng)速度，故又称为“终端速度”，也可称为自由沉降速度。（3-15）二、 球形颗粒的自由(zìyóu)沉降13精品资料三、 阻力(zǔlì)系数（曳力系数）通过(tōngguò)量纲分析可知，是颗粒与流体相对运动时雷诺数Ret和球形度s的函数随Ret及s

变化的实验测定结果见图3-2。14精品资料图3-2关系曲线

15精品资料对球形颗粒(kēlì)关系(guānxì)曲线大致可分为三个区域爬流（又称蠕动流Creepingflow）（3-17）滞流区或斯托克斯(Stokes)定律区（3-20）三、 阻力系数（曳力系数）16精品资料过渡(guòdù)区或艾仑（Allen）定律区（3-18）（3-21）三、 阻力(zǔlì)系数（曳力系数）17精品资料（3-19）（3-22）湍流区或牛顿(niúdùn)（Newton）定律区三、 阻力(zǔlì)系数（曳力系数）18精品资料滞流区湍流(tuānliú)区过渡(guòdù)区表面摩擦阻力形体阻力三、 阻力系数（曳力系数）19精品资料四、 影响(yǐngxiǎng)沉降速度的因素自由(zìyóu)沉降干扰沉降沉降过程中，任一颗粒的沉降不因其它颗粒的存在而受到干扰如果分散相的体积分率较高，颗粒间有明显的相互作用，容器壁面对颗粒沉降的影响不可忽略，这时的沉降称为干扰沉降或受阻沉降。20精品资料在实际沉降操作中，影响沉降速度的因素有：1、颗粒(kēlì)的体积分数2、器壁效应3、颗粒(kēlì)形状的影响四、 影响(yǐngxiǎng)沉降速度的因素21精品资料第三章、非均相混合物分离(fēnlí)及固体流态化3.1沉降分离(fēnlí)原理及设备3.1.1颗粒相对于流体的运动3.1.2重力沉降22精品资料一、 重力(zhònglì)沉降速度的计算1、试差法假设(jiǎshè)沉降属于某一流型计算沉降速度核算Ret

23精品资料2、摩擦(mócā)数群法曲线图，最后(zuìhòu)由Ret反求ut，即查先计算一、 重力沉降速度的计算查曲线图，最后由Ret反求ut，即查24精品资料25精品资料若要计算介质中具有某一沉降速度ut的颗粒的直径(zhíjìng)，可先令查曲线图，可求直径d，即一、 重力(zhònglì)沉降速度的计算26精品资料27精品资料量纲(liànɡɡānɡ)为一数群判别：K≤2.62为斯托克斯定律(dìnglǜ)区，2.62<K<69.1为艾仑定律(dìnglǜ)区，K>69.1为牛顿定律(dìnglǜ)区。一、 重力沉降速度的计算28精品资料二、重力沉降(chénjiàng)设备1、降尘室降尘室是依靠(yīkào)重力沉降从气流中分离出固体颗粒的设备29精品资料图3-4降尘(jiàngchén)室示意图二、重力沉降(chénjiàng)设备气流水平通过降尘室速度沉降速度动画1330精品资料或位于降尘室最高点的颗粒(kēlì)沉降到室底所需的时间为气体通过降尘(jiàngchén)室的时间为欲使颗粒被分离出来，则降尘室高沉降速度降尘室长气流水平通过降尘室速度二、重力沉降设备31精品资料根据降尘室的生产能力，气体(qìtǐ)在降尘室内的水平通过速度为整理(zhěnglǐ)得降尘室生产能力（3-30）上式表明，理论上降尘室的生产能力只与其沉降面积及颗粒的沉降速度有关，而与降尘室高度H无关。二、重力沉降设备32精品资料对设置了n层水平(shuǐpíng)隔板的降尘室，其生产能力为：（3-30a）二、重力沉降(chénjiàng)设备动画1433精品资料降尘室结构简单，流动阻力小，但体积庞大，分离效率(xiàolǜ)低，通常只适用于分离粒度大于50m的粗粒，一般作为预除尘使用。多层降尘室虽能分离较细的颗粒且节省占地面积，但清灰比较麻烦。二、重力沉降(chénjiàng)设备34精品资料2．沉降(chénjiàng)槽沉降槽是利用重力沉降来提高悬浮液浓度并同时(tóngshí)得到澄清液体的设备。3．分级器利用重力沉降可将悬浮液中不同粒度的颗粒进行粗略的分离，或将两种不同密度的颗粒进行分类，这样的过程统称为分级，实现分级操作的设备称为分级器。二、重力沉降设备35精品资料双锥分级(fēnjí)器二、重力(zhònglì)沉降设备36精品资料重力沉降(chénj