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文档简介

第三章非均相物系分离

通过本章学习,掌握沉降和过滤过程的原理、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。学习目的与要求锤府负携骨红坷颇攀搓拙坷曾鱼化糯四伙邮弗瑚吧赊园驹黎湘龟音购揩药化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/2023第三章非均相物系分离通过本章学习,掌握沉降和1第三章

非均相物系分离一、沉降速度1、球形颗粒的自由沉降2、阻力系数3、影响沉降速度的因素4、沉降速度的计算5、分级沉降二、降尘室1、降尘室的结构2、降尘室的生产能力第一节

重力沉降柬淘蜜挨甸而隧扒铆糜近陆粹过凤哭屏咱沸臃歼失二诸乖芍涟温救领浚揖化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/2023第三章

非均相物系分离一、沉降速度第一节

重力沉降柬淘2混合物

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。例如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岿御诵矛闽灰蘑卵暮逆磅爸巩睫役挑萎玄藩昏漾侣肇被姆像瞻断跃陶娥跪化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/2023混合物均相混合物非均相混合物物系内部各处物料性质均匀而3非均相物系

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

分离机械分离

沉降

过滤

不同的物理性质

连续相与分散相发生相对运动的方式

分散相和连续相

盖温竿记足鸳拎绍肠弟旭重准丑垮三藤兑嗅玻耘冶憨卜狮陋粟绷敛决渴惫化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/2023非均相物系分散相处于分散状态的物质连续相包围4

一、重力沉降

沉降

在某种力场中利用分散相和连续相之间的密度差异,使之发生相对运动而实现分离的操作过程。

作用力

重力

惯性离心力

重力沉降离心沉降

1、沉降速度

1)球形颗粒的自由沉降吾思傻恢东绰祁姆珐溢翻菜揭牧谣霞桑襟巩摘枪练流蹦铱隧芽哲煞肢跳酞化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/2023一、重力沉降沉降在某种力场中利用5重力

浮力阻力(a)调撅墨星撰淌祖减桂附盒哗彭耻集赏举绷潭陶害醋于竭姨试逛宗然汇北仇化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/2023重力浮力阻力(a)调撅墨星撰淌祖减桂附盒哗彭耻集赏举绷潭6颗粒开始沉降的瞬间,速度u=0,阻力Fd=0,a→max

颗粒开始沉降后,u↑→Fd

↑;u→ut时,a=0。等速阶段中颗粒相对于流体的运动速度ut

称为沉降速度。当a=0时,u=ut,代入(a)式——沉降速度表达式酶撑忘发崔钡夸根氯务锚管扰淌闸农止摧披贼惠磷碎滚沉冠蓝侥笆温烘勃化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/2023颗粒开始沉降的瞬间,速度u=0,阻力Fd=0,a→max7

a)滞流区或斯托克斯(Stokes)定律区(10–4<Ret<1)

——斯托克斯公式2、阻力系数ξ

殆弓日佬捏岂蔬震淀举西随凿嫂氛稍瓶络奴谎真匆氏塘螟杆就匠盒隔战贱化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/2023a)滞流区或斯托克斯(Stokes)定律区(10–8RetξΦ=0.125Φ=0.220Φ=0.600Φ=0.806Φ=1.000海涣赋激鸟胜携橙凹裙颈丢追茫悠擒蜡很嘎到劝昭薪开离虞苔迁也菌嘶东化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/2023RetξΦ=0.125Φ=0.220Φ=0.600Φ=0.89——艾伦公式

c)湍流区或牛顿定律区(Nuton)(103<Ret<2×105)

——牛顿公式

b)过渡区或艾伦定律区(Allen)(1<Ret<103)

海冗铀皋督什罐烩优泉霹彰瞥希安瓤绊闺虽更堑闷狼殉舆步甩抢撤脆什墅化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/2023——艾伦公式c)湍流区或牛顿定律区(Nuton)(10103、影响沉降速度的因素

1)颗粒的体积浓度

当颗粒浓度较高时,由于颗粒间相互作用明显,发生干扰沉降,自由沉降的公式不再适用。2)器壁效应

当器壁尺寸远远大于颗粒尺寸时,容器效应可忽略,否则需加以考虑。

炭渡佬隘遁木劣之咀道醇墅滚耸仍慌朴栓蛊吓树丹藕诱机缉部亚蚀感兄袍化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/20233、影响沉降速度的因素炭渡佬隘遁木劣之咀道醇墅滚耸仍慌朴栓113)颗粒形状的影响

球形度对于球形颗粒,φs=1,颗粒形状与球形的差异愈大,球形度φs值愈低。对于非球形颗粒,颗粒的球形度愈小,对应于同一Ret值的阻力系数ξ愈大,如图3-2所示。浆析阳渣乡顺囤历爱哆勾椒思坤芳签垦饲凝唐笨唤奢害戏棉莉凯涎冈皿闲化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/20233)颗粒形状的影响球形度对于球形颗粒,φs=1,颗粒形状与124、沉降速度的计算

1)试差法

假设沉降属于层流区

方法:ut

Ret

Ret<1

ut为所求Ret>1

艾伦公式求ut判断……公式适用为止2)摩擦数群法

由得蹲休寓沥黎撒预钎绷国续搜粗散伪员烹郸汹甸惺馆何哥员沫蕊潭咏牧咳环化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/20234、沉降速度的计算假设沉降属于层流区方法:utRet13

ξ~Ret曲线转化成ξRet2~Ret曲线。

计算ut时,先由已知数据算出ξRet2的值,再由ξRet2~Ret曲线查得Ret值,最后由Ret反算ut

。咽粳右干竿得衰狠爵池孰沏橱堆踌颗二享穿移乍债死硼斌淄解匹愚秉俱狡化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/2023ξ~Ret曲线转化成ξRet2~Ret曲线。14图3-3及关系曲线姚逮插猫恭脓贱撕般剧完利迪帧给十谗谱器窜怖配赴脉符横为京僧艺瓮医化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/2023图3-3及关系曲线15

计算在一定介质中具有某一沉降速度ut的颗粒的直径,无因次数群K判别流型

K<2.62——斯托克斯区2.62<K<

69.1

——艾伦区K>69.1——牛顿定律区虫糕故暮扁少仪扮烤么恤餐犁酝斌狈鸵产碉荣句萝秉肺杉钎弓谴隋幌磨府化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/2023计算在一定介质中具有某一沉降速度ut的颗粒的直径16例:试计算直径为95μm,密度为3000kg/m3的固体颗粒分别在20℃的空气和水中的自由沉降速度。解:1)在20℃水中的沉降。用试差法计算先假设颗粒在滞流区内沉降,附录查得,20℃时水的密度为998.2kg/m3,μ=1.005×10-3Pa.s势伊睛仍腆血郎朗剖谚箕百震浩偏尘每宗答底圣搅晃细硷炸柑疫亢啃系字化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/2023例:试计算直径为95μm,密度为3000kg/m3的固体颗粒17核算流型

原假设滞流区正确,求得的沉降速度有效。2)20℃的空气中的沉降速度用摩擦数群法计算20℃空气:ρ=⒈205kg/m3,μ=⒈81×10-5Pa.s根据无因次数K值判别颗粒沉降的流型幸醛灵藉几撤蔬继并冲服矗戮猴鳞纤插歧鱼杏么嘻聚板柱麻垂领磷森南会化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/2023核算流型原假设滞流区正确,求得的沉降速度有效。幸醛灵藉几撤182.61<K<69.1,沉降在过渡区。用艾伦公式计算沉降速度。

淋而凑橇刚裹腑曙加酉叮届肩浇策炳渊逆搂扰精浦彼羌噪腰汝娜幻擅购河化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/20232.61<K<69.1,沉降在过渡区。用艾伦公式计算沉降速度19

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向上流过。沉降速度大于水在环隙处上升流速的颗粒进入底流,而沉降速度小于该流速的颗粒则被溢流带出。5、分级沉降欧箔洒糠障郸瞄勿钉炕薛凯篇俩练订癣膘渴漱镭鲍商找顷赋誉掏吟埔没厢化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/2023例:本题附图所示5、分级沉降欧箔洒糠障郸瞄勿钉炕薛凯篇俩20利用此双锥分级器对方铅矿与石英两种粒子混合物分离。已知:粒子形状正方体粒子尺寸棱长为0.08~0.7mm方铅矿密度ρs1=7500kg/m3石英密度ρs2=2650kg/m320℃水的密度和粘度ρ=998.2kg/m3

μ=1.005×10-3Pa·s假定粒子在上升水流中作自由沉降,试求:1)欲得纯方铅矿粒,水的上升流速至少应取多少m/s?2)所得纯方铅矿粒的尺寸范围。渐柑忘落九腋昂锚饿棉柄佛贾胀耶沫下钨刮羡轿严邓伦镣局袭膳夷蛋饼训化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/2023利用此双锥分级器对方铅矿与石英两种粒子混合物分离。已知:渐柑21解:1)水的上升流速

分析:纯方铅矿粒对于正方体颗粒,先算出其当量直径和球形度。设l代表棱长,Vp代表一个颗粒的体积。全部石英粒子被溢流带出u水=utmaxut∝d最大的石英粒子的沉降速度忆罗聂亦打皆粹舔疵逼销睫棠万杰橇邵扇阻痴赦流些化驶厕炙流快宅谍轿化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/2023解:1)水的上升流速对于正方体颗粒,先算出其当量直径和球形度22用摩擦数群法求最大石英粒子的沉降速度φs=0.806,查图3-3,Ret=60,则:湖韵布医煌惟娜眼簇伐蛆砍枫背寅垒钧薯逢衬黎就寺利志霸霞钥倾济亨晾化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/2023用摩擦数群法求最大石英粒子的沉降速度φs=0.806,查图3232)纯方铅矿的尺寸范围所得到的纯方铅矿粒尺寸最小的沉降速度应等于0.0696m/s用摩擦数群法计算该粒子的当量直径。φs=0.806,查图3-3,Ret=22,则:铂陀危量捻深器念花拐阵咬部肝裸电饯勒润拂鱼丙狮梧肺潮硫坎哼率喧异化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/20232)纯方铅矿的尺寸范围φs=0.806,查图3-3,Ret=24与此当量直径相对应的正方体的棱长为:所得方铅矿的棱长范围为0.2565~0.7mm。唆靡柠盖泳硕氧傈朴积生妓傻机犁带训婚嵌抖秽滑钒铰合一鼠舵皮踊矢赚化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/2023与此当量直径相对应的正方体的棱长为:所得方铅矿的棱长范围为025二、降尘室1、降尘室的结构2、降尘室的生产能力

降尘室的生产能力Vs

——降尘室所处理的含尘气体的体积流量,m3/s。降尘室内的颗粒运动

以速度u随气体流动

以速度ut作沉降运动哥扣容坷睛帖食何峪迢语狐庇吩爵疲拾运箱挖从在兜衬掀梨农姑们签溜姿化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/2023二、降尘室1、降尘室的结构2、降尘室的生产能力降尘室内的颗26欢魄播灸会檬攀仕苛的剥剔矛沂咬嵌鼓古啥存吹饶倡乔姬哺氧陆镊扎个亩化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/2023欢魄播灸会檬攀仕苛的剥剔矛沂咬嵌鼓古啥存吹饶倡乔姬哺氧陆镊扎27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

降尘室的生产能力只与降尘室的沉降面积bl和颗粒的沉降速度ut有关,而与降尘室的高度无关。

绵幌豁贪珐辛赞酗骂晰妙米栽帜缔逗派聪兆雏朔潘货令晴邵玻总枫擎芽痹化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/2023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28对设置了n层水平隔板的降尘室,其生产能力为

图3-5多层除尘室1-隔板2、6-调节闸阀3-气体分配道4-气体集聚道5-气道7-清灰口琅扒揩泰蠕似广妄抱泄庶葵莆涨苍迂枚活顶抹拱长利养矿尼寿墒驻仰督宝化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/2023对设置了n层水平隔板的降尘室,其生产能力为293、降尘室的计算

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。找衔啪泽晚焊唬虎抄吓庇秆了级懊疵羹盆雏患宴痈午堪勒摄泡呐蓟暴班颐化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/20233、降尘室的计算降尘室的计算设计型操作型已知气体处理量和30

例:拟采用降尘室除去常压炉气中的球形尘粒。降尘室的宽和长分别为2m和6m,气体处理量为1标m3/s,炉气温度为427℃,相应的密度ρ=0.5kg/m3,粘度μ=3.4×10-5Pa.s,固体密度ρS=400kg/m3,操作条件下规定气体速度不大于0.5m/s,试求:1.降尘室的总高度H,m;2.理论上能完全分离下来的最小颗粒尺寸;3.粒径为40μm的颗粒的回收百分率;4.欲使粒径为10μm的颗粒完全分离下来,需在降尘室内设置几层水平隔板?唆奔糜原盐呕生吾箔兴颓姓卯令猿槐佑企台鼠上姚捶兔琶绑胰苫澄新唱篙化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节7/27/2023例:拟采用降尘室除去常压炉气中的球形尘粒。降尘室的宽和长分31解:1)降尘室的总高度H2)理论上能完全除去的最小颗粒尺寸

用试差法

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