化工原理第三章第一节lr.ppt

第三章 机械分离与固体流态化 一、颗粒的特性 1、球形颗粒 2、非球形颗粒 二、颗粒群的特性 1、粒度分布 2、平均直径 三、筛分 1、筛分原理 2、筛的有效性与生产能力 一、重力沉降 二、降尘室 1、降尘室的结构 * * 第一节 筛 分 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 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 第二节 沉降分离 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 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 设颗粒的密度为ρs，直径为d，流体的密度为ρ， 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) 颗粒开始沉降的瞬间，速度u=0，因此阻力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与流体的运动速度ut 称为沉降速度。 当a=0时，u=ut，代入（a）式 ——沉降速度表达式 2、阻力系数ξ 通过因次分析法得知，ξ值是颗粒与流体相对运动时的雷诺数Ret的函数。 对于球形颗粒的曲线，按Ret值大致分为三个区： a) 滞流区或托斯克斯(stokes)定律区（10 –4＜Ret1） ——斯托克斯公式 ——艾伦公式 c) 滞流区或牛顿定律区（Nuton）（103＜Ret ＜ 2×105） ——牛顿公式 b) 过渡区或艾伦定律区（Allen）（1＜Ret103） 3、影响沉降速度的因素 1）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。 2）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。 3）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，雷诺准数Ret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Ret值的阻力系数ξ愈大 但φs值对ξ的影响在滞流区并不显著，随着Ret的增大，这种影响变大。 4、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≤2 ut为所求 Ret＞2 艾伦公式 求ut 判断 …… 公式适 用为止 2) 摩擦数群法 由 得 令 因ξ是Ret的已知函数，ξRet2必然也是Ret的已知函数， ξ～Ret曲线便可转化成 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 。 计算在一定介质中具有某一沉降速度ut的颗粒的直径， 令ξ与Ret-1相乘， ξRet-1～Ret关系绘成曲线 ，由ξRet-1值查得Ret的值， 再根据沉降速度ut值计算d。 无因次数群K也可以判别流型 当Ret=1时K=2.62，此值即为斯托克斯区的上限 牛顿定律区的下限K值为69.1 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 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=⒈205 kg/m3，μ=⒈81×10-5