化工原理课件教学课件作者十一五杨祖荣第一节重力沉降课件.ppt

第二章 非均相物系分离 化 工 原 理 教学目的 混合物的分类 自然界大多数的物质是以混合物的形式存在 …… 非均相物系分离方法 重力沉降 分散相颗粒在重力作用下，与周围流体发生相对运动实现分离的过程。 离心沉降 颗粒在离心力的作用下沉降而实现分离的过程。 过滤 利用重力、离心力或人为造成的压差使悬浮液通过多孔性过滤介质，固体颗粒被截留，滤液穿过介质流出，实现固-液分离。 非均相物系分离在工业上的应用 回收分散物质 净化连续介质 环境保护 颗粒与颗粒群 颗粒形成的方式及原因不同，其形状与尺寸也不同。 颗粒的球形度 表2－1 颗粒的球形度 颗粒群 粒径分布 平均粒径 第一节 重力沉降 自由沉降 干扰沉降 重力沉降速度计算 解题方法： 先假设球形颗粒属于某区域沉降 选择对应公式计算ut 计算Ret后校核 重力沉降计算例题 影响沉降速度的原因 颗粒形状 干扰沉降 器壁效应 流体的相对运动 重力沉降设备 重力沉降设备——降尘室 用于分离含尘气体的预设备。可以分离d75μm的颗粒。 重力沉降设备——沉降槽 用于分离悬浮液的设备。 重力沉降设备——分级器 第二章 * 掌握重力沉降及离心沉降的基本计算 掌握过滤的基本概念 理解过滤基本参数 理解恒压过滤方程及过滤常数的测定 了解非均相物系分离设备的构造及原理 1 2 3 4 5 均相 混合物 非均相 混合物 混合气体、溶液 等 悬浮液、乳浊液、含尘气体 等 区别：内部是否有相界面。 连续相 分散相 非均相混合物的分类 由于两相物理性质（如ρ、μ）不同，因此工业上常采用机械的方法来分离（外界作用力）。 气态非均相混合物 烟 雾 液态非均相混合物 悬浮液 乳浊液 泡沫 连续相 分散相 气体 固体 气体 液体 液体 非球形颗粒的表面积 非球形颗粒的体积 des——表面积当量直径 de——体积当量直径 球形颗粒的表面积 球形颗粒的体积 S=πd2 φs＝ S———球形颗粒的表面积，m2 Sp——非球形颗粒的表面积，m2 表示实际颗粒形状与球形颗粒差异的程度。 φs =1 实际颗粒 = 球形颗粒 φs↓ 实际颗粒与球形颗粒相差↑ 颗粒形状 球形度 颗粒形状 球形度 圆球 1.00 圆盘（高：直径） 正方体 0.81 H :d =1/3 0.76 圆柱：（高：直径） H :d =1/6 0.60 H :d =1 0.87 各种砂粒 0.75 H :d =5 0.70 粗碎石子 0.5～0.7 H :d =10 0.58 细颗粒 0.7～0.8 由尺寸大小不同的颗粒组成的集合体——颗粒群。 表示颗粒群的粒度组成情况 。 粒径分布↗ 分离的难度↗ xi＝ xi—di粒径范围内颗粒的质量分数 颗粒在沉降时不受周围颗粒和器壁的影响。 沉降过程中，因颗粒之间的相互影响而使颗粒不能正常沉降。 重点：球形颗粒的自由沉降 mg Fb Fd 颗粒受力图 重力Fg ↓ 浮力Fb ↑ 阻力Fd ↑ ——阻力系数，无因次； A——颗粒在运动方向上的投影面积，m2 u——颗粒与流体之间相对速度，m/s。 一定的颗粒和流体 Fg、 Fb一定，但Fd却随着颗粒降落的速度而变化。 颗粒从静止开始作沉降运动时，分为加速和等速两个阶段。 当颗粒开始沉降的瞬间： u=0 所以Fd =0 加速度最大。 当匀速沉降阶段：加速度=0 u为一定值 u=ut 重力沉降速度计算 匀速沉降时合力为零： Fg＝Fd＋Fb 工业上处理的非均相混 合物颗粒小，加速段很 短，可以忽略不计。 ut = ——重力沉降速度计算通式 是Ret的函数。 Ret ζ ut 10-4 Ret≤1 1 Ret1000 103≤Ret2×105 试差法 层流区 ζ=24/ Ret 过渡区 湍流区 层流区 过渡区 湍流区 斯托克斯公式 艾伦公式 牛顿公式 工业上处理的非均相混合物中颗粒大多数很小，一般先假设在层流区。 斯托克斯公式 烧碱厂重力沉降净化粗盐水。粗盐水ρ=1200Kg/m3，μ=2.3mPa.s。固体颗粒视为球形，ρs=2640kg/m3，求（1）d=0.1mm颗粒的 ut 。（2）ut=0.02m/s的 d 。 解：（1）求ut 设沉降属于层流区 校核： 假设成立。 ut =3.41×10-3m/s为所求。 （2）求d 设沉降属于层