第三章流体-固体颗粒间的运动和流态化案例.ppt

第三章 流体-固体颗粒间的运动和流态化 3.1 概述 混合物分为均相物系(物系内部组成均匀不存在相界面)和非均相物系。 a. 非均相物系的分离 非均相指体系内包含互不相溶的两相或多相（物系内部有隔开的相界面存在）。 气液相：如雾、泡沫液 气固相：如烟、含尘气体 液液相：如油水混合物、乳浊液 液固相：如泥浆、悬浮液 固固相：如矿石、泥砂 b. 分散相与连续相 分散相：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），也称分散物质。 连续相：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），也称分散介质。 c. 非均相分离的目的 ① 回收分散物质：如海盐结晶后从母液中分离结晶盐。 ② 净化分散介质：如江水处理制备自来水。 ③ 环保：如化工厂污水处理 d. 常用的分离手段 ① 筛分：分离固固混合物。 ② 沉降：分离气固、液固混合物。 ③ 过滤：分离液固混合物。 ④ 离心分离：分离气固、液固混合物。 3.2 固体颗粒在流体中的运动-沉降 两相物系的沉降分离，指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。其中依靠重力的称为重力沉降，依靠离心力的称为离心沉降。 假定：这里所指的沉降均指自由沉降：即当悬浮的微小颗粒距器壁和其他颗粒有足够的距离，在沉降过程中，颗粒的形状、尺寸不发生变化，颗粒间也不相互黏合，颗粒与器壁或颗粒间不存在任何干扰。仅受到颗粒本身的重力(或离心力)、浮力和流体阻力的作用，各自独立完成的沉降。 一、重力沉降 1、静止流体中球形颗粒的重力沉降速度 沉降速度：颗粒在静止流体中沉降，当合外力为零时，颗粒作匀速运动，此时颗粒与流体的相对速度称为沉降速度。 A：垂直于运动方向的圆球投影面积，即承受阻力的有效面积，m2 对于球形颗粒： 代入: 2. 沉降的雷诺数 两种沉降形态：滞流沉降和湍流沉降。 滞流沉降：沉降速度较小，流动阻力主要来自流体间的剪应力。 湍流沉降：沉降速度较大，流动阻力主要来自漩涡和扰动。 沉降雷诺数： 为滞流， 为湍流， 为过渡形态。 3、沉降阻力系数 ①当 Re1 时，沉降形态为滞流，此时 ---斯托克斯公式，适用于小直径颗粒的沉降。 ②当 Re500 时，沉降形态为湍流，此时阻力系数接近 于一定值。 ——牛顿沉降公式，适用直径较大的颗粒的沉降。 ④沉降阻力系数与雷诺数的关系 4、重力沉降的应用 常用于直径0.1mm以上的颗粒，主要表现在以下几个方面： ①气体的除尘：作为除尘的预处理，在沉降室内进行； ②悬浮液的增稠： ③固体物料的分级(同一物料不同直径的颗粒)： ④固体物料的分类(同一直径不同物料的颗粒) ： 例1：已算出直径为40μm的某小颗粒在20℃常压空气 中的沉降速度为0.08m/s,另一种直径为1mm的较大颗粒 的沉降速度为10m/s,试计算:（1）密度与小颗粒相同, 直径减半的颗粒,其沉降速度为多大?（2）密度与大颗 粒相同,直径加倍的颗粒,其沉降速度为多大? 例2：有一直径为2mm、密度为8000kg/m3的钢球在密 度为1400kg/m3的流体中自由沉降6.0cm需要33s时间， 求该液体的粘度。 解：假设沉降处在斯托克斯区， 二、离心沉降 1、离心沉降速度 球形颗粒在离心力场中快速旋转，所得的离心力为： 所受到的浮力为： 所受到的阻力为： 颗粒在离心力场中沉降时没有匀速段，但小颗粒沉降时加速度很小，可近似作匀速处理。 2、分离因数（离心力与重力之比） 表示在离心力作用下，引起颗粒沉降的力为其本身重力的倍数。 f 越大，设备分离效率越高。 例3：硅胶微球密度为1800kg/m3,由常压500K热空气 夹带进入旋风分离器,进气流速15m/s,分离器中气体的 平均旋转直径为0.7m。问微球的离心沉降速度为多少？ 并与重力沉降相比较，微球直径为20μm。 三、影响沉降的因素 1、干扰沉降：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。由于干扰作用，实际沉降 速度小于自由沉降速度。 2、颗粒形状：测定非球形粒的沉降速度，用沉降速度公式计算出粒径。此时，非球形颗粒的直径，称为当量球径。 3、壁效应：当颗粒靠近器壁沉降时，由于器壁的影响，其沉降速度较自由沉降速度小，这种影响称为壁效应。 四、沉降设备 沉降分离的基础是悬浮液中颗粒在外力作用下的沉降运 动，而这又是以两相的密度差为前提的。悬浮颗粒的直 径越大、两相的密度差越大，使用沉降分离方法的效果 就越好。根据作用于颗粒上的外力不同，沉降分离设