化工原理 沉降.ppt

* 5.2.2 静止流体颗粒的自由沉降 重力 浮力 曳 力 重力场中 重力 任一颗粒的沉降不因流体中存在其他颗粒而受到干扰。 自由沉降 自由沉降发生在流体中颗粒湍流的情况下，一般认为混合物中颗粒的体积百分数不超过0.2时的沉降可看成是自由沉降。 颗粒在沉降过程中受力 离心力场中 浮力 曳力 离心力 r ω 运动方向 FD Fb Fc r ── 颗粒作圆周运动的旋转半径 ω── 颗粒的旋转角速度 m ── 颗粒的质量，球形颗粒 ρp ── 颗粒密度 据牛顿第二运动定律 球形颗粒 或 沉降阶段 加速段 FgFb+FD， du/dτ 0 ──终端速度即等速阶段速度── 沉降速度ut 重力场： 重力 等速段 Fg=Fb+FD ， du/dτ= 0 ── u=ut 颗粒的沉降速度 球形颗粒 即 ——通式 ?过渡区(Allen区) ： 2Re500， ζ =18.5/Re 0.6 ?湍流区(Newton区) —— 颗粒较大时 500Re×105， ζ ≈0.44 ?层流区(Stokes区) ——颗粒较小时 Re2， ζ =24/Re， ——斯托克斯公式 —— 牛顿公式 沉降速度ut计算方法 计算ut时需先知道所在沉降区域──选择相应式计算。 试差法 设在层流区 计算ut Re判断 yes 结束 no 设在过渡区 ? 通常微小颗粒的沉降一般属层流区(Stokes区) 沉降速度的影响因素 （1）干扰沉降 发生于颗粒之间距离很小的情况下。多发生于非均相物系的沉降过程（物系内部有两个以上相）。 当颗粒浓度↑，浮力 ↑ ── ut↓ （2）端效应（器壁效应） 容器壁对颗粒沉降有阻止作用 ，使实际沉降速度 ut自由沉降速度。当D容器100dp,可忽略影响。 （3）分子运动 当颗粒直径小到可与流体分子的平均自由程相比拟时，颗粒可穿过快速运动的流体分子之间，沉降速度可大于按斯托克斯定律的计算值。 对于dp0.5μm的颗粒，沉降将受到流体分子热运动的影响。在这种情况下，流体已不能当作连续介质，上述关于颗粒所受曳力的讨论的前提已不再成立。 （4）球形度 球形或近球形比圆球形沉降快。 球形度： （5）液滴或汽泡的运动 液滴或气泡在曳力和压力作用下产生变形，使FD↑ 内部流体环流── FD ↓ s ──球形表面积 sp ──颗粒（非球形）表面积 5.3 沉降分离设备 沉降条件 非均相混合物流 沿一定途经从设 备入口流向出口 相对运动颗粒向底面(或沉积面)沉降 在达出口前 颗粒能达到 底面或沉积 面则被分离 条件 τ停≥τ沉 特征 τ停↑──设备尺寸↑ 根据力场的不同，分离设备可分为 重力沉降设备 离心沉降设备。 ut↓──τ沉↑ 为使颗粒沉降 降尘室(气固沉降设备) 简化模型： ① 长：宽：高 ＝L：B：H; ② 流量为qV m3/s的气体 5.3.1 重力沉降设备 重力沉降：受重力作用而发生沉降的过程。适用于分离较大颗粒。 ③ 入口端气体中颗粒均匀分布在截面上。 L ? H B u ut u 降尘室底面积 入沉降室，均匀分布在截面上，以u平行流向出口; 演示 L ? H B u ut u 颗粒在室内 随气流运动 沉降运动 满足沉降的条件： τr≥τt 气体通过时间：（停留时间） 沉降时间： 则 降尘室的最大生产能力： 讨 论 ⑴ 由 ， 降尘室生产能力只与降尘室底面积及沉降速度有关，而与高度无关，因此降尘室一般设计成扁平形； ⑵在降尘室内设置隔板可增大底面积，提高生产能力， 若加1层隔板，则 生产能力增加 1倍； 若加n层隔板，则 生产能力增加n倍， ⑶ 沉降速度应按完全分离下来的最小颗粒直径计算； 分离颗粒的粒径 时，理论上可以100％沉降除去 。 需分离颗粒的粒径 时的沉降百分率为： ⑷ 降尘室分离效率低，适于分离直径大于50μm的 粗颗粒，一般用于预除尘。 ⑸ 由下式可以确定： 已知qv、dmin──确定室尺寸LB 已知qv、LB──确定能100%除去 的最小颗粒dmin 已知LB，当100%除去的最小粒径定后──确定室的最大处理能力qvmax 一定处理量qv─→dmin 一定dmin─→qvmax ──多层扁平沉降室(一般u0.3m/s，dp50μm) ⑹ 所谓最大生产能力指： 增稠器 悬浮液 旋转齿耙 澄清液 稠 浆 ——连续式沉降器