化工原理-第三章第一节讲稿.ppt

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、降尘室的生产能力一、重力沉降二、重力沉降设备1、降尘室的结构二、重力沉降设备5.沉降槽（增稠器或澄清器）利用重力沉降分离悬浮液的设备。沉降过程：第一阶段：沉降槽上部，颗粒浓度低，近似自由沉降；第二阶段：沉降槽下部，颗粒浓度大，属于干扰沉降。沉降速度：通常由实验来确定。**第一节重力沉降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u0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：utRetRet＜1ut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