《重力沉降》PPT课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,化工原理-非均相分离/15.概述/重力沉降,*,PCE/ETP-BJTBU/ZYW,Mechanical sepration15,Gravity,settling,A.A brief overview of the mechanical,sepration,B.Theory of gravity settling movement,C.Gravity settling equipment,D.Example,1,机械分离,第15讲 概述/重力沉降,A.,概述,，流体-固粒相对运动。,相对运动应用,非均相分离,(机械分离),非均相反应,固粒物料分离,单元操作,沉降,过滤,固定床,流化床,气流输送,液流输送,蒸馏、吸收、萃取、,吸附、离子交换等,2,沉降运动,气-固、液-固、气-液、液-液沉降运动，.,沉降依据,密度差,外力场,产生相对运动 沉降分离,按外力场分,重力沉降,离心沉降,电沉降,场强，,g,(10,1,),场强，,r,2,(10,2,10,3,),场强，,E,学习中注意,着眼点不同 流体对粒子绕流,与自由落体不同 考虑阻力,流体对颗粒表面的作用力,当流体流过固粒时，固粒沿流向受到流体的作用力流,体对固粒的曳力。,3,d,A,p,d,A,w,d,A,u,如图所示，。对d,A,曳力,表面曳力,w,sin,d,A,形体曳力,p,cos,d,A,总曳力,(表面曳力),(形体曳力),复杂性(,p,、,w,沿固粒表面分布)实验测定,对光滑圆球,F,D,=,f,（,d,p,，,u,，,，,）,通过因次分析可得：,4,A,p,颗粒在运动方向上的投影面积,r,p,2,曳力系数，,=,（,Re,p,）,Re,p,关系由实验测出，如下图所示。,Re,p,0.1,10,5,10,5,10,-4,10,圆球形颗粒,层流区(Stokes,区),Re,2，,=24/,Re,过渡区(Allen,区),2,Re,10,3,，,=18.5/,Re,0.6,湍流区(Newton,区),10,3,Re,F,b,+,F,D,，,开始时,等速段,F,g,=,F,b,+,F,D,，,终端或,沉降速度,u,0,在18讲有一例题，,d,p,=50m、,s,=2650kg/m,3,的球粒在,空气中沉降：,u,u,0,(,恒速)，,；而,u,0.99,u,0,时，,=0.1s。可以近似认为,颗粒始终以终端速度运动,。,沉降速度,7,层流区(Stokes,区),Re,2，,=24/,Re,，代入上式得：,过渡区(Allen,区)2,Re,10,3,，,=18.5/,Re,0.6,湍流区(Newton,区)10,3,Re,10,5,，,0.44,沉降速度,u,0,计算方法,计算,u,0,时需先知道所在沉降区域选择相应式计算。,8,试算法,无因次判据,K,设在层流区,计算,u,0,Re,判断,yes,结束,no,设在过渡区,层流区,Re,2,令,9,摩擦数群法,湍流区,Re,10,3,K,3.310,5,通常微小颗粒的沉降一般属层流区,d,p,u,0,u,0,d,p,已做成曲线图，用时可以查取,10,C.沉降设备（重力沉降设备）,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,停,沉,特征：,u,0,沉,为使颗粒沉降,停,设备尺寸,除尘室(气固沉降设备),简化模型：,长：宽：高=,L,：,B,：,H,流量为,V,s,m,3,/h的气体入沉降室，均匀分布在截面上，以,u,平行流向出口,11,H,L,B,u,u,0,u,入口端气体中颗粒均匀分布在截面上,颗粒在室内运动,随气流运动,停,=,L,/,u,=,LHB,/,V,s,s,沉降运动,沉,=,H,/,u,0,s,据分离条件,停,沉,12,由上式可以确定,已知,V,s,、,d,min,确定室尺寸,LB,已知,V,s,、,LB,确定能100%除去,的最小颗粒,d,min,已知,LB,，当100%除去的最小粒,径定后确定室的最大处理能力,V,max,一定处理量,V,s,d,min,一定,d,min,V,max,只与,LB,=,A,有关，与,H,无关,多层扁平沉降室(一般,u,50m),13,固体颗粒在气体或液体中的沉降运动是流体固粒相对,运动的一种情况，属于流体力学中两相流动问题。沉降运,动的依据是流体固体间存在密度差。,【本讲要点】,固体沉降是流体对固粒的“绕流”问题，考查着眼点在固,粒，固粒在沉降中的总曳力为表面曳力和形体曳力之和，,在作低速爬流时，总曳力可用Stokes定律描述，一般情况,需通过实验测定。,沉降速度是指固粒受力达到平衡时与流体间的相对速度，,在重力场中，沉降速度是常数。,14,利用沉降原理除尘的依据是含尘气体在设备内（如沉降,室）的停留时间大于其沉降于器底或器壁所需时间。,15,D.例,a.,含尘炉气除尘,用降尘室除去含尘烟道气中的尘粒。含尘烟道气流量为,V,=,2.510,4,m,3,/h，其密度为,=0.6kg/m,3,，粘度,=210,-5,Pa.s。,尘粒密度,s,=4500kg/m,3,，要求全部除去大于100m的粉尘，,试求：,所需降尘室的尺寸；,d,p,=75m的尘粒能否除掉？能除掉多少？,用上述尺寸的降尘室，要求将,d,p,=75m的尘粒全部除,去，炉气最大处理量,V,max,为多少？,16,解：所需降尘室的尺寸；,这是降尘室的设计计算问题。,LB,=,V,s,/,u,0,d,min,=100m,u,0,(较大),设此尘粒沉降是在过渡区(Allen,区)，则有：,试算得：,2,假设正确。,17,则,取,B,=1.8m,L,=6.8/1.8=3.78m,取u=2m/s H=Vs/uB=2.5104/(360021.8)=1.93m,d,p,=75m的尘粒能否除掉？能除掉多少?,分析：,根据前面的简化模型及上面尺寸的降尘室,入口顶部附近,d,p,=75m的尘粒，因其,u,0,1.02m/s，到出口,时未达到室底部，不能除去。但在入口较低处的尘粒则可,能除去。,假设入口距室底面,h,处的75m尘粒正好在出口处除去，则:,18,假设75m尘粒的沉降在层流区，则：,2,假设正确，则：,h,=,沉,u,0,=1.890.69=1.304m,即距室底部1.304m,的75m尘粒能全部除去。,则75m尘粒的除尘效率为：,19,用上述尺寸的降尘室，要求将,d,p,=75m的尘粒全部除,去，炉气最大处理量,V,max,为多少？,V,max,=,u,0,LB,=0.696.83600=4.69m/s=1.6910,4,m,3,/h,可见,V,max,2.510,4,m,3,/h,这是因为：,u,0,沉,停,LHB,/,V,max,V,max,上述计算依据的是简化模型粗略估算(未考虑干扰沉,降及壁面效应),上述降尘室(,H,=1.93m)，如在中间插一块隔板,效果如何？,(,LB,=6.82，,V,s,不变,u,0,=,V,s,/,LB,(除尘效果提高),如,u,0,不变,V,s,),20,