《重力沉降》PPT课件.ppt

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1、化工原理-非均相分离/15.概述/重力沉降 1,Mechanical sepration15 Gravity settling,A.A brief overview of the mechanical seprationB.Theory of gravity settling movementC.Gravity settling equipmentD.Example,化工原理-非均相分离/15.概述/重力沉降 2,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

2、送,蒸馏、吸收、萃取、吸附、离子交换等,化工原理-非均相分离/15.概述/重力沉降 3,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(101),场强，r2(102 103),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。,化工原理-非均相分离/15.概述/重力沉降 4,如图所示，。对dA,曳力,表面曳力wsindA,形体曳力pcosdA,总曳力,(表面曳力),(形体曳力),复杂性

3、(p、w沿固粒表面分布)实验测定,对光滑圆球,FD=f（dp，u，）,通过因次分析可得：,化工原理-非均相分离/15.概述/重力沉降 5,Ap 颗粒在运动方向上的投影面积rp2 曳力系数，=（Rep）,Rep关系由实验测出，如下图所示。,圆球形颗粒,层流区(Stokes区)Re2，=24/Re,过渡区(Allen区)2Re103，=18.5/Re 0.6,湍流区(Newton区)103Re105，0.44,化工原理-非均相分离/15.概述/重力沉降 6,对非球形颗粒 引入球形度、当量直径dpe,不同的 Re关系可标绘在上面图上,B.沉降运动理论 重力沉降过程与沉降速度,光滑圆球在静止流体中的沉

4、降 自由沉降,颗粒受力,重力,浮力,曳力,化工原理-非均相分离/15.概述/重力沉降 7,据牛顿第二运动定律,沉降过程,在18讲有一例题，dp=50m、s=2650kg/m3的球粒在空气中沉降：uu0(恒速)，；而u0.99u0时，=0.1s。可以近似认为颗粒始终以终端速度运动。,沉降速度,化工原理-非均相分离/15.概述/重力沉降 8,层流区(Stokes区)Re2，=24/Re，代入上式得：,过渡区(Allen区)2Re103，=18.5/Re 0.6,湍流区(Newton区)103Re105，0.44,沉降速度u0计算方法,计算u0时需先知道所在沉降区域选择相应式计算。,化工原理-非均相

5、分离/15.概述/重力沉降 9,试算法,无因次判据K,层流区 Re2,令,化工原理-非均相分离/15.概述/重力沉降 10,摩擦数群法,湍流区 Re103,K3.3105,通常微小颗粒的沉降一般属层流区,dpu0,u0dp,已做成曲线图，用时可以查取,化工原理-非均相分离/15.概述/重力沉降 11,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,停沉,特征：u0沉,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Vs m3/h的气体入沉降室，均匀分布在截面上，以u平行流向出口,化工原理-非均相分离/15.概述/重力沉降 12,

6、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/Vs s,沉降运动 沉=H/u0 s,据分离条件 停沉,化工原理-非均相分离/15.概述/重力沉降 13,由上式可以确定,已知Vs、dmin确定室尺寸LB,已知Vs、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Vmax,一定处理量Vsdmin 一定dminVmax,只与LB=A有关，与H无关,化工原理-非均相分离/15.概述/重力沉降 14,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

7、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。,化工原理-非均相分离/15.概述/重力沉降 15,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。,化工原理-非均相分离/15.概述/重力沉降 16,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=2.5104m3/h，其密度为=0.6kg/

8、m3，粘度=210-5Pa.s。尘粒密度s=4500kg/m3，要求全部除去大于100m的粉尘，试求：所需降尘室的尺寸；dp=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dp=75m的尘粒全部除去，炉气最大处理量Vmax为多少？,化工原理-非均相分离/15.概述/重力沉降 17,解：所需降尘室的尺寸；,这是降尘室的设计计算问题。,LB=Vs/u0,dmin=100mu0(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。,化工原理-非均相分离/15.概述/重力沉降 18,则,取B=1.8m L=6.8/1.8=3.78m,取u=2m/s H=Vs/

9、uB=2.5104/(360021.8)=1.93m,dp=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dp=75m的尘粒，因其u01.02m/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:,化工原理-非均相分离/15.概述/重力沉降 19,假设75m尘粒的沉降在层流区，则：,2,假设正确，则：,h=沉u0=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：,化工原理-非均相分离/15.概述/重力沉降 20,用上述尺寸的降尘室，要求将dp=75m的尘粒全部除去，炉气最大处理量Vmax为多少？,Vmax=u0LB=0.696.83600=4.69m/s=1.69104m3/h,可见Vmax2.5104m3/h,这是因为：u0 沉 停 LHB/Vmax Vmax,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，Vs不变 u0=Vs/LB(除尘效果提高)如u0不变 Vs),