《重力沉降》PPT課件-2.ppt

1、化工原理-非均相分離/15.概述/重力沉降 1,Mechanical sepration15 Gravity settling,A. A brief overview of the mechanical sepration B. Theory of gravity settling movement C. Gravity settling equipment D. Example,化工原理-非均相分離/15.概述/重力沉降 2,機(jī)械分離,第15講 概述/重力沉降,A. 概述,，流體-固粒相對(duì)運(yùn)動(dòng)。,相對(duì)運(yùn)動(dòng)應(yīng)用,非均相分離 (機(jī)械分離),非均相反應(yīng),固粒物料分離,單元操作,沉降 過(guò)濾,固定床

2、流化床,氣流輸送 液流輸送,蒸餾、吸收、萃取、 吸附、離子交換等,化工原理-非均相分離/15.概述/重力沉降 3,沉降運(yùn)動(dòng),氣-固、液-固、氣-液、液-液沉降運(yùn)動(dòng)，.,沉降依據(jù),密度差 外力場(chǎng), 產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng) 沉降分離,按外力場(chǎng)分,重力沉降 離心沉降 電沉降, 場(chǎng)強(qiáng)，g(101), 場(chǎng)強(qiáng)，r2 (102 103), 場(chǎng)強(qiáng)，E,學(xué)習(xí)中注意,著眼點(diǎn)不同 流體對(duì)粒子繞流,與自由落體不同 考慮阻力,流體對(duì)顆粒表面的作用力,當(dāng)流體流過(guò)固粒時(shí)，固粒沿流向受到流體的作用力流 體對(duì)固粒的曳力。,化工原理-非均相分離/15.概述/重力沉降 4,如圖所示，。對(duì)dA,曳力,表面曳力wsindA,形體曳力pcosdA

3、,總曳力,(表面曳力),(形體曳力), 復(fù)雜性(p、w沿固粒表面分布) 實(shí)驗(yàn)測(cè)定,對(duì)光滑圓球,FD=f（dp，u，）,通過(guò)因次分析可得：,化工原理-非均相分離/15.概述/重力沉降 5,Ap 顆粒在運(yùn)動(dòng)方向上的投影面積rp2 曳力系數(shù)，=（Rep）,Rep關(guān)系由實(shí)驗(yàn)測(cè)出，如下圖所示。,圓球形顆粒,層流區(qū)(Stokes區(qū)) Re2， =24/Re,過(guò)渡區(qū)(Allen區(qū)) 2Re103， =18.5/Re 0.6,湍流區(qū)(Newton區(qū)) 103Re105， 0.44,化工原理-非均相分離/15.概述/重力沉降 6, 對(duì)非球形顆粒 引入球形度、當(dāng)量直徑dpe, 不同的 Re關(guān)系可標(biāo)繪在上面圖上,B

4、. 沉降運(yùn)動(dòng)理論 重力沉降過(guò)程與沉降速度,光滑圓球在靜止流體中的沉降 自由沉降, 顆粒受力,重力,浮力,曳力,化工原理-非均相分離/15.概述/重力沉降 7,據(jù)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律, 沉降過(guò)程, 在18講有一例題，dp=50m、s=2650kg/m3的球粒在 空氣中沉降：uu0(恒速)，；而u0.99u0時(shí)， =0.1s。可以近似認(rèn)為顆粒始終以終端速度運(yùn)動(dòng)。, 沉降速度,化工原理-非均相分離/15.概述/重力沉降 8,層流區(qū)(Stokes區(qū)) Re2， =24/Re，代入上式得：,過(guò)渡區(qū)(Allen區(qū)) 2Re103， =18.5/Re 0.6,湍流區(qū)(Newton區(qū)) 103Re105， 0.4

5、4, 沉降速度u0計(jì)算方法,計(jì)算u0時(shí)需先知道所在沉降區(qū)域選擇相應(yīng)式計(jì)算。,化工原理-非均相分離/15.概述/重力沉降 9,試算法,無(wú)因次判據(jù)K,層流區(qū) Re2,令,化工原理-非均相分離/15.概述/重力沉降 10,摩擦數(shù)群法,湍流區(qū) Re103,K3.3105, 通常微小顆粒的沉降一般屬層流區(qū),dpu0,u0dp,已做成曲線圖，用時(shí)可以查取,化工原理-非均相分離/15.概述/重力沉降 11,C. 沉降設(shè)備（重力沉降設(shè)備）, 沉降條件,非均相混合物流 沿一定途經(jīng)從設(shè) 備入口流向出口,停沉,特征：u0沉,停設(shè)備尺寸, 除塵室(氣固沉降設(shè)備),簡(jiǎn)化模型：, 長(zhǎng)：寬：高=L：B：H, 流量為Vs m

6、3/h的氣體入沉降室，均勻分布在截面上，以 u平行流向出口,化工原理-非均相分離/15.概述/重力沉降 12, 入口端氣體中顆粒均勻分布在截面上,顆粒在室內(nèi)運(yùn)動(dòng),隨氣流運(yùn)動(dòng) 停=L/u=LHB/Vs s,沉降運(yùn)動(dòng) 沉=H/u0 s,據(jù)分離條件 停沉,化工原理-非均相分離/15.概述/重力沉降 13, 由上式可以確定,已知Vs、dmin確定室尺寸LB,已知Vs、LB確定能100%除去 的最小顆粒dmin,已知LB，當(dāng)100%除去的最小粒 徑定后確定室的最大處理能力Vmax, 一定處理量Vsdmin 一定dminVmax,只與LB=A有關(guān)，與H無(wú)關(guān),化工原理-非均相分離/15.概述/重力沉降 14

7、, 固體顆粒在氣體或液體中的沉降運(yùn)動(dòng)是流體固粒相對(duì) 運(yùn)動(dòng)的一種情況，屬于流體力學(xué)中兩相流動(dòng)問(wèn)題。沉降運(yùn) 動(dòng)的依據(jù)是流體固體間存在密度差。,【本講要點(diǎn)】, 固體沉降是流體對(duì)固粒的“繞流”問(wèn)題，考查著眼點(diǎn)在固 粒，固粒在沉降中的總曳力為表面曳力和形體曳力之和， 在作低速爬流時(shí)，總曳力可用Stokes定律描述，一般情況 需通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。, 沉降速度是指固粒受力達(dá)到平衡時(shí)與流體間的相對(duì)速度， 在重力場(chǎng)中，沉降速度是常數(shù)。,化工原理-非均相分離/15.概述/重力沉降 15, 利用沉降原理除塵的依據(jù)是含塵氣體在設(shè)備內(nèi)（如沉降 室）的停留時(shí)間大于其沉降于器底或器壁所需時(shí)間。,化工原理-非均相分離/15.概述

8、/重力沉降 16,D. 例,a. 含塵爐氣除塵,用降塵室除去含塵煙道氣中的塵粒。含塵煙道氣流量為V= 2.5104m3/h，其密度為=0.6kg/m3，粘度=210-5Pa.s。 塵粒密度s=4500kg/m3，要求全部除去大于100m的粉塵， 試求： 所需降塵室的尺寸； dp=75m的塵粒能否除掉？能除掉多少？ 用上述尺寸的降塵室，要求將dp=75m的塵粒全部除 去，爐氣最大處理量Vmax為多少？,化工原理-非均相分離/15.概述/重力沉降 17,解： 所需降塵室的尺寸；,這是降塵室的設(shè)計(jì)計(jì)算問(wèn)題。,LB=Vs/u0,dmin=100mu0 (較大),設(shè)此塵粒沉降是在過(guò)渡區(qū)(Allen區(qū))，

9、則有：,試算得：,2,假設(shè)正確。,化工原理-非均相分離/15.概述/重力沉降 18,則,取B=1.8m L=6.8/1.8=3.78m,取u=2m/s H=Vs/uB=2.5104/(360021.8)=1.93m, dp=75m的塵粒能否除掉？能除掉多少?,分析：,根據(jù)前面的簡(jiǎn)化模型及上面尺寸的降塵室,入口頂部附近dp=75m的塵粒，因其u01.02m/s，到出口 時(shí)未達(dá)到室底部，不能除去。但在入口較低處的塵粒則可 能除去。,假設(shè)入口距室底面h處的75m塵粒正好在出口處除去，則:,化工原理-非均相分離/15.概述/重力沉降 19,假設(shè)75m塵粒的沉降在層流區(qū)，則：, 2,假設(shè)正確，則：,h=沉u0=1.890.69=1.304m,即距室底部1.304m的75m塵粒能全部除去。,則75m塵粒的除塵效率為：,化工原理-非均相分離/15.概述/重力沉降 20, 用上述尺寸的降塵室，要求將dp=75m的塵粒全部除 去，爐氣最大處理量Vmax為多少？,Vmax=u0LB=0.696.83600=4.69m/s=1.69104m3/h