第14講重力沉降PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1第第14講重力沉降講重力沉降第第1414講講 第三章第三章 非均相物系的分離和固體流態(tài)化非均相物系的分離和固體流態(tài)化教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容：重力沉降重力沉降教學(xué)目的：教學(xué)目的：掌握重力沉降過程的基本原理、了解掌握重力沉降過程的基本原理、了解 典型設(shè)備（降塵室、沉降槽等）的結(jié)典型設(shè)備（降塵室、沉降槽等）的結(jié) 構(gòu)特征、能夠根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，構(gòu)特征、能夠根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求， 完成降塵室的設(shè)計(jì)。完成降塵室的設(shè)計(jì)。教學(xué)重點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)：重力沉降速度的計(jì)算重力沉降速度的計(jì)算。教學(xué)難點(diǎn)：教學(xué)難點(diǎn)：降塵室的設(shè)計(jì)。降塵室的設(shè)計(jì)。第1頁/共27頁3.1 概述概述特點(diǎn)：物系內(nèi)部各處均勻且無相界面，即體系內(nèi)只有一

2、個(gè)相。特點(diǎn)：物系內(nèi)部各處均勻且無相界面，即體系內(nèi)只有一個(gè)相。分離方法：蒸餾、吸收等。分離方法：蒸餾、吸收等。1.1.均相混合物均相混合物2.2.非均相混合物非均相混合物特點(diǎn)：體系內(nèi)包含一個(gè)以上的相，且相界面兩側(cè)物料性質(zhì)不同。特點(diǎn)：體系內(nèi)包含一個(gè)以上的相，且相界面兩側(cè)物料性質(zhì)不同。 分散相與連續(xù)相分散相與連續(xù)相a a、在非均相物系中，處于分散狀態(tài)的物質(zhì)稱為分散相或分散物質(zhì)。、在非均相物系中，處于分散狀態(tài)的物質(zhì)稱為分散相或分散物質(zhì)。b b、包圍著分散物質(zhì)而處于連續(xù)狀態(tài)的流體稱為連續(xù)相或連續(xù)介質(zhì)、包圍著分散物質(zhì)而處于連續(xù)狀態(tài)的流體稱為連續(xù)相或連續(xù)介質(zhì)?；旌衔锏姆诸惢旌衔锏姆诸愑删哂胁煌锢硇再|(zhì)的分散

3、物質(zhì)和連續(xù)介質(zhì)所組成的物系。由具有不同物理性質(zhì)的分散物質(zhì)和連續(xù)介質(zhì)所組成的物系。第2頁/共27頁分離方法：機(jī)械分離方法。分離方法：機(jī)械分離方法。常用單元操作有：重力沉降、離心常用單元操作有：重力沉降、離心沉降沉降、過濾等。、過濾等。應(yīng)用：應(yīng)用： a a、收集分散物質(zhì)。、收集分散物質(zhì)。 b b、凈化連續(xù)介質(zhì)。、凈化連續(xù)介質(zhì)。 c c、環(huán)境保護(hù)與生產(chǎn)安全。、環(huán)境保護(hù)與生產(chǎn)安全。分類：分類：（1 1）氣態(tài)非均相物系）氣態(tài)非均相物系( (氣氣固、氣固、氣液），如含塵氣體、含霧氣體。液），如含塵氣體、含霧氣體。（2 2）液態(tài)非均相物系）液態(tài)非均相物系( (液液液、液液、液固），固）， 如懸浮液、乳濁液及

4、泡沫液等。如懸浮液、乳濁液及泡沫液等。第3頁/共27頁3V=6d體積體積：2Sd表面積表面積：2366SdVdd比表面積比表面積：1.1.球形顆粒球形顆粒 球形顆粒的尺寸由直徑球形顆粒的尺寸由直徑d d確定。其他參數(shù)均可確定。其他參數(shù)均可表示為表示為d d的函數(shù)的函數(shù)3.2.1 3.2.1 顆粒的特性顆粒的特性第4頁/共27頁2 2、非球形顆粒、非球形顆粒3366ppeeVVdd體積當(dāng)量直徑體積當(dāng)量直徑d de e： 形狀系數(shù)：形狀系數(shù)：spSS又稱又稱球形度球形度，表征顆粒的形狀與球形的差異程度。表征顆粒的形狀與球形的差異程度。非球形顆?？捎卯?dāng)量直徑及形狀系數(shù)來表示其特性。非球形顆?？捎卯?dāng)量

5、直徑及形狀系數(shù)來表示其特性。6/ppsepSadV36peVd2/psesSSd體積：體積：表面積：表面積：比表面積：比表面積：相當(dāng)于球形顆粒表面積相當(dāng)于球形顆粒表面積2ed顆粒實(shí)際表面積顆粒實(shí)際表面積第5頁/共27頁3.3 3.3 重力沉降重力沉降 在重力場中，利用連續(xù)相與分散相的密度差異，使之發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)非均相混合物分離的操作過程，稱為重力沉降。在重力場中，利用連續(xù)相與分散相的密度差異，使之發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)非均相混合物分離的操作過程，稱為重力沉降。1. 1. 沉降速度沉降速度球形顆粒的自由沉降球形顆粒的自由沉降 單顆粒（或充分分散、互不干擾的顆粒群）在流體中借助于重力而產(chǎn)生沉降，稱

6、自由沉降。單顆粒（或充分分散、互不干擾的顆粒群）在流體中借助于重力而產(chǎn)生沉降，稱自由沉降。duFmd0F a a、加速運(yùn)動(dòng)階段：、加速運(yùn)動(dòng)階段： b b、等速運(yùn)動(dòng)、等速運(yùn)動(dòng)：靜止流體中顆粒的沉降過程靜止流體中顆粒的沉降過程第6頁/共27頁沉降顆粒的受力情況沉降顆粒的受力情況重力沉降速度重力沉降速度ut：如圖示。：如圖示。球形顆粒：球形顆粒：s s，d d。流體密度為。流體密度為重力重力：36gsFdg36bFdg222242duduFA浮力：浮力：阻力：阻力：223()4264 ()3tsstuddgdgu0F 勻速段勻速段：重力沉降速度重力沉降速度第7頁/共27頁2. 阻力系數(shù)阻力系數(shù)：Re

7、 ,ttssduff圖圖3-2 3-2 ReRet t關(guān)系曲線關(guān)系曲線第8頁/共27頁Ret的關(guān)系式：的關(guān)系式： 24Ret0.618.5Ret2()18stdgu0.6()0.27Resttdgu()1.74stdgu(1) 層流區(qū)或（層流區(qū)或（Stokes)阻力區(qū)，阻力區(qū)，10-4Ret1：(2) 過渡區(qū)或艾侖區(qū)，過渡區(qū)或艾侖區(qū)，1 Ret 103： (1) 層流區(qū)：層流區(qū)： (2) 過渡區(qū)：過渡區(qū)： (3) 湍流區(qū)湍流區(qū) (3) 湍流區(qū)或牛頓區(qū)，湍流區(qū)或牛頓區(qū)，103 Ret 2105 ： =0.44對應(yīng)各區(qū)沉降速度對應(yīng)各區(qū)沉降速度ut的計(jì)算公式如下：的計(jì)算公式如下：Stokes公式公式

8、Allen公式公式Newton公式公式第9頁/共27頁3. 影響沉降速度的因素影響沉降速度的因素B、干擾沉降：、干擾沉降： 若上述條件不能成立，則為干擾沉降，此時(shí)，沉降速度較自由沉降時(shí)小。若上述條件不能成立，則為干擾沉降，此時(shí)，沉降速度較自由沉降時(shí)小。A、自由沉降條件：、自由沉降條件：顆粒為球形。顆粒為球形。 顆粒彼此相距甚遠(yuǎn)，互不干擾（混合物中顆粒的體積百分率不超過顆粒彼此相距甚遠(yuǎn)，互不干擾（混合物中顆粒的體積百分率不超過0.1）。）。忽略容器壁面對顆粒的滯阻作用（忽略容器壁面對顆粒的滯阻作用（D容器容器100d）。）。 顆粒直徑不宜太小，若顆粒直徑不宜太小，若d75md75m）或作預(yù)處理。

9、）或作預(yù)處理。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，流體阻力小。缺點(diǎn)：體積龐大，分離效率低。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，流體阻力小。缺點(diǎn)：體積龐大，分離效率低。d dminmin臨界粒徑臨界粒徑，即降塵室所能全部捕集的最小顆粒直徑。，即降塵室所能全部捕集的最小顆粒直徑。ssttVVlHHHuuuullbHbl 2min,min18sstdgVublmin1818sssVuHdgblgl第20頁/共27頁相關(guān)計(jì)算問題相關(guān)計(jì)算問題: :1 1、設(shè)計(jì)型問題：、設(shè)計(jì)型問題：給定生產(chǎn)任務(wù)，即待處理的氣體流量給定生產(chǎn)任務(wù)，即待處理的氣體流量VsVs，并已知有關(guān)物性（，并已知有關(guān)物性（、s s）及要求全部除去的最小顆粒尺寸）及要求全部除去

10、的最小顆粒尺寸d dminmin，計(jì)算所需降塵室面積。，計(jì)算所需降塵室面積。2 2、操作型計(jì)算：、操作型計(jì)算：降塵室底面積一定，可根據(jù)物系性質(zhì)及要求全部除去的最小顆粒尺寸降塵室底面積一定，可根據(jù)物系性質(zhì)及要求全部除去的最小顆粒尺寸d dminmin，核算降塵室的處理能力；或根據(jù)物系性質(zhì)及氣體處理量計(jì)算能夠全部除去的最小顆粒尺寸，核算降塵室的處理能力；或根據(jù)物系性質(zhì)及氣體處理量計(jì)算能夠全部除去的最小顆粒尺寸d dminmin。第21頁/共27頁例：降塵室空氣處理能力的計(jì)算例：降塵室空氣處理能力的計(jì)算 現(xiàn)有一底面積為現(xiàn)有一底面積為2m2m2 2的降塵室，用以處理的降塵室，用以處理2020的常壓含塵

11、空氣。塵粒密度為的常壓含塵空氣。塵粒密度為1800kg/m1800kg/m3 3。現(xiàn)需將直徑為?，F(xiàn)需將直徑為25m25m以上的顆粒全部除去，試求：（以上的顆粒全部除去，試求：（1 1）該降塵室的含塵氣體處理能力，）該降塵室的含塵氣體處理能力，m m3 3/s/s；（；（2 2）若在該降塵室中均勻設(shè)置）若在該降塵室中均勻設(shè)置9 9塊水平隔板，則含塵氣體的處理能力為多少塊水平隔板，則含塵氣體的處理能力為多少m m3 3/s/s？解解：（：（1 1）據(jù)題意，由附錄查得，）據(jù)題意，由附錄查得， 2020的常壓空氣，的常壓空氣，=1.2kg/m=1.2kg/m3 3，=1.81=1.811010-5-5

12、PaPaS S設(shè)設(shè)100%100%除去的最小顆粒沉降處于斯托克斯區(qū)，則其沉降速度為：除去的最小顆粒沉降處于斯托克斯區(qū)，則其沉降速度為：262min525 101800 1.29.81()0.034/1818 1.81 10stdgum s第22頁/共27頁校核：校核：6min525 100.034 1.2Re0.05611.81 10ttdu32 0.0340.068/stVA ums底假設(shè)成立。氣體處理量為：假設(shè)成立。氣體處理量為：（2 2）當(dāng)均勻設(shè)置）當(dāng)均勻設(shè)置n n塊水平隔板時(shí)，實(shí)際降塵面積為塊水平隔板時(shí)，實(shí)際降塵面積為(n+1)A(n+1)A底底，所以，氣體處理量為：，所以，氣體處理量為：3(1)10 2 0.0340.68/stVnA ums 底可見：采用多層降塵室，其生產(chǎn)能力可提高至原來的可見：采用多層降塵室，其生產(chǎn)能力可提高至原來的(n+1)(n+1)倍。倍。第23頁/共27頁二、沉降槽二、沉降槽第24頁/共27頁三、分級