化工原理課件01上冊(cè)2324學(xué)時(shí)

1、1第三章、非均相混合物分離及固體流態(tài)化 通過(guò)本章學(xué)習(xí)，掌握沉降、過(guò)濾、固體流態(tài)化及氣力輸送等過(guò)程的原理、計(jì)算方法、典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)特性，能夠根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，合理選擇設(shè)備。學(xué)習(xí)目的與要求2概述物系中存在相界面的混合物就是非均相混合物 非均相混合物分散相或分散物質(zhì)：處于分散狀態(tài)的物質(zhì)（如分散在流體中的固體顆粒、液滴、氣泡等）連續(xù)相或分散介質(zhì)：包圍著分散相而處于連續(xù)狀態(tài)的物質(zhì)（如氣態(tài)非均相混合物中的氣體、液態(tài)非均相混合物中的液體）。 3概述 機(jī)械分離方法，即利用非均相混合物中兩相的物理性質(zhì)（如密度、顆粒形狀、尺寸等）的差異，使兩相之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而使其分離。 機(jī)械分離方法過(guò)濾沉降4概述非均相混和物

2、分離的應(yīng)用：（1）收集分散物質(zhì)。（2）凈化分散介質(zhì)。 （3）環(huán)境保護(hù)。 5第三章、非均相混合物分離及固體流態(tài)化3.1 沉降分離原理及設(shè)備3.1.1 顆粒相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)6一、顆粒的特性1. 球形顆粒：球形顆粒的尺寸由直徑d確定。 36dV2Sd6SaVd比表面積比表面積 體積體積 表面積表面積 72. 非球形顆粒：需要形狀和大小兩個(gè)參數(shù)來(lái)描述其特性 （1）球形度 spSS（34） s顆粒的表面積與該顆粒體積相等的球體的表面積非球形顆粒 1s球形顆粒 1s一、顆粒的特性8（2）顆粒的當(dāng)量直徑體積當(dāng)量直徑 36epdV比表面積當(dāng)量直徑 6adaasedd兩者關(guān)系一、顆粒的特性936peVd2eps

3、dS6sead非球形顆粒的特性，即非球形顆粒的特性，即比表面積比表面積 體積體積 表面積表面積 一、顆粒的特性10二、 球形顆粒的自由沉降圖3-1 沉降顆粒的受力情況 11顆粒受到三個(gè)力 重力浮力阻力36gSFdg36bFdg22duFA二、 球形顆粒的自由沉降阻力系數(shù)或曳力系數(shù)12根據(jù)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律 2323()()6426SSududgddd二、 球形顆粒的自由沉降分析顆粒運(yùn)動(dòng)情況：加速度最大阻力加速度0u tuutuuu加速度=0加速度=0加速段勻速段13 沉降速度 勻速階段中顆粒相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度稱(chēng)為沉降速度，由于該速度是加速段終了時(shí)顆粒相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度，故又稱(chēng)為“終端速度”，

4、也可稱(chēng)為自由沉降速度。 tu4()3stgdu（3-15） 二、 球形顆粒的自由沉降14三、 阻力系數(shù)（曳力系數(shù)） 通過(guò)量綱分析可知，是顆粒與流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)雷諾數(shù)Ret和球形度s的函數(shù) Re ,tsfRettdu 隨Ret及s 變化的實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖3-2。15圖3-2 關(guān)系曲線 Ret16對(duì)球形顆粒 關(guān)系曲線大致可分為三個(gè)區(qū)域 Ret爬流（又稱(chēng)蠕動(dòng)流Creeping flow） 410Re1t24Ret（3-17） 滯流區(qū)或斯托克斯(Stokes)定律區(qū) 2()18stdgu（3-20） 三、 阻力系數(shù)（曳力系數(shù)）1731Re10t過(guò)渡區(qū)或艾侖（Allen）定律區(qū) 0.618.5Ret0.6

5、()0.27Resttdgu（3-18） （3-21） 三、 阻力系數(shù)（曳力系數(shù)）183510Re2 10t（3-19） （3-22） 湍流區(qū)或牛頓（Newton）定律區(qū) 0.44()1.74stdgu三、 阻力系數(shù)（曳力系數(shù)）19滯流區(qū)湍流區(qū)過(guò)渡區(qū)表面摩擦阻力形體阻力三、 阻力系數(shù)（曳力系數(shù)）20四、 影響沉降速度的因素自由沉降干擾沉降 沉降過(guò)程中，任一顆粒的沉降不因其它顆粒的存在而受到干擾 如果分散相的體積分率較高，顆粒間有明顯的相互作用，容器壁面對(duì)顆粒沉降的影響不可忽略，這時(shí)的沉降稱(chēng)為干擾沉降或受阻沉降。 21在實(shí)際沉降操作中，影響沉降速度的因素有：1、顆粒的體積分?jǐn)?shù)2、器壁效應(yīng)3、顆粒

6、形狀的影響 四、 影響沉降速度的因素22第三章、非均相混合物分離及固體流態(tài)化3.1 沉降分離原理及設(shè)備3.1.1 顆粒相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)3.1.2 重力沉降23一、 重力沉降速度的計(jì)算1、試差法 假設(shè)沉降屬于某一流型 計(jì)算沉降速度 核算Ret 242、摩擦數(shù)群法 2()sgKd 3234Re3tKRettud2ReRett曲線圖，最后由曲線圖，最后由 Ret 反求反求 ut ，即，即 查查 先計(jì)算先計(jì)算一、 重力沉降速度的計(jì)算25261234 ()Re3sttgu Rettdu 若要計(jì)算介質(zhì)中具有某一沉降速度若要計(jì)算介質(zhì)中具有某一沉降速度 ut 的顆粒的的顆粒的直徑，可先令直徑，可先令 1ReR

7、ett查查 曲線圖，可求直徑曲線圖，可求直徑 d ，即，即一、 重力沉降速度的計(jì)算2728量綱為一數(shù)群判別： K 2.62為斯托克斯定律區(qū)，2.62 K 69.1為牛頓定律區(qū)。2()sgKd 3一、 重力沉降速度的計(jì)算29二、重力沉降設(shè)備1、降塵室降塵室是依靠重力沉降從氣流中分離出固體顆粒的設(shè)備 30圖3-4 降塵室示意圖二、重力沉降設(shè)備氣流水平通過(guò)降塵室速度沉降速度動(dòng)畫(huà)1331ttHulut 或或 tlHuu 位于降塵室最高點(diǎn)的顆粒沉降到室底所需的時(shí)間為位于降塵室最高點(diǎn)的顆粒沉降到室底所需的時(shí)間為氣體通過(guò)降塵室的時(shí)間為氣體通過(guò)降塵室的時(shí)間為 欲使顆粒被分離出來(lái)，則降塵室高沉降速度降塵室長(zhǎng)氣流

8、水平通過(guò)降塵室速度二、重力沉降設(shè)備32, v squHb,v stqblu根據(jù)降塵室的生產(chǎn)能力，氣體在降塵室內(nèi)的水平通過(guò)速度為整理得整理得降塵室生產(chǎn)能力（3-30） 上式表明，理論上降塵室的生產(chǎn)能力只與其沉降面積及顆粒的沉降速度有關(guān)，而與降塵室高度H無(wú)關(guān)。 二、重力沉降設(shè)備33對(duì)設(shè)置了n層水平隔板的降塵室，其生產(chǎn)能力為：1stVnblu（3-30a） 二、重力沉降設(shè)備動(dòng)畫(huà)1434 降塵室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，流動(dòng)阻力小，但體積龐大，分離效率低，通常只適用于分離粒度大于50 m的粗粒，一般作為預(yù)除塵使用。多層降塵室雖能分離較細(xì)的顆粒且節(jié)省占地面積，但清灰比較麻煩。 二、重力沉降設(shè)備352沉降槽 沉降槽是利用重力沉降來(lái)提高懸浮液濃度并同時(shí)得到澄清液體的設(shè)備。 3分級(jí)器 利用重力沉降可將懸浮液中不同粒度的顆粒進(jìn)行粗略的分離，或?qū)煞N不同密度的顆粒進(jìn)行分類(lèi)，這樣的過(guò)程統(tǒng)稱(chēng)為分級(jí)，實(shí)現(xiàn)分級(jí)操作的設(shè)備稱(chēng)為分級(jí)器。二、重力沉降設(shè)備動(dòng)畫(huà)2836雙錐分級(jí)器二、重