浙江大学：《化工原理》本科课程教学资源（PPT课件）第三章 机械分离与固体流态化（3-2）沉降

幻灯片2目录 第三章机械分离与固体流态化 3.2沉降 自由沉降 影响沉降的因素 、沉降设备 浙江大学本科生课程 化工原理 第三章机械分离与固体流态化 1/17

浙江大学本科生课程 化工原理 第三章 机械分离与固体流态化 1/17 3.2 沉降 一、自由沉降 二、影响沉降的因素 三、沉降设备 幻灯片2目录

3.2沉降 自由沉降 加速段极短,通常可以忽略 浮力Fb2g1pn 大曳力F 等速段的颗粒运动速度称为沉降速度, 用u表示 D 2 合外力=F-F-FD=0 质量力F↓=m或m 1.重力沉降速度 颗粒在流体中沉降时受力 2 n/1- mt兀 D dh2=0 2 浙江大学本科生课程 化工原理 第三章机械分离与固体流态化 2/17

浙江大学本科生课程 化工原理 第三章 机械分离与固体流态化 2/17 浮力 Fb 曳力 FD 质量力 Fc 颗粒在流体中沉降时受力 = mg或mac = mg  p A ut D 2 2  =  合外力= Fc − Fb − FD = 0 1．重力沉降速度 0 2 4 1 2 2 − =         − p t D p d u mg      3.2 沉降 一、自由沉降 加速段极短，通常可以忽略 等速段的颗粒运动速度称为沉降速度， 用ut表示

、自由沉降 2 mt兀 d2=0 6"nn81- 兀:3 元 8 P5 D 4d, ve,-pg pSD Re=duP/us1或2层流区_24 Re d le p 8 18 浙江大学本科生课程 化工原理 第三章机械分离与固体流态化 3/17

浙江大学本科生课程 化工原理 第三章 机械分离与固体流态化 3/17 0 8 1 6 3 2 2 − =         − p D t p d p p g d  u      0 2 4 1 2 2 − =         − p t D p d u mg      ( ) D p p t d g u     3 4 − = ( )    18 2 d g u p p t − = Re 24  D = 一、自由沉降 Rep=dp ut / 1或2 层流区

2.离心沉降速度 离心力F=m ☆离心加速度a=02r=u2/r不是常量 浮力F6=mpmn/pn 小沉降过程没有匀速段,但在小颗粒曳力Fn=EnmA 沉降时,加速度很小,可近似作为匀速 沉降处理 te, -phe ur 4d C bPsD 对照重力场1= 4,(-p)B pSD 颗粒在旋转流场中的运动 浙江大学本科生课程 化工原理 第三章机械分离与固体流态化 4/17

浙江大学本科生课程 化工原理 第三章 机械分离与固体流态化 4/17 2．离心沉降速度 A B ur r1 O C r2 r u u 颗粒在旋转流场中的运动 离心力Fc = mac 浮 力Fb = mac  p A u F r D D 2 2  曳力 =  ( ) D p p c r d a u     3 4 − = 对照重力场 ( ) D p p t d g u     3 4 − = ❖ 离心加速度ac =2r=u 2/r不是常量 ❖ 沉降过程没有匀速段，但在小颗粒 沉降时，加速度很小，可近似作为匀速 沉降处理

Rep=dup/≤1或2层流区5D 24 Re 2 P P P 18 18 18r C sc r 离心分离因数 g C 颗粒在旋转流场中的运动 浙江大学本科生课程 化工原理 第三章机械分离与固体流态化 5/17

浙江大学本科生课程 化工原理 第三章 机械分离与固体流态化 5/17 Re 24  D = A B ur r1 O C r2 r u u 颗粒在旋转流场中的运动 ( ) ( ) ( ) r d a d r d u u p p c p p p p r            18 18 18 2 2 2 2 2 − = − = − = g r g ac 2   = = -------离心分离因数 = =  g a u u c t r Rep=dp ut / 1或2 层流区

二、影响沉降的因素 ◇干扰沉降 由于干扰作用,实际沉降速度 小于自由沉降速度。 ◆非球形颗粒的沉降 EE 球形度越小,沉降速度越小; 颗粒的位向对沉降速度也有影响。 壁面效应 由于壁面效应,实际沉降速度小于自由沉降速度。 浙江大学本科生课程 化工原理 第三章机械分离与固体流态化 6/17

浙江大学本科生课程 化工原理 第三章 机械分离与固体流态化 6/17 二、影响沉降的因素 由于干扰作用，实际沉降速度 小于自由沉降速度。 由于壁面效应，实际沉降速度小于自由沉降速度。 ❖ 干扰沉降 ❖ 非球形颗粒的沉降 ❖ 壁面效应 球形度越小，沉降速度越小； 颗粒的位向对沉降速度也有影响

三.沉降设备 重力沉降设备尘室…气固体系 沉降槽……液固体系 离心沉降设备旋风分离器气固体系 旋液分离器…液固体系 浙江大学本科生课程 化工原理 第三章机械分离与固体流态化 7/17

浙江大学本科生课程 化工原理 第三章 机械分离与固体流态化 7/17    沉降槽 液固体系 降尘室 气固体系        离心沉降设备 重力沉降设备 三．沉降设备    旋液分离器 液固体系 旋风分离器 气固体系  

1.重力沉降设备 降尘室 气体 气体 进口 →出口 思考1: 为什么气体进入降尘室后,流 通截面积要扩大? 集灰斗 思考2:为什么降尘室要做成扁平的? 降尘室 停留时间τ 沉降时间v,=高度 若z≥则表明,该颗粒能在降尘室 中除去。 颗粒在降尘室中的运动 浙江大学本科生课程 化工原理 第三章机械分离与固体流态化 8/17

浙江大学本科生课程 化工原理 第三章 机械分离与固体流态化 8/17 气体 气体 进口 出口 集灰斗 降尘室 L B 气体 u H ut 颗粒在降尘室中的运动 停留时间 = 沉降时间 t = t 若  u L ut 高度 1．重力沉降设备 降尘室 则表明，该颗粒能在降尘室 中除去。 思考1： 为什么气体进入降尘室后，流 通截面积要扩大？ 思考2：为什么降尘室要做成扁平的？

1.重力沉降设备 18 3:要想使某一粒度的颗粒在降尘室中被100%除去,必须满足 什么条件? H ≥T.= 思考4:能够被100%除去的最小颗粒,必须满足什么条件? H NB 气体 u 18uHu 18u PmIn g ) 底 颗粒在降尘室中的运动 愚考5:粒径比4=小的颗粒,被除去的百分数为多少? 浙江大学本科生课程 化工原理 第三章机械分离与固体流态化 9/17

浙江大学本科生课程 化工原理 第三章 机械分离与固体流态化 9/17 L u B 气体 ut H 颗粒在降尘室中的运动 思考 3：要想使某一粒度的颗粒在降尘室中被 100%除去，必须满足 什么条件？ t t u H    = 1．重力沉降设备 思考 4：能够被 100%除去的最小颗粒，必须满足什么条件？ t  =  ut H u L 即 = ( ) g( )A底 V g L Hu d p S p p       − = − = 18 18 min 思考 5：粒径比 dpmin小的颗粒，被除去的百分数为多少？ ( )    18 2 d g u p p t − =

1.重力沉降设备 H4g 思考2:为什么降尘室要做成扁平的? 18 能够满足100%除去某粒度颗粒时的气体处理量--生产能 生产能力v,=BH=BL1=A底 可见:降尘室生产能力与底面积、沉降速度有关,而与降尘室高度无关 注意:降尘室内气体流速不应过高,以免将已沉降下来的颗粒重新扬起。根 据经验,多数灰尘的分离,可取u<3m/s,较易扬起灰尘的,可取u<15m/s B 气体 多层降尘室 颗粒在降尘室中的运动 浙江大学本科生课程 化工原理 第三章机械分离与固体流态化 10/17

浙江大学本科生课程 化工原理 第三章 机械分离与固体流态化 10/17 L u B 气体 ut H 颗粒在降尘室中的运动 思考 2：为什么降尘室要做成扁平的？ ( )    18 2 d g u p p t − = 生产能力Vs = BHu = BLut = A底ut ut H u L = 能够满足 100%除去某粒度颗粒时的气体处理量--------生产能力 可见：降尘室生产能力与底面积、沉降速度有关，而与降尘室高度无关 多层降尘室 注意：降尘室内气体流速不应过高，以免将已沉降下来的颗粒重新扬起。根 据经验，多数灰尘的分离，可取 u<3m/s，较易扬起灰尘的，可取 u<1.5m/s。 1．重力沉降设备