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化工原理 第三章教材

现有一底面积为 2m2的降尘室,用以处理 20℃的常压含 尘空气。尘粒密度为 1800kg/m3。现需将直径为 25μm 以上 的颗粒全部除去,试求:
(1) 该降尘室的含尘气体处理能力,m3/s;
(2) 若在该降尘室中均匀设置 9 块水平隔板,则含尘气 体的处理能力为多少 m3/s?
B、增稠器----分离悬浮液(连续生产过程)
① 干扰沉降:相邻颗粒的运动改变了原来单个颗粒周 围的流场,颗粒沉降相互干扰
② 壁效应:壁面,底面处曳力 ↓ ③ 颗粒形状:
例 5-1 颗粒大小测定 已测得密度为 ρp = 1630kg/m3 的塑料珠在 20℃ 的 CCl4 液体中的 沉降速度为 1.70×10-3m/s,20℃时CCl4 的密度ρ=1590kg/m3,粘度 μ=1.03×10-3Pa/s,求此塑料珠的直径
A、受力分析
重力:Fg
mg
6
d
3 p
p
g
浮力:
Fb
m
p
g
6
d
3 p
g
曳力: Fd
Ap
1 u2
2
B、重力沉降的几个阶段
1. 沉降的加速阶段:
设初始速度为0,根据牛顿第二定律:
Fg
Fb
Fd
m du
d
0
du
(p
)g
3
u2
d
p
4d p p
2. 沉降的等速阶段
u Fd
, du
d
某一时刻,du d
悬浮液在任何设备内静置,均会发生沉降过程,其中固体颗粒在 重力作用下沉降与液体分离
➢ 工作原理: ➢ 沉降的两个阶段: 上部----自由沉降 下部----干扰沉降
➢ 双重功能:得到澄清液体,产率取决于D器 增稠悬浮液,必须有足够的停留时间
➢絮凝剂
第三节 离心沉降
问题:为什么要进行离心沉降?
答:
小颗粒,Stocks 区, utc
除尘条件: r
t
即: AH H qV ut
临界条件: AH H qV ut
临界粒径 d pc ,临界沉降速度 utc
小颗粒,Stocks 区, utc
gd
2 pc
(
p
)
18
d pc
处理能力: qV Aut
18 V (p )g A
此式表明对一定物系,降尘室的处理能力只取决于降尘 室的底面积,而与高度无关。
Chongqing Technology and Business University
3 沉降与过滤
本章将考察流固两相物系中固体颗粒与流体间的相对运动。
讲解内容
➢ 概述 ➢ 颗粒的沉降运动 ➢ 沉降分离设备 ➢ 过滤原理及设备
第一节 概述
一、混合物的分类
均相混合物:物系内部各处物料性质均匀,且不存在相界面 非均相混合物:内部有隔开两相的界面存在,且界面两侧物料性质截然不同
沉降分离:重力沉降,离心沉降
某些物理、化学过程:固体干燥
过 滤:
催化反应
固体流态化
2.相对运动的特殊性
相对运动包括: 颗粒静止,流体绕流 流体静止,颗粒沉降 两相都运动,但保持一定的相对速度
就流体对颗粒的作用力面言,只要相对速度相同,三者无本质区别。
假设颗粒静止,流体绕流
比较 颗粒对流体的作用力 流体对颗粒的作用力
严格地说,旋风分离器内气流的运动情况相当复杂。由于细粉 的凝聚与分散,器壁对细粉的反弹作用以及粒子间的摩擦作用 等原因,分离机理很复杂,理论上的研究从未停止过。
1.构造
➢ 圆筒部分:矩形进口 管、圆形排气管、圆筒 ➢ 锥形部分: ➢ 集尘室----灰斗
2.工作原理
含固体颗粒的气体由矩形进品管切向进入器内, 以造成气体与颗粒的圆周运动,颗粒被离心力抛至器 壁并汇集于锥形底部的集斗中,被 净化后的气体从 中央排气管排出。
Ut:可根据不同的情况,用公式求解。
2.过程数学描述
降尘室 : 底面积A LB,高H
含尘气 : 在流动截面上均匀分布 ,Vm3 / s
任一流体质点(颗粒)的停留时间(水平
): r
L u
AH qV
位于降尘室最高点的颗粒降至室底所
需时间 (沉降时间,垂直方向) 为:
t
H ut
为满足除尘要求,气流的停留时间τr至少必须与颗粒的沉降时间τt相等,
(3) Re p 500,形体曳力 表面曳力, 0.44, Fd u2 ,服从平方定律
注意 计算阻力时 Ap应取颗粒的最大投影面 积.
第二节 重力沉降
一、静止流体中颗粒的自由沉降
前提 : P 重力场中
分析:静止流体中,颗粒在重力(或离心力)作用下将沿重力 方向(或离心力方向)作沉降运动。设颗粒的初速度为零,起 初颗粒只受重力和浮力的作用。如果颗粒的密度大于流体的 密度,作用于颗粒上的外力之和不等于零,颗粒将产生加速 度。但是,一旦颗粒开始运动,颗粒即受到流体施予的曳力。
(3)流体以一定的速度向上运动
u ut ,颗粒向上运动 颗粒绝对速度 u p u ut u ut , 颗粒向下运动
u ut ,颗粒静止 , 悬浮于流体中
D、沉降速度的计算与应用
1.计算
ut
4gd p ( p ) 3
方程组非线性,须试差求解
(d put )
方法:① 首先假设处于Stocks区,再校验Re p 2,否则, 假设 0.44,校验Re p 500,否则,Allen 区
)
2
1
]3
d
p
(3)处于Newton区时,ut
3.03gd p ( p
) ,与无关;(d
p 较大)
C、颗粒的沉降运动
沉降的两个阶段:加速阶段、等速阶段
(1)流体静止:小颗粒加速阶段 可以忽略,近似认为始终
以速度 u t沉降
(2)流体水平运动:颗粒以与流体相同的速度水平运动,
又以u t 速度沉降
讨论
①什么是“能100%除下的最小颗粒?”及d pc
②降尘室有隔板与无隔板时的
d
之比
pc
无:V Autc
有: 1 V 2Au'tc来自tcgd2 pc
(
p
)
18
utc d pc 2 2 u'tc d ' pc 2 1
d ' pc
1 2 d pc
降尘室应设计 成扁平形状, 或在室内设置 多层水平隔板。
测量是在距液面高度 1/3 的中段内进行的,从而 免除小球初期的加速及管底对沉降的影响。当 颗粒直径 dp 与容器直径 D 之比dp/ D <0.1、雷诺 数在斯托克斯定律区时,器壁对沉降速度的影 响可用下式修正
二、沉降分离设备
基础:颗粒在外力的作用下产生沉降,且以两相 ( P )为前提,
按作用于颗粒的外力分:重力沉降设备、离心沉降设备
A、降尘室
1、结构特点
降尘室的特点: 1: 容积一般较大; 2: 气速低; 3: 气流进出口采用流线型设计; 4: 通常可捕获> 50μm 颗粒。
颗粒在降尘室的运动.swf
气流速度和颗粒速度的关系
在流体水平方向上颗粒的速度与流体速度相同, 故颗粒在室内的停留时间也与流体质点相同。
在垂直方向上,颗粒在重力作用下以沉降速度ut 向下运动。
gd
2 pc
(
p
)
18
细颗粒d p 或两密度差( p ) ,而改变因工艺而异 ut
离心沉降 : rw2代替g, r , w rw2 ut
一、离心分离因数
离心分离因数
:
Kc
rw 2 g
,同一颗粒所受的离心力
与重力之比
离心分离因数是表示离心力大小的指标
二、离心沉降速度
离心沉降速度:
ur
dr
)
18
7个变量,自由度为5
设计型:已知 : qV , p ,工艺要求 d pc , 选择, , 求A
操作型:(1)已知 : A, p , , ,d pc , 求处理能力 qV
(2)已知 : A, p , , ,q V , 求d pc (3)由一种工况推算另一种 工况
例 5-3 降尘室空气处理能力的计算
0, Fg
Fb
Fd
0,此时u
ut
即:
(p p
)g
3 4d p p
ut 2
0
ut
4gd p ( p ) 3
ut 称为沉降速度或终端速 度
将的不同计算式代入即可 计算
(1)处于Stock s区时, ut
gd
2 p
( p 18
)
,(d
p
较小)
(2)处于Allen区时, ut
[
4
g
2( p 225
旋风分离器
B
含尘气体
清洁气体 排气管
B
旋风分离器的离心分离因数约为 5~ 2500,一般可分离气体中 5~75μm 直径的粒子。
旋风分离器性能的评价指标
• 分离效率 • 气体经过旋风分离器的压降
(1) 在分离器内气流形成两个主旋涡
(2) 外旋涡造成的离心力将颗粒抛向 器壁
排尘
3. 性能指标
(1)临界粒径
名称 阻力 曳力
感兴趣 阻力损失(外部问题) 阻力大小(内部问题)
区别 作用力的效果 作用力的本身
四、颗粒与流体相对运动时所受的阻力
A、两种曳力(阻力) 表面曳力和形体曳力
B、曳力与曳力系数
析因分析 : Fd f (d p , ,u, )
研究表明:Fd
Ap
1 2
u 2
曳力系数 ( d pu )
是否是越多层越好?
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