1第一篇 气固分离设备

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1、第一章固体颗粒及其特性•定义：在某种力场的作用下，利用分散物质与分散介质的密度差异，使之发生相对运动而分离的单元操作。•沉降力场：重力、离心力。•沉降操作分类：重力沉降、离心沉降。第一篇气固分离概述2011年11月28日10时13分1第一章固体颗粒及其特性一、颗粒在流体中的沉降过程颗粒与流体在力场中作相对运动时，受到三个力的作用：质量力F＝ma浮力Fb=ρgVp曳力Fd=ξAρu2/2对于一定的颗粒和流体，重力Fg、浮力Fb一定，但曳力Fd却随颗粒运动速度而变化。当颗粒运动速度u等于某一数值后达到匀速运动，这时颗粒所受的

2、诸力之和为零。∑F=F+Fb+Fd=0第一篇气固分离概述2011年11月28日10时13分2第一章固体颗粒及其特性一、颗粒在流体中的沉降过程阻力自由沉降：颗粒在重力作用下在无界流Fd体中的沉降过程，称为自由沉降。浮力uFb对单个球形颗粒的受力分析：重力合外力=F−F−F=magdbFg沉降的两个阶段：加速阶段和等速阶段;加速段时间很短，整个过程可以忽略；等速阶段，颗粒相对流体的速度称为沉降速度；用ut表示，也称终端沉降速度。第一篇气固分离概述2011年11月28日10时13分3第一章固体颗粒及其特性一、颗粒在流体中的沉降

3、过程阻力π3FdF=dρgg6pp浮力Fbπ3uF=dρgbp622重力πdpρuFF=ξgd42根据牛顿第二定律，颗粒的重力沉降运动基本方程式应为:duFFFm−−=gbddtd3uρp−ρξρ2=−()gud4tdρp—颗粒密度ρρppp第一篇气固分离概述2011年11月28日10时13分4第一章固体颗粒及其特性d3uρp−ρξρ2=−()gu阻力d4tdρρpppFd当du/dt=0时，令u=u，可得u计算式浮力ttuFb4gdpp(ρ−ρ)重力u=tF3gρξξ是阻力系数，是颗粒对流体作相对运动的雷诺数Re的函数

4、duρptξ==fRef()()μ第一篇气固分离概述2011年11月28日10时13分5第一章固体颗粒及其特性Fdu流体绕圆球的流动Re=ρudp/μ第一篇气固分离概述2011年11月28日10时13分6第一章固体颗粒及其特性根据阻力随颗粒雷诺数变化的规律，可分为三个区域：斯托克斯区（10-4

5、别代入上式，得球形颗粒在各区相应的沉降速度分别为：：2d()ρ−ρg层流区psu=t18μd()ρρ−gps0.6过渡区u=×0.27Rettρd()ρ−ρgps湍流区u=×1.74tρ第一篇气固分离概述2011年11月28日10时13分8第一章固体颗粒及其特性沉降速度的求法：求沉降速度通常采用试差法。①假设流体流动类型；②计算沉降速度ut；③计算Re，验证与假设是否相符；④如果不相符，则转①。如果相符，OK!第一篇气固分离概述2011年11月28日10时13分9第一章固体颗粒及其特性一直径为1mm、密度为2500kg/

6、m3的玻璃球在20℃的水中沉降，试求其终端沉降速度ut。解：假设其流型属过渡区，故有：1/1.41.6⎡gd()ρ−ρ⎤pPut=0.153⎢0.40.6⎥⎢⎣ρμ⎥⎦1/1.41.6⎡9.81×0.001×()2500−998.2⎤=0.153⎢0.4−30.6⎥=0.145m/s⎣998.2×(1.005×10)⎦校核流型，Re=ρutdp/μ=998.2×0.145×10-3/(1.005×10-3)=144故属于过渡区，与假设相符。反之，当已知沉降速度，求颗粒直径时，也需要试差计算。第一篇气固分离概述2011年1

7、1月28日10时13分10第一章固体颗粒及其特性2影响沉降速度的因素(以层流区为例)d(pPρ−ρ)gu=t18μ(1)颗粒直径dp¾啤酒生产，采用絮状酵母，dp↑→ut↑↑，使啤酒易于分离和澄清。¾均质乳化，dp↓→ut↓↓，使饮料不易分层。¾加絮凝剂，如水中加明矾。(2)连续相的粘度μ¾加酶：清饮料中添加果胶酶，使μ↓→ut↑，易于分离。¾增稠：浓饮料中添加增稠剂，使μ↑→ut↓，不易分层。¾加热：原油脱盐脱水中的加热。(3)两相密度差(ρp-ρ)：第一篇气固分离概述2011年11月28日10时13分11第一章固体颗

8、粒及其特性2影响沉降速度的因素(以层流区为例)d(pPρ−ρ)gu=t18μ(4)颗粒形状¾球形度φs越小，ξ越大，但在层流区不明显。ut非球