化工原理课件4.ppt

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1、第三章沉降与过滤(Settlingandfiltration)第一节概述第二节重力沉降第三节离心沉降第三节过滤第一节概述一.非均相物系的分离混合物有：均相混合物(物系)：物系内部各处物料性质均匀，无相界面。例：混合气体、溶液。非均相混合物(物系)：物系内部有隔开的相界面存在，而在相界面两侧的物料性质截然不同的物系。例：含尘气体、悬浮液、乳浊液、泡沫液。气态非均相物系液态非均相物系许多化工生产过程中，要求分离非均相物系。非均相物系◆分散相(分散物质)：处于分散状态的物质。气体中尘粒、悬浮液中的颗粒、乳浊液中的液滴。◆连续相(分散介质)：包围着分散相，处于连续状态的物质。含尘气体中的气体

2、、悬浮液中的液体。均相混合物的分离：吸收、蒸馏。非均相混合物的分离：分散相、连续相物理性质不同(ρ不同)→机械方法：沉降、过滤。非均相物系分离的目的：（1）回收分散物质（分散相）（2）净制分散介质（连续相）（3）劳动保护和环境卫生等。含尘气体和悬浮液的分离：沉降分离法：使气体或液体中的固体颗粒受重力、离心力或惯性力作用而沉降的方法；过滤分离法：利用气体或液体能通过过滤介质而固体颗粒不能穿过过滤介质的性质进行分离的，如袋滤法含尘气体的分离还有:液体洗涤除尘法：使含尘气体与水或气体液体接触，洗去固体颗粒的方法。电除尘法：使含尘气体在高压电场内受电场力的作用而沉降分离的方法。二．颗粒与流体

3、相对运动时所受的阻力曳力/阻力：当流体以一定速度绕过静止的固体颗粒流动时，由于流体具有黏性，对颗粒产生的作用力；或当固体颗粒在静止流体中移动时，流体对颗粒的作用力．两种力的性质相同．只要有相对运动的存在，就有阻力就存在，只要相对运动速度相同，阻力就相同．颗粒所受的阻力：阻力系数对球形颗粒（s=1）的曲线，可按Re分为三个区，各区的曲线可用相应的经验关联式表达：24／Re层流区或Stokes定律区（10-4

4、、离心力)作用下，利用连续相与分散相的密度差异，使之发生相对运动而分离的操作。重力沉降：由地球引力(重力)作用而发生的沉降过程。一．沉降速度１　球形颗粒的自由沉降第二节重力沉降自由沉降：单个颗粒在流体中沉降，或者颗粒群在流体中充分地分散，颗粒之间互不接触，互不碰撞的条件下的沉降。将表面光滑、刚性的球形颗粒置于静止的流体中。颗粒：ρP、dP、m;流体：ρ、μ;ρP＞ρFbFg其中，颗粒的体积为设颗粒初速度为0，受力情况分析：FbFg当两个力之和不为0，则有加速度存在，当颗粒下沉时，颗粒受到流体向上的阻力Fd，令u为颗粒与流体的相对运动速度：Fd根据牛顿第二定律：所以随着颗粒向下沉降，u

5、↑，Fd↑，a↓。当u增加到一定数值ut时，du/dτ=a=0。于是颗粒开始作匀速沉降运动。可见，颗粒的沉降过程分为两个阶段：起初为加速阶段，而后为匀速阶段。对于小颗粒，在匀速阶段中，颗粒相对于流体的运动速度，称为沉降速度或终端速度----加速阶段忽略不计。du/dτ==0，匀速运动→ut所以，得：将ζ代入：层流区（10-4＜Re≤2）ut=gdP2(ρP-ρ)/18μ上三式中：在层流区和过渡区中，ut还和黏度μ有关．液体的黏度约为气体的50倍，故颗粒在液体中沉降速度比在气体中小得多．过渡区（2＜Re≤500）湍流区（500＜Re≤105）阻力系数~Re0关系图已知球形颗粒直径，要

6、计算沉降速度时，由于ut为待求量，所以Re值是未知量。需要用试差法进行计算ut。例如，当颗粒直径较小时，否选择相应计算式直到所求ut计算出的Re符合于所用计算式的流型范围为止。２　沉降速度的计算例3-1一直径为1.00mm、密度为2500kg/m3的玻璃球在20℃的水中沉降，试求其沉降速度。解由于颗粒直径较大，先假设流型层于过渡区校核流型，Re=dPutρ/μ=10-3×0.157×103/10-3=157故属于过渡区，与假设相符。当已知沉降速度，求颗粒直径时，也需要试差计算。３、影响沉降速度的其它因素颗粒形状壁效应(3)干扰沉降测定非球形粒的沉降速度，用沉降速度公式计算出粒径。此

7、时，非球形颗粒的直径，称为当量球径。当颗粒靠近器壁沉降时，由于器壁的影响，其沉降速度较自由沉降速度小，这种影响称为壁效应。当非均相物系中的颗粒较多，颗粒之间相互距离较近时，颗粒沉降会受到其它颗粒的影响，这种沉降称为干扰沉降。干扰沉降速度比自由沉降小。二.降尘室利用重力沉降从含尘气体中分离出尘粒的设备。预分离器，粒径大于50μm。（1）停留时间与沉降时间气体入室减速颗粒的沉降运动+随气体运动沉降运动时间<气体停留时间　分离uutLH所需沉降时间=H/ut