完整版化工原理第三章概述重力沉降

2020/2/7
【非均相物系的主要种类 】 【固体混合物 】 二种或二种以上不同固体物质的混 合物，如各种矿石； 【液固混合物 】 如液相反应产生固体沉淀形成的悬 浮液，泥浆等； 【气固混合物 】 如燃煤锅炉烟道气； 【液液混合物 】 如乳浊液（油水混合物）； 【气液混合物 】 如水雾。
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（1）此处的雷诺数 Re是指：
Re ? d P u? ?
计算 Re时， dP应为足以表征颗粒大小的长度 （特 性尺寸），对球形颗粒而言，就是它的 直径。
（ 2 ）此处的区域（如层流区）范围与 流动型态的区域范围并不相同。
有关说明
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【阻力系数 ζ计算的经验公式 】 【应用前提 】球形颗粒。
【形体阻力 】当颗粒速度较大时，便有旋涡出现，即 发生边界层分离 ，所产生的阻力 （曳力）。
P1 p P2
P1
P2
颗粒受到流体的总阻力 F d ＝表皮阻力 ＋形体阻力
பைடு நூலகம்
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3、阻力的计算 【特点】阻力Fd与流体密度 ρ 、粘度μ 、相对运动速 度u有关，而且受颗粒的形状与运动方向的影响，问 题较为复杂。至今， 只有几何形状简单的少数情况 才可以得到理论计算式 。 【例如 】粘性流体 对球体 的低速绕流 （也称 爬流 ） 时,可用斯托克斯 （Stokes ）公式计算，即：
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五、非均相物系分离的作用
（1）回收分散物质 ；（从催化反应器中回收催化剂 颗粒） （2）净制连续介质 ；（二氧化硫气体除尘） （3）保护环境 。（污水处理、除去烟道气中的粉尘 等）
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催化剂再生器
催裂化反应器
催
化
裂
旋液分离器
化
工
艺
流
程
图
旋风分离器
分馏塔
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三种
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流体运动方向 颗粒静止，流体对其做绕流
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固体颗粒运动方向
流体运动方向
固体颗粒运动方向
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2、阻力的两种类型 ——表皮阻力和形体阻力 【表皮阻力 】当颗粒速度很小时，流体对球的运动阻 力主要是粘性摩擦，所产生的阻力 （曳力）；
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Fd ? 3?? dpu
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当相对运动速度较大时 ，Sokes定律不成立。因此 ，对一般流动条件下的球形颗粒及其其他形状的颗 粒，Fd的数值尚需通过实验解决 。
对球形颗粒 ，经 分析 并整理后可得：
Fd
?
?A ? u 2
2
——阻力计算的经验公式
式中 ζ——形状阻力系数； A——颗粒在运动方向上的投影面积； u——颗粒与流体的相对运动速度。
第三章 沉降与过滤
第一节 概述
1、混合物的分类 2、非均相物系的特点 3、非均相物系的组成 4、非均相物系的分离方法
第二节 重力沉降
1、沉降速度 2、沉降设备 3、悬浮液的沉聚
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第一节 概 述
一、混合物的分类
工业上一般 按相态 将混合物可分为 均相物系 （即 均相混合物）与 非均相物系 （即非均相混合物）。 【均相物系 】分散得十分均匀，达到 分子分散水平 的物系。如：乙醇 —水溶液，空气等。 【非均相物系 】含有 二个或二个以上的相 的混合物 。
根据不同的雷诺数范围（区域）内的阻力系数 ζ的 变化情况，可用如下经验公式计算阻力系数 ζ： （1）层流区 ：10－4＜Re＜2，Stokes定律区
? ? 24
Re
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层流区
过渡区
湍流区
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ζ－Re关系曲线图
（2）过渡区 ：2＜Re＜500，Allen定律区
? ? 10
Re
二、非均相物系的特点
（1）体系内包含 一个以上的相 ； （2）相界面 两侧物质的性质 （物理性质，如密度等 ）完全不同 ； 【例如 】如由固体颗粒与液体构成的 悬浮液 、由固 体颗粒与气体构成的 含尘气体等。
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三、非均相物系的组成
【分散相】处于分散状态的那一相 ； 【分散物质 】处于 分散状态的那种物质 ，如 分散于 流体中的固体颗粒、液滴或气泡 。 【连续相 】包围着分散相物质且处于 连续状态的那 一相 ； 【连续相介质 】处于 连续状态的那种物质 ，如 分气 固混合物的气体，悬浮液中的 液体。
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4、阻力（曳力）系数 ζ 【规律 】目前尚无法通过理论分析获得阻力系数计算 关系式，但 大量的 实验 证明： 阻力（曳力）系数 ζ是 雷诺数及球形度 的函数，即：
? ? f (Re,?s )
【获取方法 】当球形度一定 时，阻力（曳力）系数 ζ 获取方法有如下两种： （1）查取ζ－Re关系曲线图 ； （2）使用经验公式 。
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【问题】指出分散相、连续相、分散物质
悬 浮
和连续介质分别是什么？
在
水
中
的
固
体
颗
粒
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四、非均相物系的分离方法
一般可用机械方法加以分离，故又称 机械分离 。 常用的机械分离方法有： （1）沉降分离法； （2）过滤分离法； （3）液体洗涤（湿法）分离法； （4）静电除尘法； （5）惯性力除尘法。 【说明】需根据分离对象确定分离方法。
（3）湍流区 ：500＜Re＜2×105，Newton定律区
? ? 0.44
【说明】（1）查ζ－Re关系曲线图 ，准确但复杂； （2）经验公式计算简便，但是有误差。
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第二节 重力沉降
一、什么是沉降？
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澄清罐
空气
硫铁矿
焙烧炉
降尘室
去转化器
电除尘器
旋风分离器 泡沫塔
二氧化硫除尘净化工艺流程简图
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水处理工艺流程图
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污水处理工艺流程图
六、颗粒与流体相对运动时所受到的阻力
1、三种相对运动形式
流体与固体颗粒之间的相对运动可分为以下 情况： 【绕流】颗粒静止，流体运动； 【沉降】流体静止，颗粒运动； 【颗粒与流体都运动 】颗粒运动，流体运动。
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?s
?
S Sp
(球形度）
【步骤】（1）根据颗粒的球形度 找到对应的曲线； （2）根据Re找到曲线上的一点； （3）由该点查得ζ ；
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ζ－Re关系曲线图
何谓球形度
?s
?
S Sp
S——与物体相同体积的球体的表面积； SP——物体的表面积。
【定义】与物体相同体积的球体的表面积和物体的 表面积之比。