化工原理第三章 第三节
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化工原理(第三章)
up=u-u0
u = 0,up = u0 流体静止,颗粒向下运动; up = 0,u = u0 ,颗粒静止地悬浮在流体中; u > u0 , up > 0, 颗粒向上运动; u < u0, up < 0,颗粒向下运动。
4、非球形颗粒的几何特征与阻力系数
一般采用与球形颗粒相对比的当量直径来表征非球形颗粒的 主要几何特征。 等体积当量直径 deV 等表面积当量直径 deA
非均相 混合物 2.悬浮液 3.乳浊液 4.含尘(或雾)气体
第一节 筛分
一、颗粒的特征 颗粒的基本特征是大小(粒径)、形状和表面积。 二、颗粒群的特征 颗粒群的基本特征有料径分布、平均直径 三、筛分 1.筛分原理 2.筛的有效性与生产能力
第二节 沉降分离
一、重力沉降原理 1、自由沉降的定义 单个颗粒在无限大流体(容器直径大于颗粒直径的 100倍以上)中的降落过程。它的特点是颗粒间没有干扰。 2、颗粒的流体中的受力分析 在重力场中,颗粒自由沉降时共 受三个力的作用,即重力(Fg)、浮力 (Fb)和阻力(Ff)。 Fg= π d 3 ρs g Fb= π d 3 ρ g 6 6 π d 2 ρu2 Ff= ζ 4 2
例3-2 尘料的直径为30μm,密度为2000kg/m3,求它在空 气中做自由沉降时的沉降速度。空气的密度为1.2kg/m3,粘 度为0.0185Pa.s。 解:先假设沉降在层流区,由斯托克斯公式有: d2 (ρs- ρ) g u0 = 18μ (30×10-6)2 (2000-1.2) ×9.81 = = 0.053(m/s) -3 18×0.0185×10 核验 30×10-6 ×0.053×1.2 du0ρ Re0 = = 0.103<2 = -3 μ 0.0185×10
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
(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
化工原理第三章讲稿-修改
0.44
ut 1.74
ds g
——牛顿公式
3/29/2020
3、影响沉降速度的因素
1)颗粒的体积浓度
在前面介绍的各种沉降速度关系式中,当颗粒的体积浓
度小于0.2%时,理论计算值的偏差在1%以内,但当颗粒浓
度较高时,由于颗粒间相互作用明显,便发生干扰沉降,
自由沉降的公式不再适用。
2)器壁效应
重力
Fg
6
d3sg
浮力
Fb
6
d 3g
而阻力随着颗粒与流体间的相对运动速度而变,可仿照
流体流动阻力的计算式写为 :
Fd
A u2
2
对球形颗粒A d 2
4
Fd
4
d2
u2
2
Fg Fb Fd ma
3/29/2020
6
d3sg
6
d 3g
4
d2
u 2
2
6
d3sa
(a)
颗粒开始沉降的瞬间,速度u=0,因此阻力Fd=0,a→max 颗粒开始沉降后,u ↑ →Fd ↑;u →ut 时,a=0 。
24
Re t
ut
d 2 s g
18
——斯托克斯公式
3/29/2020
3/29/2020
b) 过渡区或艾伦定律区(Allen)(1<Ret<103)
18.5
Re
0.6 t
ut 0.269
gd s Re t0.6
——艾伦公式
c) 湍流区或牛顿定律区(Nuton)(103<Ret < 2×105)
Vp
de
3
6
VP
颗粒的球形度愈小,对应于同一Ret值的阻力系数ξ愈大 但φs值对ξ的影响在滞流区并不显著,随着Ret的增大,这种 影响变大。
ut 1.74
ds g
——牛顿公式
3/29/2020
3、影响沉降速度的因素
1)颗粒的体积浓度
在前面介绍的各种沉降速度关系式中,当颗粒的体积浓
度小于0.2%时,理论计算值的偏差在1%以内,但当颗粒浓
度较高时,由于颗粒间相互作用明显,便发生干扰沉降,
自由沉降的公式不再适用。
2)器壁效应
重力
Fg
6
d3sg
浮力
Fb
6
d 3g
而阻力随着颗粒与流体间的相对运动速度而变,可仿照
流体流动阻力的计算式写为 :
Fd
A u2
2
对球形颗粒A d 2
4
Fd
4
d2
u2
2
Fg Fb Fd ma
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6
d3sg
6
d 3g
4
d2
u 2
2
6
d3sa
(a)
颗粒开始沉降的瞬间,速度u=0,因此阻力Fd=0,a→max 颗粒开始沉降后,u ↑ →Fd ↑;u →ut 时,a=0 。
24
Re t
ut
d 2 s g
18
——斯托克斯公式
3/29/2020
3/29/2020
b) 过渡区或艾伦定律区(Allen)(1<Ret<103)
18.5
Re
0.6 t
ut 0.269
gd s Re t0.6
——艾伦公式
c) 湍流区或牛顿定律区(Nuton)(103<Ret < 2×105)
Vp
de
3
6
VP
颗粒的球形度愈小,对应于同一Ret值的阻力系数ξ愈大 但φs值对ξ的影响在滞流区并不显著,随着Ret的增大,这种 影响变大。
化工原理讲稿(上册)-应化第三章沉降与过滤(1)
3.特点:
优点:过滤面积大,设备紧凑,密闭操作,劳动条件较好。不必每次循 环装卸滤布,劳动强度也大大降低。 缺点:结构比较复杂,造价较高。
叶滤机的型式:
NYB系列高效板式密闭过滤机
MYB型全自动板式密闭过滤机
叶滤机的型式:
WYB系列卧式叶片过滤机
SYB系列水平叶片过滤机
(三)连续式过滤机-转筒真空过滤机
V Ve 2 V1 Ve 2 KA2 1
先恒速后恒 压过滤方程
V
2
V12 2Ve V V1 KA2 1
三、过滤常数的测定
过滤常K和当量滤液体积Ve 或qe 等都由过滤物系的性质决定, 需由实验测定。 恒压过滤: 微分:
一、过滤的基本概念
粒状介质:
由细石、沙、木炭、硅藻土之类的固体颗粒堆积而成的床 层,称作滤床。
多孔固体介质:
用多孔陶瓷、塑料、金属等粉末烧结成型而制得的多孔 性片状、板状或管状的各种多孔性固体材料。 此类介质较厚,孔道细,能截留1~3μ m的微小颗粒。
一、过滤的基本概念
多孔膜:
由特殊工艺合成的聚合物薄膜,最常见的是醋酸纤维膜 与聚酰胺膜。 膜过滤属精密过滤或超滤,可以分离5nm的微粒。
故称作滤饼过滤。
深层过滤:
过滤介质一般为介质 层较厚的滤床类(如沙 层、硅藻土、核桃壳 等)。 小于介质孔隙的颗粒可进入到介质内部,在长而曲折的 孔道中被截留并附着于介质之上。
深层过滤无滤饼形成,主要用于净化含固量很少
(<0.1%)的流体,如水的净化、烟气除尘等。
3.滤饼的压缩性和助滤剂
几个不同的工作区域。
转筒转速多在0.1~3 r/min,浸入悬浮液中的吸滤面积约占总表面的 30~40%。滤饼厚度范围大约3~40mm。
化工原理:3.3 过滤
(漏斗) (3) 堆积介质:由固体颗粒、纤维堆积而成。
(沙滤)
滤饼的压缩性和助滤剂
(1) 滤饼的压缩性 滤饼的空隙率ε与操作压差有关的称可压缩 滤饼,反之称为不可压缩滤饼。 (艾普西龙) (2) 助滤剂 能提高空隙率和减少阻力的固体颗粒、纤维。 使用助滤剂必须不使产品纯度变化。
过滤介质缝隙并不需要比颗粒小---架桥现象 “穿滤” 5%
颗粒粘,不出滤液—用助滤剂 助滤剂 刚性颗粒 方式1.预涂
方式2.混入悬浮液
工业上,例如用板框压滤机 过滤完毕时,框内充满滤饼
过滤过程特点
(1) 滤液是通过固定床的流动,但过程是非 定态的
(床层厚度不断增加,一定压差下,过滤速 率随时间延长而减小;由于滤饼增加缓慢, 拟定态处理,可用固定床压降的结果。)
=0.124升/分
恒速
Q V
12 0.21l / min
W D 30 6 20
3.3.3.3 先变压后恒压
从τ =τ1, q=q1起开始恒压操作
q
q1 2(q qe )dq
K
d
1
(q2 q12 ) 2qe (q q1 ) K ( 1 )
或 (V 2 V12 ) 2Ve (V V1 ) KA2 ( 1 )
KA2
2
注意: K变化
例2 某过滤机恒速操作
τ(min)= 10 + 10 + 10
① V(l) = 4 + ? + ?
②共滤了30min后,用VW=0.2V总的洗涤液量洗涤, 速率不变, 则τW=?
③每次过滤洗涤后, 所需装卸时间τD为20min,
求:生产能力
Q
V
?
解:①由于速度恒定, ∴ V∝τ V=4+4+4=12升
(沙滤)
滤饼的压缩性和助滤剂
(1) 滤饼的压缩性 滤饼的空隙率ε与操作压差有关的称可压缩 滤饼,反之称为不可压缩滤饼。 (艾普西龙) (2) 助滤剂 能提高空隙率和减少阻力的固体颗粒、纤维。 使用助滤剂必须不使产品纯度变化。
过滤介质缝隙并不需要比颗粒小---架桥现象 “穿滤” 5%
颗粒粘,不出滤液—用助滤剂 助滤剂 刚性颗粒 方式1.预涂
方式2.混入悬浮液
工业上,例如用板框压滤机 过滤完毕时,框内充满滤饼
过滤过程特点
(1) 滤液是通过固定床的流动,但过程是非 定态的
(床层厚度不断增加,一定压差下,过滤速 率随时间延长而减小;由于滤饼增加缓慢, 拟定态处理,可用固定床压降的结果。)
=0.124升/分
恒速
Q V
12 0.21l / min
W D 30 6 20
3.3.3.3 先变压后恒压
从τ =τ1, q=q1起开始恒压操作
q
q1 2(q qe )dq
K
d
1
(q2 q12 ) 2qe (q q1 ) K ( 1 )
或 (V 2 V12 ) 2Ve (V V1 ) KA2 ( 1 )
KA2
2
注意: K变化
例2 某过滤机恒速操作
τ(min)= 10 + 10 + 10
① V(l) = 4 + ? + ?
②共滤了30min后,用VW=0.2V总的洗涤液量洗涤, 速率不变, 则τW=?
③每次过滤洗涤后, 所需装卸时间τD为20min,
求:生产能力
Q
V
?
解:①由于速度恒定, ∴ V∝τ V=4+4+4=12升
《化工原理》第三章 气体的压缩与输送
t
第三节 离心式 二、离心式鼓风机和压缩机
1.离心式鼓风机 离心式鼓风机又称透平鼓风机,其结构类似于多级离 心泵。离心式鼓风机一般由3~5个叶轮串联而成,如图36是五级离心鼓风机示意图。各级叶轮的直径大致相同, 每级叶轮之间都有导轮,其工作原理和离心通风机相同。 气体由吸人口进入后经过第一级的叶轮和导轮,转入第二 级叶轮人口,再依次通过其后所有的叶轮和导轮,最后由 排出口排出,使其完成连续送风。单级离心鼓风机的出口 表压多在30kPa以内,多级离心式鼓风机的出口表压可达 300kPa。
第二节 往复式压缩机
由于气体具有可压缩性和 气体受压缩后温度升高,往复 式压缩机的结构和装置与往复 泵相比有显著不同。首先往复 式压缩机必须有除热装置,以 降低气体的终温;其次必须控 制活塞与气缸端盖之间的间隙 即余隙容积。往复泵的余隙容 积对操作无影响,而往复式压 缩机的余隙容积必须严格控制, 不能太大,否则吸气量减少, 甚至不能吸气。因此,往复式 压缩机的余隙容积要尽可能地 减小。
第二节 往复式压缩机
根据气体和外界的换热情 况,压缩过程可分为等温 (CD//)、绝热(CD/)和多变(CD) 三种情况。由图可见,等温压 缩消耗的功最小,因此压缩过 程中希望能较好冷却,使其接 近等温压缩。实际上,等温和 绝热条件都很难做到,所以压 缩过程都是介于两者之间的多 变过程。
图3-1单级往复压缩机示意图
第三节 离心式
HT p 2 p1 (u 2 u1 ) g 2g
2 2
(3-4)
式中 u 1 、 u2 分别为通风机进口和出口速度,单位为 m/s。假定气体的密度为常数,当通风机直接从大气吸入 空气,则 u 1 =0。式(3-1)可化简成 (3-5) P P u H
第三节 离心式 二、离心式鼓风机和压缩机
1.离心式鼓风机 离心式鼓风机又称透平鼓风机,其结构类似于多级离 心泵。离心式鼓风机一般由3~5个叶轮串联而成,如图36是五级离心鼓风机示意图。各级叶轮的直径大致相同, 每级叶轮之间都有导轮,其工作原理和离心通风机相同。 气体由吸人口进入后经过第一级的叶轮和导轮,转入第二 级叶轮人口,再依次通过其后所有的叶轮和导轮,最后由 排出口排出,使其完成连续送风。单级离心鼓风机的出口 表压多在30kPa以内,多级离心式鼓风机的出口表压可达 300kPa。
第二节 往复式压缩机
由于气体具有可压缩性和 气体受压缩后温度升高,往复 式压缩机的结构和装置与往复 泵相比有显著不同。首先往复 式压缩机必须有除热装置,以 降低气体的终温;其次必须控 制活塞与气缸端盖之间的间隙 即余隙容积。往复泵的余隙容 积对操作无影响,而往复式压 缩机的余隙容积必须严格控制, 不能太大,否则吸气量减少, 甚至不能吸气。因此,往复式 压缩机的余隙容积要尽可能地 减小。
第二节 往复式压缩机
根据气体和外界的换热情 况,压缩过程可分为等温 (CD//)、绝热(CD/)和多变(CD) 三种情况。由图可见,等温压 缩消耗的功最小,因此压缩过 程中希望能较好冷却,使其接 近等温压缩。实际上,等温和 绝热条件都很难做到,所以压 缩过程都是介于两者之间的多 变过程。
图3-1单级往复压缩机示意图
第三节 离心式
HT p 2 p1 (u 2 u1 ) g 2g
2 2
(3-4)
式中 u 1 、 u2 分别为通风机进口和出口速度,单位为 m/s。假定气体的密度为常数,当通风机直接从大气吸入 空气,则 u 1 =0。式(3-1)可化简成 (3-5) P P u H
化工原理第三章
(3)环境保护与安全生产。例如,对排放的废气、废液中的 有害固体物质分离处理,使其达到规定的排放标准等。
第三章 非均相物系的分离
由于非均相混合物的连续相和分散相存在着较 大物理性质(如密度、黏度等)的差异,故可采用 机械方法实现两相的分离,其方法是使分散相和连 续相产生相对运动。常用的非均相混合物的分离方 法有沉降、过滤、湿法除尘和静电分离等,本章重 点介绍沉降和过滤的操作原理及设备。
从图中可以看出,对球形颗粒(ϕs=1),曲线按 Re值大致分为三个区域,各区域内的曲线可分别用相应 的关系式表达如下:
层流区或斯托克斯区(10-4< Re<1)
第一节 沉 降 分 离
3. 颗粒沉降速度的计算
将式(3-8)、式(3-9)及式(3-10)分别代入式(3-5),并 整理可得到球形颗粒在相应各区的沉降速度公式,即
化工原理
第三章 非均相物系的分离
沉降分离 过滤 离心机
第三章 非均相物系的分离
知识目标
掌握沉降分离和过滤设备(包括沉降室、旋风分离器、过滤机) 的设计或选型。理解沉降分离和过滤的原理、过程的计算、影响沉 降分离的因素及恒压过滤过程的计算。熟悉典型过滤设备的特点与 生产能力的计算以及提高过滤设备生产能力的途径及措施。了解其 他分离设备的结构与选型。
图3-1 沉淀粒子的受力情况
第一节 沉 降 分 离
第一节 沉 降 分 离
静止流体中颗粒的沉降速度一般经历加速和恒速两个阶段。 颗粒开始沉降的瞬间,初速度u为零,使得阻力为零,因此加速 度a为最大值;颗粒开始沉降后,阻力随速度u的增加而加大,加 速度a则相应减小,当速度达到某一值ut时,阻力、浮力与重力 平衡,颗粒所受合力为零,使加速度为零,此后颗粒的速度不再 变化,开始做速度为ut的匀速沉降运动。
第三章 非均相物系的分离
由于非均相混合物的连续相和分散相存在着较 大物理性质(如密度、黏度等)的差异,故可采用 机械方法实现两相的分离,其方法是使分散相和连 续相产生相对运动。常用的非均相混合物的分离方 法有沉降、过滤、湿法除尘和静电分离等,本章重 点介绍沉降和过滤的操作原理及设备。
从图中可以看出,对球形颗粒(ϕs=1),曲线按 Re值大致分为三个区域,各区域内的曲线可分别用相应 的关系式表达如下:
层流区或斯托克斯区(10-4< Re<1)
第一节 沉 降 分 离
3. 颗粒沉降速度的计算
将式(3-8)、式(3-9)及式(3-10)分别代入式(3-5),并 整理可得到球形颗粒在相应各区的沉降速度公式,即
化工原理
第三章 非均相物系的分离
沉降分离 过滤 离心机
第三章 非均相物系的分离
知识目标
掌握沉降分离和过滤设备(包括沉降室、旋风分离器、过滤机) 的设计或选型。理解沉降分离和过滤的原理、过程的计算、影响沉 降分离的因素及恒压过滤过程的计算。熟悉典型过滤设备的特点与 生产能力的计算以及提高过滤设备生产能力的途径及措施。了解其 他分离设备的结构与选型。
图3-1 沉淀粒子的受力情况
第一节 沉 降 分 离
第一节 沉 降 分 离
静止流体中颗粒的沉降速度一般经历加速和恒速两个阶段。 颗粒开始沉降的瞬间,初速度u为零,使得阻力为零,因此加速 度a为最大值;颗粒开始沉降后,阻力随速度u的增加而加大,加 速度a则相应减小,当速度达到某一值ut时,阻力、浮力与重力 平衡,颗粒所受合力为零,使加速度为零,此后颗粒的速度不再 变化,开始做速度为ut的匀速沉降运动。
化工原理(第四版)第三章 沉降与过滤
ut
4d p ( p )g 3
2020/9/15
4
(二)流体中颗粒运动的阻力(曳力)
Fd
Ap
u2
2
4
d p2
u2
2
——阻力系数(曳力系数)
f (Re)
Re d p ut
、——流体特性
dp、ut——颗粒特性
2020/9/15
5
2020/9/15
6
2020/9/15
——球形 圆盘形
2020/9/15
16
(二)沉降槽(增稠器) 1. 悬浮液的沉聚过程
2020/9/15
17
2. 沉降槽(增稠器)
2020/9/15
18
第三节 离心沉降
一、离心沉降速度 (一)沉降过程
合
切向速度 u 径向速度 ur 合成u合
2020/9/15
19
离心力:FC
m
u2 r
6
d
3 p
p
u2 r
径向向外
2020/9/15
28
第四节 过 滤
一、悬浮液的过滤
滤浆 滤饼 过滤介质
滤液
推动力:压力差,离心力,重力 阻 力:滤饼、过滤介质阻力
2020/9/15
29
(一)两种过滤方式 1. 滤饼过滤
2020/9/15
30
2. 深层过滤
2020/9/15
31
(二)过滤介质
类别: • 织物介质 • 多孔性固体介质 • 堆积介质 • 多孔膜:高聚物膜、无机膜
t
H ut
W
分离条件: t
即
LH
u ut
或
L u H ut
化工原理第三章离心沉降
d
3 P
ut2 r
阻
力=
d
2 P
u
2 r
42
7/1/2019
当三力达到平衡时,则:
6
d
3 P
P
ut2 r
6
d
3 P
ut2 r
d
2 P
4
ur2
2
0
【定义】颗粒在径向上相对于流体的运动速度 ur 便
是此位置上的离心沉降速度。可推得:
径向速度
7/1/2019
ur
4dP P ut2
3 r
切向速度
——离心沉降速度基本计算式
2、离心沉降速度与重力沉降
3
ur
4dP P ut2
3 r
【表达式】重力沉降速度公式中的重力加速度改为 离心加速度;
【数值】重力沉降速度为颗粒运动的绝对速度,基 本上为定值;离心沉降速度为绝对速度在径向上的 分量,随颗粒在离心力场中的位置(r)而变。
往往很大)
7/1/2019
旋风分离器的技术规格
规格型号
CZT-3.9 CZT-5.1 CZT-5.9 CZT-6.7 CZT-7.8 CZT-9.0
7/1/2019
进口风速 m/s
11-15 11-15 11-15 11-15 11-15 11-15
风量 m3/h
790-1080 1340-1820 1800-2450 2320-3170 3170-4320 4200-5700
清液或含有微细颗粒的液体则从顶部的中心管排出称为溢送至配碱岗位回收液送盐水工序效蒸发器电解液电解液大罐加料泵螺旋式预热器效蒸发器效蒸发器效蒸发器旋液分离器中间槽段蒸发器冷却器澄清槽高位槽离心机加料槽烧碱生产蒸发流程图20161262016126结构特点是直径小而圆锥部分长
化工原理(第四版)谭天恩 第三章 机械分离与固体流态化
13/69
《化工原理》电子教案/第三章
二、沉降设备
气 固 体 系---用于除去>75m以上颗粒 降 尘 室 重 力 沉 降 设 备 液 固 体 系 沉 降 槽
液固体系 旋液分离器
离 心 沉 降 设 备 旋风分离器 气固体系 ---用于除去>5~10m 颗粒
4d s g u0 3
如图3-2中的实线所示。
Re0=du0/ 1或2
24 层流区 Re0
u0
d 2 s g 18
----斯托克斯定律
作业:
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《化工原理》电子教案/第三章
1、自由沉降
离心沉降速度 离心加速度ar=2r=ut2/r不是常量 颗粒受力:
加料 清液溢流 清液
耙 稠浆
除尘原理:与降尘室相同
连续式沉降槽
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《化工原理》电子教案/第三章
增稠器(沉降槽) 特点:
属于干扰沉降 愈往下沉降速度愈慢-----愈往下颗粒浓度愈高,其表观粘 度愈大,对沉降的干扰、阻力便愈大; 沉降很快的大颗粒又会把沉降慢的小颗粒向下拉,结果小颗 粒被加速而大颗粒则变慢。 有时颗粒又会相互聚结成棉絮状整团往下沉,这称为絮凝现 象,使沉降加快。
9 B dc Nu i s
含尘 气体 A
B
净化气体
N值与进口气速有关,对常用形式的旋风分离器,风速 1225 ms-1范围内,一般可取N =34.5,风速愈大,N也 愈大。 思考:从上式可见,气体 ,入口B ,气旋圈数N ,进口气速ui ,临界粒径越小,why?
D
结论:旋风分离器越细、越长,dc越小
这种过程中的沉降速度难以进行理论计算,通常要由实验决 定。
《化工原理》电子教案/第三章
二、沉降设备
气 固 体 系---用于除去>75m以上颗粒 降 尘 室 重 力 沉 降 设 备 液 固 体 系 沉 降 槽
液固体系 旋液分离器
离 心 沉 降 设 备 旋风分离器 气固体系 ---用于除去>5~10m 颗粒
4d s g u0 3
如图3-2中的实线所示。
Re0=du0/ 1或2
24 层流区 Re0
u0
d 2 s g 18
----斯托克斯定律
作业:
10/69
《化工原理》电子教案/第三章
1、自由沉降
离心沉降速度 离心加速度ar=2r=ut2/r不是常量 颗粒受力:
加料 清液溢流 清液
耙 稠浆
除尘原理:与降尘室相同
连续式沉降槽
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《化工原理》电子教案/第三章
增稠器(沉降槽) 特点:
属于干扰沉降 愈往下沉降速度愈慢-----愈往下颗粒浓度愈高,其表观粘 度愈大,对沉降的干扰、阻力便愈大; 沉降很快的大颗粒又会把沉降慢的小颗粒向下拉,结果小颗 粒被加速而大颗粒则变慢。 有时颗粒又会相互聚结成棉絮状整团往下沉,这称为絮凝现 象,使沉降加快。
9 B dc Nu i s
含尘 气体 A
B
净化气体
N值与进口气速有关,对常用形式的旋风分离器,风速 1225 ms-1范围内,一般可取N =34.5,风速愈大,N也 愈大。 思考:从上式可见,气体 ,入口B ,气旋圈数N ,进口气速ui ,临界粒径越小,why?
D
结论:旋风分离器越细、越长,dc越小
这种过程中的沉降速度难以进行理论计算,通常要由实验决 定。
化工原理-第三章-沉降与过滤
➢在圆锥的底部附近,气流转为上 升旋转运动,最后由上部出口管排 出;
➢固202相0/1沿2/2内1 壁落入灰斗。
关风器
(防止空气进入)
净化气体
内螺旋 外螺旋
32
固相
ui
h
B 2020/12/21
H1 S
H2
D1
D
标准旋风分离器的尺寸
hD/2,BD/4,D1 D/2 H1 2D,H2 2D,SD/8 D2 D/4
故与临界粒径dpc相对应的临界沉降速度为
utc=qVs / WL
临界沉降速度utc是流量和面积的函数。
2020/12/21
21
当尘粒的沉降速度小,处于斯托克斯区时,临界粒径为
由此可知:
dpc
18 qVs (s )g WL
➢一定粒径的颗粒,沉降室的生产能力只与与底面积WL和 utc 有关,而与H无关。
注意:其中斯托克斯区的计算式是准确的,其它两个区域 的计算式是近似的。
2020/12/21
8
第二节 重力沉降
一、重力沉降速度 (一)球形颗粒的自由沉降
自由沉降:颗粒浓度低,分散好,沉降过程中
互不碰撞、互不影响。
阻力 Fd
p, 颗粒下沉 u
浮力 Fb
2020/12/21
重力 Fg
9
重 力 : Fgmg6dp3pg
由于:
进、排气与筒壁之间的摩擦损失; 进入时突然扩大的局部阻力; 旋转中动能损失
造成气体压力降: p ui2
2
一般 p= 0.3~2 kPa
2020/12/21
37
主要技术参数
➢圆筒直径一般为200~800mm,有系列尺寸。 ➢进口速度一般为15~20m/s。 ➢压力损失约为1~2kPa。 ➢分离的颗粒直径约为>5 m,dpc50=1~2 m 。
化工原理(王志魁版)---第三章 沉降过程
Ad r(L Le )
P
AP
r( V Ve ) r(V Ve )
A
dV
A2P
d r(V Ve )
过滤基 本方程
3-4-2 过滤基本方程式
dV A2P
d r(V Ve )
对可压缩滤饼 r r(P)s
其中r ΄ :单位压强差下滤饼的比阻,1/m2
p:过滤压强差,Pa
s:滤饼的压缩性指数,s=0~1,不可压缩滤饼s=0
1 当量直径de 2 非稳态过程 3 流动类型:层流
de
4润流湿通周截边面长积
4流通截面积 流道长度 润湿周边长 流道长度
4流道容积 流道表面积
V颗
4V床 颗粒比表面积
de
4 (1 )a
过滤速度:
u1
de 2 (Pc 32l
)
令u为滤液在整个床层截面积上的流速
则u=εu1
u
de2 (Pc) 32l
(4)2 K[(1 )a]2
Pc l
3 Ka2(1 )2
( Pc l
)
对于层流:K´=5
u
3
( Pc )
5a2(1 )2 l
3-4-2 过滤基本方程式
二 过滤速率与过滤速度
过滤速度:
dV
3
Pc
u Ad 5a2(1 )2 ( l )
过滤速率: 单位时间获得的滤液体积,m3/s
dV
3
APc
则Rm=r·Le u dV P P
Ad r(L Le ) (R Rm )
3-4-2 过滤基本方程式
五 过滤基本方程式
令为滤饼体积与相应的滤液体积之比
LA ,则L V
V
A
同样生成厚度为Le的滤饼所应获得的滤液体积为Ve
P
AP
r( V Ve ) r(V Ve )
A
dV
A2P
d r(V Ve )
过滤基 本方程
3-4-2 过滤基本方程式
dV A2P
d r(V Ve )
对可压缩滤饼 r r(P)s
其中r ΄ :单位压强差下滤饼的比阻,1/m2
p:过滤压强差,Pa
s:滤饼的压缩性指数,s=0~1,不可压缩滤饼s=0
1 当量直径de 2 非稳态过程 3 流动类型:层流
de
4润流湿通周截边面长积
4流通截面积 流道长度 润湿周边长 流道长度
4流道容积 流道表面积
V颗
4V床 颗粒比表面积
de
4 (1 )a
过滤速度:
u1
de 2 (Pc 32l
)
令u为滤液在整个床层截面积上的流速
则u=εu1
u
de2 (Pc) 32l
(4)2 K[(1 )a]2
Pc l
3 Ka2(1 )2
( Pc l
)
对于层流:K´=5
u
3
( Pc )
5a2(1 )2 l
3-4-2 过滤基本方程式
二 过滤速率与过滤速度
过滤速度:
dV
3
Pc
u Ad 5a2(1 )2 ( l )
过滤速率: 单位时间获得的滤液体积,m3/s
dV
3
APc
则Rm=r·Le u dV P P
Ad r(L Le ) (R Rm )
3-4-2 过滤基本方程式
五 过滤基本方程式
令为滤饼体积与相应的滤液体积之比
LA ,则L V
V
A
同样生成厚度为Le的滤饼所应获得的滤液体积为Ve
化工原理第3章第3节讲
01
化工原理第3章主要介绍了传热的基本原理和应用,包括热传 导、对流和辐射三种传热方式。
02
该章还涉及了换热器的设计、计算和选型,以及传热过程的 强化与优化。
03
此外,还介绍了传热在工业生产中的应用,如加热、冷却、 蒸发和冷凝等过程。
章节重点与难点
重点
传热的基本原理,换热器的设计、计 算和选型,传热过程的强化与优化。
掌握了实验技能,能够进 行基本的化工实验和数据 处理。
对未来学习的建议和展望
01
深入学习化工原理的其他章节和领域,如分离工程、生化工程等,以 建立完整的化工知识体系。
02
学习先进的计算方法和仿真技术,如人工智能、大数据等,以适应化 工行业的技术发展和需求。
03
了解化工行业的最新动态和趋势,关注绿色化工、可持续发展的相关 研究和实践。
2. 传热速率方程
描述传热速率与传热面积、温差 、传热系数等因素关系的方程。
节重点与难点解析
理解传热速率方程的意义和应用。
掌握传热的基本方式及其特点。1Leabharlann 重点0103 02
节重点与难点解析
01
熟悉传热过程的计算方法。
02
2. 难点
传热过程中各因素之间的相互影响和制约关系。
03
节重点与难点解析
化工原理第3章第3节讲
• 引言 • 化工原理第3章概述 • 化工原理第3章第3节详解 • 实际应用案例 • 总结与展望
01
引言
主题简介
本节主题为“化学反应动力学”,主 要探讨化学反应速率及其影响因素。
化学反应动力学是研究化学反应速率 变化规律的科学,对于化工生产过程 中的反应控制和优化具有重要意义。
化工原理第三章(概述、重力沉降)
2013-7-14
附录查得,水在20℃时 ρ=998.2kg/m3,μ=1.005×10-3Pa.s
ut
95 10 3000 998.2 9.81 9.797 10
6 2
-3
18 1.005 10
3
(m / s )
核算流型:
Re d p ut
95 10 6 9.797 10 3 998.2 0.9244 2 3 1.005 10
3 d P g
2 d P u 2
4
2
0
由此可解出沉降速度:
ut
4 gd P P 3
——沉降速度基本计算式
2013-7-14
(1)颗粒从静止开始作沉降运动时,分为加速和匀 速两个阶段; (2)对于小颗粒,加速阶段时间很短,通常忽略, 可以认为沉降过程是匀速的。 (3)颗粒便作匀速运动时的速度 称为沉降速度。
和连续介质分别是什么?
2013-7-14
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。
2013-7-14
五、非均相物系分离的作用
去转化器
电除尘器
泡沫塔
二氧化硫除尘净化工艺流程简图
2013-7-14
水处理工艺流程图
2013-7-14
污水处理工艺流程图
2013-7-14
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
附录查得,水在20℃时 ρ=998.2kg/m3,μ=1.005×10-3Pa.s
ut
95 10 3000 998.2 9.81 9.797 10
6 2
-3
18 1.005 10
3
(m / s )
核算流型:
Re d p ut
95 10 6 9.797 10 3 998.2 0.9244 2 3 1.005 10
3 d P g
2 d P u 2
4
2
0
由此可解出沉降速度:
ut
4 gd P P 3
——沉降速度基本计算式
2013-7-14
(1)颗粒从静止开始作沉降运动时,分为加速和匀 速两个阶段; (2)对于小颗粒,加速阶段时间很短,通常忽略, 可以认为沉降过程是匀速的。 (3)颗粒便作匀速运动时的速度 称为沉降速度。
和连续介质分别是什么?
2013-7-14
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。
2013-7-14
五、非均相物系分离的作用
去转化器
电除尘器
泡沫塔
二氧化硫除尘净化工艺流程简图
2013-7-14
水处理工艺流程图
2013-7-14
污水处理工艺流程图
2013-7-14
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
化工原理第三章-流体输送与流体输送机械
0.5m
d
− p真 + g (H + 0.5) u 0 = 2 ρ
当水箱内的水排空,即 H=0 时,由上式算得导管内流 速 u0=1.50 m/s,所以水箱内的水能全部排出。所需时 间为
【例3-2】
⌠ 2 D − dH 2 × 1.0 2 t= 2 = × 16.95 − 2.24 = 420s 2 d − p真 9.81 × 0.03 + g (H + 0.5) ⌡1.5 2 ρ
3.2.2 管路计算的类型 qV一定, d∝1/u1/2(u=4qV/πd2)。 u↓,d↑,设备费用↑; u↑,d↓,操作费用↑;但 u 过小时, 维修费↑。
某些流体在管道中常用流速范围
流体种类及状况 水及一般液体 粘度较大的液体 低压气体 易燃、易爆的低压 气体(如乙炔等) 常用流速范围 m/s 1~3 0.5~1 8~15 <8 流体种类及状况 压力较高的气体 饱和水蒸气: 8大气压以下 3大气压以下 过热水蒸气 40~60 20~40 30~50 总费用 费用 操作费 设备费 uopt u
3.3.1 简单管路
简单管路的基本特点 u1 u2 u3
Байду номын сангаас
(1) 通过各段管路的质量流量相等
w = V 1 ρ 1 = V 2 ρ 2 = L = 常数
对于不可压缩流体,体积流量也相等
V = V 1 = V 2 = L = 常数
u1 A1 = u 2 A2 = L = 常数
(2) 全管路的流动阻力损失为各段直管阻力损失及所有 局部阻力之和
p a − p真
p真
D 1.5m
H
0.5m
2
化工原理第三章过滤
15
2.箱式压滤机(Box Filter) 箱式压滤机( )
结构:仅由滤板构成。主要参数:同上。 结构:仅由滤板构成。主要参数:同上。 特点:具有与板框压滤机相同的优点, 特点:具有与板框压滤机相同的优点,并 且自动化程度高。 且自动化程度高。
16
3.袋滤机 (Candle/Plate/Leaf Filter) )
3
常用过滤介质类型
织物介质:天然纤维织物, 织物介质:天然纤维织物,合成纤维织 玻璃丝、金属、 物,玻璃丝、金属、丝织物 堆积介质:细砂、木炭、石棉、 堆积介质:细砂、木炭、石棉、硅藻土 等 多孔固体介质:多孔陶瓷、多孔塑料、 多孔固体介质:多孔陶瓷、多孔塑料、 金属烧结板等
4
3.滤饼(Cake) 滤饼( )
14
二、过滤设备(Filter) 过滤设备( )
1.板框式压滤机(Plate Frame Filter) 板框式压滤机( ) 结构:由板(洗涤板、非洗涤板) 结构:由板(洗涤板、非洗涤板)和 滤框构成,如图。 滤框构成,如图。 主要参数:过滤面积,板框尺寸、 主要参数:过滤面积,板框尺寸、数 操作压力等。 量,操作压力等。 特点:结构紧凑,过滤面积大, 特点:结构紧凑,过滤面积大,操作 压差高, 压差高,可过滤细小颗粒或粘度较大的 物料。但劳动强度大,操作环境差。 物料。但劳动强度大,操作环境差。
V床层 − V颗粒 ε= V床层
影响因素:颗粒物性、形状、粒度分布、 影响因素:颗粒物性、形状、粒度分布、 填充方式等
9
床层比表面: 床层比表面: 单位体积床层中所有颗粒的表面积。 单位体积床层中所有颗粒的表面积。
S粒 S粒 S粒 aB = (1 − ε ) = a(1 − ε ) = = V床层 V粒 V粒 1− ε
2.箱式压滤机(Box Filter) 箱式压滤机( )
结构:仅由滤板构成。主要参数:同上。 结构:仅由滤板构成。主要参数:同上。 特点:具有与板框压滤机相同的优点, 特点:具有与板框压滤机相同的优点,并 且自动化程度高。 且自动化程度高。
16
3.袋滤机 (Candle/Plate/Leaf Filter) )
3
常用过滤介质类型
织物介质:天然纤维织物, 织物介质:天然纤维织物,合成纤维织 玻璃丝、金属、 物,玻璃丝、金属、丝织物 堆积介质:细砂、木炭、石棉、 堆积介质:细砂、木炭、石棉、硅藻土 等 多孔固体介质:多孔陶瓷、多孔塑料、 多孔固体介质:多孔陶瓷、多孔塑料、 金属烧结板等
4
3.滤饼(Cake) 滤饼( )
14
二、过滤设备(Filter) 过滤设备( )
1.板框式压滤机(Plate Frame Filter) 板框式压滤机( ) 结构:由板(洗涤板、非洗涤板) 结构:由板(洗涤板、非洗涤板)和 滤框构成,如图。 滤框构成,如图。 主要参数:过滤面积,板框尺寸、 主要参数:过滤面积,板框尺寸、数 操作压力等。 量,操作压力等。 特点:结构紧凑,过滤面积大, 特点:结构紧凑,过滤面积大,操作 压差高, 压差高,可过滤细小颗粒或粘度较大的 物料。但劳动强度大,操作环境差。 物料。但劳动强度大,操作环境差。
V床层 − V颗粒 ε= V床层
影响因素:颗粒物性、形状、粒度分布、 影响因素:颗粒物性、形状、粒度分布、 填充方式等
9
床层比表面: 床层比表面: 单位体积床层中所有颗粒的表面积。 单位体积床层中所有颗粒的表面积。
S粒 S粒 S粒 aB = (1 − ε ) = a(1 − ε ) = = V床层 V粒 V粒 1− ε
化工原理 第三章-流体流过颗粒和颗粒层的流动3.
u2 dev
ReB
u a(1 )
Re p
6(1 )
Re p
10,umf
2
3 mf
de2v (s )g
150(1 mf )
取
2
3 mf
(1 mf )
111,umf
de2v (s )g 1650
Re p 1000,umf
第五节 固体流态化
大量固体颗粒,由于流体流动悬浮 于流体之中。 一、流态化基本概念
垂直圆筒中装填均匀颗粒
1)、固定床阶段,u较低
u1 u / ut,L为常数,p f u 2)、流化床阶段,u1 u / ut
若u1 ut, (界面上升、稳定),
明显上界面,p f 不变 3)、气力输送 u ut
化工原理
清华大学 戴猷元教授
2003 年 2 月
目录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
绪论
流体流动 流体输送机械 流体流过颗粒和颗粒层的流动 非均相物系的分离 传热 蒸发 总结
第三章 流体通过颗粒及颗粒床层的流动
第一节 概述 第二节 流体通过颗粒的流动 第三节 颗粒在流体中的流动 第四节 流体通过颗粒床层流动 第五节 固体流态化
3 mf
dev (s
)g
1.75
取
3 mf
1/14,umf
dev (s )g
24.5
2、带出速度u ut 对于大小不均匀分布d ut, d取值应比大多数d小 小颗粒:ut / umf 91.6 大颗粒:ut / umf 8.61 粒径小的操作范围宽
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第三章 沉降与过滤
第三节 离心沉降
一、离心沉降速度
二、旋风分离器操作原理
三、旋风分离器的性能
四、旋风分离器的结构型
式与选用
2012-12-22
离心沉降: 依靠惯性离心力的作用使流体中的颗粒产生
沉降运动。
适于分离两相密度差较小,颗粒粒度较细的非均相物系。 惯性离心力场与重力场的区别 重力场 力场强度 方向 作用力 重力加速度g 指向地心 Fg=mg 离心力场 ut2/R 沿旋转半径从中心指向外周
2012-12-22
图3-10 旋液分离器示意图
2012-12-22
旋液分离器的结构特点是直径小而圆锥部 分长,其进料速度约为2~10m/s,可分离的粒径 约为5~200μ m 。若料浆中含有不同密度或不 同粒度的颗粒,可令大直径或大密度的颗粒从底 流送出,通过调节底流量与溢流量比例,控制两 流股中颗粒大小的差别,这种操作成为分级。 用于分级的旋液分离器成为水力分粒器。
阻力系数为
24 Re
2
dr d p p 2 r d 18
(3-21)
2012-12-22
三、旋风分离器
旋风分离器的构造和操作原理
主体的上部为圆筒形,下部为圆锥形,中 央有一升气管。含尘气体从侧面的矩形进气管 切向进入器内,然后在圆筒内作自上而下的圆 周运动。颗粒在随气流旋转过程中被抛向器壁, 沿器壁落下,自锥底排出。由于操作时旋风分 离器底部处于密封状态,所以,被净化的气体 到达底部后折向上,沿中心轴旋转着从顶部的 中央排气管排出。
气体通过旋风分离器时,由于进气管、排气管及主体器壁
所引起的摩擦阻力,气体流动时的局部阻力以及气体旋转
所产生的动能损失造成了气体的压强降,
p
ui
2
2
30bh D 2 d LH
对型式不同或尺寸比例不同的设备ξc的值也不同,要通过 实验测定,对于标准旋风分离器ξc=8.0。 旋风分离器的压降一般在1~2kPa内。 (例题3-3)
2012-12-22
四 旋液分离器
旋液分离器又称水力旋流器,是利用离心沉降原 理分离液固混合物的设备,其结构和操作原理与旋风 分离器类似。设备主体也是由圆筒体和圆锥体两部分 组成,如图3-10所示。悬浮液由人口管切向进入,并 向下作螺旋运动,固体颗粒在惯性离心力作用下,被 甩向器壁后随旋流降至锥底。由底部排出的稠浆称为 底流;清液和含有微细颗粒的液体则形成内旋流螺旋 上升,从顶部中心管排出,称为溢流。内旋流中心为 处于负压的气柱,这些气体可能是由料浆中释放出来, 或由于溢流管口暴露于大气时将空气吸入器内的,但气 柱有利于提高分离效果。
2012-12-22
五、沉降式离心机
1.管式高速离心机 管式高速离心机是沉降式 离心机如图3-11所示,主要结 构为细长的管状机壳和转鼓 等部件。常见的转鼓直径为 0 .1~0.15m、 长 度 约 1.500m、 转 速 为 8000~50000r/min 左 右 , 其 分 离 因 数 KC 约 为 15000~65000。这种离心机可 用于分离乳浊液及含细颗粒 的稀悬浮液。
3.螺旋式离心机
2012-12-22
2012-12-22
2.碟片式高速离心机
碟片式高速离心机亦简称分离机。如图3-15所示,碟片式高 速离心机的底部作圆锥形,壳内有30~150片倒锥形碟片叠置成层, 碟片直径200~800mm,由一垂直轴带动,转鼓以4700~8500r/min 的转速旋转,分离因数可达4000~10000。这种分离机可用作澄清 悬浮液中少量细小颗粒以获得清净的液体,也可用于乳浊液中轻、 重两相的分离,如油料脱水等。
ut FC m R
2
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一、离心分离因数
• 如图所示的以一定角速度ω 旋转的圆筒,筒内装有密度为 ρ 、黏度为µ的液体。液体中悬浮有密度为ρ p,直径为dp, 质量为m的球形颗粒。 • 离心力 Fc mr 2 • 增大离心力,可以提高角速度ω ,也可以增大半径r • 角速度ω 与转速N的关系ω =2πN/60
c) 颗粒沉降服从斯托克斯定律,由式(3-21)可知,在半 径r=(0.5D-b)处粒径为dp的颗粒向圆壁半径方向的沉降速度为
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dr d 2 s 2 d 2 s ui r d 18 18 r
2
• r小,ui一定时,沉降速度大,对于气流以切线方向流 入的旋风分离器,时间τ =0时,颗粒在(0.5D-b) 处, τ = τ t,颗粒沉降到器壁,即D/2处,则有
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临界粒径
判断旋风分离器分离效率高低的重要依据是临界粒径。 理论上在旋风分离器中能完全分离下来的最小 临界粒径 : 颗粒直径。 1) 推导临界粒径的计算式的假设
a) 进入旋风分离器的气流在器内按入口形状(宽度为b) 沿圆筒旋转n圈,沉降距离为b,即内转半径r=(0.5D-b)沉降 到2/D处; b) 颗粒与气流的速度相同,平均切向流速等于进口气速ui
m rN2 Fc 100
N的单位为r/min
同一颗粒在同一种介质中的离心力与重力的比值为 :
r 2 rN 2 Kc g 900
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称为离心分离因数,表示离心力 大小的指标
二、离心沉降速度
1、离心沉降速度ur
d p 3 惯性离心力=
6
浮力(向中心)=
p r 2
r 2 6 dr 2 d p 2 ( d ) 阻力(向中心)= 4 2
ut
4d p g ( p ) 3
2、离心沉降速度与重力沉降速度的比较
表达式:重力沉降速度公式中的重力加速度改为离心加速度
数ห้องสมุดไป่ตู้:重力沉降速度基本上为定值
离心沉降速度为绝对速度在径向上的分量,随颗粒在
离心力场中的位置而变。
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离心沉降的对象为小颗粒。阻力一般都出于斯托克顿区,
9b( D b) t 2 2 ( p )d p ui
临界直径
D 2 D b 2
d 2 s 2 t rdr ui d 0 18
2rm n ui
n=5
d pc 3
b n( p )ui
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3、压力损失
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图3-11管式高速离心机
当用于分离乳浊液时,乳浊液从底部进口引入,在管 内自下而上运行的过程中,因离心力作用,依比重不同 而分成内外两个同心层。外层为重液层,内层为轻液层。 到达顶部后,分别自轻液溢流口与重液溢流口送出管外。
当用于分离混悬液时,则将重液出口关闭,只留轻液出 口,而固体颗粒沉降在转鼓的鼓壁上,经一定时间沉积较 厚时,可通过间歇地将管取出加以清除。 本机分离因数大,分离效率高,故能分离一般离心机 难以分离的物料,如两相密度差较小的乳浊液或含微细混 悬颗粒的混悬液。
悬浮液
清 液
稠 浆
图3-14,15碟片式高速离心机
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碟式分离机中两碟片之间的间隙很小,一般为0.5~ 1.25mm,细小颗粒在碟片通道间的水平沉降距离较短,故可将 粒径小至0.5μ m的颗粒从轻液中加以分离。因此,碟式分离 机适合于净化带有少量微细颗粒的粘性液体(涂料,油脂等), 或润滑油中少量水分的脱除等。
三力达到平衡,则:
d p
3
d p
6
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3
p r
2
d p
6
3
r 2
dr 2 d p ( d ) 0 4 2
2
平衡时颗粒在径向上相对于流体的运动速度dr/dτ 便是此
位置上的离心沉降速度。
4d p p 2 dr r d 3
第三节 离心沉降
一、离心沉降速度
二、旋风分离器操作原理
三、旋风分离器的性能
四、旋风分离器的结构型
式与选用
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离心沉降: 依靠惯性离心力的作用使流体中的颗粒产生
沉降运动。
适于分离两相密度差较小,颗粒粒度较细的非均相物系。 惯性离心力场与重力场的区别 重力场 力场强度 方向 作用力 重力加速度g 指向地心 Fg=mg 离心力场 ut2/R 沿旋转半径从中心指向外周
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图3-10 旋液分离器示意图
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旋液分离器的结构特点是直径小而圆锥部 分长,其进料速度约为2~10m/s,可分离的粒径 约为5~200μ m 。若料浆中含有不同密度或不 同粒度的颗粒,可令大直径或大密度的颗粒从底 流送出,通过调节底流量与溢流量比例,控制两 流股中颗粒大小的差别,这种操作成为分级。 用于分级的旋液分离器成为水力分粒器。
阻力系数为
24 Re
2
dr d p p 2 r d 18
(3-21)
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三、旋风分离器
旋风分离器的构造和操作原理
主体的上部为圆筒形,下部为圆锥形,中 央有一升气管。含尘气体从侧面的矩形进气管 切向进入器内,然后在圆筒内作自上而下的圆 周运动。颗粒在随气流旋转过程中被抛向器壁, 沿器壁落下,自锥底排出。由于操作时旋风分 离器底部处于密封状态,所以,被净化的气体 到达底部后折向上,沿中心轴旋转着从顶部的 中央排气管排出。
气体通过旋风分离器时,由于进气管、排气管及主体器壁
所引起的摩擦阻力,气体流动时的局部阻力以及气体旋转
所产生的动能损失造成了气体的压强降,
p
ui
2
2
30bh D 2 d LH
对型式不同或尺寸比例不同的设备ξc的值也不同,要通过 实验测定,对于标准旋风分离器ξc=8.0。 旋风分离器的压降一般在1~2kPa内。 (例题3-3)
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四 旋液分离器
旋液分离器又称水力旋流器,是利用离心沉降原 理分离液固混合物的设备,其结构和操作原理与旋风 分离器类似。设备主体也是由圆筒体和圆锥体两部分 组成,如图3-10所示。悬浮液由人口管切向进入,并 向下作螺旋运动,固体颗粒在惯性离心力作用下,被 甩向器壁后随旋流降至锥底。由底部排出的稠浆称为 底流;清液和含有微细颗粒的液体则形成内旋流螺旋 上升,从顶部中心管排出,称为溢流。内旋流中心为 处于负压的气柱,这些气体可能是由料浆中释放出来, 或由于溢流管口暴露于大气时将空气吸入器内的,但气 柱有利于提高分离效果。
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五、沉降式离心机
1.管式高速离心机 管式高速离心机是沉降式 离心机如图3-11所示,主要结 构为细长的管状机壳和转鼓 等部件。常见的转鼓直径为 0 .1~0.15m、 长 度 约 1.500m、 转 速 为 8000~50000r/min 左 右 , 其 分 离 因 数 KC 约 为 15000~65000。这种离心机可 用于分离乳浊液及含细颗粒 的稀悬浮液。
3.螺旋式离心机
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2.碟片式高速离心机
碟片式高速离心机亦简称分离机。如图3-15所示,碟片式高 速离心机的底部作圆锥形,壳内有30~150片倒锥形碟片叠置成层, 碟片直径200~800mm,由一垂直轴带动,转鼓以4700~8500r/min 的转速旋转,分离因数可达4000~10000。这种分离机可用作澄清 悬浮液中少量细小颗粒以获得清净的液体,也可用于乳浊液中轻、 重两相的分离,如油料脱水等。
ut FC m R
2
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一、离心分离因数
• 如图所示的以一定角速度ω 旋转的圆筒,筒内装有密度为 ρ 、黏度为µ的液体。液体中悬浮有密度为ρ p,直径为dp, 质量为m的球形颗粒。 • 离心力 Fc mr 2 • 增大离心力,可以提高角速度ω ,也可以增大半径r • 角速度ω 与转速N的关系ω =2πN/60
c) 颗粒沉降服从斯托克斯定律,由式(3-21)可知,在半 径r=(0.5D-b)处粒径为dp的颗粒向圆壁半径方向的沉降速度为
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dr d 2 s 2 d 2 s ui r d 18 18 r
2
• r小,ui一定时,沉降速度大,对于气流以切线方向流 入的旋风分离器,时间τ =0时,颗粒在(0.5D-b) 处, τ = τ t,颗粒沉降到器壁,即D/2处,则有
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临界粒径
判断旋风分离器分离效率高低的重要依据是临界粒径。 理论上在旋风分离器中能完全分离下来的最小 临界粒径 : 颗粒直径。 1) 推导临界粒径的计算式的假设
a) 进入旋风分离器的气流在器内按入口形状(宽度为b) 沿圆筒旋转n圈,沉降距离为b,即内转半径r=(0.5D-b)沉降 到2/D处; b) 颗粒与气流的速度相同,平均切向流速等于进口气速ui
m rN2 Fc 100
N的单位为r/min
同一颗粒在同一种介质中的离心力与重力的比值为 :
r 2 rN 2 Kc g 900
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称为离心分离因数,表示离心力 大小的指标
二、离心沉降速度
1、离心沉降速度ur
d p 3 惯性离心力=
6
浮力(向中心)=
p r 2
r 2 6 dr 2 d p 2 ( d ) 阻力(向中心)= 4 2
ut
4d p g ( p ) 3
2、离心沉降速度与重力沉降速度的比较
表达式:重力沉降速度公式中的重力加速度改为离心加速度
数ห้องสมุดไป่ตู้:重力沉降速度基本上为定值
离心沉降速度为绝对速度在径向上的分量,随颗粒在
离心力场中的位置而变。
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离心沉降的对象为小颗粒。阻力一般都出于斯托克顿区,
9b( D b) t 2 2 ( p )d p ui
临界直径
D 2 D b 2
d 2 s 2 t rdr ui d 0 18
2rm n ui
n=5
d pc 3
b n( p )ui
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3、压力损失
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图3-11管式高速离心机
当用于分离乳浊液时,乳浊液从底部进口引入,在管 内自下而上运行的过程中,因离心力作用,依比重不同 而分成内外两个同心层。外层为重液层,内层为轻液层。 到达顶部后,分别自轻液溢流口与重液溢流口送出管外。
当用于分离混悬液时,则将重液出口关闭,只留轻液出 口,而固体颗粒沉降在转鼓的鼓壁上,经一定时间沉积较 厚时,可通过间歇地将管取出加以清除。 本机分离因数大,分离效率高,故能分离一般离心机 难以分离的物料,如两相密度差较小的乳浊液或含微细混 悬颗粒的混悬液。
悬浮液
清 液
稠 浆
图3-14,15碟片式高速离心机
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碟式分离机中两碟片之间的间隙很小,一般为0.5~ 1.25mm,细小颗粒在碟片通道间的水平沉降距离较短,故可将 粒径小至0.5μ m的颗粒从轻液中加以分离。因此,碟式分离 机适合于净化带有少量微细颗粒的粘性液体(涂料,油脂等), 或润滑油中少量水分的脱除等。
三力达到平衡,则:
d p
3
d p
6
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3
p r
2
d p
6
3
r 2
dr 2 d p ( d ) 0 4 2
2
平衡时颗粒在径向上相对于流体的运动速度dr/dτ 便是此
位置上的离心沉降速度。
4d p p 2 dr r d 3