第四章沉降1

（1μm(微米)=10-6m，一 根头发的直径约为80μm）
• 二、降尘室:利用重力沉降原理将颗粒从气 流中分离出来的设备。 • 1.工作原理：
2. 最大生产能力： 1) 颗粒在降层室中的运动
t
H ut L u
t
H ut L u
气体水平通过 降尘室的速度
t
• • 当加速度为零时颗粒便作均速运动，此时 的速度称为沉降速度,用ut表示。
3 3 u 2 d 2 d s g d g - 6 6 2 4
ut 4d s g 3
阻力系数
=0
• 上式的应用条件： • ①颗粒为球形； • ②颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰； ③容器壁对沉降的阻滞作用可以忽略不计； • ④ 颗粒直径不能小到受流体分子运动的影 响。
• 解题思路： • 1）、要求某颗粒能够被完全沉淀下来，理 论上必须满足τ=τt.而满足此条件的粒径 称为临界粒径，故可以用下式计算：
Vs u tc bL
dc
18utc g ( s )
18 VS g ( s ) bL
• 2)、对于小于临界粒径的颗粒，回收率等于：
离心沉降速度是重力 沉降速度的5~2500倍
• 二、离心沉降设备 • 1、旋风分离器 • （1）构造与工作原理： • 旋风分离器是利 用离心沉降原理从气 流中分离出颗粒的设 备。人类是从自然界 的旋风得到的启示。
2011年四月，美国发生龙卷风图。
• ①构造 ：对于标准形 旋风分离器，只要规定 出其中一个主要尺寸， 如圆筒直径D或进气口 宽度B，则其它各部分 的尺寸亦确定。
• 2、旋液分离器（自学） • ①用途：旋液分离器是 利用离心力使悬浮液中 的固体颗粒增稠或使粒 径不同及密度不同的颗 粒分级设备。 • ②原理和构造：与旋风 分离器相似。
• ③特点：直径小，圆锥部分长。 • 目的：增大离心力，提高沉降速度，增大 液流行程，有利于分离。
• 3、沉降离心机（自学） • （1）管式离心机 • 构造：主要构件为内径 0.075～0.15m,长1.5m 管式转鼓，转速达 8000～50000r/min,离 心分离因素为15000～ 60000.
4g 2 (s )2 ut d 3 225
• 3）湍流区
(500 Re 2 105 )
ζ=0.44
ut 4d s g 3
gd s
u t 1.74
牛顿公式
• （三）沉降速度的计算 • 1、已知颗粒直径d计算ut，用试差法; • 2、已知沉降速度ut求颗粒直径d; •
• （二）阻力系数 • 1.球形度Φ S P
S
与颗粒体积相等 的一个圆球的表 面积
颗粒的外表面积 • 2 .Re=dutρ/μ ζ=f(Re,Φ) ，Re的定义不变，但流速要用 沉降速度：
•阻力系数ζ=f(Re,Φ）
• 3、不同区域的ζ值和沉降速度计算式 4 (10 Re 2) 斯托克斯 • 1）层流区（
各种尺寸的颗粒被分 离出来的质量分率 B、粒级效率
C1i C2i pi 100% C1i
出口气体中粒径在第i 段的颗粒浓度
粒径在第i段的颗 粒的粒级效率
进口气体中粒径在第i小 段的颗粒浓度
• ③分割粒径（d50）：若含尘气体中某直径 颗粒能够被去除50%，则该颗粒的直径称 为分割粒径，用 d50表示。对于标准型旋风 分离器 ： D 旋风分离器的 d50 0.27 u i ( s ) 圆筒直径，m
2 2 2 3 uT 3 uT 2 ur 3 d s d d d s a 6 R 6 R 4 2 6
当a等于0时，颗粒在径向上相对于流 体的运动速度ur即为颗粒在该位置处 的离心沉降速度，即：
3 u 3 u 2 u d s d d 0 6 R 6 R 4 2
H ut

L u
• 2)颗粒被除去的条件: • 某一粒径的粒子能100%被除去的条件 是其从室顶沉降到室底所需要的时间τt小于 气流在室内的停留时间τ.
3)最大生产能力
t
H ut L u
Vs u Hb
Vs≤bLut 降尘室的生产能力只与底面积和沉降速度 有关,而与降尘室的高度无关 3.多层降尘室
分割粒径
• ④由d50计算粒级效率ηp:
颗粒直径，m
• ⑤总效率与粒级效率的关系：
O xi pi
某粒径的质量分数
• • • • •
⑥压降：p 2 引起原因： A.摩擦阻力， B.局部阻力， C.气体旋转运动所产生的能量损失。
u i2
对于标准型旋风分离器，ζ＝8，Δp一般 为0.5～2kPa
因此，将高度较小的多个单层降尘室 重迭起来，构成多层降尘室，可以增加生 产能力。
• 4.临界粒径 • 某降尘器能够去除的最小颗粒直径即为临界 粒径，用dc表示。对于单层降尘器，临界沉 降速度为：
Vs u tc bL
降尘室的底面积
• 若颗粒沉降位于层流区，则有：
Vs u tc bL
ut
• • • • • •
2.受力分析 ①重力： 直径为d的球形颗粒受 到的重力为： 3 Fg=mg= d s g ； 6 其中ρs为颗粒密度。
• ②、浮力： • 当流体处于重力场中时，颗粒 • 受到的浮力等于：
3 Fb d g 6
• ③、阻力
d 2 u 2 • Fd= 4 2
相当于重力，区别为：加速度 不同
• 2、向心力（类似于重力场中浮力，方向为 沿半径指向旋转中心）： 2 • u
6 d 3
T
R
区别：加速度不同
• 3、阻力（方向为沿半径指向旋转中心）：
d u 4 2
2
2 r
（ur为颗粒与流体在径 向上的相对速度，或法向 速度,m· s-1）
• 4、离心沉降速度
（Stokes）定律区）,
24 Re
Re=dutρ/μ 斯托克斯公式
ut d 2 s g 18
ut
4d s g 3
• 2）、过渡区（ 2 Re 500 ， 称为Allen区）
10 0.5 Re
艾伦公式
开立方
ut
4d s g 3
多层降尘器公式推导：
H h N
H=Nh
VS VS u Hb Nhb
τ
L H τ t u u t
设单层的生产能力为VS
L H Vs ut Nhb NhbLu NhbLu NbLu Vsn t t t Vs H N Nh N 设多层的生产能力V sn： Vsn NVs NbLu t 即单层的生产能力只有 分为N层时的N分之一 ,
第四章 沉降与过滤
混合物分离方法： 精馏 均相 混合物分离 多相 过滤
吸收 萃取… 沉降
第一节
重力沉降
• 重力沉降：在地球引力作用下而发生的沉 降分离过程称为重力沉降。 • 一、重力沉降速度 • （一）、球形颗粒的自由沉降
• 1.自由沉降 • 单个颗粒或互不接触和碰撞的颗粒群在 流体中的沉降过程称为自由沉降。 • 颗粒沉降的必要条件： • ①、ρs> ρ流体 • ② 、流体静止
2 d 2 ( s ) u T ur 18 R
• 应用：小颗粒沉降。 • 小颗粒沉降一般位于斯托克斯区。
• 6、离心分离因素 • 同一颗粒在同一流体中的离心沉降 速度与重力沉降速度之比，称为离心分 离因素。 2 u r uT KC （ Kc=5~2500 ） u gR
t
离心分离因素
颗粒沉降速度 回收率 临界颗粒的沉降速度
3)、完全回收较小粒径的颗粒，可以用 多层降尘层，增加底面积,降低ut.
•
三、沉降槽
它是一个底部略呈锥 形的大直径浅槽，料 液由伸入液面以下 0.3～1m的进料管加 入,并迅速分散到整 个截面上，液体缓慢 向上流动，清液经溢 流堰流出，而颗粒则 沉于底部，由缓慢转 动的耙汇集于底部中 央的排渣口连续排出。
2 2 2 2 u u d u （h , p h ） , Fd pA 2 2 4 2
• 3、重力沉降速度 • 根据牛顿第二定律： • 重力-浮力-阻力=颗粒质量×加速度
3 d s g 6 3 u 2 d 2 d g - = 6 2 4 3 d s a 6
C
N e u i s
含尘气体的进 口气速，m/s
被分离出来的颗粒质量占进 入颗粒总质量的百分比
• ②分离效率 • A、总效率：
C1 C2 0 100% C1
出口气体中的颗 粒浓度，kg/m3
旋风分离器的 总效率
进口气体中的颗 粒浓度 缺点：不能表示旋风分离器对 于各种尺寸粒子的分离效果
• ②、旋风分离器工作 原理 • 适用范围：去除气流 中＞5μm的颗粒
• （2）旋风分离器的主要性能指标 • ①临界粒径：能被完全分离除去的最小颗 粒直径，用于衡量旋风分离器的效率。 • 临界粒径可以粗略地用下式计算：旋风分离器
dC 9B N e u i s
进气口宽度
含尘气体的进口气 速，m/s
2 T 2 T 2 r
ur
离心沉降速度
2 4d s u T
3R
加速ห้องสมุดไป่ตู้不同
ut 4d s g 3
重力沉降速度
• 5、阻力系数ζ (与重力沉降计算时相同)： • 若为层流，则ζ=24/Re:
2 4d s u T
ur
3R
ζ=24/Re
• (2)蝶式离心机
• 构造：转鼓内装有30～150片倒锥形碟片， 其直径一般为0.2～1m,锥角为35～50度， 转速为4000～7000r/min,分离因素为 4000～100000， • 用途：用于乳浊液或含有少量细小颗粒的 悬浮液的分离。
取等号，就是恰好能100%被分离出来的颗粒 直径。标准型Ne=5。
• 影响dc的因素： • ① 颗粒性质，②气体性质，③旋风分离 器的结构（如直径D），④处理量。 • 处理量越大(ui越大)、颗粒密度越大、进 口越窄、长径比越大（Ne越大），则临界 直径越小，或者说越容易分离。 旋风分离器 9B 进气口宽度 d
d 2 s g 18
dc
18utc g ( s )
18 VS g ( s ) bL
临界粒径
• • • •
（4）降尘器的优缺点 ①结构简单，阻力小； ②体积大，效率低； ③只能分离直径大于50μm的粒子，约为头 发丝直径的一半左右（一根头发丝的直径 平均约为80μm） 。
• 适用于：含固体颗粒较少，且处理量大的 悬浮液。
第二节 离心沉降 • 一、沉降速 度和分离因 素
离心沉降：在 离心力作用下 而发生的沉降 分离过程，称 为离心沉降。
• 在离心力场中颗粒将 与流体在离心力方向 上作相对运动： • 1、惯性离心力（类似 于重力）:
2 3 3 uT d s a R d s 6 6 R