(化工原理)第二节 沉降过程

重力沉降设备–降尘室
如气体处理量为Vs
降尘室的生产能力只与其 沉降面积bl及颗粒 的沉降速度ut有 关,而与降尘室的高度无关。
重力沉降设备–降尘室
因此, 可将降尘室做成多层, 称为多层降尘室
重力沉降设备–降尘室
多层降尘室的生产能力为
Vs ≤（n+1)blut （n为隔板数）
降尘室特点
降尘室结构简单,阻力小, 但体积庞大,分离效率低, 只适用于分离直径在50μm以上的粗粒,一般
气体在器内的运动情况
离心沉降-7
三、旋风分离器的性能 （分离效果、压强降）
（ 一）、临界粒径
旋风分离器中能被完全分离下来的最小颗粒直径。
临界粒径的计算式,可在如下简化条件之下 推导出来。
（1）进入旋风分离器的气流严格按螺旋形路百度文库作等速运动,其 切向速度等于进口气速ui
(2) 颗粒向器壁沉降时,必须穿过厚度等于整个进气口宽度B的 气流层,方能到达壁面 而被分离。
重力沉降设备–分级器
（三）、分级器
重力沉降用于分离不同粒径的同种颗粒和不 同密度的颗粒所用设备称为分级器
例3-3
例3-3
例3-3
3-2-2 离心沉降-1
依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过 程叫作离心沉降
一、惯性离心力作用下的沉降速度
离心沉降-2
平衡时颗粒在径向上相对于流体的速度 是它在此位置上的离心沉降速度
离心沉降-3
颗粒的离心沉降速度 ur与重力沉降速度 ut 具有相似的关系式，只是将重力场强度 g 改为惯性离心力场强度 uT²/R
区别：
离心力沉降速度ur 不是颗粒运动的绝对速度，而是 绝对速度在径向上的分量，且方向不是向下而是沿 半径向外；
离心沉降速度ur 本身就不是一个恒定的数值，而重 力沉降速度ut 则是不变的。
离心沉降-12
（二）、分离效率
旋风分离器的分离效率有两种表示法,一是 总效率,以η0代表；一是分效率,又称粒级效 率,以ηp代表。
总效率是指进入旋风分离器的全部颗粒中被 分离下来的质量分率,即：
C1——旋风分离器进口气体含尘浓度, g/m³； C2——旋风分离器出口气体含尘浓度, g/m³
布朗运动
沉降速度计算—试差法
四、沉降速度的计算
1、试差法
设Rep选公式 ut核算Rep判断
沉降速度计算—摩擦数群法
2、摩擦数群法
3
沉降速度计算—摩擦数群法
ζ是Ret的已知函数，则 ζRet2 也是Ret的已知函数。
ζ-Ret曲线转化为ζRet2Ret曲线
根据已知值,首先算出 ζRet2的值,再用ζRet2- Ret 曲线查出相应的Ret值,然 后根据Ret的定义式反算 出ut,即：
若某种尺寸的颗粒所需的沉降时间θt恰 等于停留时间θ，该颗粒就是理论上能 被完全分离下来的最小颗粒。
离心沉降-11
临界粒径随分离器尺寸增大而增大,因此分离 效率随分离器尺寸增大而减小,所以当气体处 理量大时，常将若干个小尺寸的旋风分离器 并联使用(称为旋风分离器组),以维持较高的 除尘效率。
Ne的数值一般为0.5～3.0,但对标准旋 风分离器，可取Ne=5。
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沉降速度计算—摩擦数群法
令ζ与Ret-1相乘,得
ρ
3
可得ζRet-1- Ret图
由ζRet-1从图中查得 Ret,
用以根据沉降速度ut计 算
颗粒直径d
沉降速度计算—摩擦数群法
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用K判断流型
将层流时的ut代入Ret,有
当Re<1时,在斯托克斯定律区的上限K值为2.62 当Re>1000，在牛顿定律区的下限K值为69.1 可根据K值选用相应的公式，避免试差法
作预除尘器使用。 多层降尘室虽能分离较细小的颗粒并节省地
面但出灰不便。
例3-2
例3-2
重力沉降设备–沉降槽
（二）、沉降槽 （过程）
1、沉降槽的构造与操作 又称增浓器或澄清器
重力沉降设备–沉降槽
浓悬浮液的沉聚过程 （自学） 连续沉降槽的直径,小者数米,大者可达
数百米。小槽可用木料或金属制造,大 槽要用混凝土砌筑。小槽耙的转速约 为1r.p.m.,大槽只有0.1r.p.m.左右。
曲线(φs=1.0)所示。该曲线可按Re值大 致分为三个区域,各区内的曲线可分别 用相应的关系式来表达
3
3
沉降速度
斯托克斯(Stokes)公式、艾仑(Allen)公 式及牛顿(Newton)公式
影响沉降速度的因素
三、影响沉降速度的因素
1、体积浓度 干扰沉降
2、器壁效应 3、颗粒形状
同一种固体物质，球形或近球形颗粒 比同体积的非球形颗粒的沉降要快一些 4、颗粒粒径
第二节 沉降过程
沉降速度
沉降速度
颗粒的沉降过程应分为两个阶段,起初为加速阶段,而后为等速 阶段
等速阶段里颗粒相对于流体的运动速度ut称为“沉降速度”， “终端速度”。
阻力系数 ζ
二、阻力系数 ζ
定义：颗粒与流体相对运动时的雷诺数
由Re、фs数，查图得ζ
阻力系数 ζ
阻力系数 ζ
例3-1
例3-1
重力沉降设备–降尘室
二、重 力 沉 降设备
（一）、降尘室 （过程）
令 l——降尘室的长度,m ； H ——降尘室的高度,m； b ——降尘室的宽度,m； ut —— 颗粒的沉降速度,m;
u —— 气体在降尘室内水平通过的流速,m/s。
重力沉降设备–降尘室
颗粒沉降至室底所 需的时间为：
离心沉降-8
(3) 颗粒在滞流情况下作自由沉降，其径向沉降速度可用下式 计算
因ρ<<ρs ,故式中的ρ可以略去；又旋转半径R 可取平均值 Rm，则气流中的离心沉降速度为
离心沉降-9
颗粒到达器壁所需的沉降时间为
令气流的有效旋转圈数为Ne,它在器内 运行的距离便是2πRmNe,则停留时间为
离心沉降-10
离心沉降-13
粒级效率
C1i ——进口气体粒径在第i 小段范围内的颗粒的浓度，g/m3 Ci2 —— 出口气体中粒径在第i小段范围内的颗粒的浓度,g/m3
离心沉降-4
在离心沉降时，如果颗粒与流体的相对运动属于滞 流，阻力系数也符合斯托克斯定律：
同一颗粒在同种介质中的离心沉降速度与重力沉降 速度的比值为
比与值重力Kc场也强就度是之颗比粒，所称在为位离置心上分的离惯因性数离心力场强度
离心沉降设备-旋风分离器
二、 旋风分离器的操作原理
结构
离心沉降设备-旋风分离器