化工原理 第三章2

气体
进口
思考1： 为什么气体进入降尘室后，流
通截面积要扩大？
出口
思考2：为什么降尘室要做成扁平的？
停留时间 L u
集灰斗 降尘室
L B
沉降时间 t 高度
气体
u
ut
若 t
则表明，该颗粒能在降尘室 中除去。
ut
H
颗粒在降尘室中的运动
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§2 沉 降
ut
d
2 p
c．假设颗粒沉降服从斯托克斯公式。 B
停留时间 2rm N
ui
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净化气体 D
尘粒 17/20
§2 沉 降
沉降时间
r
B ur
含尘 气体
而
ur
d
2 c
(
p
)u2
18rm
d
2 c
p
ui2
18rm
A
2rm N
ui
18rm B
d
2 c
p
ui2
9B
dc Nui p
B
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❖ 壁面效应
由于壁面效应，实际沉降速度小于自由沉降速度。
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三．沉降设备
§2 沉 降
降 尘 室气 固 体 系
重
力
沉
降
设
备
沉
降 槽液
固体系
离
心
沉
降
设
备
旋 旋
风 液
分 分
离 离
器 气 器液
固 固
体系 体系
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§2 沉 降
1. 降尘室
气体
湍流区 500 Re 2105 ： 0.44
颗粒在流体中流动时所受阻力
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§2 沉 降
§2 沉 降 一、自由沉降
加速段极短，通常可以忽略
浮力 Fb mg p
等速段的颗粒运动速度称为沉降速度， 用ut表示。
合外力 Fc Fb FD 0
曳力 FD ut2 A
注意：降尘室内气体流速不应过高，以免将已沉降下来的颗粒重新扬起。根 据经验，多数灰尘的分离，可取 u<3m/s，较易扬起灰尘的，L可取 u<1.5m/s。
u
B
气体
ut
H
多层降尘室
颗粒在降尘室中的运动
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降尘室
§2 沉 降
结构简单， 但设备庞大、效率低， 只适用于分离粗颗粒------直径 75m 以上的颗粒， 或作为预分离设备。
第三章 沉降与过滤
§2 沉 降 一、自由沉降 二、影响沉降的因素 三、沉降设备
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§1 概 述
§1 概 述 一、非均相物系的分离
1.非均相的含义 指体系包含互不相溶的两相或多相,通常可分为:
气液相：如雾、泡沫液 气固相：如烟、含尘气体 液液相：如油水混合物、乳浊液 液固相：如泥浆、悬浮液 固固相：如矿石、泥砂
净化气体 D
尘粒 18/20
§2 沉 降
评价旋风分离器性能的两个主要指标：
分离性能：用临界粒径和分离效率来表示
总效率：被分离出来的颗粒占全部颗粒的质量分率
粒级效率：每一种颗粒 被分离出来的百分率。
dp
d
的颗粒，粒级效率均为
c
100
%；
dp
d
的颗粒，粒级效率均
c
100 %
压降：小好，一般在 5002000Pa 左右
-------离心分离因数
gg
ur ac
ut g
A
r1 O
r2
r
B ur C
u u
颗粒在旋转流场中的运动
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§2 沉 降 二、影响沉降的因素
❖ 干扰沉降
由于干扰作用，实际沉降速度 小于自由沉降速度。
❖ 非球形颗粒的沉降
球形度越小，沉降速度越小； 颗粒的位向对沉降速度也有影响。
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§2 沉 降
旋液分离器：
特点： 与旋风分离器相比， 直径小、锥形部分长。 Why?
离心机：
B
含尘 气体
A
净化气体 D
袋式过滤器：
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尘粒
标准型旋风分离器
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§1 概 述
当流体的密度为 ，粘度为 ，颗粒直径为dp，
在运动方向上颗粒的投影面积为A，相对速度为u ,
曳力 Fd
则颗粒所受的曳力为：
Fd
A
u 2
2
Leabharlann Baidu
式中为无因次阻力系数， f Re f d pu
相对速度 u
的计算
层流区104 Re 2 ： 24 Re
过渡区2 Re 500： 10 Re
4.常用的分离手段
（1）筛分：分离固固混合物。 （2）沉降：分离气液、气固混合物。 （3）过滤：分离液固混合物。 （4）离心分离：分离液液、液固混合物。
二、颗粒与流体相对运动时所受的阻力
当处于流体中的颗粒与流体有相对运动时，由于流体具有粘性，会对 颗粒有作用力，通常称为曳力或阻力
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净化气体 D
尘粒 16/20
§2 沉 降
❖ 临界粒径：
含尘
能够从分离器内100%分离出来的最小
气体
颗粒的直径，用dc表示。其满足：
A
停留时间 = 沉降时间 r
几点假设：
a．假设气体速度恒定，且等于进口气速ui； b．假设颗粒沉降过程中所穿过的气流的最大 厚度等于进气口宽度B；
d
2 p
p 18
g
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§2 沉 降
2．离心沉降速度
❖ 离心加速度ac= 2r =u2/r不是常量
❖ 沉降过程没有匀速段，但在小颗粒 沉降时，加速度很小，可近似作为匀速 沉降处理
ur
4d p p ac 3
离心力Fc ma c
浮力Fb mac p
曳力FD
2.分散相与连续相
分散相：处于分散状态的物质，也称分散物质。 连续相：处于连续状态的物质，也称分散介质。
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§1 概 述
3.非均相分离的目的
（1）回收分散物质：如海盐结晶后从母液中分离结晶盐。 （2）净化分散介质：如江水处理制备自来水。 （3）环保：如化工厂污水处理。
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§2 沉 降
2. 增稠器（沉降槽）
加料
清液溢流
水平
清液
挡板
耙
稠浆 连续式沉降槽
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§2 沉 降
含尘
3．离心沉降设备
气体
离心分离因数 ar
A
g
离心沉降速度 ur
d
2 p
p 18r
u2
旋风分离器：
B
❖ 构造 ❖ 操作原理
标准型旋风分离器
p 18
g
思考 3：要想使某一粒度的颗粒在降尘室中被 100%除去，必须满足
什么条件？
t
H ut
思考 4：能够被 100%除去的最小颗粒，必须满足什么条件？
L
t
即L H u ut
气体
u
B
ut
H
d pmin
18Hu g p L
18VS g p A底
颗粒在降尘室中的运动
思考 5：粒径比 dpmin 小的颗粒，被除去的百分数为多少？
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LH
§2 沉 降
u ut
思考能够2：满为足什10么0%降除尘去室 某粒 要度做颗成粒扁时平的的气？体处理量------u--t生产d 能 2p 力 1p8 g
生产能力Vs BHu BLut A底ut
可见：降尘室生产能力与底面积、沉降速度有关，而与降尘室高度无关
2
mg 1
p
ut2
2
4
d
2 p
0
质量力 Fc mg或ma c
颗粒在流体中沉降时受力
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§2 沉 降
mg 1
p
ut2
2
4
d
2 p
0
6
d
3 p
p
g
1
p
8
d p2ut2
0
ut
4d p p g 3
Rep=dput/ 2 层流区
24
Re
ut
ur2
2
A
A
r1 O
r2
r
B ur C
u u
对照重力场 ut
4d p p g 3
颗粒在旋转流场中的运动
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§2 沉 降
Rep=dp ut / 2 层流区
24
Re
ur
d
2 p
p 18
ac
d
2 p
p 18
2r
d
2 p
p 18r
u2
ac
2r