化工原理机械分离沉降分离PPT课件

4．非球形颗粒处理办法
①颗粒非球形时，曳力系数还受颗粒形状影响。
②技术上采用球形度表示颗粒形状
与该颗粒等体积球的表 面积
s
颗粒表面积
③非球形颗粒的雷诺数采用当量直径de计算：
3 6V
de
3.1.2 重力沉降分离设备
1．降尘室
（1）工作原理 气体入室减速 颗粒的沉降运动&随气体运动 沉降运动时间<气体停Baidu Nhomakorabea时间分离 说明 ① d，容易除去 ②气量V，容易除去
②过渡区(Allen区)
2 Ret 500
开始发生边界层分离
颗粒后部形成旋涡——尾流 尾流区压强低形体阻力增大
18.5 Re0t .6
③湍流区(牛顿区) 500 Ret 200000
形体阻力占主导地位，表皮阻力可以忽略
阻力u2 阻力系数与Ret无关
0.44
ut 1.74
gd s
形体阻力
浮力
2．曳力的计算方法
将颗粒所受曳力大小表示为颗粒具有动能及流 动方向上颗粒投影面积的倍数方式。
Fd
Ek Ap
sut2 d 2
24
曳力系数
A d 2 －投影面积
4
3．沉降速度与阻力系数
（1）重力沉降速度ut
重力-浮力-阻力=颗粒质量×加速度
重、浮一定，u，阻力 ，加速度
加速度=0时，u=ut——沉降速度
0.98
2
（2）ut
d
2 min
g(
s
18
)
(20106 )2 9.81 (3000 0.5)
18 2 105
0.033(m)
Re
u0d
0.033 20106 0.5 2 105
0.02
2
At Vs / ut 5 / 0.033 150(m2 )
3.1.2 离心沉降设备 旋风分离器
一般取Ｎ＝５
dc～气体性能、结构、处理量 假定勉强，粗略估计
❖分离效率
粒级效率 :
混合物经旋风分离器后某一(范围的)粒径 被分离出来的质量分数
d>dc的颗粒=1
如颗粒入器时均布， 与器壁距离<B’的所有颗粒所占分率 B' / B
总效率O：
被分离出来的颗粒点全部颗粒的质量分数
O与i
O aii
写在最后
6
d
3
s
g
6
d
3 g
ut2
2
d 2
4
0
ut
4d s g
3
（2）离心沉降速度
ur
4d s ut2
3r
—方向：由圆心指向外； —颗粒实际运动速度在径向上的分量 —轨迹：逐渐扩大的螺旋线，
（3）公式成立假定条件
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 ④ 颗粒直径不能小到受流体分子运动的影响
（1）可完全回收的最小颗粒直径； （2）如将降尘室改为多层以完全回收20m的 颗粒，求多层降尘室的层数及板间距。
（1）
ut
Vs At
5 10
0.5(m/s)
18
dmin gs ut
7.82 105 (m)
18 2 105 0.5
9.813000 0.5
Ret
utd
0.5 7.82105 0.5 2 105
④ Ret>2105 阻力系数骤然下降 层流边界层湍流边界层 分离点后移，尾流区收缩，形体阻力突然下降
Ret (3 ~ 10) 105 近似取=0.1
颗粒沉降所处区域判断方法
u 4d s g
3
Ret
4d s g d
3
4d 3 s g
3 2
3．影响沉降速度的因素
①颗粒密度上升，速度增加； ②颗粒半径增加，速度增加； ③流体密度变大，速度减小； ④流体粘度变大，速度减小。
化工原理（上）
第三章 机械分离 —— 沉降分离过程
3.0 概述
混合物分类
均相混合物 非均相混合物
分离方法与混合物物性相关
3.1 颗粒沉降运动
3.1.1 曳力
1．颗粒沉降运动中的受力分析
半径为d，密度为s的球形颗粒
(1) 场力
重力
6
d
3s
g
离心力
6
d 3sar
6
d 3s
ut2 r
(2) 浮力
重力场 d 3g
（1）构造与工作原理 圆筒、圆锥、矩形切线入口 气流获得旋转 向下锥口
向上，气芯 顶部中央排气口
颗粒器壁滑落
（2）分离性能估计
能被分离出的最小颗粒直径 ——临界直径dc
假定 ut保持不变，ui
穿越最大气层厚=B
相对运动为层流
Stokes公式可用 将g换为 ui2 / rm rm-平均旋转半径
颗粒沉降速度
gs At
（3）最大处理量
Vs Apu
说明
①Vmax~某一粒径能100%被去除 ②Vmax~ (100%去除的) d, A0，与H无关
例1 采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体 颗粒。降尘室底面积为10㎡，高1.6m。操作条 件下气体密度为0.5kg/m3，粘度为210-5Pas， 颗粒密度为3000 kg/m3。气体体积流量为5m3/s。 试求：
6
(3)阻力
离心力场 d 3 ut2
6r
颗粒与流体的相对运动 绕流，形成边界层
由于流体与固体颗粒存在相对速度，流体对颗 粒有与相对运动方向相反的阻力作用，称为曳力。
wdA
wdAsin
pdAcos
pdA
A
W
sin dA
表皮阻力
A p cosdA A p gzcosdA A gz cosdA
ur
d 2 sui2 18rm
假设(2)沉降时间
B ur
18rm B d 2 sui2
气芯前圈数 = N
运行距离 2rm N
有效停留时间 2rm N
ui
某一粒径能(100%)被分离出的条件
其穿越B所需时间<停留时间
B ur
18rm B d 2 sui2
2rm N
ui
9B d Nui s dc
（4）阻力系数
因次分析 f (Ret ) du
Ret
d 球形颗粒直径 u 相对速度
流体密度 流体粘度
阻力系数~Ret关系图
①层流区(Stokes区) Ret 0.3
不发生边界层分离 表皮阻力占主导地位
24
Ret
重力沉降时
:
ut
d 2s g
18
—Stokes公式
—可以近似用到Ret=2
成功的基础在于好的学习习惯
The foundation of success lies in good habits
（2）能(100%)被除去的最小颗粒直径 100%去除——室顶到室底
所需沉降时间=H/ut
在室内停留时间=L/u
分离满足的条件： H L
ut u
分离所需最低沉降速度ut
Hu L
HBu LB
Vs At
最低沉降速度~能被分离的最小颗径
ut
gdm2 in s 18
Vs At
dmin
18 Vs