44化工原理第三章第一节PPT课件
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4.52
2.61＜K<69.1，沉降在过渡区。用艾伦公式计算沉降速度
。
ut
1 1.6
0.15g41.40d.4
1.4 s 0.6
11.4
1.4 1.4
Leabharlann Baidu
0.61 m/9 s
22.11.2020
5、分级沉降
例：本题附图所示 为一双锥分级器，利 用它可将密度不同或 尺寸不同的粒子混合 物分开。混合粒子由 上部加入，水经可调 锥与外壁的环形间隙 向上流过。沉降速度大于水在环隙处上升流速的颗粒进 入底流，而沉降速度小于该流速的颗粒则被溢流带出。
6d 3 sg 6d 3 g 4d 22 u 2 6d 3 sa (a)
22.11.2020
颗粒开始沉降的瞬间，速度u=0，阻力Fd=0，a→max 颗粒开始沉降后，u ↑ →Fd ↑；u →ut 时，a=0 。 等速阶段中颗粒相对于流体的运动速度ut 称为沉降速度。 当a=0时，u=ut，代入（a）式
对于非球形颗粒，
6
de3
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，如 图3-2所示。
22.11.2020
4、沉降速度的计算
1）试差法
方法：
ut
假设沉降属于层流区
d2s g
18
ut为所求
Rtedu
ut
Ret
Ret＜1
公式适 用为止
……
判断 求ut
艾伦公式Ret＞1
2) 摩擦数群法
22.11.2020
由
ut
4gds 得
3
4d3gust2
22.11.2020
Ret2
d2ut22 2
Rt2e4d33s2g
令kd3 s2g, 则： Ret2 34k3
ξ～Ret曲线转化成 ξRet2～Ret曲线。 计算ut时，先由已知数据算出ξRet2的值，再由ξRet2～Ret
曲线查得Ret值，最后由Ret反算ut 。
22.11.2020
ut
Re t d
22.11.2020
图3-3 Ret2 Ret 及 Ret1 Ret关系曲线
计算在一定介质中具有某一沉降速度ut的颗粒的直径，
R t 1 e 4(s)g32 u t2
d Re t ut
无因次数群K判别流型
ut
d2s g
18
Ret d31s82g
第三章 非均相物系分离
学习目的 与要求
通过本章学习，掌握沉降和过滤过程的原理、 计算方法、典型设备的结构特性，能够根据生产 工艺的要求，合理选择设备。
22.11.2020
第三章 非均相物系分离
第一节 重力沉降
一、沉降速度
1、球形颗粒的自由沉降 2、阻力系数 3、影响沉降速度的因素 4、沉降速度的计算 5、分级沉降
当颗粒浓度较高时，由于颗粒间相互作用明显，发生干
扰沉降，自由沉降的公式不再适用。
2）器壁效应
当器壁尺寸远远大于颗粒尺寸时，容器效应可忽略，否
则需加以考虑。
22.11.2020
ut '
1
ut 2.1
d
D
3）颗粒形状的影响
球形度
s
S Sp
对于球形颗粒，φs=1，颗粒形状与球形的差异愈大，球形
度φs值愈低。
6d3sg 6d3g 4d2u 2t20
ut
4dg(s ) 3
——沉降速度表达式
22.11.2020
2、阻力系数ξ
f(Rte)
a) 滞流区或斯托克斯(Stokes)定律区（10 –4＜Ret<1）
24 Re t
ut
d2s g
18
——斯托克斯公式
22.11.2020
ξ
22.11.2020
Φ＝0.125 Φ＝0.220 Φ＝0.600 Φ＝0.806 Φ＝1.000
非均相物系
分散相 处于分散状态的物质 (分散物质) 如：分散于流体中的固体颗粒、
液滴或气泡
连续相 包围着分散相物质且处于连续 (分散相介质) 状态的流体
如：气态非均相物系中的气体 液态非均相物系中的连续液体
连续相与分散相 分离
不同的物理性质
机械 分离
分散相和连续相 发生相对运动的方式
22.11.2020
K3 18
K<2.62——斯托克斯区
2.62<K< 69.1 ——艾伦区
K>69.1——牛顿定律区
22.11.2020
例：试计算直径为95μm，密度为3000kg/m3的固体颗粒分别 在20℃的空气和水中的自由沉降速度。 解：1）在20℃水中的沉降。 用试差法计算 先假设颗粒在滞流区内沉降 ，
ut
沉降 过滤
一、重力沉降
沉降 在某种力场中利用分散相和连续相之间的密度差异， 使之发生相对运动而实现分离的操作过程。
作用力
重力 惯性离心力
1、沉降速度
重力沉降 离心沉降
1）球形颗粒的自由沉降
22.11.2020
重力
Fg
6
d3sg
浮力
Fb
6
d3g
阻力
Fd
A u2
2
Fd
d2
4
u2
2
FgFbFd ma
d2s g
18
附录查得,20℃时水的密度为998.2kg/m3,μ=1.005×10-3Pa.s
22.11.2020
u t9 5 1 6 1 02 8 1 3 .00 0 1 9 0 5 3 0 .9 2 0 8 9 .8 19.79 17 0 3m /s
核算流型
Ret
dut
9 51 061 .9 0.70 91 51 7 03 0399.280.924＜41
Ret
b) 过渡区或艾伦定律区（Allen）（1＜Ret<103）
18 .5
Re
0.6 t
ut 0.269gdsRte0.6——艾伦公式
c) 湍流区或牛顿定律区（Nuton）（103＜Ret＜ 2×105）
0.44
ut
1.74
ds g
——牛顿公式
22.11.2020
3、影响沉降速度的因素
1）颗粒的体积浓度
原假设滞流区正确，求得的沉降速度有效。
2） 20℃的空气中的沉降速度
用摩擦数群法计算
20℃空气：ρ=⒈205 kg/m3，μ=⒈81×10-5 Pa.s
根据无因次数K值判别颗粒沉降的流型
22.11.2020
Kd3 s2 g9 51 0 631.20 3 1.5 80 10 1 1.2 0 0 52 0 9 5.81
二、降尘室
1、降尘室的结构 2、降尘室的生产能力
22.11.2020
混合物
均相混合物 物系内部各处物料性质均匀而且不 存在相界面的混合物。 例如：互溶溶液及混合气体
22.11.2020
非均相混合物 物系内部有隔开两相的界面存在且 界面两侧的物料性质截然不同的混
合物。 固体颗粒和气体构成的含尘气体
例如 固体颗粒和液体构成的悬浮液 不互溶液体构成的乳浊液 液体颗粒和气体构成的含雾气体
2.61＜K<69.1，沉降在过渡区。用艾伦公式计算沉降速度
。
ut
1 1.6
0.15g41.40d.4
1.4 s 0.6
11.4
1.4 1.4
Leabharlann Baidu
0.61 m/9 s
22.11.2020
5、分级沉降
例：本题附图所示 为一双锥分级器，利 用它可将密度不同或 尺寸不同的粒子混合 物分开。混合粒子由 上部加入，水经可调 锥与外壁的环形间隙 向上流过。沉降速度大于水在环隙处上升流速的颗粒进 入底流，而沉降速度小于该流速的颗粒则被溢流带出。
6d 3 sg 6d 3 g 4d 22 u 2 6d 3 sa (a)
22.11.2020
颗粒开始沉降的瞬间，速度u=0，阻力Fd=0，a→max 颗粒开始沉降后，u ↑ →Fd ↑；u →ut 时，a=0 。 等速阶段中颗粒相对于流体的运动速度ut 称为沉降速度。 当a=0时，u=ut，代入（a）式
对于非球形颗粒，
6
de3
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，如 图3-2所示。
22.11.2020
4、沉降速度的计算
1）试差法
方法：
ut
假设沉降属于层流区
d2s g
18
ut为所求
Rtedu
ut
Ret
Ret＜1
公式适 用为止
……
判断 求ut
艾伦公式Ret＞1
2) 摩擦数群法
22.11.2020
由
ut
4gds 得
3
4d3gust2
22.11.2020
Ret2
d2ut22 2
Rt2e4d33s2g
令kd3 s2g, 则： Ret2 34k3
ξ～Ret曲线转化成 ξRet2～Ret曲线。 计算ut时，先由已知数据算出ξRet2的值，再由ξRet2～Ret
曲线查得Ret值，最后由Ret反算ut 。
22.11.2020
ut
Re t d
22.11.2020
图3-3 Ret2 Ret 及 Ret1 Ret关系曲线
计算在一定介质中具有某一沉降速度ut的颗粒的直径，
R t 1 e 4(s)g32 u t2
d Re t ut
无因次数群K判别流型
ut
d2s g
18
Ret d31s82g
第三章 非均相物系分离
学习目的 与要求
通过本章学习，掌握沉降和过滤过程的原理、 计算方法、典型设备的结构特性，能够根据生产 工艺的要求，合理选择设备。
22.11.2020
第三章 非均相物系分离
第一节 重力沉降
一、沉降速度
1、球形颗粒的自由沉降 2、阻力系数 3、影响沉降速度的因素 4、沉降速度的计算 5、分级沉降
当颗粒浓度较高时，由于颗粒间相互作用明显，发生干
扰沉降，自由沉降的公式不再适用。
2）器壁效应
当器壁尺寸远远大于颗粒尺寸时，容器效应可忽略，否
则需加以考虑。
22.11.2020
ut '
1
ut 2.1
d
D
3）颗粒形状的影响
球形度
s
S Sp
对于球形颗粒，φs=1，颗粒形状与球形的差异愈大，球形
度φs值愈低。
6d3sg 6d3g 4d2u 2t20
ut
4dg(s ) 3
——沉降速度表达式
22.11.2020
2、阻力系数ξ
f(Rte)
a) 滞流区或斯托克斯(Stokes)定律区（10 –4＜Ret<1）
24 Re t
ut
d2s g
18
——斯托克斯公式
22.11.2020
ξ
22.11.2020
Φ＝0.125 Φ＝0.220 Φ＝0.600 Φ＝0.806 Φ＝1.000
非均相物系
分散相 处于分散状态的物质 (分散物质) 如：分散于流体中的固体颗粒、
液滴或气泡
连续相 包围着分散相物质且处于连续 (分散相介质) 状态的流体
如：气态非均相物系中的气体 液态非均相物系中的连续液体
连续相与分散相 分离
不同的物理性质
机械 分离
分散相和连续相 发生相对运动的方式
22.11.2020
K3 18
K<2.62——斯托克斯区
2.62<K< 69.1 ——艾伦区
K>69.1——牛顿定律区
22.11.2020
例：试计算直径为95μm，密度为3000kg/m3的固体颗粒分别 在20℃的空气和水中的自由沉降速度。 解：1）在20℃水中的沉降。 用试差法计算 先假设颗粒在滞流区内沉降 ，
ut
沉降 过滤
一、重力沉降
沉降 在某种力场中利用分散相和连续相之间的密度差异， 使之发生相对运动而实现分离的操作过程。
作用力
重力 惯性离心力
1、沉降速度
重力沉降 离心沉降
1）球形颗粒的自由沉降
22.11.2020
重力
Fg
6
d3sg
浮力
Fb
6
d3g
阻力
Fd
A u2
2
Fd
d2
4
u2
2
FgFbFd ma
d2s g
18
附录查得,20℃时水的密度为998.2kg/m3,μ=1.005×10-3Pa.s
22.11.2020
u t9 5 1 6 1 02 8 1 3 .00 0 1 9 0 5 3 0 .9 2 0 8 9 .8 19.79 17 0 3m /s
核算流型
Ret
dut
9 51 061 .9 0.70 91 51 7 03 0399.280.924＜41
Ret
b) 过渡区或艾伦定律区（Allen）（1＜Ret<103）
18 .5
Re
0.6 t
ut 0.269gdsRte0.6——艾伦公式
c) 湍流区或牛顿定律区（Nuton）（103＜Ret＜ 2×105）
0.44
ut
1.74
ds g
——牛顿公式
22.11.2020
3、影响沉降速度的因素
1）颗粒的体积浓度
原假设滞流区正确，求得的沉降速度有效。
2） 20℃的空气中的沉降速度
用摩擦数群法计算
20℃空气：ρ=⒈205 kg/m3，μ=⒈81×10-5 Pa.s
根据无因次数K值判别颗粒沉降的流型
22.11.2020
Kd3 s2 g9 51 0 631.20 3 1.5 80 10 1 1.2 0 0 52 0 9 5.81
二、降尘室
1、降尘室的结构 2、降尘室的生产能力
22.11.2020
混合物
均相混合物 物系内部各处物料性质均匀而且不 存在相界面的混合物。 例如：互溶溶液及混合气体
22.11.2020
非均相混合物 物系内部有隔开两相的界面存在且 界面两侧的物料性质截然不同的混
合物。 固体颗粒和气体构成的含尘气体
例如 固体颗粒和液体构成的悬浮液 不互溶液体构成的乳浊液 液体颗粒和气体构成的含雾气体