第三章 沉降与过滤教学PPT

Principles of Chemical Engineering
Introduction 绪论 Fluid Flow 流体流动
Transportation Equipments of Fluids 流体输送设备 Settling and Filtration 沉降与过滤 Heat Transfer 传热 Distillation 蒸馏 Absorption 吸收 Drying 干燥
过 渡 区 ：K' 0.0786 ~ 1513.8
概述 重力沉降 离心沉降 过滤
沉降速度
4. 影响沉降速度的因素
▪流体的粘度、密度 ▪颗粒的体积浓度 ▪器壁效应 ▪颗粒形状的影响 ▪颗粒的最小尺寸
概述 重力沉降 离心沉降 过滤
沉降速度
本节小结
▪雷诺数公式
d u
Re s t
▪层流区—Stokes定律区 104 Re 2
沉降速度
无因次判据法
已知d，求ut
令K
3
d 3(s )g 2
ut
d2(s )g 18
滞 流 区 ：Ret
dut
d 3(s )g 18 2
K3 18
2
K 3.30
湍 流 区 ：Ret
dut
1.74
d 3(s )g 2
1.74
K 3 500
K 43.6 过渡区：K 3.30 ~ 43.6
以 Re t2～Re t 作图，标绘在双对数坐标系中
已知ut求d
Re t
dut
Re
1 t
dut
概述 重力沉降 离心沉降 过滤
沉降速度
以 Re t1～Re t 作图，标绘在双对数坐标系中
计
算Re
t2或Re
t
1
由图中查得Re t
由Re t
du t
反算ut或d
概述 重力沉降 离心沉降 过滤
概述 重力沉降 离心沉降 过滤
沉降速度
Fg Fb Fd ma
①刚开始沉降： u 0
Fg Fb
不变
a最大
Fd 0
②开始沉降
u
Fd
Fg Fb Fd a
概述 重力沉降 离心沉降 过滤
沉降速度
u增加至一定值时 Fg Fb Fd a＝0 匀速沉降
u ut
自由沉降速度
1 6
d
3
s
g
1 d 3g
6
1 4
d
2
ut2
2
ut
4gd(s ) m / s 3
自由沉降速度公式
概述 重力沉降 离心沉降 过滤
沉降速度
2. 阻力系数 的计算
因次分析 f(, Re)
球形度（sphericity）
Sp
与颗粒体积相等的圆球的表面积 =
S
颗粒的表面积
d u
Re s t
1
概述 重力沉降 离心沉降 过滤
概述 重力沉降 离心沉降 过滤
沉降速度
已知ut求d
令K' ut3 2 (s )g
18u
d
t
g
s
滞 流 区 ：Ret
dut
18ut3 2 (s )g
18K' 2
K' 0.0786
湍 流 区 ：Ret
dut
ut3 2 1.742 (s )g
K' 1.742
500
K' 1513.8
0.44
u t
1.74
d( )g s
概述 重力沉降 离心沉降 过滤
沉降速度
3. Ut 的计算：
试差法：
摩擦数群法 非试差法：
无因次判据法
概述 重力沉降 离心沉降 过滤
沉降速度
试差法：
假设 流型
选择 公式
计算 ut
验算
计算
Ret
概述 重力沉降 离心沉降 过滤
沉降速度
例：求直径40μm球形颗粒在30℃大气中的自由沉降速度。
概述 重力沉降 离心沉降 过滤
沉降速度
摩擦数群法：
已知d，求ut
ut
4d(s )g 3
Ret
dut
4d(s )g 3 ut2
Re2t
d 2ut2 2 2
概述 重力沉降 离心沉降 过滤
沉降速度
Re2t
4d ( s 3
)g
ut2
d
2ut2 2
2
4d 3(s )g 3 2
是Re的函数， Ret2 必然也是Re的函数
已知ρ颗粒为2600kg/m3,大气压为0.1MPa。
解：查30℃、0.1MPa空气： 1.165kg m3
设为层流，则：
1.86 105 Pa s
ut
d2(s )g 18
(40106 )2 9.81 (2600 1.165) 18 1.86 105
0.12m
s
校核： Re du 0.3 2 (正确) t
L H uu
t
说明：
概述 重力沉降 离心沉降 过滤
降尘室
①某一粒径的粒子，只要满足 ， t
则该粒径的粒子可以100％被分离
目录
概述
Principles of Chemical Engineering
重力沉降(gravitational settling)
沉降速度
降尘室
离心沉降(centrifugal settling)
过 滤(filtration)
基本概念
基本方程式
恒压过滤
过滤常数的测定
过滤设备
滤饼的洗涤
过滤机的生产能力
沉降速度
概述 重力沉降 离心沉降 过滤
沉降速度
球形颗粒：
层流区 104 Re 2 ——Stokes定律区
24
Re
d2( )g
u t
s
18
过渡区 2 Re 500 ——Allen定律区
10 Re 0.5
ut
d3
4g2(s )2 225
概述 重力沉降 离心沉降 过滤
沉降速度
湍流区 500 Re 2105 ——Newton定律区
概述 重力沉降 离心沉降 过滤
混合物的分类
混合物
溶液： 精馏、萃取 均相混合物 混合气体： 吸收、吸附
非均相 混合物
气态非均相 液态非均相
含雾气体 含尘气体
悬浮液 乳浊液 气泡液
概述 重力沉降 离心沉降 过滤
非均相物系的分离依据
分散相(分散物质) 连续相(分散介质)
按运动方 式的不同
沉降 过滤
分散相运动 连续相静止 分散相静止 连续相运动
概述 重力沉降 离心沉降 过滤
非均相物系分离的目的
•回收有用物质 •净化物料及分散介质 •环境保护的需要
概述 重力沉降 离心沉降 过滤
沉降速度
1. 球形颗粒的自由沉降：
受力分析
重力：
ຫໍສະໝຸດ Baidu
Fg
π 6
d
3
s
g
浮力：
Fb
π d 3 ρg 6
s
颗 粒
流 体
密 密
度 度
阻力：Fd
(π d2)
4
ρu2 2
24
Re
u t
d2( )g s 18
概述 重力沉降 离心沉降 过滤
降尘室
1. 降尘室(dust settling chamber)用途：
——分离气流中的尘粒
2. 工作原理
概述 重力沉降 离心沉降 过滤
降尘室
概述 重力沉降 离心沉降 过滤
降尘室
沉降时间： H
tu t
停留时间： L
u
分离条件： t