第三章非均相物系分離第一節(jié)重力沉降第三章非均相物系分離第一節(jié)重力沉降降塵室使顆粒沉降的條件課件降塵室使顆粒沉降的條件課件混合物

均相混合物

非均相混合物

物系內(nèi)部各處物料性質(zhì)均勻而且不存在相界面的混合物。例如：互溶溶液及混合氣體

物系內(nèi)部有隔開(kāi)兩相的界面存在且界面兩側(cè)的物料性質(zhì)截然不同的混合物。例如固體顆粒和氣體構(gòu)成的含塵氣體固體顆粒和液體構(gòu)成的懸浮液

不互溶液體構(gòu)成的乳濁液

液體顆粒和氣體構(gòu)成的含霧氣體混合物均相混合物非均相混合物物系內(nèi)部各處物料性質(zhì)均勻而非均相物系

分散相

分散物質(zhì)

處于分散狀態(tài)的物質(zhì)

如：分散于流體中的固體顆粒、液滴或氣泡

連續(xù)相分散相介質(zhì)

包圍著分散相物質(zhì)且處于連續(xù)狀態(tài)的流體

如：氣態(tài)非均相物系中的氣體

液態(tài)非均相物系中的連續(xù)液體

分離機(jī)械分離

沉降

過(guò)濾

不同的物理性質(zhì)

連續(xù)相與分散相發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式

分散相和連續(xù)相

非均相物系分散相處于分散狀態(tài)的物質(zhì)連續(xù)相包圍非均相混合物的分離在工業(yè)中的應(yīng)用非均相混合物的分離在工業(yè)生產(chǎn)中主要應(yīng)用于以下幾點(diǎn)：1．回收有用的分散相

收集粉碎機(jī)、沸騰干燥器、噴霧干燥器等設(shè)備出口氣流中夾帶的物料；收集蒸發(fā)設(shè)備出口氣流中帶出的藥液霧滴；回收結(jié)晶器中晶漿中夾帶的顆粒；回收催化反應(yīng)器中氣體夾帶的催化劑，以循環(huán)應(yīng)用等。非均相混合物的分離在工業(yè)中的應(yīng)用2．凈化連續(xù)相除去藥液中無(wú)用的混懸顆粒以便得到澄清藥液；將結(jié)晶產(chǎn)品與母液分開(kāi)；除去空氣中的塵粒以便得到潔凈空氣；除去催化反應(yīng)原料氣中的雜質(zhì)，以保證催化劑的活性等。3．環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn)

近年來(lái)，工業(yè)污染對(duì)環(huán)境的危害愈來(lái)愈明顯，利用機(jī)械分離的方法處理工廠排出的廢氣、廢液，使其濃度符合規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，以保護(hù)環(huán)境；去除容易構(gòu)成危險(xiǎn)隱患的漂浮粉塵以保證安全生產(chǎn)。

降塵室使顆粒沉降的條件課件

一、重力沉降

沉降是在某種力場(chǎng)中利用分散相和連續(xù)相之間的密度差異，使之發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)分離的操作過(guò)程。

作用力

重力

慣性離心力

重力沉降離心沉降

1、沉降速度

1）球形顆粒的自由沉降設(shè)顆粒的密度為ρs，直徑為d，流體的密度為ρ，

一、重力沉降沉降是在某種力場(chǎng)中利用分散相顆粒開(kāi)始沉降的瞬間，速度u=0，因此阻力Fd=0，a→max

顆粒開(kāi)始沉降后，u↑→Fd

↑；u→ut

時(shí)，a=0。等速階段中顆粒相對(duì)與流體的運(yùn)動(dòng)速度ut

稱為沉降速度。當(dāng)a=0時(shí)，u=ut，——沉降速度表達(dá)式顆粒開(kāi)始沉降的瞬間，速度u=0，因此阻力Fd=0，a→max2、阻力系數(shù)ξ

對(duì)于球形顆粒的曲線，按Ret值大致分為三個(gè)區(qū)：

a)滯流區(qū)或托斯克斯定律區(qū)（10–4＜Ret<1）

——斯托克斯公式2、阻力系數(shù)ξ——斯托克斯公式降塵室使顆粒沉降的條件課件——艾倫公式

c)滯流區(qū)或牛頓定律區(qū)（103＜Ret

＜2×105）

——牛頓公式

b)過(guò)渡區(qū)或艾倫定律區(qū)（1＜Ret<103）

——艾倫公式c)滯流區(qū)或牛頓定律區(qū)（103＜Re3、影響沉降速度的因素

1）顆粒的體積濃度

顆粒濃度較高時(shí)，由于顆粒間相互作用明顯，便發(fā)生干擾沉降，自由沉降的公式不再適用。2）器壁效應(yīng)當(dāng)器壁尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于顆粒尺寸時(shí)，（例如在100倍以上）容器效應(yīng)可忽略，否則需加以考慮。

3、影響沉降速度的因素3）顆粒形狀的影響

對(duì)于球形顆粒，顆粒形狀與球形的差異愈大，球形度φs值愈低。對(duì)于非球形顆粒，雷諾準(zhǔn)數(shù)Ret中的直徑要用當(dāng)量直徑de代替。顆粒的球形度愈小，對(duì)應(yīng)于同一Ret值的阻力系數(shù)ξ愈大但φs值對(duì)ξ的影響在滯流區(qū)并不顯著，隨著Ret的增大，這種影響變大。3）顆粒形狀的影響對(duì)于球形顆粒，顆粒形狀與球形的差異愈大，4、沉降速度的計(jì)算

假設(shè)沉降屬于層流區(qū)

方法：ut

Ret

Ret＜1

ut為所求Ret＞1

艾倫公式求ut判斷……公式適用為止4、沉降速度的計(jì)算假設(shè)沉降屬于層流區(qū)方法：utRet例：試計(jì)算直徑為95μm，密度為3000kg/m3的固體顆粒分別在20℃的空氣和水中的自由沉降速度。解：1）在20℃水中的沉降。用試差法計(jì)算先假設(shè)顆粒在滯流區(qū)內(nèi)沉降，

附錄查得，20℃時(shí)水的密度為998.2kg/m3,μ=1.005×10-3Pa.s例：試計(jì)算直徑為95μm，密度為3000kg/m3的固體顆粒核算流型

原假設(shè)滯流區(qū)正確，求得的沉降速度有效。核算流型原假設(shè)滯流區(qū)正確，求得的沉降速度有效。二、降塵室1、降塵室的結(jié)構(gòu)2、降塵室的生產(chǎn)能力

降塵室的生產(chǎn)能力是指降塵室所處理的含塵氣體的體積流量，用Vs表示，m3/s。降塵室內(nèi)的顆粒運(yùn)動(dòng)

以速度u隨氣體流動(dòng)以速度ut作沉降運(yùn)動(dòng)二、降塵室1、降塵室的結(jié)構(gòu)2、降塵室的生產(chǎn)能力降塵室內(nèi)的顆降塵室使顆粒沉降的條件課件顆粒在降塵室的停留時(shí)間

顆粒沉降到室底所需的時(shí)間

為了滿足除塵要求

——降塵室使顆粒沉降的條件——降塵室的生產(chǎn)能力

降塵室的生產(chǎn)能力只與降塵室的沉降面積bl和顆粒的沉降速度ut有關(guān)，而與降塵室的高度無(wú)關(guān)。

顆粒在降塵室的停留時(shí)間顆粒沉降到室底所需的時(shí)間為了滿足除3、降塵室的計(jì)算

降塵室的計(jì)算

設(shè)計(jì)型操作型已知?dú)怏w處理量和除塵要求，求降塵室的大小

用已知尺寸的降塵室處理一定量含塵氣體時(shí)，計(jì)算可以完全除掉的最小顆粒的尺寸，或者計(jì)算要求完全除去直徑dp的塵粒時(shí)所能處理的氣體流量。3、降塵室的計(jì)算降塵室的計(jì)算設(shè)計(jì)型操作型已知?dú)怏w處理量和

例：擬采用降塵室除去常壓爐氣中的球形塵粒。降塵室的寬和長(zhǎng)分別為2m和6m,氣體處理量為1標(biāo)m3/s，爐氣溫度為427℃，相應(yīng)的密度ρ=0.5kg/m3，粘度μ=3.4×10-5Pa.s，固體密度ρS=400kg/m3操作條件下，規(guī)定氣體速度不大于0.5m/s，試求：1．降塵室的總高度H，m；2．理論上能完全分離下來(lái)的最小顆粒尺寸；3.粒徑為40μm的顆粒的回收百分率；4.欲使粒徑為10μm的顆粒完全分離下來(lái)，需在降降塵室內(nèi)設(shè)置幾層水平隔板？例：擬采用降塵室除去常壓爐氣中的球形塵粒。降解：1）降塵室的總高度H2）理論上能完全出去的最小顆粒尺寸

用試差法由ut求dmin。假設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)

解：1）降塵室的總高度H2）理論上能完全出去的最小顆粒尺寸∴原假設(shè)正確

3、粒徑為40μm的顆粒的回收百分率粒徑為40μm的顆粒定在滯流區(qū)，其沉降速度∴原假設(shè)正確氣體通過(guò)降沉室的時(shí)間為：

直徑為40μm的顆粒在12s內(nèi)的沉降高度為：

假設(shè)顆粒在降塵室入口處的爐氣中是均勻分布的，則顆粒在降塵室內(nèi)的沉降高度與降塵室高度之比約等于該尺寸顆粒被分離下來(lái)的百分率。直徑為40μm的顆粒被回收的百分率為：

氣體通過(guò)降沉室的時(shí)間為：直徑為40μm的顆粒在12s內(nèi)的沉4、水平隔板層數(shù)由規(guī)定需要完全除去的最小粒徑求沉降速度，再由生產(chǎn)能力和底面積求得多層降塵室的水平隔板層數(shù)。粒徑為10μm的顆粒的沉降必在滯流區(qū)，

取33層

板間距為

4、水平隔板層數(shù)取33層板間距為

三、重力沉降設(shè)備及其生產(chǎn)能力

1、降塵室

是利用重力沉降的作用從含塵氣體中除去固體顆粒的設(shè)備稱為降塵室，其結(jié)構(gòu)如4-9所示。含塵氣體進(jìn)入降塵室后，流通截面積擴(kuò)大，速度降低，使氣體在降塵室內(nèi)有一定的停留時(shí)間。若在這個(gè)時(shí)間內(nèi)顆粒沉到了室底，則顆粒就能從氣體中除去。要保證塵粒從氣體中分離出來(lái)，則顆粒沉降至底部所用時(shí)間必須小于等于氣體通過(guò)沉降室的時(shí)間。圖4-9降塵室三、重力沉降設(shè)備及其生產(chǎn)能力圖4-9降塵室

圖4-10多層隔板降塵室圖4-11連續(xù)沉降器

2、沉降槽

處理懸浮液的重力沉降設(shè)備，稱為沉降器或增濃器。沉降槽可分間歇式、半連續(xù)式和連續(xù)式三種。在化工生產(chǎn)中常用連續(xù)操作的沉降槽如圖4-11所示，它是一個(gè)帶錐形底的圓池，懸浮液由位于中央的進(jìn)料口加至液面以下，經(jīng)一水平擋板折流后沿徑向擴(kuò)展，隨著顆粒的沉降，液體緩慢向上流動(dòng)，經(jīng)溢流堰流出得到清液，顆粒則下沉至底部形成沉淀層，由緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的耙將沉渣移至中心，從底部出口排出。間歇沉降槽的操作過(guò)程是將裝入的料漿靜止足夠時(shí)間后，上部清液使用虹吸管或泵抽出，下部沉渣從低口排出。

2、沉降槽降塵室使顆粒沉降的條件課件沉降槽有澄清液體和增稠懸浮液的雙重作用功能，與降塵室類似，沉降槽的生產(chǎn)能力與高度無(wú)關(guān)，只與底面積及顆粒的沉降速度有關(guān)，故沉降槽一般均制造成大截面、低高度。大的沉降槽直徑可達(dá)10～100m、深2.5～4m。它一般用于大流量、低濃度懸浮液的處理。沉降槽處理后的沉渣中還含有大約50%的液體，必要時(shí)再用過(guò)濾機(jī)等作進(jìn)一步處理。對(duì)于含有顆粒直徑小于1μm的液體，一般稱為溶膠，由于顆粒直徑小較難分離。為使小顆粒增大，常加絮凝劑使小粒子變成大粒子。例如，河水凈化加明礬[KAl(SO4)2·l2H2O],使水中細(xì)小污物沉降。常用的電解質(zhì)，除了明礬還有三氧化鋁、綠礬、三氯化鐵等。一般用量為40～200mg/kg。近年來(lái)，已研究出某些高分子絮凝劑。沉降槽有澄清液體和增稠懸浮液的雙重作用功能，與降隨堂練習(xí)1．固體粒子的沉降過(guò)程分____階段和____階段。沉降速度是指____階段顆粒相對(duì)于____的速度。2．在降塵室中除去某粒徑的顆粒時(shí)，若降塵室高度增加一倍，則顆粒的沉降時(shí)間____，氣流