化工原理第三章-沉降過程

1、精選ppt第三章第三章 沉降與過濾沉降與過濾3.1 概述概述1 收集分散物質收集分散物質2 凈化分散介質凈化分散介質3勞動保護與環(huán)境衛(wèi)生勞動保護與環(huán)境衛(wèi)生3.1 概述概述顆粒與流體相對運動時所受的阻力顆粒與流體相對運動時所受的阻力 當流體密度為當流體密度為，黏度為，黏度為，顆粒直徑為，顆粒直徑為dp，顆粒在運動方向上，顆粒在運動方向上的投影面積為的投影面積為A，顆粒與流體的相對運動速度為，顆粒與流體的相對運動速度為u時，顆粒所受時，顆粒所受的阻力為：的阻力為：22uAFd 流體相對與顆粒運動時的流體相對與顆粒運動時的Re： udp Re當當 10-4 Re 2時，層流時，層流Re24 當當 2

2、 Re 500時，過渡區(qū)時，過渡區(qū)Re10 當當500 Re2x105時，湍流區(qū)時，湍流區(qū)44. 0 3.2 重力沉降重力沉降一 沉降速度沉降速度一 球形顆粒的自由沉降球形顆粒的自由沉降gdFppg 36 重重力力：gdFpb 36 浮浮力力：2uAF2d 阻力：根據(jù)牛頓第二定律：根據(jù)牛頓第二定律：0FFFdbg0)2(4662233 udgdgdppsp 3)(4 pptgdu當當 10-4 Re 2時，層流時，層流Re24 18)(2gduppt 當當 2 Re 500時，過渡區(qū)時，過渡區(qū)Re10 pptdgu3/1225)(4 當當103 Ret 2x105時，湍流區(qū)時，湍流區(qū)44. 0

3、 gduspt)(03. 3 w影響沉降速度的因素影響沉降速度的因素q 自由沉降自由沉降q 干擾沉降干擾沉降w流體的黏度流體的黏度 18)(2gduppt 層流：層流： 當顆粒向下沉降時，流體被置換而向上運動，阻滯了靠當顆粒向下沉降時，流體被置換而向上運動，阻滯了靠 得很近的其它顆粒的沉降得很近的其它顆粒的沉降器壁效應器壁效應顆粒形狀的影響顆粒形狀的影響w顆粒的體積分數(shù)：當顆粒濃度很高時，沉降速度比自由顆粒的體積分數(shù)：當顆粒濃度很高時，沉降速度比自由 沉降速度減少沉降速度減少顆粒實質上是在密度和粘度都比清液為大的懸浮液內沉降顆粒實質上是在密度和粘度都比清液為大的懸浮液內沉降球形顆粒比同體積非球

4、形顆粒的沉降快球形顆粒比同體積非球形顆粒的沉降快非球形顆粒的形狀非球形顆粒的形狀s及投影面積及投影面積A都影響沉降速度都影響沉降速度d（d 0.5m）w沉降速度的計算沉降速度的計算 3)(4 pptgdu假設流型假設流型utRe判斷判斷是是否否utw試差法試差法二 重力沉降設備重力沉降設備二 沉降室沉降室長度長度L，m高度高度H，m寬度寬度W，mttuH ul t tuHulHWquVs tsVWLuq 若沉降室設置若沉降室設置n層水平隔板，則多層沉降室的生產(chǎn)能力為：層水平隔板，則多層沉降室的生產(chǎn)能力為：tsVWLunq)1( o氣體流速為層流氣體流速為層流oUt為最小顆粒的沉降流速為最小顆粒

5、的沉降流速 而這能而這能100%除去的最小除去的最小 顆粒稱為顆粒稱為臨界粒徑臨界粒徑dpcw沉降槽沉降槽w間歇的間歇的w連續(xù)的連續(xù)的o為了增大沉降速度，通常采用的措施：為了增大沉降速度，通常采用的措施：w在懸浮液中加入少量電解質，使細粒發(fā)生在懸浮液中加入少量電解質，使細粒發(fā)生“凝聚凝聚”或或“絮凝絮凝”w加熱懸浮液，降低其粘度加熱懸浮液，降低其粘度o沉聚過程為干擾沉降沉聚過程為干擾沉降大顆粒相對于小顆粒進行沉降大顆粒相對于小顆粒進行沉降液體被沉降顆粒置換而上升的速度不可忽略液體被沉降顆粒置換而上升的速度不可忽略懸浮液中小顆粒有被沉降較快的顆粒向下拖曳的趨勢，使小懸浮液中小顆粒有被沉降較快的顆

6、粒向下拖曳的趨勢，使小 顆粒的沉降被加速顆粒的沉降被加速第三節(jié)第三節(jié) 離心沉降離心沉降一 慣性離心力作用下的沉降速度慣性離心力作用下的沉降速度uTR做圓周運動時，向心加速度：做圓周運動時，向心加速度：2 rruT2或或uTruur離心力：離心力：236 rdp當流體帶著顆粒旋轉時：當流體帶著顆粒旋轉時：離心力：離心力：236 rdpp浮力：浮力：236 rdp阻力：阻力：2422rpud 達平衡時：達平衡時：02466222323 rppppudrdrd 3)(42rdusr 離心沉降速度：離心沉降速度：第三節(jié)第三節(jié) 離心沉降離心沉降離心沉降與重力沉降的區(qū)別離心沉降與重力沉降的區(qū)別n離心加速度

7、離心加速度r2代替了代替了gnur的值隨位置的值隨位置r而變化而變化nur不是顆粒的真實速度，是其速度在徑向上的分速度不是顆粒的真實速度，是其速度在徑向上的分速度顆粒受重力否顆粒受重力否離心分離因數(shù)離心分離因數(shù)：同一顆粒在同種介質中的離心力與重力：同一顆粒在同種介質中的離心力與重力的比值的比值Kc 3)(42rduppr Kcgr 2 二二 旋風分離器的操作原理旋風分離器的操作原理旋風分離器的結構旋風分離器的結構氣芯氣芯上旋氣流上旋氣流負壓負壓外旋氣流外旋氣流對于對于5m以下的顆粒以下的顆粒濕法捕集濕法捕集濾袋器濾袋器三旋風分離器的性能三旋風分離器的性能n臨界粒徑臨界粒徑n分離效率分離效率n氣

8、體經(jīng)旋風分離器的壓強降氣體經(jīng)旋風分離器的壓強降n臨界粒徑臨界粒徑假設：假設：n進入旋風分離器的的氣流嚴格按螺旋形線路做等速運進入旋風分離器的的氣流嚴格按螺旋形線路做等速運動，其切向速度等于進口氣速動，其切向速度等于進口氣速uin顆粒向器壁沉降時，必須穿過厚度等于整個進氣寬度顆粒向器壁沉降時，必須穿過厚度等于整個進氣寬度b的氣流層的氣流層n顆粒在層流情況下作自由沉降顆粒在層流情況下作自由沉降三旋風分離器的性能三旋風分離器的性能 18)(22rduppr r可取平均值可取平均值rm氣流中顆粒離心沉降速度為：氣流中顆粒離心沉降速度為：mipprrudu 18)(22 顆粒到達器壁所需的沉降時間：顆粒

9、到達器壁所需的沉降時間：22)(18ippmrtudbrub 令氣流的有效旋轉圈數(shù)為令氣流的有效旋轉圈數(shù)為n在器內運行的距離為在器內運行的距離為2 rmnimunr 2 氣流停留時間為：氣流停留時間為：若理論上能完全被分離下最小的顆粒所需的沉降時間為若理論上能完全被分離下最小的顆粒所需的沉降時間為timippcmtunrudbr 21822 ippcunbd)(3 臨界粒臨界粒徑徑三旋風分離器的性能三旋風分離器的性能n分離效率分離效率n總效率總效率on粒級效率粒級效率p121CCC i , 1i ,2i , 1i ,PCCC n1iipi0 x xi：粒徑在第：粒徑在第i段內的顆粒占全部顆粒的

10、質量分率段內的顆粒占全部顆粒的質量分率n 壓強降壓強降三旋風分離器的性能三旋風分離器的性能2uP2i 顆粒密度、大小、進口氣速高及粉塵濃度高有利于分離顆粒密度、大小、進口氣速高及粉塵濃度高有利于分離旋風分離器的結構旋風分離器的結構o采用細而長的器身采用細而長的器身o減少渦流影響減少渦流影響o內旋流的影響內旋流的影響o排氣管和灰斗尺寸是否合理排氣管和灰斗尺寸是否合理精選ppt第四節(jié)第四節(jié) 過濾過濾3-4-1 3-4-1 過濾操作的基本概念過濾操作的基本概念過濾的動力過濾的動力n重力重力n壓強差壓強差n離心力離心力一 過濾方式過濾方式一餅層過濾餅層過濾 深層過濾深層過濾二 過濾介質過濾介質二特點特

11、點二多孔性多孔性二承受一定的壓力承受一定的壓力二耐腐蝕性、耐熱性耐腐蝕性、耐熱性二分類分類二織物介質織物介質二堆積介質堆積介質二多孔固體介質多孔固體介質三濾餅的壓縮性和助濾劑濾餅的壓縮性和助濾劑三不可壓縮濾餅不可壓縮濾餅三可壓縮濾餅可壓縮濾餅三助濾劑：硅藻土，珍珠巖，石棉，炭粉、紙漿粉等助濾劑：硅藻土，珍珠巖，石棉，炭粉、紙漿粉等三助濾劑的添加方式助濾劑的添加方式四、懸浮液量、固體量、濾液量及濾渣量之間的關四、懸浮液量、固體量、濾液量及濾渣量之間的關系系濾液，濾液，VC液體液體干渣，干渣， P（1）C計算計算令令C為濕濾渣與其中所含干渣的質量比為濕濾渣與其中所含干渣的質量比 11 CCPC C

12、XX 1干渣與濾液的質量比干渣與濾液的質量比 / )1(CXX 干渣與濾液的體積的比值，即單位體積濾液所對應的干渣與濾液的體積的比值，即單位體積濾液所對應的干渣質量干渣質量（3）濕濾渣質量與濾液體積的比值為）濕濾渣質量與濾液體積的比值為C ， kg濕渣濕渣/m3濾液濾液（4）濕濾渣體積與濾液體積的比值）濕濾渣體積與濾液體積的比值CC ：單位體積濾液所含濕濾渣的體積：單位體積濾液所含濕濾渣的體積（2）干渣質量與濾液體積的比值干渣質量與濾液體積的比值設懸浮液中固體顆粒的質量分數(shù)為設懸浮液中固體顆粒的質量分數(shù)為X，kg固體固體/kg懸浮掖懸浮掖CX為單位質量懸浮液所獲得的濕濾渣的質量，為單位質量懸浮

13、液所獲得的濕濾渣的質量，kg濕渣濕渣/kg懸浮液懸浮液1-CX：為單位質量懸浮液所獲得的濾液的質量，：為單位質量懸浮液所獲得的濾液的質量，kg濾液濾液/kg懸浮液懸浮液3-4-2 過濾基本方程式過濾基本方程式一 過濾通過過濾通過餅層餅層的流動的流動1 當量直徑當量直徑de3 流動類型：層流流動類型：層流顆顆粒粒比比表表面面積積流流道道表表面面積積流流道道容容積積流流道道長長度度潤潤濕濕周周邊邊長長流流道道長長度度流流通通截截面面積積潤潤濕濕周周邊邊長長流流通通截截面面積積顆顆床床VVde 4444a)(de 14過濾速度：過濾速度：l32)P(duc2e1 令令u為濾液在整個床層截面積上的流速

14、為濾液在整個床層截面積上的流速則則u=u1l32)Pc(du2e )lP()1(aKlPa)1(K)4(c223c22 對于層流：對于層流：K =52 非穩(wěn)態(tài)過程非穩(wěn)態(tài)過程)lP()(auc 223153-4-2 過濾基本方程式過濾基本方程式二 過濾速率與過濾速度過濾速率與過濾速度)()1(5223lPcaAddVu )()1(5223lPcAaddV 三 濾餅濾餅的阻力的阻力r1)1(a5223 令阻力阻力推動力推動力 RPcrlPcAddVu R：濾餅的阻力：濾餅的阻力1/mr：濾餅的比阻：濾餅的比阻1/m2過濾速率：過濾速率：過濾速度：過濾速度：R=rL3-4-2 過濾基本方程式過濾基本

15、方程式四 過濾介質過濾介質的阻力的阻力濾液穿過濾液穿過的速度為：的速度為：mmRPAddVu 濾液穿濾液穿的速度：的速度：壓強降為壓強降為Pm+ Pc= P阻力：阻力： Rm+ R設用一層厚度為設用一層厚度為Le的濾餅代替過濾介質，其比阻也為的濾餅代替過濾介質，其比阻也為r則則Rm=rLe)()(meRRPLLrPAddVu 3-4-2 過濾基本方程式過濾基本方程式五 過濾基本方程式過濾基本方程式 令令 為為濾餅體積濾餅體積與相應的與相應的濾液體積濾液體積之比之比AVL,VLA 則則同樣生成厚度為同樣生成厚度為Le的濾餅所應獲得的濾液體積為的濾餅所應獲得的濾液體積為VeAVLee 則則Ve為過

16、濾介質的當量體積（或虛擬濾液體積）為過濾介質的當量體積（或虛擬濾液體積）)(eLLrPAddV )(2eVVrPAddV )VV(rPA)AVV(rPee 過濾基過濾基本方程本方程3-4-2 過濾基本方程式過濾基本方程式)(2eVVrPAddV 對可壓縮濾餅對可壓縮濾餅s)P(rr 其中其中r ：單位壓強差下濾餅的比阻，：單位壓強差下濾餅的比阻，1/m2 p：過濾壓強差，：過濾壓強差，Pas：濾餅的壓縮性指數(shù)，：濾餅的壓縮性指數(shù)，s=01，不可壓縮濾餅，不可壓縮濾餅s=0)(12esVVrPAddV 過濾基過濾基本方程本方程3-4-3 3-4-3 恒壓過濾恒壓過濾)VV(rPAddVes12

17、k1r 令k：表征過濾物料特性的常數(shù)表征過濾物料特性的常數(shù)esVVPkAddV 12 dPkAdVVVse 12)(對一定的懸浮液，對一定的懸浮液，、r 、為常數(shù)為常數(shù))()(21122 esePkAVV過濾常數(shù)令,Pk2Ks1 恒壓過濾方程式恒壓過濾方程式),()(22 eeKAVVeeKAVV 220 時，時，當當 eedPkAVVdVVseVVe0120)()(3-4-3 3-4-3 恒壓過濾恒壓過濾當過濾介質阻力可忽略時，當過濾介質阻力可忽略時，e=0、Ve=0 22KAV AVqAVqee，令)1(2eeKq )2)()(2eeKqq （2）-（1）得：)3(22 Kqqqe 恒壓過

18、濾方程式恒壓過濾方程式當過濾介質阻力可忽略時，當過濾介質阻力可忽略時，qe=0， e=0 Kq 2)()(22 eeKAVV3-4-5 過濾常數(shù)的測定過濾常數(shù)的測定過濾常數(shù)：過濾常數(shù)：K、qe、 es1Pk2K r1keeKq 23-4-5 過濾常數(shù)的測定過濾常數(shù)的測定一 恒壓下恒壓下K、qe、e的測定的測定)(K)qq(e2e 恒壓過濾方程：恒壓過濾方程：方法方法1：Kqqqe22eeKq 2方法方法2： Kqqqe )2(eqKqKq22 eqKqKqq22軸的截距軸的截距，在，在成直線關系，斜率成直線關系，斜率 3-4-5 過濾常數(shù)的測定過濾常數(shù)的測定二 壓縮指數(shù)壓縮指數(shù)s的測定、物料特性常數(shù)的測定、物料特性常數(shù)k的測定的測定 r1ks1Pk2K )k2lg(Plg) s1(Klg k2lgs1PlgKlg，截距成直線關系，斜率 3-4-6 過濾設備過濾設備按操作方式按操作方式n間歇間歇n連續(xù)連續(xù)按壓強差按壓強差n壓濾壓濾n吸濾吸濾n離心過濾離心過濾常用設備常用設備n板框過濾機板框過濾機n葉濾機葉濾機n轉筒真空過濾機轉筒真空過濾機3-4-8 過濾機的生產(chǎn)能力過濾機的生產(chǎn)能力二 連續(xù)過濾機的生產(chǎn)能力連續(xù)過濾機的生