复旦大学化工原理第三章沉降与过滤探究.ppt

* 第三章 沉降与过滤 第一节 概述 在化工生产过程中，会涉及到许多气—液、气—固、液—液、液—固体系。这种在流体中存在相界面的系统称为非均相物系。 非均相物系中处于分散状态的物质称为分散物质或分散相。 非均相物系中处于连续状态的物质称为分散介质或连续相。 一.非均相物系的分离 将非均相物系中的分散物质从分散介质中分离出来的操作为非均相物系的分离。 工程上常用的方法是：沉降分离与过滤。 沉降分离是利用气体或液体中固体颗粒受重力、离心力或惯性力作用，而实现沉降的一种分离方法。 过滤是利用气体或液体能通过过滤介质，固体颗粒被过滤介质所截流而实现两相分离的一种单元操作。 二. 颗粒与流体相对运动时所受的阻力 在非均相物系中，颗粒与流体存在相对运动时；颗粒所受到的流动阻力往往不可忽略。 若颗粒与流体的相对运动速度为 u ，则颗粒所受的阻力Fd为: 式中：r—流体的密度，kg / m3 ; A—颗粒在流动方向上的投 影面积， m2 ； z—阻力系数 （或称曳力系数 ）。 其中 z 是颗粒雷诺数 Red 的函数。 颗粒雷诺数 Red 定义为： 式中：dp—颗粒的直径；r、m—分别为流体的密度和粘度。 则颗粒雷诺数 Red 与阻力系数 z 的关系为： 10-4 Red 2 z = 24 / Red 层流区（斯托克斯区） 2 Red 500 z = 10 / 过渡区 （阿仑区 ） 500 Red 2×105 z = 0.44 湍流区 （ 牛顿区 ） Red 2×105 z = 0.1 完全湍流区 第二节 重力沉降 由地球引力作用而发生的颗粒沉降过程，称为重力沉降。 一. 沉降速度 1.球形颗粒的自由沉降 单个颗粒在流体中沉降，或则颗粒群在流体中分散得很好而处于互不接触、互不碰撞的条件下沉降，称为自由沉降。 当颗粒在流体中沉降处于匀速时，颗粒相对于流体的运动速度 ut 称为沉降速度。 根据颗粒在流体中沉降的受力情况，可推导出颗粒在流体中自由沉降的速度计算式： 2. 沉降速度的计算 假定颗粒在某一区沉降，将该沉降区的阻力系数 z 代入沉降速度计算式，计算出沉降速度 ut 。 例如：假定颗粒在层流区沉降，则 z = 24 / Red 代入计算式得 沉降速度 ut 为： 同样可得过渡区的沉降速度： 但计算出沉降速度后，必须回代计算颗粒雷诺数，以检验假设是否正确。若假设有错，则必须重新计算 ut 。 a.颗粒形状 颗粒的形状偏离球形愈大，其阻力系数就愈大。工程上一般采用当量球径来计算颗粒的沉降速度。 b.壁效应 当颗粒在靠近器壁的位置沉降时，由于器壁的影响，颗粒的沉降速度较自由沉降速度要小。 c.干扰沉降 当非均相物系中的颗粒较多，颗粒之间相互距离较近时，颗粒的沉降会受到其他颗粒的影响，使得实际的沉降速度比自由沉降速度小。 3. 影响沉降速度的其他因素 二. 颗粒沉降的应用 1.除尘 在工业生产中经常会碰到含尘的气体需要净化，而最古老的方法就是采用降尘室来去除含尘气体中的固体颗粒。 若进入降尘室的含尘气体中，颗粒直径大于 dPc 的颗粒能被100% 的去除，则 dPc 称为临界颗粒直径；该直径的颗粒所对应的沉降速度，称为临界沉降速度 utc 。 如果一个降尘室的降尘面积为 A ，需要将粒径大于 dPc 的颗粒完全去除，则该降尘室的处理量为： qV = A utc 。 例： 用降尘室来净化温度为 200C ，流量为 2500 m3 / h 的常压空气。 已知： 空气中所含尘粒的密度为 1800 Kg / m3 ；要求净化后的空气中不含直径大于 10 mm 的尘粒。试求所需的降尘面积 A 。若降尘室的底面宽 2 m ，长 5 m ; 问室内需要设多少块隔板。 2.流化 3.气力输送 4.粘度测定 例： 现有密度为 8010 Kg / m3 ，直径为 0.16 mm 的钢球置于密度为 980 Kg / m3 的某液体中。 盛放液体的玻璃管内径为 20 mm ；测得小球的沉降速度为 1.70 mm / s