非均相混合物分离Word文档格式.docx
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3)以分级分离为目的
4)以净化为目的
二、重力沉降
1、球形颗粒的自由沉降
重力:
Fg
mg
d3
s
g
6
浮力:
Fb
阻力:
Fd
pA
A
u2
(因为
p
)
2g
重力Fg=浮力Fb+阻力Fd
4s
d
得u
3
沉降速度公式
2、曳力系数
1)表面曳力与形体曳力
表面曳力(摩擦阻力):
流体与颗粒表面间的摩擦力在
流动方向上的分力。
形体曳力(涡流阻力):
因边界层脱体产生颗粒上下端
的压差。
2)对曳力系数的因次分析
曳力的影响因素:
dp;
u;
;
曳力的函数关系:
Fd
fdp.u..
因次分析的结果:
Rep
3、Re关系曲线图
该图分四个区
1)层流区:
104Re1
此时表面曳力为主,形体曳力可以忽略。
24
该区内
Re
d2
sg
则有公式:
uo
18
斯托克斯(Stokes)公式
所以该区称为斯托克斯区。
2)过渡区:
1
103
此时形体曳力不可忽略。
18.5
0.6
uo
gd
sRe0.6
则有公式:
0.27
阿仑(Allen)公式
所以该区称为阿仑区。
3)湍流区:
103Re2105
此时形体曳力为主。
表面曳力可以忽略。
4
该区内0.44,与Re数无关。
uo1.74
dg
牛顿区(Newton)公式
所以该区称为牛顿区。
4)边界层为湍流区:
Re2105
一般沉降操作达不到此区。
该区内
0.1,由于不稳定,因此无法计算
该区的沉降
速度。
4、沉降速度的计算
1)试差法
假定沉降所属区域→用该区公式计算沉降速度u→由算出的u求出Re→检验Re是否在所设区域→与所设相符,计算正确;
与所设不符,重新计算。
例:
求下列各种形状及尺寸的固体颗粒在30oC常压空气
中的自由沉降速度。
已知颗粒密度为2670㎏/m3。
(1)直径为30m的球形颗粒。
(2)直径为1mm的球形颗粒。
(3)棱长为1mm的正方体颗粒。
5
2)变换坐标法
Re2Re及
Re1
Re关系曲线图
因为u
所以
du
uo
u3
三、非球形颗粒的当量直径与球形度的概念
1、非球形颗粒的当量直径
使非球形颗粒与某球形颗粒在某方面具有等效性(相当),则该虚拟球体的直径即非球形颗粒的当量直径。
1)体积当量直径dev
非球形颗粒与虚拟球形颗粒在体积方面具有等效性(相当),则该虚拟球体的直径即非球形颗粒的体积当量直径。
非球形颗粒的体积为
V
dev3
非球形颗粒的体积当量直径为
6V
dev
2)表面积当量直径deA
非球形颗粒与虚拟球形颗粒在表面积方面具有等效性(相当),则该虚拟球体的直径即非球形颗粒的表面积当量直径。
非球形颗粒的表面积为A
deA2
非球形颗粒的表面积当量直径为
deA
3)比表面积当量直径des
比表面积:
单位体积颗粒所具有的表面积。
非球形颗粒与虚拟球形颗粒在比表面积方面具有等效性(相当),则该虚拟球体的直径即非球形颗粒的比表面积当量直径。
des2
非球形颗粒的比表面积为
S
des
非球形颗粒的当量直径为
des
7
2、球形度
不同形状的颗粒体积相同时,以球体的表面积为最小。
所以,对于一定体积(dev不变)的非球形颗粒,与
球的形状相差越大,则S越大;
deA越大。
球形度
的意义:
dev
与非球形颗粒体积相当的球的表面积
deA
非球形颗粒的表面积
如边长为a正方体颗粒:
2326V
326a3
326
a
;
与非球形颗粒体力相当的球的表面积
32
6a2
0.806
四、重力沉降分离设备
1、降尘室
利用重力沉降除去气流中尘粒的设备。
除尘条件:
颗粒以u速
度水平通过降尘室的时间
1大
于或等于颗粒以uo速度从室顶
降到室底所需的时间2。
8
即:
2而1
L
H
,
所以
u
LbH
A底uo
VubH
Lbuo
结论:
降尘室的生产能力(含尘气体通过降尘室的体积流量)只与室底面积及颗粒的沉降速度有关,与降尘室高度无关。
例1:
欲用降尘室净化温度为20oC流量为2500m3/h的常压空气。
空气中所含灰尘的密度为1800㎏/m3,要求
净化后空气中不含有直径大于10m的尘粒,试求所需沉降面积为多大?
若降尘室的底面宽2m,长5m,室内需要设多少块隔板?
例2:
某降尘室宽1.5m,长2m,在常压、100oC下处理
2700m3/h的含尘气,设尘粒为球形,密度为2400㎏/m3,气体的物理性质与空气相同。
求:
1)可被100%除去的最小颗粒直径。
2)直径为0.05mm的颗粒有百分之几能被除去?
9
2、沉降槽
直径:
10~100m
深度:
2.5~4m
加料深度:
0.3~1m
3、分级器
1)适当安排各级沉降柱截面积的大小。
2)适当选择流体的密度与粘度。
3)控制流量。
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2过滤
一、过滤概述
1、概念
2、床层
在多孔板架上堆积固体颗粒物料。
1)、分类
①固定床
流体流速较低,颗粒层处静止状态,床层高度不变。
②流化床
流体流速较低,颗粒全部浮在向上流动的流体中做随机的运动。
床层高度随流体流速增加而升高。
③稀相输送床
流体流速很大,流化床上界面消失。
颗粒分散悬浮于流体中,被气体带走。
2)、床层的特性(固定床)
①床层的空隙率
:
床层中空隙的体积占床层总体积的比率。
11
床层空隙体积床层体积颗粒总体积
床层总体积床层总体积
单位:
m3/m3
的影响因素
○
颗粒粒径的均匀性。
粒径越均匀,越大。
颗粒表面的光滑性。
颗粒表面越光滑,越小。
b
颗粒的大小。
颗粒粒径越大,越大。
c
非球形颗粒的球形度。
球形度越小,越小。
床层的堆积方式,乱堆床层大。
e
床层的堆积速度。
堆积越快,越大。
f
②床层的平均自由截面积A
流体流过床层截面时的有效流动截面积在高度
范围的平均值。
空隙体积
则A
A床
床层体积
③床层的比表面积S
单位体积床层所具有的颗粒的表面积。
颗粒体积
颗粒表面积
空隙体积SP
1SP
SP为颗粒群的平均比表面积。
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④床层流道的当量直径de
对床层流道作下列简化:
○A将床层中的不规则通道简化为长度为le的一
组平行细管。
○b细管的内表面积等于床层颗粒的全部表面积。
○c细管的全部流动空间等于床层的空隙体积。
所以有
流道截面积
4流道截面积
le
de
润湿周边
床层的流动空间
4床层空隙总体积
细管的全部内表面积
床层颗粒总表面积
床层总体积
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- 均相 混合物 分离