沉降过程与操作Word格式.docx

1、非均相：由具有不同物理性质（如密度和粒径）的分散物质和连续介质所组成的物系 称非均相物系。均相物系的分离属于传质内容，均相物系中的“固固”物系不在讨论之列；非均相 物系可以借助沉降、过滤、筛分等手段，利用物系中两相间的物性（如 或 d）差，实 现两相间的相对运动达到分离的目的。这些属于机械分离，操作遵循流体力学的基本规律。在非均相物系中，处于分散状态的物质称“分散相”；包围它的物质称“连续相” （即分散介质）。179沉降是将混合物置于力场中，在力场作用下，使分散相与连续相发生相对运动，密度 大的物质定向地移向收集面，实现分离。力场沉降类型物系重力场重力沉降自由沉降气固、液固 气液、液液干扰沉降

2、离心力场离心沉降同上电场电沉降电除尘器颗粒极微者电捕焦油器固固物系往往要借助流体，使固固两相间的运动产生速度差。在这里我们重点学习 重力沉降，其沉降方向垂直向下。一 沉降速度 球形颗粒的自由沉降自由沉降 颗粒沉降中不受外界的任何影响。将一粒表面光滑的刚性球形颗粒置于静止的流体中，颗粒 s液体的 ，于是颗粒 受到的力分别为：重力 Fg、浮力 Fb、阻力 Fd，其作用方向如图示。当颗粒和流体的种类确定后，仅于 s、d 和 有关的重力及浮力便为常量；阻力则 随着颗粒运动的速度的变化而变化。直径为 d 的颗粒，所受三力表示为（向下为正）：三力之和，使颗粒产生加速度：=du/d图 4-1 受力分析180

3、-435随时间变化情况见下表：uFdamaxuFd,净力a 逐渐加速段tFd=Fg-Fb等速段1）整理后得：从颗粒沉降达到等速阶段，理论上讲需要很长的时间，但达到 0.99u（3-需时很短，固可以忽略加速段，认为颗粒始终在等速 u下运动。在 a=0，u=u，2）上式显示：（s-）、dut。 阻力系数 也是雷诺数 Re（Re=du/）的函数：1.滞流区（斯托克斯定律区，10 Re3）=24/Re2.过渡区（艾伦区，110 ）=18.5/（Re0.6） （3-4）3.湍流区（牛顿定律区，10Ret=0.10将（3-3）至（3-5）代入（3-2），得到不同 Re区域相应 u的计算式：1.湍流区 u=

4、d2（s-）g/182.过渡区18123.湍流区不同 ut 下，流体对颗粒产生的流阻会有不同的影响： 滞流区： 因为在颗粒表面形成很薄的滞流边界层，且不发生边界层分离，所以只存在流体的粘性阻力=f（u）。湍流区： 虽然边界层仍为滞流，但其分离引起的形阻已占主导地位，流阻=f（u3过渡区 介于滞、湍流间，粘、形阻均不可忽略。4湍流边界层区： 此时，由于流体主体中的能量与边界层中的能量交换强度增加， 反而使边界层的分离困难起来。形阻下降使 突然下降。5重力沉降时：小颗粒斯托克斯区；粒径大些的艾伦区；能到牛顿区的情况 已很少见。 影响 ut 的因素只有连续相为气态的物系或单个颗粒在大空间的沉降中，颗

5、粒的沉降才能视为“自由 沉降”。当连续相为液体、物系中颗粒的体积分率较高时，颗粒之间相互干扰称干扰沉降。此时影响 u的因素有：1颗粒的体积浓度当体积浓度0.2%，各 ut 的理论计算值偏差100d 时，器壁效应可忽略。3.颗粒形状已知管壁 hf；同样，颗粒形状越偏离球形，沉降时阻力也越大。用球形度标识：s=s/spS球体表面积，m ；sp颗粒的表面积，m颗粒形状越不规则，其球形度越小。非球形颗粒的 Re中的 d 用当量直径 de：6）182d 太小会产生布朗运动，当 d可忽略布朗运动。另外，对于分散相：如果 s，颗粒作沉降运动；如果 s，颗粒作升浮运动。连续相有静止和流动两种情况。流动的连续相

6、又分为与颗粒同向不同速的、与颗粒反 向的及流态化状态。 沉降速度的计算因为计算 ut 时，要通过 Ret 确定使用哪一个公式,所以有 ut=f（Ret）。可以采用如下方 法进行计算。1.试差法：当求出的 ut 与假设的 ut 在同一个 Ret 范围内，求出的 ut 有效。2.摩擦数群法：可由 d 求 ut，或反求。设法消去 Ret 中的 ut。无需试差，但离不开图，该法便于计算非球形的 u。3.K 判据求 u：此法无需试差，但使用时须知 d。令：代入得：二 沉降室含尘气体在管道中流动，因气速较大，尘粒来不及沉降；进入突然扩大的流道沉 降室，气速 u 显著减少。那些在流体离开降尘室之前落到室底的

7、颗粒便与流体分离了。位于室内最高点的颗粒降至室底需用时间：=H/u气体通过降尘室需用时间：=L/u 理 论上，凡 t 的颗粒都能落到室底。即 气体在降尘室的速度：u=Vs/（Hb），满足 uLutH 条件的、气速对应为 u的颗粒能被分离。对应上式可改写为：Vs/（Hb）Lu/H。图 4-2 沉降室183由此可见，降尘室的生产能力 Vs=bLut 与高度 H 无关，但 H 与 u 大小有关。采用多层 水平隔板，既保证 H 不变（Vs 不变），又使隔板间距 Ht减少，受尘面积。切记：为不使已沉降的灰尘被卷扬，u 要处于滞流区。且降尘室的进、出口应采用渐 变流道。三 浓悬浮液的沉聚过程浓悬浮液中颗粒

8、的沉降要受到 A、其它颗粒；B、器壁；C、被颗粒取代其空间的流体 向上流动等因素的影响干扰沉降“沉聚过程”。图 4-3 间歇沉降实验（1）随着固相浓度的增大，液体从颗粒间向上流动的速度也增大。使颗粒在实际上是处于向上流动的液体中沉降。比在静止的、自由沉降时受到的阻力大得多。d大与周围流体间的相对速度 u 较 d小的大些阻力，反使 u。（2）悬浮液中，颗粒的粒级分布很宽。对 d 大而言，细小颗粒与液体混成了、的流体。在这种流体中的沉降显然使 u而 d却被 d向下拖曳使 u；絮凝现象使颗粒的有效尺寸增大，ut。综上所述，d 大的 ut，d 小的 ut。实验证明，在粒度范围,颗粒必向外圆飞去。同时受

9、到三个力的 作用：惯性离心力=（/6）d s（uT /R）指向外圆向心力=-（/6）d （u/R）指向圆心阻力=-（/4）d （u/2）指向圆心三力达平衡（F=0），u颗粒在 R 点的离心沉降速度。7）比较重力场和离心力场的沉降速度计算式，只在力场强度上同。若离心沉降时，颗粒与流体的相对速度属于滞流，则 =24/Re（3-8）185（3-6）两种沉降速度之比：/u=（u/R）/g=Kc（3-9）Kc离心分离因数Kc 是离心分离设备的重要指标。某些高速离心机的 Kc 可达数十万；一般旋风（液） 分离器的 Kc 值在 52500 之间。如：R=0.4m，u=20m/s 时：Kc=20/（0.49.81）=102二 旋风分离器的操作原理分离器结构如图。含尘气流从切向进入圆筒后，在筒壁的约束和后继气体的推动下， 形成“外螺旋运动”离心力场。颗粒被抛向筒壁，借重力沿壁面落 至锥形筒底部的排灰口。颗粒向器壁运动使气体向旋转中心聚集，仍然保持着与外螺旋同方向的旋转运动内螺旋，并从下向上从出气口 排出。它的 R 小，仍具有可观的力场强度。旋风分离器的静压强分布：1.径向 器壁附近静压强大，向旋转中心逐渐降低，在排气口附近与口外侧压强持平。2.轴向 沿轴向，从上至下静压强逐渐降低。若排气口直通大气（或连引风机），则器底部轴心处形成负压，排灰口密封不 严会已落入底部的尘埃卷起。三