化工原理第三章第一节课件.ppt

第三章 非均相物系分离 通过本章学习，掌握沉降和过滤过程的原理、计算方法、典型设备的结构特性，能够根据生产工艺的要求，合理选择设备。学习目的与要求锤府负携骨红坷颇攀搓拙坷曾鱼化糯四伙邮弗瑚吧赊园驹黎湘龟音购揩药化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023狙纠优更焊贯慌但腿诬奉钙侵宏波壹新溯熔震竭汲乍昌嚎产憾丛键途凳员化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节第第三三章章 非均相物系分离非均相物系分离一、沉降速度一、沉降速度1、球形颗粒的自由沉降、球形颗粒的自由沉降2、阻力系数、阻力系数3、影响沉降速度的因素、影响沉降速度的因素4、沉降速度的计算、沉降速度的计算5、分级沉降、分级沉降二、降尘室二、降尘室1、降尘室的结构、降尘室的结构2、降尘室的生产能力、降尘室的生产能力第第一一节节 重力沉降重力沉降柬淘蜜挨甸而隧扒铆糜近陆粹过凤哭屏咱沸臃歼失二诸乖芍涟温救领浚揖化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023混合物混合物 均相混合物均相混合物 非均相混合物非均相混合物 物物系系内内部部各各处处物物料料性性质质均均匀匀而而且且不不存在相界面存在相界面的混合物。的混合物。例如：互溶溶液及混合气体例如：互溶溶液及混合气体 物物系系内内部部有有隔隔开开两两相相的的界界面面存存在在且且界界面面两两侧侧的的物物料料性性质质截截然然不不同同的的混混合物。合物。例如例如固固体颗粒和气体构成的含尘气体体颗粒和气体构成的含尘气体固体颗粒和固体颗粒和液体构成的悬浮液液体构成的悬浮液 不不互溶液体构成的乳浊液互溶液体构成的乳浊液 液体液体颗粒和气体构成的含雾气体颗粒和气体构成的含雾气体岿御诵矛闽灰蘑卵暮逆磅爸巩睫役挑萎玄藩昏漾侣肇被姆像瞻断跃陶娥跪化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023非均相物系非均相物系 分散相分散相(分散物质分散物质)处于分散状态的物质处于分散状态的物质 如如：分分散散于于流流体体中中的的固固体体颗颗粒粒、液滴或气泡液滴或气泡 连续相连续相(分散相介质分散相介质)包包围围着着分分散散相相物物质质且且处处于于连连续续状态的流体状态的流体 如：如：气态非均相物系中的气体气态非均相物系中的气体 液态非均相物系中的连续液体液态非均相物系中的连续液体 分离分离机械机械分离分离 沉降沉降 过滤过滤 不同的物理性质不同的物理性质 连续相与分散相连续相与分散相发生相对运动的方式发生相对运动的方式 分散相和连续相分散相和连续相 盖温竿记足鸳拎绍肠弟旭重准丑垮三藤兑嗅玻耘冶憨卜狮陋粟绷敛决渴惫化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023 一、重力沉降一、重力沉降 沉降沉降 在在某某种种力力场场中中利利用用分分散散相相和和连连续续相相之之间间的的密密度度差差异异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。使之发生相对运动而实现分离的操作过程。作用力作用力 重力重力 惯性离心力惯性离心力 重力重力沉降沉降离心沉降离心沉降 1 1 1 1、沉降速度、沉降速度、沉降速度、沉降速度 1 1 1 1）球形颗粒的自由沉降）球形颗粒的自由沉降）球形颗粒的自由沉降）球形颗粒的自由沉降吾思傻恢东绰祁姆珐溢翻菜揭牧谣霞桑襟巩摘枪练流蹦铱隧芽哲煞肢跳酞化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023重力重力 浮力浮力 阻力阻力(a)调撅墨星撰淌祖减桂附盒哗彭耻集赏举绷潭陶害醋于竭姨试逛宗然汇北仇化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023颗粒开始沉降的瞬间，速度颗粒开始沉降的瞬间，速度u=0，阻力，阻力Fd=0，amax 颗粒开始沉降后，颗粒开始沉降后，u Fd；u ut 时，时，a=0。等速阶段中颗粒相对于流体的运动速度等速阶段中颗粒相对于流体的运动速度ut 称为沉降速度。称为沉降速度。当当a=0时，时，u=ut，代入（，代入（a）式）式沉降速度表达式沉降速度表达式酶撑忘发崔钡夸根氯务锚管扰淌闸农止摧披贼惠磷碎滚沉冠蓝侥笆温烘勃化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023 a)滞流区或斯托克斯滞流区或斯托克斯(Stokes)定律区（定律区（10 4Ret1）斯托克斯公式斯托克斯公式2、阻力系数、阻力系数 殆弓日佬捏岂蔬震淀举西随凿嫂氛稍瓶络奴谎真匆氏塘螟杆就匠盒隔战贱化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023Ret0.1250.2200.6000.8061.000海涣赋激鸟胜携橙凹裙颈丢追茫悠擒蜡很嘎到劝昭薪开离虞苔迁也菌嘶东化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023艾伦公式艾伦公式 c)c)湍流区或牛顿定律区（湍流区或牛顿定律区（NutonNuton）（）（10103 3ReRet t 2 210105 5）牛顿公式牛顿公式 b)b)过渡区或艾伦定律区（过渡区或艾伦定律区（AllenAllen）（）（1 1ReRet t10103 3）海冗铀皋督什罐烩优泉霹彰瞥希安瓤绊闺虽更堑闷狼殉舆步甩抢撤脆什墅化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/20233、影响沉降速度的因素、影响沉降速度的因素 1 1）颗粒的体积浓度）颗粒的体积浓度 当当颗颗粒粒浓浓度度较较高高时时，由由于于颗颗粒粒间间相相互互作作用用明明显显，发发生生干干扰沉降扰沉降，自由沉降的公式不再适用。，自由沉降的公式不再适用。2 2）器壁效应）器壁效应 当当器器壁壁尺尺寸寸远远远远大大于于颗颗粒粒尺尺寸寸时时，容容器器效效应应可可忽忽略略，否则需加以考虑。否则需加以考虑。炭渡佬隘遁木劣之咀道醇墅滚耸仍慌朴栓蛊吓树丹藕诱机缉部亚蚀感兄袍化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/20233）颗粒形状的影响）颗粒形状的影响 球形度球形度对对于于球球形形颗颗粒粒，s s=1=1，颗颗粒粒形形状状与与球球形形的的差差异异愈愈大大，球球形形度度s s值愈低。值愈低。对于非球形颗粒，对于非球形颗粒，颗颗粒粒的的球球形形度度愈愈小小，对对应应于于同同一一Ret值值的的阻阻力力系系数数愈愈大大，如如图图3-2所示。所示。浆析阳渣乡顺囤历爱哆勾椒思坤芳签垦饲凝唐笨唤奢害戏棉莉凯涎冈皿闲化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/20234 4 4 4、沉降速度的计算、沉降速度的计算、沉降速度的计算、沉降速度的计算 1 1 1 1）试差法）试差法）试差法）试差法 假设沉降属于层流区假设沉降属于层流区 方法：方法：ut Ret Ret1 u ut t为所求为所求Ret1 艾伦公式艾伦公式求求ut判断判断公式适公式适用用为止为止 2)2)2)2)摩擦数群法摩擦数群法摩擦数群法摩擦数群法 由由得得蹲休寓沥黎撒预钎绷国续搜粗散伪员烹郸汹甸惺馆何哥员沫蕊潭咏牧咳环化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023 Ret曲线转化成曲线转化成 Ret2Ret曲线。曲线。计计算算ut时时，先先由由已已知知数数据据算算出出Ret2的的值值，再再由由Ret2Ret曲线曲线查得查得Ret值值，最后由最后由Ret反算反算ut。咽粳右干竿得衰狠爵池孰沏橱堆踌颗二享穿移乍债死硼斌淄解匹愚秉俱狡化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023图3-3 及 关系曲线姚逮插猫恭脓贱撕般剧完利迪帧给十谗谱器窜怖配赴脉符横为京僧艺瓮医化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023 计算在一定介质中计算在一定介质中具有某一沉降速度具有某一沉降速度u ut t的颗粒的的颗粒的直径直径，无因次数群无因次数群K判别流型判别流型 K2.62斯托克斯区斯托克斯区2.62K69.1牛顿定律区牛顿定律区虫糕故暮扁少仪扮烤么恤餐犁酝斌狈鸵产碉荣句萝秉肺杉钎弓谴隋幌磨府化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023例例：试试计计算算直直径径为为95m，密密度度为为3000kg/m3的的固固体体颗颗粒粒分分别别在在20的空气和水中的自由沉降速度。的空气和水中的自由沉降速度。解：解：1）在）在20水中的沉降。水中的沉降。用试差法计算用试差法计算先假设颗粒在滞流区内沉降先假设颗粒在滞流区内沉降，附录查得附录查得,2020时水的密度为时水的密度为998.2kg/m3,=1.00510-3Pa.s势伊睛仍腆血郎朗剖谚箕百震浩偏尘每宗答底圣搅晃细硷炸柑疫亢啃系字化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023核算流型核算流型 原假设滞流区正确，求得的沉降速度有效。原假设滞流区正确，求得的沉降速度有效。2）20的空气中的沉降速度的空气中的沉降速度用摩擦数群法计算用摩擦数群法计算20空气：空气：=205 kg/m3，=8110-5 Pa.s根据无因次数根据无因次数K值判别颗粒沉降的流型值判别颗粒沉降的流型 幸醛灵藉几撤蔬继并冲服矗戮猴鳞纤插歧鱼杏么嘻聚板柱麻垂领磷森南会化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/20232.612.61K69.1K69.1，沉降在过渡区。，沉降在过渡区。用艾伦公式计算沉降速度。用艾伦公式计算沉降速度。淋而凑橇刚裹腑曙加酉叮届肩浇策炳渊逆搂扰精浦彼羌噪腰汝娜幻擅购河化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023 例：例：本题附图所示本题附图所示为一双锥分级器，利为一双锥分级器，利用它可将密度不同或用它可将密度不同或尺寸不同的粒子混合尺寸不同的粒子混合物分开。混合粒子由物分开。混合粒子由上部加入，水经可调上部加入，水经可调锥与外壁的环形间隙锥与外壁的环形间隙向向上上流流过过。沉沉降降速速度度大大于于水水在在环环隙隙处处上上升升流流速速的的颗颗粒粒进进入底流，而沉降速度小于该流速的颗粒则被溢流带出。入底流，而沉降速度小于该流速的颗粒则被溢流带出。5 5 5 5、分级沉降、分级沉降、分级沉降、分级沉降欧箔洒糠障郸瞄勿钉炕薛凯篇俩练订癣膘渴漱镭鲍商找顷赋誉掏吟埔没厢化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023利利用用此此双双锥锥分分级级器器对对方方铅铅矿矿与与石石英英两两种种粒粒子子混混合合物物分分离离。已已知：知：粒子形状粒子形状 正方体正方体粒子尺寸粒子尺寸 棱长为棱长为0.080.7mm方铅矿密度方铅矿密度 s1=7500kg/m3石英密度石英密度 s2=2650kg/m32020水的密度和粘度水的密度和粘度 =998.2kg/m3 =1.00510-3 Pas假假定定粒粒子子在在上上升升水水流流中中作作自自由由沉沉降降，试试求求：1 1）欲欲得得纯纯方方铅铅矿矿粒粒，水水的的上上升升流流速速至至少少应应取取多多少少m/sm/s？2 2）所所得得纯纯方方铅铅矿矿粒粒的的尺寸范围。尺寸范围。渐柑忘落九腋昂锚饿棉柄佛贾胀耶沫下钨刮羡轿严邓伦镣局袭膳夷蛋饼训化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023解：解：1)1)水的上升流速水的上升流速 分析：分析：纯方铅矿粒纯方铅矿粒对于正方体颗粒，先算出其当量直径和球形度。对于正方体颗粒，先算出其当量直径和球形度。设设l代表棱长，代表棱长，Vp代表一个颗粒的体积。代表一个颗粒的体积。全部石英粒子被溢流带出全部石英粒子被溢流带出u水水=utmaxutd最大的石英粒子的沉降速度最大的石英粒子的沉降速度忆罗聂亦打皆粹舔疵逼销睫棠万杰橇邵扇阻痴赦流些化驶厕炙流快宅谍轿化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023用摩擦数群法求最大石英粒子的沉降速度用摩擦数群法求最大石英粒子的沉降速度s=0.806，查图查图3-33-3，Ret=60，则：，则：湖韵布医煌惟娜眼簇伐蛆砍枫背寅垒钧薯逢衬黎就寺利志霸霞钥倾济亨晾化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/20232 2）纯方铅矿的尺寸范围）纯方铅矿的尺寸范围所所得得到到的的纯纯方方铅铅矿矿粒粒尺尺寸寸最最小小的的沉沉降降速速度度应应等等于于0.0696m/s 0.0696m/s 用摩擦数群法计算该粒子的当量直径。用摩擦数群法计算该粒子的当量直径。s=0.806，查图查图3-33-3，Ret=22，则：则：铂陀危量捻深器念花拐阵咬部肝裸电饯勒润拂鱼丙狮梧肺潮硫坎哼率喧异化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023与此当量直径相对应的正方体的棱长为：与此当量直径相对应的正方体的棱长为：所得方铅矿的棱长范围为所得方铅矿的棱长范围为0.25650.7mm。唆靡柠盖泳硕氧傈朴积生妓傻机犁带训婚嵌抖秽滑钒铰合一鼠舵皮踊矢赚化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023二、降尘室二、降尘室1、降尘室的结构、降尘室的结构 2 2 2 2、降尘室的生产能力、降尘室的生产能力、降尘室的生产能力、降尘室的生产能力 降尘室的生产能力降尘室的生产能力Vs 降尘室所处理的含尘气体的体积流量，降尘室所处理的含尘气体的体积流量，m3/s。降尘室内的降尘室内的颗粒颗粒运动运动 以速度以速度u u随气体流动随气体流动 以速度以速度u ut t作沉降运动作沉降运动哥扣容坷睛帖食何峪迢语狐庇吩爵疲拾运箱挖从在兜衬掀梨农姑们签溜姿化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023欢魄播灸会檬攀仕苛的剥剔矛沂咬嵌鼓古啥存吹饶倡乔姬哺氧陆镊扎个亩化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023颗粒在降尘室的停留时间颗粒在降尘室的停留时间 颗粒沉降到室底所需的时间颗粒沉降到室底所需的时间 为了满足除尘要求为了满足除尘要求 降尘室使颗粒沉降的条件降尘室使颗粒沉降的条件降尘室的生产能力降尘室的生产能力 降降尘尘室室的的生生产产能能力力只只与与降降尘尘室室的的沉沉降降面面积积bl和和颗颗粒粒的的沉沉降降速度速度u ut t有关有关，而，而与降尘室的高度无关与降尘室的高度无关。绵幌豁贪珐辛赞酗骂晰妙米栽帜缔逗派聪兆雏朔潘货令晴邵玻总枫擎芽痹化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023 对对设设置置了了n层层水水平平隔隔板板的的降降尘尘室室，其其生生产产能能力力为为 图3-5 多层除尘室1-隔板 2、6-调节闸阀 3-气体分配道 4-气体集聚道 5-气道 7-清灰口琅扒揩泰蠕似广妄抱泄庶葵莆涨苍迂枚活顶抹拱长利养矿尼寿墒驻仰督宝化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/20233、降尘室的计算、降尘室的计算 降尘室的计算降尘室的计算 设计型设计型操作型操作型已已知知气气体体处处理理量量和和除除尘尘要要求求，求求降尘室的大小降尘室的大小 用用已已知知尺尺寸寸的的降降尘尘室室处处理理一一定定量量含含尘尘气气体体时时，计计算算可可以以完完全全除除掉掉的的最最小小颗颗粒粒的的尺尺寸寸，或或者者计计算算要要求求完完全全除除去去直直径径d dp p的的尘尘粒粒时时所所能能处处理的气体流量。理的气体流量。找衔啪泽晚焊唬虎抄吓庇秆了级懊疵羹盆雏患宴痈午堪勒摄泡呐蓟暴班颐化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023 例例：拟拟采采用用降降尘尘室室除除去去常常压压炉炉气气中中的的球球形形尘尘粒粒。降降尘尘室室的的宽宽和和长长分分别别为为2m和和6m,气气体体处处理理量量为为1标标m3/s，炉炉气气温温度度为为427，相相应应的的密密度度=0.5kg/m3，粘粘度度=3.410-5Pa.s，固固体体密密度度S=400kg/m3，操操作作条条件件下下规规定定气气体体速速度度不不大大于于0.5m/s，试求：试求：1降尘室的总高度降尘室的总高度H，m；2理论上能完全分离下来的最小颗粒尺寸；理论上能完全分离下来的最小颗粒尺寸；3.粒径为粒径为40m的颗粒的回收百分率；的颗粒的回收百分率；4.欲欲使使粒粒径径为为10m的的颗颗粒粒完完全全分分离离下下来来，需需在在降降尘尘室室内内 设设置几层水平隔板？置几层水平隔板？唆奔糜原盐呕生吾箔兴颓姓卯令猿槐佑企台鼠上姚捶兔琶绑胰苫澄新唱篙化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023解：解：1）降尘室的总高度）降尘室的总高度H2 2）理论上能完全除去的最小颗粒尺寸）理论上能完全除去的最小颗粒尺寸 用试差法由用试差法由u ut t求求d dminmin。假设沉降在斯托克斯区假设沉降在斯托克斯区 该揩矿坐满卸盆练卡辉菲妓雍械壕嫌坏益衍洲郡丽惹涂弊症朽蚂冰脯宠摊化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023核算沉降流型核算沉降流型 原假设正确原假设正确 3、粒径为、粒径为40m的颗粒的回收百分率的颗粒的回收百分率粒径为粒径为40m的颗粒的沉降必定在滞流区的颗粒的沉降必定在滞流区，其沉降速度，其沉降速度 逗挚糟胯摧懂着盐盼丰借唾庭缩琉擒己屠氯懒反园目熊翠秦牵星帕岂靶焦化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023气体通过降尘室的时间为：气体通过降尘室的时间为：直径为直径为40m的颗粒在的颗粒在12s内的沉降高度为：内的沉降高度为：假假设设颗颗粒粒在在降降尘尘室室入入口口处处的的炉炉气气中中是是均均匀匀分分布布的的，则则颗颗粒粒在在降降尘尘室室内内的的沉沉降降高高度度与与降降尘尘室室高高度度之之比比约约等等于于该该尺尺寸寸颗颗粒被分离下来的百分率。粒被分离下来的百分率。直径为直径为4040m的颗粒被回收的百分率为：的颗粒被回收的百分率为：惨唁市矮诧沫阎橙功香糊不驴汐阎结愚除锚仲送沛培讫函鳃疼专迷毫迢合化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/20234 4、水平隔板层数、水平隔板层数 由规定需要完全除去的由规定需要完全除去的最小粒径最小粒径求沉降速度求沉降速度，再再由生产能力和底面积由生产能力和底面积求得多层降尘室的求得多层降尘室的水平隔板层数水平隔板层数。粒径为粒径为1010mm的颗粒的沉降必在滞流区，的颗粒的沉降必在滞流区，取取3333层层 板间距为板间距为 念共陋宅巢瓣辆侮雾砚漳趾盛涅掩雨袱广聊陌感乙却砂贤酋仓片引潘驱和化工原理第三章第一节化工原理第三章第一节1/11/2023