《重力沉降》PPT课件.ppt

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1、PCE/ETP-BJTBU/ZYWPCE/ETP-BJTBU/ZYWMechanical sepration15 Gravity settlingA.A brief overview of the mechanical seprationB.Theory of gravity settling movementC.Gravity settling equipmentD.Example1 1 1 1PCE/ETP-BJTBU/ZYWPCE/ETP-BJTBU/ZYW机械分离机械分离机械分离机械分离第第第第15151515讲讲讲讲 概述概述概述概述/重力沉降重力沉降重力沉降重力沉降A.A.概述概述

2、概述概述，流体，流体-固粒相对运动。固粒相对运动。相相对对运运动动应应用用非均相分离非均相分离(机械分离机械分离)非均相反应非均相反应固粒物料分离固粒物料分离单元操作单元操作沉降沉降过滤过滤固定床固定床流化床流化床气流输送气流输送液流输送液流输送蒸馏、吸收、萃取、蒸馏、吸收、萃取、吸附、离子交换等吸附、离子交换等2 2 2 2PCE/ETP-BJTBU/ZYWPCE/ETP-BJTBU/ZYW沉降运动沉降运动沉降运动沉降运动气气-固、液固、液-固、气固、气-液、液液、液-液沉降运动，液沉降运动，.沉降依据沉降依据密度差密度差外力场外力场 产生相对运动产生相对运动 沉降分离沉降分离按外力场分按外

3、力场分重力沉降重力沉降离心沉降离心沉降电沉降电沉降 场强，场强，g(101)场强，场强，r2(102 103)场强，场强，E学习中注意学习中注意着眼点不同着眼点不同 流体对粒子绕流流体对粒子绕流与自由落体不同与自由落体不同 考虑阻力考虑阻力流体对颗粒表面的作用力流体对颗粒表面的作用力流体对颗粒表面的作用力流体对颗粒表面的作用力当流体流过固粒时，固粒沿流向受到流体的作用力当流体流过固粒时，固粒沿流向受到流体的作用力流流体对固粒的曳力。体对固粒的曳力。3 3 3 3PCE/ETP-BJTBU/ZYWPCE/ETP-BJTBU/ZYWdApdAwdAu如图所示，如图所示，。对。对dA曳力曳力表面曳力

4、表面曳力wsindA形体曳力形体曳力pcosdA总曳力总曳力(表面曳力表面曳力)(形体曳力形体曳力)复杂性复杂性(p、w沿固粒表面分布沿固粒表面分布)实验测定实验测定对光滑圆球对光滑圆球FD=f（dp，u，）通过因次分析可得：通过因次分析可得：4 4 4 4PCE/ETP-BJTBU/ZYWPCE/ETP-BJTBU/ZYWAp 颗粒在运动方向上的投影面积颗粒在运动方向上的投影面积rp2 曳力系数，曳力系数，=（Rep）Rep关系由实验测出，如下图所示。关系由实验测出，如下图所示。Rep0.110510510-410圆球形颗粒圆球形颗粒 层流区层流区(Stokes区区)Re2，=24/Re 过

5、渡区过渡区(Allen区区)2Re103，Re 湍流区湍流区(Newton区区)103ReFb+FD，开始时开始时等速段等速段 Fg=Fb+FD，终端或终端或沉降速度沉降速度u0 在在18讲有一例题，讲有一例题，dp=50m、s=2650kg/m3的球粒在的球粒在空气中沉降：空气中沉降：uu0(恒速恒速)，；而；而uu0时，时，=0.1s。可以近似认为。可以近似认为颗粒始终以终端速度运动颗粒始终以终端速度运动。沉降速度沉降速度沉降速度沉降速度7 7 7 7PCE/ETP-BJTBU/ZYWPCE/ETP-BJTBU/ZYW 层流区层流区(Stokes区区)Re2，=24/Re，代入上式得：，代

6、入上式得：过渡区过渡区(Allen区区)2Re103，Re 湍流区湍流区(Newton区区)103Re105，沉降速度沉降速度沉降速度沉降速度u u u u0 0 0 0计算方法计算方法计算方法计算方法计算计算u0时需先知道所在沉降区域时需先知道所在沉降区域选择相应式计算。选择相应式计算。8 8 8 8PCE/ETP-BJTBU/ZYWPCE/ETP-BJTBU/ZYW试算法试算法试算法试算法无因次判据无因次判据无因次判据无因次判据K K K K设在层流区设在层流区计算计算u0Re判断判断yes结束结束no设在过渡区设在过渡区层流区层流区 Re2令令9 9 9 9PCE/ETP-BJTBU/Z

7、YWPCE/ETP-BJTBU/ZYW摩擦数群法摩擦数群法摩擦数群法摩擦数群法湍流区湍流区 Re103K3.3105 通常微小颗粒的沉降一般属层流区通常微小颗粒的沉降一般属层流区dpu0u0dp已做成曲线图，用时可以查取已做成曲线图，用时可以查取10101010PCE/ETP-BJTBU/ZYWPCE/ETP-BJTBU/ZYWC.C.沉降设备（重力沉降设备）沉降设备（重力沉降设备）沉降设备（重力沉降设备）沉降设备（重力沉降设备）沉降条件沉降条件沉降条件沉降条件非均相混合物流非均相混合物流沿一定途经从设沿一定途经从设备入口流向出口备入口流向出口相对运动颗粒相对运动颗粒向底面向底面(或沉积或沉积

8、面面)沉降沉降在达出口前在达出口前颗粒能达到颗粒能达到底面或沉积底面或沉积面则被分离面则被分离条件条件停停沉沉特征：特征：u0沉沉为使颗粒沉降为使颗粒沉降停停设备尺寸设备尺寸 除尘室除尘室除尘室除尘室(气固沉降设备气固沉降设备气固沉降设备气固沉降设备)简化模型：简化模型：长：宽：高长：宽：高=L：B：H 流量为流量为Vs m3/h的气体入沉降室，均匀分布在截面上，以的气体入沉降室，均匀分布在截面上，以u平行流向出口平行流向出口11111111PCE/ETP-BJTBU/ZYWPCE/ETP-BJTBU/ZYW HLBuu0u 入口端气体中颗粒均匀分布在截面上入口端气体中颗粒均匀分布在截面上颗粒

9、在室内运动颗粒在室内运动随气流运动随气流运动 停停=L/u=LHB/Vs s沉降运动沉降运动 沉沉=H/u0 s据分离条件据分离条件 停停沉沉12121212PCE/ETP-BJTBU/ZYWPCE/ETP-BJTBU/ZYW 由上式可以确定由上式可以确定 已知已知Vs、dmin确定室尺寸确定室尺寸LB已知已知Vs、LB确定能确定能100%除去除去 的最小颗粒的最小颗粒dmin已知已知LB，当，当100%除去的最小粒除去的最小粒径定后径定后确定室的最大处理能确定室的最大处理能力力Vmax 一定处理量一定处理量Vsdmin 一定一定dminVmax 只与只与LB=A有关，与有关，与H无关无关多层

10、扁平沉降室多层扁平沉降室(一般一般u50m)13131313PCE/ETP-BJTBU/ZYWPCE/ETP-BJTBU/ZYW 固体颗粒在气体或液体中的沉降运动是流体固粒相对固体颗粒在气体或液体中的沉降运动是流体固粒相对运动的一种情况，属于流体力学中两相流动问题。沉降运运动的一种情况，属于流体力学中两相流动问题。沉降运动的依据是流体固体间存在密度差。动的依据是流体固体间存在密度差。【本讲要点】【本讲要点】固体沉降是流体对固粒的固体沉降是流体对固粒的“绕流绕流”问题，考查着眼点在固问题，考查着眼点在固粒，固粒在沉降中的总曳力为表面曳力和形体曳力之和，粒，固粒在沉降中的总曳力为表面曳力和形体曳力

11、之和，在作低速爬流时，总曳力可用在作低速爬流时，总曳力可用Stokes定律描述，一般情况定律描述，一般情况需通过实验测定。需通过实验测定。沉降速度是指固粒受力达到平衡时与流体间的相对速度，沉降速度是指固粒受力达到平衡时与流体间的相对速度，在重力场中，沉降速度是常数。在重力场中，沉降速度是常数。14141414PCE/ETP-BJTBU/ZYWPCE/ETP-BJTBU/ZYW 利用沉降原理除尘的依据是含尘气体在设备内（如沉降利用沉降原理除尘的依据是含尘气体在设备内（如沉降室）的停留时间大于其沉降于器底或器壁所需时间。室）的停留时间大于其沉降于器底或器壁所需时间。15151515PCE/ETP-

12、BJTBU/ZYWPCE/ETP-BJTBU/ZYWD.D.例例例例a.a.含尘炉气除尘含尘炉气除尘含尘炉气除尘含尘炉气除尘用降尘室除去含尘烟道气中的尘粒。含尘烟道气流量为用降尘室除去含尘烟道气中的尘粒。含尘烟道气流量为V=2.5104m3/h，其密度为，其密度为3，粘度，粘度=210-5Pa.s。尘粒密度尘粒密度s=4500kg/m3，要求全部除去大于，要求全部除去大于100m的粉尘，的粉尘，试求：试求：所需降尘室的尺寸；所需降尘室的尺寸；dp=75m的尘粒能否除掉？能除掉多少？的尘粒能否除掉？能除掉多少？用上述尺寸的降尘室，要求将用上述尺寸的降尘室，要求将dp=75m的尘粒全部除的尘粒全部

13、除去，炉气最大处理量去，炉气最大处理量Vmax为多少？为多少？16161616PCE/ETP-BJTBU/ZYWPCE/ETP-BJTBU/ZYW解：解：所需降尘室的尺寸；所需降尘室的尺寸；这是降尘室的设计计算问题。这是降尘室的设计计算问题。LB=Vs/u0dmin=100mu0(较大较大)设此尘粒沉降是在过渡区设此尘粒沉降是在过渡区(Allen区区)，则有：，则有：试算得：试算得：2假设正确。假设正确。17171717PCE/ETP-BJTBU/ZYWPCE/ETP-BJTBU/ZYW则则取取B=1.8m L取取u=2m/s H=Vs/uB dp=75m的尘粒能否除掉？能除掉多少的尘粒能否除

14、掉？能除掉多少?分析：分析：根据前面的简化模型及上面尺寸的降尘室根据前面的简化模型及上面尺寸的降尘室入口顶部附近入口顶部附近dp=75m的尘粒，因其的尘粒，因其u01.02m/s，到出口，到出口时未达到室底部，不能除去。但在入口较低处的尘粒则可时未达到室底部，不能除去。但在入口较低处的尘粒则可能除去。能除去。假设入口距室底面假设入口距室底面h处的处的75m尘粒正好在出口处除去，则尘粒正好在出口处除去，则:18181818PCE/ETP-BJTBU/ZYWPCE/ETP-BJTBU/ZYW假设假设75m尘粒的沉降在层流区，则：尘粒的沉降在层流区，则：2假设正确，则：假设正确，则：h=沉u0m的的

15、75m尘粒能全部除去。尘粒能全部除去。则则75m尘粒的除尘效率为：尘粒的除尘效率为：19191919PCE/ETP-BJTBU/ZYWPCE/ETP-BJTBU/ZYW 用上述尺寸的降尘室，要求将用上述尺寸的降尘室，要求将dp=75m的尘粒全部除的尘粒全部除去，炉气最大处理量去，炉气最大处理量Vmax为多少？为多少？Vmax=u0LB=0.696.83600=4.69m/s=1.69104m3/h 可见可见Vmax2.5104m3/h这是因为：这是因为：u0 沉沉 停停 LHB/Vmax Vmax 上述计算依据的是简化模型上述计算依据的是简化模型粗略估算粗略估算(未考虑干扰沉未考虑干扰沉降及壁面效应降及壁面效应)上述降尘室上述降尘室(H=1.93m)，如在中间插一块隔板，如在中间插一块隔板,效果如何？效果如何？(LB=6.82，Vs不变不变 u0=Vs/LB(除尘效果提高除尘效果提高)如如u0不变不变 Vs)20202020