大学课件-化工原理-第3章过滤1-2

小结:1.颗粒床层的特性(1)床层空隙率床层中，空隙所占体积分率。BBBVVVVV1(2)床层的自由截面积SSSSSSPPo1(3)床层的比表面积aB)1()1(aVAVAaBB(1)曳力2流体和颗粒的相对运动221uAFPD(2)曳力系数对球形颗粒epepRR241，6.05.1810001epepRR，44.010210005，epR层流:过渡流:湍流:udRsep颗粒运动雷诺数：(3)颗粒的运动情况:加速阶段、恒速阶段进气排气出灰口图3-14旋风分离器B目的：流体与固体颗粒分离原理：利用颗粒与流体之间的密度差，将固体颗粒从流体中分离出来。常用方法：(1)重力沉降(分离较大的颗粒）例：选矿3.4沉降（单元操作）(2)离心沉降(分离尺寸小的颗粒）例：气体除尘FDFeFb颗粒受力分析3.4.1重力沉降速度的计算(1)球形颗粒的自由沉降自由沉降：干扰沉降：匀速阶段受力分析：容器壁和其它颗粒不影响沉降速度实际颗粒的沉降s设：022uAmgmgFPs合sPstAmgu)(2:)(速度终端沉降其它条件相同时，小颗粒后沉降3)(4sstgdu球形颗粒：◆影响沉降速度的因素：①颗粒直径②流体密度③颗粒密度tsud，则tu，则tsu，则其它条件相同时，密度大的颗粒先沉降。◆球形颗粒的沉降速度,42sPdA因为：ssdm36其它条件相同时，设备中空气较水颗粒易沉降18)()(2gduStokessst公式：斯托克斯2）过渡区6.05.1810001epepRR，6.0)(27.0:)(epsstgRduAllen公式阿伦44.010210005，epRgduNewdonsst)(74.1)(公式：牛顿关于曳力系数:1）层流区epepRR241，3）湍流区或：判据法(避免试差)3181kRep则：312)(gdkss令：6.2k层流：1.606.2k过渡流：23641.60k湍流：问题：沉降速度ut未知，如何判断流型方法：试差法udRsep3)(4sstgdu(2)非球形颗粒的沉降速度同样条件下，因此，处理方法：球非球球非球,,ttuu可先假定为颗粒球形，然后校正。书P172图3.4.1(3)不均匀颗粒的沉降速度粒径不同时，除去所有颗粒，颗粒分级时，大颗粒先沉降，小颗粒后沉降。应以最小颗粒直径计算ut。以不同粒度，分别进行计算ut。(4)影响沉降速度的其它因素1)干扰沉降------颗粒沉降时彼此影响◇颗粒浓度对沉降速度的影响由于大量颗粒向下沉降而使流体被置换而产生显著的向上运动◇流体表观物性的影响流体的表观密度和表观粘度（即混合物的密度和粘度）都增大颗粒的沉降速度减小③液滴或气泡变形液滴或气泡受曳力变形，影响计算准确性。②流体分子运动的影响颗粒直径小于2~3μm以下时，抑制重力沉降。④壁效应和端效应01.0Ddp时,器壁有影响312图3-10降尘室1-气体入口；2-气体出口；3-集尘斗3.4.2重力沉降设备(1)降尘室①结构及工作原理入口：矩形LbAHbubHqV随气体的水平流速u颗粒沉降速度ut降尘室底面积尘气流通截面积尘气体积流量颗粒速度分解：颗粒的停留时间颗粒的沉降时间ttuHVqLHbuLt沉降时间停留时间tVuHqLHbuLtVbLuq由分离条件得：(2)颗粒分离(沉降)条件(3)生产能力(可处理的尘气体积流量qV)说明：生产能力由底面积、沉降速度决定，与降尘室高度无关多用扁平形状或多层降尘室(层高40-100mm)②计算ut时，如何使尘粒完全分离应以最小颗粒直径，计算ut③如何选取气体速度④重力沉降适于分离的粒径范围区）（多为一般，Stokessmu/3smu/5.1易扬粉尘时，mds75较大颗粒，18)(2gdusst如：①如何计算可沉降颗粒的粒径？tuHuL分离条件：提出问题?(2)连续式沉降槽（自学）从液体中分离出固体颗粒。进气排气出灰口图3-14旋风分离器B3.4.3离心沉降1、作用原理在离心力作用下，靠流体与颗粒间密度差，分离颗粒。2、离心沉降的优点1）可分离出直径较小的颗粒(离心力重力)2）对一定质量颗粒，离心力大小可调，可测粒径分布，设备操作灵活、尺寸减小。3-4-1离心沉降速度计算方法：同重力场，重力→离心力rurar22重力沉降离心沉降对球形颗粒sPstAmgu)(2sPsrAmru)(23)(4rdussr离心沉降速度ur：随颗粒旋转半径r变化层流Stokes区：重力沉降离心沉降18)(2gdusst18)(22rdussrrudussr18)(22或：说明：1、ur与旋转半径r有关角速度一定时，线速度u一定时，2、ur与转数（ω、u）有关调节转数，可测粒径分布。3、衡量离心分离性能的指标离心分离因素rurrur1gaKrCrgugr22KC越大，分离效能越高进气排气出灰口图3-14旋风分离器B3-4-4离心沉降设备一、旋风分离器1、结构和工作原理(标准型)进气口形状：矩形尺寸：进口管A、B圆柱筒直径D(主要尺寸)排气口直径D1尺寸间关系：2,4,21DDDBDA问题：生产能力的影响因素气体种类、圆柱筒直径D、进口气速假设条件：（1）颗粒与气体在器内等速运动，且均为进口气速；（2）颗粒沉降时，圆周运动半径增加，最大距离是旋风分离器进气口宽度B；（3）沉降处于stokes区。2、旋风分离器的性能参数1）临界粒径dc：能够分离出的最小颗粒直径。沉降速度沉降时间mssrrudu18222218udBruBscmrr设：气体旋转圈数N，则气流运行距离气体停留时间颗粒分离条件Nrm2uNrm2tNuBdc9临界粒径：5~3,/25~10Nsmu条件：2）分离效率：（1）总效率（2）分级效率（粒级效率）两者关系：%100全部颗粒质量分离出的颗粒质量%100颗粒的总质量直径颗粒质量分离出的直径iiiddiiw分级效率曲线书P184图3.4.9按假设实际情况分割粒径d50：时，cidd0i时，cidd1i时，cidd0i时，cidd1i的颗粒的直径%50i10.4.3184,50，图的关系：书Pddii3）旋风分离器的阻力是旋风分离器的经济指标22up阻力：)0.8(1621或标准型：DAB时，进口气速：smu/25~10Pap2000~1000压力降：3、旋风分离器的分离能力分离气体中颗粒直径：5-75μmd5μm颗粒，可串联袋滤器或洒水装置4、常见旋风分离器的形式1）进口方式切向进口：切向进口方式结构简单，较常用。螺旋面进口：结构复杂，采用不便。蜗壳形进口：结构简单，减小阻力。2）常用型式标准型、CLT/A型、CLP型、扩散式等5、旋风分离器组（并联）目的：提高生产能力二、旋液分离器（自学）分离液-固非均相混合物三、离心沉降机（自学）分离液-固非均相混合物可用于分离、测粒径分布Lu(a)u(b)流动情况：在孔道中流动（外流）阻力计算：所有颗粒所受曳力之和复杂性：孔道的形状、数目、流动状态随机，孔道中流动属层流，但局部出现湍流。处理方法：简化床层，管外流问题→管内流问题3-5流体通过固定床的流动一、床层的简化模型三点假设1）床层孔道平行，孔道长度与床层高度成正比；2）孔道内表面积=颗粒的全部外表面积；3）孔道体积等于床层中的空隙体积；Lu(a)u(b)虚拟细管的当量直径：润湿周边长度流通截面积44Herd表面积颗粒外孔道内体积空隙孔道)()(4BHar))1((aaB)1(64aedd当量直径：CLl孔道长度：LL)1(a)1(6ad)6(ada22udlpf以1m3床层为基准，二、流体流过固定床的阻力1、层流232efduCLp/uu代入：))((PVssuusq164aedd：流体在孔道中流速其中，u)(表观流速：流体空床流速u)32(2dlupf/uuCLl322)1(362afduCLP得：232)1(150afduLPKozenyBlake方程：2、湍流范宁公式变形：5.0,适用条件：流体为层流22udlpef,/uu代入：164aedd,CLl23)1(46afduCLp得：1、层流23)1(75.1afduLpPlummerBurke方程：适用：高度湍流，摩擦系数为常数。3、欧根(Ergun)方程优点：适应于各种流型将以上两方程叠加aafduduLp23232)1(75.1)1(1504、欧根方程的其它形式（找出关系）75.1)1(150132aafudLduP132LduPfafF无量纲数群：aepudR75.1)1(1501epFRf则：2.5.3193，图关系：书PRpepf1）层流,10)1/(时epR1)1(150ePFRfada用比表面积322')1(uakLpf康采尼方程：2）湍流,1000)1/(时epR75.1Ff作业:P2315610