化工原理教学课件第七章-2

假设正确，求得的最小粒径有效。 (2)40m颗粒的回收百分率 假设颗粒在炉气中的分布是均匀的，则在气体的停留时间 内，颗粒的沉降高度与降尘室高度之比即为该尺寸颗粒被分离 下来的分率。 由于各种尺寸颗粒在降尘室内的停留时间均相同，故40m 颗粒的回收率也可用其沉降速度ut与69.1m颗粒的沉降速度utc
② 过渡区
阿仑(Allen)公式：ut =
③ 湍流区
225
p
) 2
1/3
dp
500 < Re < 2105， = 0.44
牛顿(Newton)公式：ut = 3.03g(p)dp/
例：一直径为1.0mm、密度为2500kg/m3的玻璃球在20C的水 中沉降，试求其沉降速度。 解：由于颗粒直径较大，先假设流型处于过渡区。 （试差法）
①颗粒形状
同样条件下
非球 球
ut ,非球 ut ,球
因此
②壁效应
dp D
0.01
时靠近器壁处沉降速度较小，称为壁效应。
③干扰沉降 颗粒之间的干扰造成沉降速度减小．
④ 流体分子运动的影响
颗粒直径小于 2~3 μ m 以下时，抑制重力沉降。
⑤液滴或气泡变形 液滴或气泡受曳力变形，影响计算准确性。
分类：间歇式和连续式
沉降过程：
第一阶段：沉降槽上部，颗粒浓度低，近似自由沉降；
第二阶段：沉降槽下部，颗粒浓度大，属于干扰沉降。 沉降速度：通常由实验来确定。
(2)絮凝剂明矾、绿矾、高分子絮凝剂等。
420.042 4 WH de = 2(W + H) = = 0.082m 2(2+0.042) deu 0.0820.750.75 Re = = 2.6105 = 1774
即气体在降尘室的流动为层流，设计合理。
三、悬浮液的沉聚
(1)增稠器（沉降槽）
利用重力沉降分离悬浮液的设备。
，则ut
其他条件相同时，颗粒在空气较在水中易沉降。 ③ 颗粒密度
，则ut ps
其他条件相同时，密度大的颗粒先沉降。
(2)沉降速度计算
① 层流区
= 24/Re Re < 2，
2 < Re <500， = 10/ Re;
4g2(
斯托克斯(Stokes)公式：ut = gdp2(p)/18
由分离条件得： qV W bLut
(2)多层降尘室可分离20m以上的颗粒
清洁气流 隔板 含尘气流
挡板
多层降沉室
(3)降尘室的计算
①若已知气体处理量qv、物性数据（气体密度，粘度及
颗粒密度）及要求除去的最小颗粒直径（临界粒径dpc)， 则可计算降尘室的底面积WL。
②若已知降尘室底面积WL、物性数据及临界粒径dpc，则
解：与临界粒径dpc相对应的沉降速度为： 1.25104/3600
utc = qv/WL = 18
2.55
= 0.278m/s
假设临界粒径颗粒的沉降属于层流区，则 5 18 2.53 10 utc = dpc = 0.278 ()g 20009.81
= 80.3m
验算流型：Re = dpcutc/ = 0.687，故属于层流区，与假设 相符。
ut =
4g2(
225
p
) 2
1/3
4(9.81)2(25001000)2 dp = 225103103
1/3
103
= 0.157m/s
校核流型，Re=dput/ =1030.157103/103=157 故属于过渡区，与假设相符。
(3)影响沉降速度的其他因素
之比来确定，在斯托克斯定律区则为： 回收率 = ut/utc = (dt/dpc)2 = (40/69.1)2 = 0.335 = 33.5% 即回收率为33.5%。 (3)需设置的水平隔板数 由上面计算可知，10m颗粒的沉降必在层流区，可用斯托 克斯公式计算沉降速度，即
6)230009.81 (10 10 ut = gdp2(p)/18 182.6105
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utc = qv/WL = 3/10 = 0.3m/s
由于粒径为待求参数，沉降雷诺数无法计算，故采用试差法
假设沉降在层流区，则可用斯托克斯公式求最小颗粒直径，即
50.3 18 2.6 10 utc dpc = 30009.81 ()g
18
= 6.91105m
50.30.75 6.91 10 核算沉降流型Re = dpcutc/ = 2.6105 = 0.598<1
第二节 重力沉降
一、沉降速度
二、降沉室
三、悬浮液的沉聚
一、沉降速度
(1)球形颗粒的自由沉降
自由沉降：容器壁和其它颗粒不影响沉降速度；
干扰沉降：实际颗粒的沉降。 沉降过程力的分析 阻力Fd 浮力Fb •
d 3 g 重力 Fg = p p
浮力 Fb = 阻力 Fd =
d 3 g p
6
6

dp2 u2
4
2
重力Fg
根据牛顿第二定律，有：
Fg Fb Fd = m du d
颗粒运动可以分为两个阶段：加速阶段和匀速阶段 达到匀速阶段后，加速度为0 沉降(终端)速度为：
4gdp(p) ut = 3
影响沉降速度的因素
① 颗粒直径
dp s ，则ut
其他条件相同时，小颗粒后沉降。 ② 流体密度
例：拟采用降尘室回收常压炉气中所含的球形固体颗粒。降尘 室底面积为10m2，宽和高均为2m。操作条件下，气体的密度为 0.75kg/m3，粘度为2.6105Pa•s；固体的密度为3000kg/m3；降 尘室的生产能力为3m3/s。试求：(1)理论上能完全捕集下来的最 小颗粒直径；(2)粒径为40m的颗粒的回收百分率；(3)如欲完 全回收直径为10 m的尘粒，在原降尘室内需设置多少层水平 隔板？ 解：(1)理论上能完全捕集下来的最小颗粒直径 在降尘室中能够完全被分离出来的最小颗粒的沉降速度为
颗粒的沉降时间
L LHb W u qV
H t ut
②颗粒分离（沉降）条件
停留时间 沉降时间 t
L H 即： u ut
流速u = qv/HW, 代入上式有 ut qv/WL临界粒径颗粒的沉降速度utc
通常分离的是粒径为50m以上的粗颗粒，作为 预除尘用
③ 生产能力 (可处理的含尘气体积流量qv)
二、降尘室
(1)单层降尘室
①结构及工作原理
入口截面：矩形
A W b L 含尘气流通截面积： S W b H bu 含尘气体积流量： qV H W
降尘室底面积： 颗粒运动速度分解： 随气体的水平流速u； 颗粒沉降速度ut。
颗粒
含 尘 气 体 净 化 气 体
降尘室操作示意图
颗粒的停留时间
可计算气体处理量qv。
③若已知降尘室底面积WL、物性数据及气体处理量qv，则
可计算临界粒径dpc。
例：用高2m、宽2.5m、长5m的重力降尘室分离空气中的粉尘。 在操作条件下空气的密度为0.779kg/m3，粘度为2.53105Pa•s， 流量为1.25104m3/h。粉尘的密度为2000kg/m3。试求粉尘的临 界直径。
= 6.29103m/s qv 3 n = 1= 1 = 46.69，取47层 3 WLut 106.2910 2 = 0.042m 隔板间距为 h = H = n + 1 47 + 1
核算气体在多层降尘室内的流型：若忽略隔板厚度所占的空间， 则气体的流速为
utc = qv/WH = 3/(22) = 0.75m/s