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1、第四章沉降第四章沉降1 1重力沉降：在地球引力作用下而发生的沉重力沉降：在地球引力作用下而发生的沉降分离过程称为重力沉降。降分离过程称为重力沉降。一、重力沉降速度一、重力沉降速度（一）、球形颗粒的自由沉降（一）、球形颗粒的自由沉降第一节第一节 重力沉降重力沉降1.自由沉降自由沉降 单个颗粒或互不接触和碰撞的颗粒群在单个颗粒或互不接触和碰撞的颗粒群在流体中的沉降过程称为自由沉降。流体中的沉降过程称为自由沉降。颗粒沉降的必要条件：颗粒沉降的必要条件：、s 流体流体 、流体静止、流体静止2.2.受力分析受力分析 重力重力：直径为直径为d d的球形颗粒受的球形颗粒受到的到的重力重力为：为：Fg=mg=
2、；其中其中s s为颗粒密度。为颗粒密度。、浮力：浮力：当流体处于重力场中时，颗粒当流体处于重力场中时，颗粒受到的浮力等于受到的浮力等于：、阻力、阻力Fd=（）3 3、重力沉降速度、重力沉降速度根据牛顿第二定律：根据牛顿第二定律：重力重力-浮力浮力-阻力阻力=颗粒质量颗粒质量加速度加速度-=当加速度为零时颗粒便作均速运动，此时当加速度为零时颗粒便作均速运动，此时的速度称为沉降速度的速度称为沉降速度,用用u ut t表示。表示。-=0=0阻力系数上式的应用条件：上式的应用条件：颗粒为球形；颗粒为球形；颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰；颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰；容器壁对沉降的阻滞作用可以忽略
3、不计；容器壁对沉降的阻滞作用可以忽略不计；颗粒直径不能小到受流体分子运动的影颗粒直径不能小到受流体分子运动的影响。响。（二）阻力系数（二）阻力系数1 1.球形度球形度2.2.Re=dut/颗粒的外表面积颗粒的外表面积与颗粒体积相等与颗粒体积相等的一个圆球的表的一个圆球的表面积面积=f(Re,)，Re的定义不变，但流速要用的定义不变，但流速要用沉降速度：沉降速度：阻力系数阻力系数=f(Re,）3、不同区域的不同区域的值和沉降速度计算式值和沉降速度计算式1）层流区）层流区（斯托克斯斯托克斯（StokesStokes）定律区）定律区）,Re=dut/斯托克斯公式斯托克斯公式2 2）、过渡区）、过渡区
4、（，称为称为Allen区区）艾伦公式艾伦公式 开开立方3）湍流区湍流区 =0.44牛顿公式（三）沉降速度的计算（三）沉降速度的计算1、已知颗粒直径、已知颗粒直径d计算计算ut，用试差法用试差法;2、已知沉降速度、已知沉降速度ut求颗粒直径求颗粒直径d;（1m(微米)=10-6m，一根头发的直径约为80m）二、二、降尘室降尘室:利用重力沉降原理将颗粒从气利用重力沉降原理将颗粒从气流中分离出来的设备。流中分离出来的设备。1.工作原理：工作原理：1)颗粒在降层室中的运动气体水平通过气体水平通过降尘室的速度降尘室的速度2.最大生产能力：最大生产能力：2)颗粒被除去的条件颗粒被除去的条件:某一粒径的粒子
5、能某一粒径的粒子能100%被除去的条件被除去的条件是其从室顶沉降到室底所需要的时间是其从室顶沉降到室底所需要的时间t小于小于气流在室内的停留时间气流在室内的停留时间.VsbLut 降尘室的生产能力只与底面积和沉降速度降尘室的生产能力只与底面积和沉降速度有关有关,而与降尘室的高度无关而与降尘室的高度无关 3.3.多层降尘室多层降尘室 3)3)最大生产能力最大生产能力H=Nh多层降尘器公式推导：多层降尘器公式推导：设单层的生产能力为设单层的生产能力为VS 因此，将高度较小的多个单层降尘室因此，将高度较小的多个单层降尘室 重迭起来，构成多层降尘室，可以增加生重迭起来，构成多层降尘室，可以增加生产能力
6、。产能力。4.临界粒径临界粒径某降尘器能够去除的最小颗粒直径即为临界某降尘器能够去除的最小颗粒直径即为临界粒径，用粒径，用dc表示。对于单层降尘器，表示。对于单层降尘器，临界沉临界沉降速度降速度为：为：降尘室的底面积降尘室的底面积若颗粒沉降位于层流区，则有：若颗粒沉降位于层流区，则有：临界粒径临界粒径（4 4）降尘器的优缺点）降尘器的优缺点结构简单，阻力小；结构简单，阻力小；体积大，效率低；体积大，效率低；只能分离直径大于只能分离直径大于5050mm的粒子的粒子，约为头，约为头发丝直径的一半左右发丝直径的一半左右（一根头发丝的直径平均约为80m）。解题思路：解题思路：1）、要求某颗粒能够被完全
7、沉淀下来，理）、要求某颗粒能够被完全沉淀下来，理论上必须满足论上必须满足=t t.而满足此条件的粒径而满足此条件的粒径称为称为临界粒径，故可以用下式计算：临界粒径，故可以用下式计算：2)2)、对于、对于小于小于临界粒径的颗粒，回收率等于：临界粒径的颗粒，回收率等于：3)3)、完全回收较小粒径的颗粒，可以用、完全回收较小粒径的颗粒，可以用多层降尘层，增加底面积多层降尘层，增加底面积,降低降低ut.三、三、沉降槽沉降槽它是一个底部略呈锥它是一个底部略呈锥形的大直径浅槽，料形的大直径浅槽，料液由伸入液面以下液由伸入液面以下0.30.31m1m的进料管加的进料管加入入,并迅速分散到整并迅速分散到整个截
8、面上，液体缓慢个截面上，液体缓慢向上流动，清液经溢向上流动，清液经溢流堰流出，而颗粒则流堰流出，而颗粒则沉于底部，由缓慢转沉于底部，由缓慢转动的耙汇集于底部中动的耙汇集于底部中央的排渣口连续排出央的排渣口连续排出。适用于：含固体颗粒较少，且处理量大的适用于：含固体颗粒较少，且处理量大的悬浮液。悬浮液。一、沉降速一、沉降速度和分离因度和分离因素素第二节第二节 离心沉降离心沉降离心沉降：离心沉降：在在离心力作用下离心力作用下而发生的沉降而发生的沉降分离过程，称分离过程，称为离心沉降。为离心沉降。在离心力场中颗粒将在离心力场中颗粒将与流体在离心力方向与流体在离心力方向上作相对运动：上作相对运动：1
9、1、惯性离心力（类似、惯性离心力（类似于重力）于重力）:相当于重力，区别为：相当于重力，区别为：加速度加速度不同不同2 2、向心力（类似于重力场中浮力，方向为、向心力（类似于重力场中浮力，方向为沿半径指向旋转中心）：沿半径指向旋转中心）：区别：加速度不同区别：加速度不同3 3、阻力（方向为沿半径指向旋转中心）：、阻力（方向为沿半径指向旋转中心）：（ur为颗粒与流体在径为颗粒与流体在径向上的相对速度，或法向向上的相对速度，或法向速度速度,ms,ms-1-1）4 4、离心沉降速度、离心沉降速度当当a a等于等于0 0时，颗粒在径向上相对于流时，颗粒在径向上相对于流体的运动速度体的运动速度u ur
10、r即为颗粒在该位置处即为颗粒在该位置处的的离心沉降速度，即：离心沉降速度离心沉降速度重力沉降速度重力沉降速度加速度不同加速度不同5、阻力系数、阻力系数(与重力沉降计算时相同与重力沉降计算时相同)：若为层流，则若为层流，则=24/Re:=24/Re:=24/Re应用：小颗粒沉降。应用：小颗粒沉降。小颗粒沉降一般位于斯托克斯区。小颗粒沉降一般位于斯托克斯区。6 6、离心分离因素、离心分离因素 同一颗粒在同一流体中的离心沉降同一颗粒在同一流体中的离心沉降速度与重力沉降速度之比，称为速度与重力沉降速度之比，称为离心分离心分离因素离因素。离心分离因素（Kc=52500）离心沉降速度是重力离心沉降速度是重
11、力沉降速度的沉降速度的52500倍倍二、离心沉降设备二、离心沉降设备1 1、旋风分离器旋风分离器（1 1）构造与工作原理：）构造与工作原理：旋风分离器是利旋风分离器是利用离心沉降原理从气用离心沉降原理从气流中分离出颗粒的设流中分离出颗粒的设备。备。人类是从自然界人类是从自然界的旋风得到的启示的旋风得到的启示。20112011年四月，美国发生龙卷风图年四月，美国发生龙卷风图。构造构造：对于标准形对于标准形旋风分离器，只要规定旋风分离器，只要规定出其中一个主要尺寸，出其中一个主要尺寸，如圆筒直径如圆筒直径D D或进气口或进气口宽度宽度B B，则其它各部分，则其它各部分的尺寸亦确定的尺寸亦确定。、旋
12、风分离器旋风分离器工作工作原理原理适用范围：去除气流适用范围：去除气流中中5m的颗粒的颗粒（2 2）旋风分离器的主要性能指标）旋风分离器的主要性能指标临界粒径：能被完全分离除去的最小颗临界粒径：能被完全分离除去的最小颗粒直径，用于衡量旋风分离器的效率。粒直径，用于衡量旋风分离器的效率。临界粒径可以粗略地用下式计算：临界粒径可以粗略地用下式计算：取等号，就是恰好能取等号，就是恰好能100%100%被分离出来的颗粒被分离出来的颗粒直径。标准型直径。标准型Ne=5 5。旋风分离器进旋风分离器进气口宽度气口宽度含尘气体的进口气含尘气体的进口气速，速，m/sm/s影响影响d dc c的因素：的因素：颗粒
13、性质，颗粒性质，气体性质，气体性质，旋风分离器旋风分离器的结构（如直径的结构（如直径D D），），处理量。处理量。处理量越大处理量越大(u(ui i越大越大)、颗粒密度越大、进、颗粒密度越大、进口越窄、长径比越大（口越窄、长径比越大（NeNe越大），则临界越大），则临界直径越小，或者说越容易分离。直径越小，或者说越容易分离。含尘气体的进含尘气体的进口气速，口气速，m/sm/s旋风分离器旋风分离器进气口宽度进气口宽度分离效率分离效率A、总效率：、总效率：旋风分离器的旋风分离器的总效率总效率进口气体中的颗进口气体中的颗粒浓度粒浓度出口气体中的颗出口气体中的颗粒浓度，粒浓度，kg/m3缺点：缺点：不
14、能表示旋风分离器对不能表示旋风分离器对于各种尺寸粒子的分离效果于各种尺寸粒子的分离效果被分离出来的颗粒质量占进被分离出来的颗粒质量占进入颗粒总质量的百分比入颗粒总质量的百分比B B、粒级效率、粒级效率粒径在第粒径在第i i段的颗段的颗粒的粒级效率粒的粒级效率进口气体中粒径在第进口气体中粒径在第i i小小段的颗粒浓度段的颗粒浓度出口气体中出口气体中粒径在粒径在第第i i段的颗粒浓度段的颗粒浓度各种尺寸的颗粒被分各种尺寸的颗粒被分离出来的质量分率离出来的质量分率分割粒径（分割粒径（d50）：）：若含尘气体中某直径若含尘气体中某直径颗粒能够被去除颗粒能够被去除50%，则该颗粒的直径称，则该颗粒的直径
15、称为分割粒径，用为分割粒径，用 d50表示。对于标准型旋风表示。对于标准型旋风分离器分离器：旋风分离器的旋风分离器的圆筒直径，圆筒直径，m分割粒径分割粒径 由由d50计算粒级效率计算粒级效率p:颗粒直径，m总效率与粒级效率的关系：某粒径的质量分数某粒径的质量分数压降：压降：引起原因：引起原因：A.A.摩擦阻力，摩擦阻力，B.B.局部阻力，局部阻力，C.C.气体旋转运动所产生的能量损失。气体旋转运动所产生的能量损失。对于标准型旋风分离器，对于标准型旋风分离器，8 8，pp一般一般为为0.50.52kPa2kPa2 2、旋液分离器、旋液分离器（自学）（自学）用途：旋液分离器是用途：旋液分离器是利用
16、离心力使悬浮液中利用离心力使悬浮液中的固体颗粒增稠或使粒的固体颗粒增稠或使粒径不同及密度不同的颗径不同及密度不同的颗粒分级设备。粒分级设备。原理和构造：与旋风原理和构造：与旋风分离器相似。分离器相似。特点：直径小，圆锥部分长。特点：直径小，圆锥部分长。目的：增大离心力，提高沉降速度，增大目的：增大离心力，提高沉降速度，增大液流行程，有利于分离。液流行程，有利于分离。3 3、沉降离心机、沉降离心机（自学）（自学）（1 1）管式离心机）管式离心机构造：主要构件为内径构造：主要构件为内径0.0750.0750.15m,0.15m,长长1.5m1.5m管式转鼓，转速达管式转鼓，转速达8000800050000r/min,离心分离心分离因素为离因素为150001500060000.(2)(2)蝶式离心机蝶式离心机构造构造：转鼓内装有：转鼓内装有3030150150片倒锥形碟片，片倒锥形碟片，其直径一般为其直径一般为0.20.21m,1m,锥角为锥角为35355050度，度，转速为转速为400040007000r/min,7000r/min,分离因素为分离因素为40004000100000100000，用途：用途：用于乳浊液或含有少量细小颗粒的用于乳浊液或含有少量细小颗粒的悬浮液的分离。悬浮液的分离。结束结束