1第一篇气固分离设备.pptx

* 第一篇 气固分离概述 1 第一章 固体颗粒及其特性 定义： 沉降力场：重力、离心力。 在某种力场的作用下，利用分散物质与分散介质的密度差异，使之发生相对运动而分离的单元操作。 沉降操作分类：重力沉降、离心沉降。 * 第一篇 气固分离概述 2 第一章 固体颗粒及其特性 Fd与颗粒运动的方向相反。 当流体相对于静止的固体颗粒流动时，或者固体颗粒在静止流体中移动时，由于流体的粘性，两者之间会产生作用力，这种作用力通常称为曳力或阻力。 只要颗粒与流体之间有相对运动，就会产生阻力。 对于一定的颗粒和流体，只要相对运动速度相同，流体对颗粒的阻力就一样。 一、颗粒运动时的阻力 * 第一篇 气固分离概述 3 第一章 固体颗粒及其特性 阻力定义式： 一、颗粒运动时的阻力 ρ——流体密度； μ—— 流体粘度； dp——颗粒的当量直径； A—— 颗粒在运动方向上的投影面积； u—— 颗粒与流体相对运动速度。  —— 阻力系数，是雷诺数Re的函数，由实验确定。 * 第一篇 气固分离概述 4 第一章 固体颗粒及其特性 根据阻力随颗粒雷诺数变化的规律，可分为三个区域： 斯托克斯区（10-4Re 1） 过渡区或艾仑区（ 1 Re 103） 湍流区或牛顿区（ 103 Re 105） * 第一篇 气固分离概述 5 第一章 固体颗粒及其特性 一、颗粒在流体中的沉降过程 颗粒与流体在力场中作相对运动时，受到三个力的作用： 质量力 F＝ m a 浮 力 Fb= ρ g Vp 曳 力 Fd = ξ A ρ u2 /2 对于一定的颗粒和流体，重力Fg、浮力Fb一定，但曳力Fd却随颗粒运动速度而变化。 当颗粒运动速度u等于某一数值后达到匀速运动，这时颗粒所受的诸力之和为零。 * 第一篇 气固分离概述 6 第一章 固体颗粒及其特性 一、颗粒在流体中的沉降过程 自由沉降：颗粒在重力作用下在无界流体中的沉降过程，称为自由沉降 。 对单个球形颗粒的受力分析： 沉降的两个阶段：加速阶段和等速阶段; 加速段时间很短，整个过程可以忽略； 等速阶段，颗粒相对流体的速度称为沉降速度； 用ut表示，也称终端沉降速度。 * 第一篇 气固分离概述 7 第一章 固体颗粒及其特性 一、颗粒在流体中的沉降过程 根据牛顿第二定律，颗粒的重力沉降运动基本方程式应为: p —颗粒密度 * 第一篇 气固分离概述 8 第一章 固体颗粒及其特性 ξ是阻力系数，是颗粒对流体作相对运动的雷诺数Re的函数 当du/dt =0时，令u= ut，可得ut计算式 * 第一篇 气固分离概述 9 第一章 固体颗粒及其特性 Re=ρ u dp / μ * 第一篇 气固分离概述 10 第一章 固体颗粒及其特性 根据阻力随颗粒雷诺数变化的规律，可分为三个区域： 斯托克斯区（10-4Re 1） 过渡区或艾仑区（ 1 Re 103） 湍流区或牛顿区（ 103 Re 105） * 第一篇 气固分离概述 11 第一章 固体颗粒及其特性 层流区 过渡区 湍流区 将不同流动区域的阻力系数分别代入上式，得球形颗粒在各区相应的沉降速度分别为： ： * 第一篇 气固分离概述 12 第一章 固体颗粒及其特性 求沉降速度通常采用试差法。 沉降速度的求法： 假设流体流动类型； 计算沉降速度 ut ； 计算Re，验证与假设是否相符； 如果不相符，则转①。如果相符，OK ! * 第一篇 气固分离概述 13 第一章 固体颗粒及其特性 一直径为1mm、密度为2500kg/m3的玻璃球在20℃的水中沉降，试求其终端沉降速度 ut 。 校核流型，Re=ρ ut dp / μ =998.2×0.145×10-3/(1.005×10-3) =144 解：假设其流型属过渡区，故有： 故属于过渡区，与假设相符。 反之，当已知沉降速度，求颗粒直径时，也需要试差计算。 * 第一篇 气固分离概述 14 第一章 固体颗粒及其特性 已知一密度为3000kg/m3的球形颗粒在20℃的水中的终端沉降速度 ut =9.8×10-3m/s，试确定其粒径。 校核流型： Re=ρ ut dp / μ =998.2×9.8×10-3×95×10-6/(1.005×10-3) =0.92 解：假设其流型属层流区，故有： 故属于层流区，与假设相符。 * 第一篇 气固分离概述 15 第一章 固体颗粒及其特性 影响沉降速度的因素(以层流区为例) (1) 颗粒直径dp 啤酒生产，采用絮状酵母，dp↑→ut↑↑，使啤酒易于分离和澄清。 均质乳化， dp↓→ut↓↓，使饮料不易分层。 加絮凝剂，如水中加明矾。 (2) 连续相的粘度 加酶：清饮料中添加果胶酶，使