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第二节 沉降分离原理及方法
3.2.1 重力沉降
一、球形颗粒的自由沉降
工业上沉降操作所处理的颗粒甚小,因而颗粒与流体间的接触表面相对甚大,故阻力速度增长很快,可在短暂时间内与颗粒所受到的净重力达到平衡,所以重力沉降过程中,加速度阶段常可忽略不计。 2
Fg?Fb?Fd?maFA?u
d??2
?d3??d3?g???d2??或664??u2??2????6d3sg???sa 阻力 Fd浮力阻力 Fb重力 Fg当颗粒开始沉降的瞬间:u?0 因为Fd?0 a最大
u? Fd? a?
当a?0
u?ut——沉降速度“终端速度”
u?4gd??s???t推导得
3??
??4d2????u2???2????6d3g??s???
式中:
ut——球形颗粒的自由沉降速度,?ms?; d ——颗粒直径,?m?;
?s——颗粒密度,?kgm3?; ?——流体密度,?kgm3?g——重力加速度?ms2?;
;
a?0
?——阻力系数,无因次, ??410?Ret滞留区
?f??s.Ret? ?s——球形度
?s?ssp
综合实验结果,上式为表面光滑的球形颗粒在流体中的自由沉降公式。
d2??s???g24?1 ??Re ut?18? 斯托
克斯公式
18.5ut?0.273??1?Ret?10 Re0.6 过渡区
公式
d??s???g?Ret0.6 艾仑
湍流区
公式
10?Ret?2?1035 ??0.44
ut?1.74d??s???g? 牛顿
Ret?dut?
该计算公式(自由沉降公式)有两个条件:
1.容器的尺寸要远远大于颗粒尺寸(譬如100倍以上)否则器壁会对颗粒的沉降有显著的阻滞作用,(自由沉降—是指任一颗粒的沉降不因流体中存在其他颗粒而受到干扰。自由沉降发生在流体中颗粒稀松的情况下,否则颗粒之间便会发生相互影响,使沉降的速度不同于自由沉降速度,这时的沉降称为干扰沉降。干扰沉降多发生在液态非均相系的沉降过程中。)
2.颗粒不可过分细微,否则由于流体分子的碰撞将使颗粒发生布朗运动。 二、非球形颗粒的自由沉降
?s?s?sp积;
球面积公式
S球?4?R2 R—半径;
S—与颗粒体积相等的一个圆球的表面
Sp—颗粒的表面积?m?。
2?6de?Vp33
Vp-颗粒体积m;
??3de?6?Vp de—颗粒当量直径?m?。
三、沉降速度的计算
1、试差法见讲义例题,计算t
uut?Ret以判断流型后选计算式,先确定流型?求出ut?计算出Ref?检验Ret是否符合假设。
2、摩擦数群法
使?及Ret坐标之一变成ut的已知数群
ut?4d??s???g4gd??s???Ret??23?ut3?? 解得 又
?dut??
34d???s???g2?Re?t22Reu3??令与t相乘可消去t
查Ret~~~Rt图 求
?12?Ret2?查Ret?ut?Ret?d?
另也可用?Ret 消去颗粒直径d
?Ret?1~~~Ret?de?
四、重力沉降设备 1、降尘室: Ret??ut
含尘气体净化气体尘粒 令 l—降尘室长度[m];
H—降尘室高度[m];
t—颗粒沉降速度[m/s]; b—降尘室宽度[m];
u—气体在降尘室内水平通过的速度[m/s];
u?t?颗粒沉降时间:
Hut, 气体通过时间:
??
lu
颗粒被分离出来的条件:令:
???tlH? 即uut
VS-降尘室处理含尘气体体积流量,又称为降尘室生产能力。
??lHVs?u?uut Hb,代入气体水平流速:
V? s?blut
或
Vsut?bl
注意;1、t按需要完全分离下来的最小颗粒计算。 2、u应保证气体流动雷诺准数处于滞流区。 2、悬浮液的沉聚过程 u清液区等浓度区变浓度区沉聚区D悬浮液的沉聚过程;属重力沉降,在沉降槽中进行。固体颗粒在液体中的沉降过程,大多属于干扰沉降。比固体颗粒在气体中自由沉降阻力大。随着沉聚过程的进行,A,D两区逐渐扩大,B区这时逐渐缩小至消失。在沉降开始后的一段时间内,A,B两区之间的界面以等速向下移动,直至B区消失时与C区的上界面重合为止。此阶段中AB界面向下移动的速度即为该浓度悬浮液中颗粒的表观沉降速度u0。表观沉降速度u0不同于颗粒的沉降速度
ut,因为它是颗粒相对于器壁的速度,而不是颗粒相对于流体的速度。
等浓度B区消失后,AC界面以逐渐变小的速度下降,直至C区消失,此时在清液区与沉聚区之间形成一层清晰的界面,即达到“临界沉降点”,此后便属于沉聚区的压紧过程。D区又称为压紧区,压紧过程所需时间往往占沉聚过程的绝大部分。
通过间歇沉降实验,可以获得表观沉降速度u0与悬浮液浓度及沉渣浓度与压紧时间的二组对应关系数据,作为沉降槽设计的依据。
运动与静止的相对性:自然界中所有物质都是运动的,我们平时所说的运动与静止都是相对于不动的物体(参照物)而说的,物体相对于参照物发生位置的变化叫运动,不发生位置变化的叫静止,由于参照物不同,观察同一物体的运动状态也不同。因此运动与静止只有相对的意义。
3、 沉降槽的构造与操作
沉降槽分为间歇式和连续式两种:
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