在 设计时从容器尺寸和流体分布上加以考虑

作者:浙江体彩网 | 2021-01-29 08:29

  第一节 概述 一、均相混合物与非均相混合物的概念 均相混合物物系:内部各处物料性质均匀而 且不存在相界面的混合物。例如:互溶溶液及混 合气 非均相混合物:物系内部有隔开两相的界面 存在且界面两侧的物料性质截然不同的混合物。 例如:固体颗粒和气体构成的含尘气体;固体颗 粒和液体构成的悬浮液 ;不互溶液体构成的乳浊 液;液体颗粒和气体构成的含雾气体。 固体——固体:固体混合物 固体——液体:悬浮液 非均相混合物 固体——气体:含尘气体 液体——气体:含雾气体 液体——液体:乳浊液 二、非均相物系的分离 1、非均相物系 2、分散物质(分散相) 3、分散介质(连续相) 4、分离的目的:回收物质、净化物质、环保的需要。 5、常用分离方法:重力沉降、离心沉降、过滤。 三、颗粒与流体相对运动所受阻力 1、相对运动速度不同,流体对颗粒阻力不一样。 2、阻力计算 2 流体-固体之间作用力 ? u ? ?u2 Fd ? ? ? A 2 ξ:阻力系数(量纲为1),是流体相对于颗粒 运动时的雷诺数的函数。 ?ud p Re ? ? 斯托克斯区 阿仑区 牛顿区 阻力系数~Re关系图 四、非均相分离技术在环境工程中的应 用 (1)含尘气体的净化 (2)废水中固体颗粒的去除 (3)回收可利用的物质 (4)应用流态化技术加快反应速度 五、颗粒及颗粒群的物理性质 1、单颗粒 (1)球形颗粒 体积 表面积 比表面积 V= π/6 d3 S=πd2 S/V=6/d d ea ? 6 ae (2)非球形颗粒 体积当量直径de de= 3 6VP ? 表面积当量直径des 比表面积当量直径: des = SP ? 形状系数: 2、颗粒群 (1)粒子的密度 真实密度(不包括颗粒之间的空隙),堆积 密度(表观密度,容积密度) (2)粒度分布 在一定量的颗粒群中,用粒度分布来表示不 同粒径粒子量占颗粒群总粒子量的比例。可用粒 度分布矩阵图来表示(不同尺寸的筛子),或正 态分布曲线表示(激光式粒度测定仪)。 颗粒的平均粒径计算方法有多种,如算数平 均粒径、平均比表面积粒径等。 3、颗粒床层 (1)床层空隙率 Vt:颗粒床层体积 Vs:颗粒群的体积 (2)床层比表面积(单位体积床层的颗粒群 所具有的表面积) ae:颗粒的比表面积,ρb:颗粒群的堆积密度, ρs:颗粒群的线)颗粒床层的特性 ①床层的自由截面积:由于床层颗粒群内的空隙相连,形成流体 可能通过的通道,工业上,根据应用的需要,常将流体以一定的 方式和流速流过颗粒床层,这就引申出流体流通面积的物理量。 床层的自由截面积是指床层截面上,流体可以自由流过的面积, 即流体流通截面积。 ②小颗粒床层各向同性:由小粒径和粒子随机乱堆而成的床层另 一个重要特性是床层具备各向同性的特性。重要性质之一是自由 截面积与床层截面积之比在数量上等于孔隙率。 ③颗粒床层的壁效应:实际上,颗粒床层容器壁面附近颗粒群的 空隙率总是大于床层内部,则容器壁附近流通的流动阻力较小, 所以当流体流过床层时,流体逐渐趋近容器壁,使整个床层流体 分布不均匀,这种效应称为壁效应。当床层直径D与颗粒直径d之 比较小时,壁效应的影响尤为严重。所以,为了减少壁效应,在 设计时从容器尺寸和流体分布上加以考虑。 第二节 重力沉降及设备 一、沉降分离的一般原理和类型 重力场 离心力场 电场 惯性力场 重力沉降 离心沉降 电沉降 惯性沉降 扩散沉降 流体: 液体 气体 相对运动 固体颗粒物 液珠 沉降表面:器底、 器壁或其他表面 沉降过程类型与作用力 沉降过程 重力沉降 离心沉降 电沉降 作用力 重力 离心力 电场力 特 征 沉降速度小,适用于较大颗粒分离 适用于不同大小颗粒的分离 带电微细颗粒(0.1?m)的分离 惯性沉降 扩散沉降 惯性力 热运动 适用于10-20?m以上粉尘的分离 微细粒子(0.01?m)的分离 在环境领域沉降原理如何利用? ? 水与废水处理: 各种颗粒物(无机砂粒、有机絮体……)的沉降 比重较小絮体的上浮 油珠的上浮 ? 气体净化: 粉尘、液珠…… 二、沉降速度 F 颗粒受力分析:以球形颗粒为研究对象 d 重力: Fg ? 1 ?d 3 p?pg 6 F b 1 3 F ? ? d 流体对颗粒的浮力: b p ?g 6 流体对颗粒的阻力: Fd ? ?AP F g ?u 2 2 由动量定理: du F ? Fg ? Fb ? Fd ? m d? d ?g ? ? 3 p ? 6 d ?pg ? 3 p ? 6 ? 4 d 2 p ?u 2 du ? d ?p 2 6 d? 3 p ? 颗粒在流体内作重力沉降运动的过程将经历先加速后匀速 的运动过程,其最终的速度称重力沉降速度(ut ),且颗粒 的加速运动过程很短,一般情况下不予考虑。 当 du ?0 d? 时,u=ut,则: ? 6 d3 p ?pg ? ? 6 d3 p ?g ? ? ? 4 2 dp ?ut2 2 ?0 整理得 ut ? 4 gd p ( ? p ? ? ) 3?? 球形颗粒的阻力系数ξ是颗粒雷诺数的函数,需实验测定。 阻力系数ξ-Re关系曲线,分三个区: ? 层流区(斯托克斯区):阻力主要为摩擦阻力。 ? ? 24 Re ? 过渡区(阿仑区):此时阻力为摩擦阻力和形体 阻力之和。 ? 湍流区(牛顿区):此时阻力主要为形体阻力。 ?? 10 Re ? ? 0.44 将用沉降速度ut表示的颗粒雷诺数Re代入层流 区沉降速度公式中: 24 ? ? Ret ? ? Re 2 dp (? p ? ? )g ut ? 18? d p ut ? ut ? 4 gd p ( ? p ? ? ) 3?? 即层流区沉降速度计算式,也称斯托克斯(Stokes)公式。


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