空氣中顆粒物沉降估算法課件

目的：流體與固體顆粒分離

原理：利用顆粒與流體之間的密度差，將固體顆粒從流體中分離出來。

常用方法：(1)重力沉降(分離較大的顆粒）

例：選礦3.4沉降(2)離心沉降(分離尺寸小的顆粒）

例：氣體除塵

目的：流體與固體顆粒分離3.4沉降(2)離心13.4.1重力沉降速度的計算

(1)球形顆粒的自由沉降

自由沉降：容器壁和其它顆粒不影響沉降速度；

干擾沉降：實際顆粒的沉降。勻速階段受力分析：

顆粒受力分析FeFDFb3.4.1重力沉降速度的計算顆粒受力分析FeFDFb2其它條件相同時，小顆粒后沉降?！粲绊懗两邓俣鹊囊蛩仄渌鼦l件相同時，密度大的顆粒先沉降?！羟蛐晤w粒的沉降速度其它條件相同時，顆粒在空氣較在水中易沉降。

①顆粒直徑

②流體密度

③顆粒密度

其它條件相同時，小顆粒后沉降?！粲绊懗两邓俣鹊囊蛩仄渌鼦l3②過渡區(qū)

◆沉降速度計算③湍流區(qū)①層流區(qū)②過渡區(qū)◆沉降速度計算③湍流區(qū)4問題：沉降速度ut未知，如何判斷流型？解決方法：試差法或判據(jù)法（避免試差）判據(jù)法：將上式代入Rep中，得到：問題：沉降速度ut未知，如何判斷流型？判據(jù)法：將上式代入Re5令則令則6(2)非球形顆粒的沉降速度處理方法：可先假定為顆粒球形，然后校正。同樣條件下因此ReP顆粒球形度對沉降速度的影響ut（非球形）/ut（球形）(2)非球形顆粒的沉降速度處理方法：可先假定為顆粒球形，7(3)不均勻顆粒的沉降速度粒徑不同時，大顆粒沉降速度快，小顆粒沉降速度慢。除去所有顆粒，應(yīng)以最小顆粒直徑計算ut。

顆粒分級時，以不同粒度，分別進(jìn)行計算ut。(4)影響沉降速度的其它因素①干擾沉降------顆粒沉降時彼此影響

顆粒濃度對沉降速度的影響大量顆粒沉降，造成流體反向運動(3)不均勻顆粒的沉降速度粒徑不同時，大顆粒沉降速度快，小8反向運動速度：表明：

流體表觀物性的影響

顆粒存在，改變了流體的表觀密度和表觀粘度。表觀粘度：表觀密度：反向運動速度：表明：

流體表觀物性的影響表觀粘度：表9

③液滴或氣泡變形液滴或氣泡受曳力變形，影響計算準(zhǔn)確性。②流體分子運動的影響

顆粒直徑小于2~3μm以下時，抑制重力沉降。計算干擾沉降速度：④壁效應(yīng)和端效應(yīng)時,器壁有影響③液滴或氣泡變形②流體分子運動的影響計算干擾沉降速10

3.4.2重力沉降設(shè)備

(1)降塵室①結(jié)構(gòu)及工作原理

入口截面：矩形

隨氣體的水平流速u；顆粒沉降速度ut。降塵室底面積：含塵氣體積流量：含塵氣流通截面積：顆粒運動速度分解：集塵斗氣體入口氣體出口降塵室含塵氣體凈化氣體顆粒降塵室操作示意圖3.4.2重力沉降設(shè)備隨氣體的水平流速u；降塵11顆粒的停留時間顆粒的沉降時間②顆粒分離(沉降)條件③生產(chǎn)能力(可處理的塵氣體積流量q

V)說明：生產(chǎn)能力由底面積、沉降速度決定，與降塵室高度無關(guān)，多用扁平形狀或多層降塵室(層高40-100mm)含塵氣體凈化氣體顆粒的停留時間顆粒的沉降時間②顆12氣體速度的選?。赫f明：設(shè)計時，以所需分離的最小顆粒為基準(zhǔn)適合于分離直徑在75μm以上的粗粒，一般作預(yù)除塵用多層降沉室清潔氣流含塵氣流擋板隔板氣體速度的選?。赫f明：設(shè)計時13(2)沉降槽（增稠器）利用重力沉降分離懸浮液的設(shè)備。分類：間歇式和連續(xù)式沉降過程：第一階段：沉降槽上部，顆粒濃度低，近似自由沉降；第二階段：沉降槽下部，顆粒濃度大，屬于干擾沉降。沉降速度：通常由實驗來確定。(2)沉降槽（增稠器）分類：間歇式和連續(xù)式沉降過程：14①計算沉降槽的截面積

假定顆粒全從沉降槽底部排出，則該截面上流體向上流動速度為：若該截面處固體顆粒的沉降速度為utm，則應(yīng)使u＜utm，于是得沉降槽的最小截面積為：注意：A的數(shù)值應(yīng)在進(jìn)料與底流之間的整個范圍內(nèi)進(jìn)行計算，選出其中的最大值，再乘以適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)，作沉降槽的橫截面積。①計算沉降槽的截面積假定顆粒全從沉降槽底部排出，則該截面15②計算沉降槽的高度沉降槽的總高度=壓緊區(qū)高度+其它區(qū)域的高度(1~2m)壓緊區(qū)高度：依據(jù)壓緊時間來決定，壓緊時間一般由間歇試驗來確定。壓緊區(qū)高度計算式為：注意：按上式計算出的壓緊區(qū)高度，通常需附加75%的安全量。

②計算沉降槽的高度沉降槽的總高度=壓緊區(qū)高度+其它區(qū)域的高163.4.3離心沉降速度的計算(1)離心沉降速度

計算方法：同重力場，重力→離心力；

離心沉降速度ur：隨顆粒旋轉(zhuǎn)半徑r變化。層流Stokes區(qū)：3.4.3離心沉降速度的計算(1)離心沉降速度層流St17(2)衡量離心分離性能的指標(biāo)

離心分離因數(shù):說明:評價離心分離設(shè)備的重要指標(biāo)

KC越大，分離效能越高。(2)衡量離心分離性能的指標(biāo)說明:評價離心分離設(shè)備183.4.4離心沉降設(shè)備工業(yè)上應(yīng)用的兩種型式：旋流器和離心沉降機(jī)。旋流器：設(shè)備靜止，流體旋轉(zhuǎn)運動；離心沉降機(jī)：設(shè)備本身和液體一起旋轉(zhuǎn)。(1)旋風(fēng)分離器

①基本結(jié)構(gòu)與操作原理

進(jìn)氣口形狀：矩形

尺寸：進(jìn)口管A、B；圓柱筒直徑D(主要尺寸)；排氣口直徑D1。進(jìn)氣排氣出灰口旋風(fēng)分離器示意圖B3.4.4離心沉降設(shè)備工業(yè)上應(yīng)用的兩種型式：旋流器和離心沉19標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器尺寸間關(guān)系：②旋風(fēng)分離器的性能參數(shù)

◆臨界粒徑dc：能夠分離出的最小顆粒直徑。假設(shè)條件：

a）顆粒與氣體在器內(nèi)等速運動，均為進(jìn)口氣速；

b）顆粒沉降時，最大距離是旋風(fēng)分離器進(jìn)氣口寬度B；c）顆粒沉降處于stokes區(qū)。沉降速度：標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器尺寸間關(guān)系：②旋風(fēng)分離器的性能參數(shù)假設(shè)條件20沉降時間：

設(shè)：氣體旋轉(zhuǎn)圈數(shù)N，則氣流運行距離顆粒分離條件：氣體停留時間：沉降時間：設(shè)：氣體旋轉(zhuǎn)圈數(shù)N，則氣流運行距離顆21◆分離效率：

（1）總效率（2）分級效率兩者關(guān)系：按假設(shè)情況：實際情況：◆分離效率：（1）總效率（2）分級效率兩者關(guān)系：按假設(shè)22◆旋風(fēng)分離器的阻力

是旋風(fēng)分離器的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。分級效率曲線0102030405020406080100粒徑

di/μm分級效率ηi/%101.00.1粒徑比

di/d50分級效率ηi/%204060100標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器的ηi與di/d50曲線◆旋風(fēng)分離器的阻力分級效率曲線0102030423③常見旋風(fēng)分離器的形式

1）進(jìn)口方式

切向進(jìn)口：切向進(jìn)口方式結(jié)構(gòu)簡單，較常用。

旋風(fēng)分離器切向進(jìn)口B③常見旋風(fēng)分離器的形式旋風(fēng)分離器切向進(jìn)口B24螺旋面進(jìn)口：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計制造不方便。蝸殼形進(jìn)口：結(jié)構(gòu)簡單，減小阻力。軸向進(jìn)口：常用于多管式旋風(fēng)分離器。螺旋面進(jìn)口：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計制造不方便。蝸殼形進(jìn)口：25

2）常用型式標(biāo)準(zhǔn)型、CLT/A型、CLP型、擴(kuò)散式等。標(biāo)準(zhǔn)型：結(jié)構(gòu)簡單、容易制造、處理量大；適用于捕集密度大且顆粒尺寸大的粉塵。標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器2）常用型式標(biāo)準(zhǔn)型：結(jié)構(gòu)簡單、容易制造、處理量大；標(biāo)準(zhǔn)型旋26CLT/A型：具有螺旋面進(jìn)口，結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器相似；CLP型：蝸殼形進(jìn)口，分為A型和B型；擴(kuò)散式：適用于凈化顆粒濃度較高的氣體。多級旋風(fēng)分離器CLT/A型：具有螺旋面進(jìn)口，結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器相似；C27(2)旋液分離器

●分離液-固非均相混合物；

●結(jié)構(gòu)與工作原理與旋風(fēng)分離器類似；

●特點：形狀細(xì)長、直徑小、圓錐部分長；

●優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，沒有運動部件，體積小、處理量大；

●缺點：產(chǎn)生較大阻力；造成設(shè)備嚴(yán)重磨損。1－懸浮液入口管2－圓筒3－錐形筒4－第流出口5－中心溢流管6－溢流出口管(2)旋液分離器1－懸浮液入口管28(3)離心沉降機(jī)

▲分離液-固非均相混合物

▲特點：轉(zhuǎn)速可以根據(jù)需要調(diào)整，適用于分離困難的體系，

▲常用的離心沉降機(jī)：轉(zhuǎn)鼓式離心機(jī)、蝶片式離心機(jī)等。轉(zhuǎn)鼓式離心沉降機(jī)：

1－固體2－液體(3)離心沉降機(jī)轉(zhuǎn)鼓式離心沉降機(jī)：1－固體29蝶片式離心機(jī)：

用途：分離乳濁液和從液體中分離少量極細(xì)的固體顆粒，廣泛用于潤滑油脫水、牛乳脫脂、飲料澄清等。蝶片式離心機(jī)：用途：分離乳濁液和從液體中分離少量極30管式超速離心機(jī)：管式超速離心機(jī)：31

目的：流體與固體顆粒分離

原理：利用顆粒與流體之間的密度差，將固體顆粒從流體中分離出來。

常用方法：(1)重力沉降(分離較大的顆粒）

例：選礦3.4沉降(2)離心沉降(分離尺寸小的顆粒）

例：氣體除塵

目的：流體與固體顆粒分離3.4沉降(2)離心323.4.1重力沉降速度的計算

(1)球形顆粒的自由沉降

自由沉降：容器壁和其它顆粒不影響沉降速度；

干擾沉降：實際顆粒的沉降。勻速階段受力分析：

顆粒受力分析FeFDFb3.4.1重力沉降速度的計算顆粒受力分析FeFDFb33其它條件相同時，小顆粒后沉降?！粲绊懗两邓俣鹊囊蛩仄渌鼦l件相同時，密度大的顆粒先沉降。◆球形顆粒的沉降速度其它條件相同時，顆粒在空氣較在水中易沉降。

①顆粒直徑

②流體密度

③顆粒密度

其它條件相同時，小顆粒后沉降?！粲绊懗两邓俣鹊囊蛩仄渌鼦l34②過渡區(qū)

◆沉降速度計算③湍流區(qū)①層流區(qū)②過渡區(qū)◆沉降速度計算③湍流區(qū)35問題：沉降速度ut未知，如何判斷流型？解決方法：試差法或判據(jù)法（避免試差）判據(jù)法：將上式代入Rep中，得到：問題：沉降速度ut未知，如何判斷流型？判據(jù)法：將上式代入Re36令則令則37(2)非球形顆粒的沉降速度處理方法：可先假定為顆粒球形，然后校正。同樣條件下因此ReP顆粒球形度對沉降速度的影響ut（非球形）/ut（球形）(2)非球形顆粒的沉降速度處理方法：可先假定為顆粒球形，38(3)不均勻顆粒的沉降速度粒徑不同時，大顆粒沉降速度快，小顆粒沉降速度慢。除去所有顆粒，應(yīng)以最小顆粒直徑計算ut。

顆粒分級時，以不同粒度，分別進(jìn)行計算ut。(4)影響沉降速度的其它因素①干擾沉降------顆粒沉降時彼此影響

顆粒濃度對沉降速度的影響大量顆粒沉降，造成流體反向運動(3)不均勻顆粒的沉降速度粒徑不同時，大顆粒沉降速度快，小39反向運動速度：表明：

流體表觀物性的影響

顆粒存在，改變了流體的表觀密度和表觀粘度。表觀粘度：表觀密度：反向運動速度：表明：

流體表觀物性的影響表觀粘度：表40

③液滴或氣泡變形液滴或氣泡受曳力變形，影響計算準(zhǔn)確性。②流體分子運動的影響

顆粒直徑小于2~3μm以下時，抑制重力沉降。計算干擾沉降速度：④壁效應(yīng)和端效應(yīng)時,器壁有影響③液滴或氣泡變形②流體分子運動的影響計算干擾沉降速41

3.4.2重力沉降設(shè)備

(1)降塵室①結(jié)構(gòu)及工作原理

入口截面：矩形

隨氣體的水平流速u；顆粒沉降速度ut。降塵室底面積：含塵氣體積流量：含塵氣流通截面積：顆粒運動速度分解：集塵斗氣體入口氣體出口降塵室含塵氣體凈化氣體顆粒降塵室操作示意圖3.4.2重力沉降設(shè)備隨氣體的水平流速u；降塵42顆粒的停留時間顆粒的沉降時間②顆粒分離(沉降)條件③生產(chǎn)能力(可處理的塵氣體積流量q

V)說明：生產(chǎn)能力由底面積、沉降速度決定，與降塵室高度無關(guān)，多用扁平形狀或多層降塵室(層高40-100mm)含塵氣體凈化氣體顆粒的停留時間顆粒的沉降時間②顆43氣體速度的選?。赫f明：設(shè)計時，以所需分離的最小顆粒為基準(zhǔn)適合于分離直徑在75μm以上的粗粒，一般作預(yù)除塵用多層降沉室清潔氣流含塵氣流擋板隔板氣體速度的選取：說明：設(shè)計時44(2)沉降槽（增稠器）利用重力沉降分離懸浮液的設(shè)備。分類：間歇式和連續(xù)式沉降過程：第一階段：沉降槽上部，顆粒濃度低，近似自由沉降；第二階段：沉降槽下部，顆粒濃度大，屬于干擾沉降。沉降速度：通常由實驗來確定。(2)沉降槽（增稠器）分類：間歇式和連續(xù)式沉降過程：45①計算沉降槽的截面積

假定顆粒全從沉降槽底部排出，則該截面上流體向上流動速度為：若該截面處固體顆粒的沉降速度為utm，則應(yīng)使u＜utm，于是得沉降槽的最小截面積為：注意：A的數(shù)值應(yīng)在進(jìn)料與底流之間的整個范圍內(nèi)進(jìn)行計算，選出其中的最大值，再乘以適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)，作沉降槽的橫截面積。①計算沉降槽的截面積假定顆粒全從沉降槽底部排出，則該截面46②計算沉降槽的高度沉降槽的總高度=壓緊區(qū)高度+其它區(qū)域的高度(1~2m)壓緊區(qū)高度：依據(jù)壓緊時間來決定，壓緊時間一般由間歇試驗來確定。壓緊區(qū)高度計算式為：注意：按上式計算出的壓緊區(qū)高度，通常需附加75%的安全量。

②計算沉降槽的高度沉降槽的總高度=壓緊區(qū)高度+其它區(qū)域的高473.4.3離心沉降速度的計算(1)離心沉降速度

計算方法：同重力場，重力→離心力；

離心沉降速度ur：隨顆粒旋轉(zhuǎn)半徑r變化。層流Stokes區(qū)：3.4.3離心沉降速度的計算(1)離心沉降速度層流St48(2)衡量離心分離性能的指標(biāo)

離心分離因數(shù):說明:評價離心分離設(shè)備的重要指標(biāo)

KC越大，分離效能越高。(2)衡量離心分離性能的指標(biāo)說明:評價離心分離設(shè)備493.4.4離心沉降設(shè)備工業(yè)上應(yīng)用的兩種型式：旋流器和離心沉降機(jī)。旋流器：設(shè)備靜止，流體旋轉(zhuǎn)運動；離心沉降機(jī)：設(shè)備本身和液體一起旋轉(zhuǎn)。(1)旋風(fēng)分離器

①基本結(jié)構(gòu)與操作原理

進(jìn)氣口形狀：矩形

尺寸：進(jìn)口管A、B；圓柱筒直徑D(主要尺寸)；排氣口直徑D1。進(jìn)氣排氣出灰口旋風(fēng)分離器示意圖B3.4.4離心沉降設(shè)備工業(yè)上應(yīng)用的兩種型式：旋流器和離心沉50標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器尺寸間關(guān)系：②旋風(fēng)分離器的性能參數(shù)

◆臨界粒徑dc：能夠分離出的最小顆粒直徑。假設(shè)條件：

a）顆粒與氣體在器內(nèi)等速運動，均為進(jìn)口氣速；

b）顆粒沉降時，最大距離是旋風(fēng)分離器進(jìn)氣口寬度B；c）顆粒沉降處于stokes區(qū)。沉降速度：標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器尺寸間關(guān)系：②旋風(fēng)分離器的性能參數(shù)假設(shè)條件51沉降時間：

設(shè)：氣體旋轉(zhuǎn)圈數(shù)N，則氣流運行距離顆粒分離條件：氣體停留時間：沉降時間：設(shè)：氣體旋轉(zhuǎn)圈數(shù)N，則氣流運行距離顆52◆分離效率：

（1）總效率（2）分級效率兩者關(guān)系：按假設(shè)情況：實際情況：◆分離效率：（1）總效率（2）分級效率兩者關(guān)系：按假設(shè)53◆旋風(fēng)分離器的阻力

是旋風(fēng)分離器的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。分級效率曲線0102030405020406080100粒徑

di/μm分級效率ηi/%101.00.1粒徑比

di/d50分級效率ηi/%204060100標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器的ηi與di/d50曲線◆旋風(fēng)分離器的阻力分級效率曲線0102030454③常見旋風(fēng)分離器的形式

1）進(jìn)口方式

切向進(jìn)