《化工原理》课程教学资源（课件讲稿）第5章 颗粒的沉降和流态化

第5章 5.1概述 颗粒的 5.2颗粒的沉降运动 沉降和流态化 5.3沉降分离设备 5.4固体流态化技术 5.5气力输送 内容：沉降分离方法的原理、过程及设备计算、影响因 素分析及强化措施，进行设备选型

第5章 颗粒的 沉降和流态化 5.1 概 述 5.2 颗粒的沉降运动 5.3 沉降分离设备 5.4 固体流态化技术 5.5 气力输送 内容：沉降分离方法的原理、过程及设备计算、影响因 素分析及强化措施，进行设备选型

非均相物系的分离手段 (1)沉降：分离气液、气固混合物。 ①密度差异 (2)离心分离：分离液液、液固混合物。 颗粒相对流体运动 (3)筛分：分离固固混合物。 ②介质对物质的拦截作用 流体相对颗粒运动 (4)过滤：分离液固混合物。 ③电场作用：固液分离根据电荷不同在不同电极上沉积

②介质对物质的拦截作用 流体相对颗粒运动 ①密度差异 颗粒相对流体运动 非均相物系的分离手段 （1）沉降：分离气液、气固混合物。 （2）离心分离：分离液液、液固混合物。 （3）筛分：分离固固混合物。 （4）过滤：分离液固混合物。 ③电场作用：固液分离 根据电荷不同在不同电极上沉积

第五章 粒的 降和流化 5.1概述 5.1.1工业背景 (1)重力沉降一除尘 旋风分离器一回收细颗粒催化剂 鼓风 0 60 粒级分离一浮选矿物 金矿粒与沙糌 08. 气流粉碎一细颗粒制备 稻谷 瘪谷 (2)流化床一干燥， 化学反应 (3)气力输送一颗粒输送

5.1 概述 5.1.1 工业背景 （1）重力沉降—除尘 旋风分离器—回收细颗粒催化剂 粒级分离—浮选矿物 金矿粒与沙粒 气流粉碎—细颗粒制备 （2）流化床—干燥， 化学反应 （3）气力输送—颗粒输送 第五章 �粒的�降和流�化

5.2颗粒的沉降运动 5.2.1流体对固体颗粒的绕流 流体流动可分为两类：①内部流动一管流 ②外部流动一绕流 绕流可发生在下列系统中： 固-流（气、液），液-液，气-液，液-气 本章分析典型的系统： 固-流（气，液）

5.2 颗粒的沉降运动 5.2.1 流体对固体颗粒的绕流 流体流动可分为两类：①内部流动—管流 ②外部流动—绕流 绕流可发生在下列系统中： 固-流(气、液)，液-液，气-液，液-气 本章分析典型的系统： 固-流（气，液）

沉降运动： ◆流体静止，颗粒运动 ◆颗粒静止，流体绕流 ◆流体和固体颗粒均在运动 假定颗粒静止，流体相对于颗粒绕流，分析流体对颗 粒的作用

沉降运动：  流体静止，颗粒运动  颗粒静止，流体绕流  流体和固体颗粒均在运动 假定颗粒静止，流体相对于颗粒绕流，分析流体对颗 粒的作用

曳力：流体与固体颗粒相对运动时，流体对颗粒的作用力8 研究对象：物体受力运动 真空中 流体中 曳力 浮力 重力 lPeg 6 加速度g 重力 πd品Pg 6 阻力一曳力是一对力 流体受到固体给的力一阻力 固体受到流体给的力一曳力

阻力—曳力是一对力 流体受到固体给的力—阻力 固体受到流体给的力—曳力 曳力：流体与固体颗粒相对运动时，流体对颗粒的作用力。 研究对象：物体受力运动

静止流体中： 颗粒静止 「体积力 重力 时受力 表面力 ⑤p4。浮力 (④#dA)n=0 颗粒运动 体积力 重力 时受力 浮力 pdA) 表面力 形体曳力 (小？#dA,表面曳力 曳力=形体曳力+表面曳力

曳力=形体曳力+表面曳力 静止流体中：

5.2.2静止流体中 粒的自由降 (1)沉降速度u—球形颗粒的自由沉降 方F 静止流体中，固体受力： 重g mg 三d,Y (5-9) 6 相速度u 浮力F m yg d,3g(5-11) 6 运动时：浮力、重力和曳力（表面曳 粒在流体中流 所受阻 力和形体曳力)，而曳力随着颗粒与流体间的相对运动速度而 变，可仿照流体流动阻力的计算式写为 F。]A, Yu2 球形粒A d 2 4 (5-13) Yu2 Fp 2

曳力 FD �粒在流体中流��所受阻力 相 速度u 重力Fg mg d p  p g  3 6 浮力 g d g m F p p b     3 6 运动时：浮力、重力和曳力（表面曳 力和形体曳力），而曳力随着颗粒与流体间的相对运动速度而 变，可仿照流体流动阻力的计算式写为 2 2 u FD Ap   2 4 A d  球形 粒 4 2 2 2 u FD d p     静止流体中，固体受力： 5.2.2 静止流体中�粒的自由�降 （1）沉降速度ut ——球形颗粒的自由沉降 （5-9） （5-11） （5-13）

Fs Fo Fp ma (5-14) dyg君s1,d a 颗粒开始沉降的瞬间，速度=0，因此曳力F=0,amax 颗粒开始沉降后，u↑→FD个；u→4，a=0。 等速阶段中颗粒相对与流体的运动速度，称自由 降速度。 当a=0旺adg 6 护度西 4dng(Y。) 3Y] 一自由 降速度表式 (5-17/18)

d a u d p p g d g d p p  p         3 2 3 3 2 6 6 4 2 6 (a) 颗粒开始沉降的瞬间，速度u=0，因此曳力FD=0，a→max 颗粒开始沉降后，u ↑ →FD ↑；u →ut ，a=0 。 等速阶段中颗粒相对与流体的运动速度ut 称 自由 降速度。 当a=0时，u=ut，代入（a）式 0 6 6 4 2 2 3 3 2 t s p u d p g d g d p        3 4 ( )  p  p  t d g u ——自由 降速度表 式 F F F ma g b D ( )     p t d u （5-17/18） （5-14）

d Yu (2)曳力系数4P144) 888 通过因次分析法得知，ζ值是颗粒与流体相对运动时 的雷诺数Rep的函数。 对于球形颗粒的曲线，按Re值大致分为三个区： ①层流区或斯托克斯kes)定律区（得 Yg u, 18Π 斯托克斯公式 (5-19) 影响因素：dp,△gg,4 思考：.气固分离，气体先加热后沉降还是先沉降后加热？

（2）曳力系数ζ(P144) 通过因次分析法得知，ζ值是颗粒与流体相对运动时 的雷诺数Rep的函数。 对于球形颗粒的曲线，按Rep值大致分为三个区： ①层流区或斯托克斯(stokes)定律区（Rep<2） Re p 24     18 2 d g u p p t ——斯托克斯公式 影响因素：dp,Δρ，g，μ 思考：.气固分离，气体先加热后沉降还是先沉降后加热？ ( )     p t d u （5-6） （5-19）