第三章机械分离(1、2节)汇总
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第三章机械分离总学时:5【学习要求】通过本章的学习能掌握流体与粒子相对运动的基本概念和原理,理解沉降和过滤单元操作的原理;掌握沉降和过滤过程及设备的计算。
举例:结晶的方法提纯产品,需要将晶体与母液分离;用溶剂萃取的方法从天然产物中提取生物活性物质,需要将溶液与固体杂质分离。
第一节 流体与粒子的相对运动【考核知识点和考核要求】了解:曳力和曳力系数;当量直径;形态系数;流体通过固定床的流动 理解:颗粒的自由沉降和沉降速度 掌握:沉降速度计算【本节课时分配】2节【具体讲授内容】 一、颗粒在流体中运动(一)曳力和曳力系数(了解)曳力:流体与分散于其中的固体颗粒之间有相对运动时,将产生相互作用的作用力,流体对颗粒表面施加的力称为曳力。
范宁摩擦因子f 将流体流经管壁面时所受到的壁面剪应力s τ与流体的动量通量2u ρ直接关联。
22u fs ρτ=(单位体积)流体与分散于其中的固体颗粒之间的相对运动也可参照上述公式。
考虑到颗粒表面的复杂性,不用剪应力s τ而用颗粒总曳力d F 代替,将p A 定义为颗粒在流体流动方向上的投影面积,用曳力系数D C 代替范宁摩擦因子f 。
u ——流体与颗粒的相对速度,m/s )上式曳力系数D C 是颗粒雷诺数p Re 的函数,p Re 的定义为:p Re =μρu d p (p d ——颗粒直径)曳力系数D C 是颗粒雷诺数p Re 见下图。
(其中1代表球形颗粒,1=A ϕ)该曲线分为四个区域,每个区域可用相应的公式表示。
(1)1Re 104<<p -,为层流区:pD C Re 24=(2)1000Re 1<<p ,为过渡区:6.0Re 5.18pD C =(3)5102Re 1000⨯<<p ,为湍流区:44.0≈D C(4)5102Re ⨯>p ,为湍流边界层区。
曳力系数下降呈不规则的变化,D C 大约保持在0.1。
(二)颗粒的自由沉降与沉降速度(理解,掌握)球形颗粒在流体中的受力有: 向下的重力:63gd g V F p p p g ρπρ==(p d 颗粒直径;p ρ颗粒密度)向上的浮力:63gd g V F p b ρπρ==(ρ流体的密度)向上的曳力:2422u d C F pDD ρπ=分析:颗粒所受的重力和浮力均与流速无关,但曳力与流速有关。