化工原理12非均相混合物分離及固體流態(tài)化

1、1第三章、非均相混合物分離及固體流態(tài)化3.1 沉降分離原理及設(shè)備3.1.1 顆粒相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)3.1.2 重力沉降3.1.3 離心沉降2慣性離心力作用下實(shí)現(xiàn)的沉降過程稱為離心沉降。顆粒受到三個(gè)力 顆粒與流體在徑向上的相對(duì)速度236TudR向心力236TsudR慣性離心力2242rud阻力一、離心沉降速度及分離因數(shù)顆粒的圓周運(yùn)動(dòng)速度3上述三個(gè)力達(dá)到平衡時(shí)：22233206642TTrsuuudddRR 平衡時(shí)顆粒在徑向上相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度ur便是它在此位置上的離心沉降速度：24 ()3sTrduuR離心沉降速度(3-35) 一、離心沉降速度及分離因數(shù)4一、離心沉降速度及分離因數(shù)離心沉降時(shí)，若

2、顆粒與流體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)處于滯流區(qū)，則可得 22()18sTrduuR2TcuKgR同一顆粒所受的離心力與重力之比稱為離心分離因數(shù)。 離心分離因數(shù)5二、離心沉降設(shè)備1. 旋風(fēng)分離器（1）旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)與操作原理 動(dòng)畫156（2）旋風(fēng)分離器的性能9cesiBdNu臨界粒徑旋風(fēng)分離器的進(jìn)氣口寬度旋風(fēng)分離器的進(jìn)口氣速氣流的有效旋轉(zhuǎn)圈數(shù)臨界粒徑是判斷旋風(fēng)分離器分離效率高低的重要依據(jù)。臨界粒徑越小，說明旋風(fēng)分離器的分離性能越好。二、離心沉降設(shè)備71201CCC分離效率總效率0 121iip iiCCC粒級(jí)效率pi 01nip iix二、離心沉降設(shè)備8 通過實(shí)測(cè)旋風(fēng)分離器進(jìn)、出氣流中所含塵粒的濃度及粒度分布

3、，可得粒級(jí)效率與顆粒直徑di的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，該曲線稱為粒級(jí)效率曲線。 粒級(jí)效率曲線 粒級(jí)效率恰為50%的顆粒直徑，稱為分割粒徑。 分割粒徑 500.27()isDdu50d二、離心沉降設(shè)備9同一型式且尺寸比例相同的旋風(fēng)分離器 50pdd曲線相同，因此此曲線估算旋風(fēng)分離器的效率較為方便。 二、離心沉降設(shè)備10圖3-11 標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器的 50pdd曲線 二、離心沉降設(shè)備1122iup壓力降阻力系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器為8操作溫度，顆粒密度、粒徑、進(jìn)口氣速度及粉塵濃度等情況。 影響旋風(fēng)分離器性能的因素 二、離心沉降設(shè)備12（3）旋風(fēng)分離器類型二、離心沉降設(shè)備XLT/A型 13XLP/B型 二、離心沉降設(shè)

4、備14XLK型(擴(kuò)散式) 二、離心沉降設(shè)備15（4）旋風(fēng)分離器的選用 首先應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的物性，結(jié)合各型設(shè)備的特點(diǎn)，選定旋風(fēng)分離器的類型； 然后依據(jù)含塵氣的體積流量，要求達(dá)到的分離效率，允許的壓力降計(jì)算決定旋風(fēng)分離器的型號(hào)與個(gè)數(shù)。 二、離心沉降設(shè)備162. 旋液分離器 旋液分離器又稱水力旋流器，是利用離心沉降原理從懸浮液中分離固體顆粒的設(shè)備，它的結(jié)構(gòu)與操作原理和旋風(fēng)分離器類似。 二、離心沉降設(shè)備17第三章、非均相混合物分離及固體流態(tài)化3.2 過濾分離原理及設(shè)備3.2.1 流體通過固體顆粒床層的流動(dòng)18一、固體顆粒群的特性1.顆粒群的粒度分布 篩分是用單層或多層篩面將松散的物料按顆粒粒度分成兩個(gè)或多

5、個(gè)不同粒級(jí)產(chǎn)品的過程。 分布函數(shù)Fi定義為第i層篩網(wǎng)的篩過量占樣品總量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以dpi為橫坐標(biāo)，F(xiàn)i為縱坐標(biāo)得到的曲線即為分布函數(shù)曲線。 篩分分布函數(shù)19頻率函數(shù) pdFfd d一、固體顆粒群的特性圖3-16 顆粒的分布函數(shù)曲線和頻率函數(shù)曲線202. 顆粒群的平均直徑1pipidxd 粒群的平均直徑計(jì)算式為 （3-46） 一、固體顆粒群的特性21二、固體顆粒床層的特性-床層體積 顆粒體積床層體積1. 床層的空隙率 空隙率以表示，即222. 床層的自由截面積 床層截面上未被顆粒占據(jù)的流體可以自由通過的面積，稱為床層的自由截面積。 3. 床層的比表面積 床層的比表面積是指單位體積床層中具有的顆

6、粒與流體接觸的表面積。 若忽略床層中顆粒間相互重疊的接觸面積。 二、固體顆粒床層的特性23(1)baa6 16bbsadd床層的比表面積也可用顆粒的堆積密度估算，即 二、固體顆粒床層的特性顆粒的堆積密度顆粒的真實(shí)密度244. 床層的當(dāng)量直徑二、固體顆粒床層的特性 簡(jiǎn)化模型是將床層中不規(guī)則的通道假設(shè)成長(zhǎng)度為 L，當(dāng)量直徑為 的一組平行細(xì)管，并且規(guī)定：（1）細(xì)管的全部流動(dòng)空間等于顆粒床層的空隙容積；（2）細(xì)管的內(nèi)表面積等于顆粒床層的全部表面積。ebd254ebd床層流動(dòng)空間細(xì)管的全部?jī)?nèi)表面積1ebda（ ）依照非圓形管當(dāng)量直徑的定義，可推出 （3-49） 二、固體顆粒床層的特性26三、流體通過固體

7、顆粒床層（固定床）的壓降 流體通過固定床的壓力降主要有兩方面：一是流體與顆粒表面間的摩擦作用產(chǎn)生的壓力降。二是流動(dòng)過程中，孔道截面積突然擴(kuò)大和突然縮小以及流體對(duì)顆粒的撞擊產(chǎn)生的壓力降。 27 采用計(jì)算床層當(dāng)量直徑時(shí)所用的簡(jiǎn)化模型，將流體通過床層的流動(dòng)看作流體通過一組當(dāng)量直徑為deb的平行細(xì)管流動(dòng)，可得到其壓力降為： 23(1)fPauL（3-52） 床層雷諾數(shù) 床層的摩擦系數(shù)，是床層雷諾數(shù)的函數(shù)三、流體通過固體顆粒床層（固定床）的壓降41Re(1)ebbd uua 428223(1)5fPa uL22323(1)(1)1501.75()()fsesePuuLdd 康采尼（Kozeny）方程Re

8、2b歐根（Ergun）方程0.17Re330b（3-55） （3-58） 三、流體通過固體顆粒床層（固定床）的壓降29第三章、非均相混合物分離及固體流態(tài)化3.2 過濾分離原理及設(shè)備3.2.1 流體通過固體顆粒床層的流動(dòng)3.2.2 過濾操作的原理30 過濾是在外力作用下，使懸浮液中的液體通過多孔介質(zhì)的孔道，而固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而實(shí)現(xiàn)固、液分離的操作。 過濾31圖3-17 過濾操作示意圖32一、過濾方式1餅層過濾2深床過濾3膜過濾餅層過濾時(shí)發(fā)生“架橋”現(xiàn)象圖3-1833二、過濾介質(zhì)（1）對(duì)過濾介質(zhì)的性能要求 具有足夠的機(jī)構(gòu)強(qiáng)度和盡可能小的流動(dòng)阻力，同時(shí)，還應(yīng)具有相應(yīng)的化學(xué)穩(wěn)定性，耐腐蝕性和耐熱性。應(yīng)用于食品和生物制品過濾的介質(zhì)還應(yīng)考慮無毒，不易滋生微生物，易清洗消毒等。 （2）工業(yè)上常用的過濾介質(zhì)的種類 織物介質(zhì)(又稱濾布) 堆積介質(zhì) 多孔固體介質(zhì) 多孔膜 34三、濾餅的壓縮性和助濾劑不可壓縮濾餅可壓縮濾餅 當(dāng)濾餅兩側(cè)的壓力差增大時(shí)，顆粒的形狀和顆粒間的空隙不會(huì)發(fā)生明顯變化，單位厚度床層的流動(dòng)阻力可視作恒定。 當(dāng)濾餅兩側(cè)的壓力差增大時(shí)，顆粒的形狀和顆粒間的空隙會(huì)有明顯的改變，單位厚度餅層的流動(dòng)阻力隨壓力差增大而增大。 35助濾劑 助濾劑是某種質(zhì)地堅(jiān)硬而能形成疏松餅層的固體顆?；蚶w維狀物