流體輸送與非均相分離技術(shù)模塊三

1、模塊三 非均相物系別離技術(shù)非均相物系：凡物系內(nèi)部有隔開(kāi)兩相的界面存在，而界面兩側(cè)的物料性質(zhì)截然不同的物系。分散介質(zhì)（連續(xù)相） 物系中包圍在分散相粒子的周?chē)?，使分散相?于分散狀態(tài)，而自身相對(duì)處于連續(xù)狀態(tài)的物質(zhì)。（量多）分散物質(zhì)（分散相） 物系中處于相對(duì)分散狀態(tài)的物質(zhì)。（量少）氣態(tài)非均相氣液（霧沫液：霧）氣固（含塵氣流）連續(xù)相為氣相的為：液態(tài)非均相液固（懸浮液：泥漿水）液液（乳濁液：油和水）液氣（泡沫：汽水）連續(xù)相為液相的為：分離的方法：沉降：依據(jù)連續(xù)相和分散相的密度差異，在重力場(chǎng)或離心力場(chǎng)中對(duì)非均相物系進(jìn)行別離的操作；重力沉降離心沉降慣性分離沉降過(guò)濾：借助重力、壓力或離心力使混合物通過(guò)某介質(zhì)，

2、使液相與固相截留于介質(zhì)兩側(cè)而到達(dá)別離的目的。主要用于別離液態(tài)非均相物系。重力過(guò)濾壓差過(guò)濾離心過(guò)濾過(guò)濾濕法別離：讓含塵氣體通過(guò)水或其它液體中，使顆粒溶于液體中或潤(rùn)濕顆粒，而使顆粒粘在一起，通過(guò)重力沉降別離。靜電別離：使含有懸浮塵?；蜢F滴的氣體通過(guò)金屬電極間的高壓直流靜電場(chǎng)，氣體電離產(chǎn)生離子附著于懸浮塵粒或霧滴上而使之荷電。荷電的塵粒、霧滴在電場(chǎng)力的作用下至電極后發(fā)生中和而恢復(fù)中性從而到達(dá)別離。文氏滌氣器泡沫除塵器典型設(shè)備靜電別離文氏滌氣器化工生產(chǎn)中常見(jiàn)非均相物系與對(duì)應(yīng)的別離方法及設(shè)備名稱(chēng)連續(xù)相分散相分離方法分離設(shè)備懸浮液液體固體先沉降后過(guò)濾，過(guò)濾，離心分離沉降器，過(guò)濾機(jī)，離心機(jī)乳濁液液體液體沉降

3、，離心分離沉降器，旋液分離器氣-固（塵、煙）氣體固體沉降，過(guò)濾，離心分離，靜電分離降塵室，袋濾器，旋風(fēng)分離器，電除塵器氣-液（霧）氣體液體沉降，離心分離，靜電分離沉降器，旋風(fēng)分離器，電除塵器任務(wù)一 認(rèn)識(shí)非均相物系的別離設(shè)備一、沉降設(shè)備1. 連續(xù)沉降槽 料漿從中央進(jìn)料口送入液面下0.31.0m處，以小擾動(dòng)迅速分散到整個(gè)橫截面上，顆粒下沉，從等濃區(qū) 變濃區(qū)沉聚區(qū)；在槽底緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的耙把濃漿中的液體擠出去，并把沉渣聚攏到錐底的中央排渣口，以“底流排出。清液向上流動(dòng)，即使夾帶粒子，顆粒在澄清區(qū)還是有時(shí)機(jī)再沉降，使“溢流的澄清液體保持清潔。工作原理 注意：1進(jìn)料不能直接往槽內(nèi)，必須有緩沖裝置，以防正在沉降

4、的粒子重新卷起；2轉(zhuǎn)耙的轉(zhuǎn)速不能快，否那么會(huì)起攪拌作用。2. 多層隔板降塵室3. 降塵氣道二、過(guò)濾設(shè)備1. 板框壓濾機(jī)框板結(jié)構(gòu)：一個(gè)操作循環(huán)：過(guò)濾、洗滌、卸渣、整理重裝 1060塊不等，過(guò)濾面積約為280m2 板有過(guò)濾板與洗滌板之分，板、框、洗滌板上分別標(biāo)有1、2、3鈕，組裝時(shí)板框排列為1，2，3，2，1，2等操作原理：不銹鋼板框壓濾機(jī)特點(diǎn)：板框壓濾機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，設(shè)備緊湊，過(guò)濾面積大而占地小，操作壓強(qiáng)高，濾餅含水少，對(duì)各種物料的適應(yīng)能力強(qiáng)。它的缺點(diǎn)是間歇手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低 2. 轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)轉(zhuǎn)筒-筒的側(cè)壁上覆蓋有金屬網(wǎng)，長(zhǎng)、徑之比約為1/22濾布-蒙在筒外壁上。

5、分配頭-轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)、固定盤(pán) 構(gòu)造：過(guò)濾、洗滌、吹松、刮渣一個(gè)操作循環(huán)：屬連續(xù)式特點(diǎn)：立式芯式過(guò)濾器3. 葉濾機(jī)4. 袋式過(guò)濾器5. 離心機(jī) 操作時(shí),在轉(zhuǎn)鼓中參加待過(guò)濾的懸浮液,在離心力的作用下,濾液透過(guò)濾布和轉(zhuǎn)鼓上的小孔進(jìn)入外殼,然后再引至出口,固體那么被截留在濾布上成為濾餅。1三足式離心機(jī)此視頻來(lái)自東方仿真2臥式刮刀卸料式離心機(jī)此視頻來(lái)自東方仿真3下部手動(dòng)刮刀卸料式離心機(jī)1. 旋風(fēng)別離器三、其他別離設(shè)備2. 靜電除塵器 3.湍球塔除塵器4.文丘里除塵器任務(wù)二 非均相物系別離技術(shù)知識(shí)準(zhǔn)備一、沉降一沉降原理 分散相顆粒和連續(xù)相流體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)別離操作過(guò)程 。在重力場(chǎng)中的沉降為重力沉降；在離心力

6、場(chǎng)中的沉降為離心沉降。二重力作用下的沉降速度1. 前提條件1顆粒是球形的；2忽略加速沉降階段；3忽略顆粒間及容器壁的干擾。2. 顆粒的自由沉降速度1顆粒在流體中降落時(shí)受力情況:據(jù)牛頓第二定律:即 F=ma 即Fg Fd - Fb= ma重力Fg阻力Fd浮力Fb沉降顆粒受力圖2沉降速度根本計(jì)算式3 阻力系數(shù) =f(Ret)連續(xù)相的粘度，Pas。Ret=dput連續(xù)相的密度，kg/m3;工程上所處理的重相顆粒往往并非球形顆粒。對(duì)非球形顆粒的自由沉降過(guò)程，阻力系數(shù)不僅與Ret有關(guān)，同時(shí)還與顆粒的球形度s有關(guān)。s=與實(shí)際顆粒體積相等的球形顆粒的表面積實(shí)際顆粒的表面積滯流區(qū)或斯托克斯定律區(qū)10-4Ret

7、1)過(guò)渡區(qū)或艾侖定律區(qū) 1Ret103湍流區(qū)或牛頓定律區(qū) 103Ret2105幾種s值下的阻力系數(shù)與雷諾數(shù)Ret的關(guān)系曲線如圖P189圖-22所示。根據(jù)阻力隨顆粒雷諾數(shù)變化的規(guī)律，可分為三個(gè)區(qū)域：1.滯流區(qū)(斯托克斯定律區(qū)) 10-4Ret12.過(guò)渡區(qū)(艾倫定律區(qū)) 1Ret1033.湍流區(qū)(牛頓定律區(qū)) 103Ret2105微粒與流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻力系數(shù)，與雷諾數(shù)及顆粒形狀有關(guān)，由 實(shí)驗(yàn)測(cè)定，圖3-2將阻力系數(shù)的計(jì)算式代入，得到不同顆粒雷諾數(shù)范圍內(nèi)ut的計(jì)算式：滯流區(qū)(Ret1)思托克斯公式過(guò)渡區(qū)阿倫公式湍流區(qū)(103Ret)牛頓公式4 沉降速度的計(jì)算試差法由于在計(jì)算出ut之前Ret的大小未知

8、，因此要通過(guò)試差確定應(yīng)該選取的計(jì)算公式。即：先假設(shè)沉降屬于某一流型，那么可直接選用與該流型相應(yīng)的沉降速度公式計(jì)算，然后按求出的ut檢驗(yàn)Ret值是否在原假設(shè)的流型范圍內(nèi)。摩擦數(shù)群法該法是將與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線加以轉(zhuǎn)換，使其兩個(gè)坐標(biāo)軸之一變成不包含ut的無(wú)量綱數(shù)群，進(jìn)而便可得ut。例3-1:有一玉米淀粉水懸浮液，溫度20，淀粉顆粒平均直徑為15m，淀粉顆粒吸水后的密度為1020kg/m3，試求顆粒的沉降速度。:dp=15m=1510-6m，p=1020kg/m3，查出20水的密度為998.2 kg/m3, =1.00510-3 Pa.S，將各值代入上式得：檢驗(yàn)Rep值：計(jì)算結(jié)果說(shuō)明，與原假設(shè)相符，故

9、算得的ut=2.6610-6m/s正確。解：設(shè)沉降在滯流區(qū)進(jìn)行，故可用思托克斯式計(jì)算，即： 3. 沉降器的生產(chǎn)能力與沉降面積 沉降器的生產(chǎn)能力：?jiǎn)挝粫r(shí)間產(chǎn)生的清液體積：1沉降器的生產(chǎn)能力2沉降器的面積計(jì)算粒子的沉降時(shí)間清液的停留時(shí)間顆粒在沉降器中沉降的必要條件：那么有：1。過(guò)濾過(guò)程與原理原理：利用粒子在介質(zhì)中透過(guò)性的差異來(lái)別離二、過(guò)濾一過(guò)濾根本概念2。過(guò)濾介質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)的要求： *多孔性、阻力??； 化學(xué)穩(wěn)定性好，足夠的機(jī)械強(qiáng)度。工業(yè)上常用的過(guò)濾介質(zhì)： *織物狀：濾紙、濾布、金屬絲網(wǎng)等 固體多孔：濾塊、濾板、濾管等 粒狀：固體顆粒堆積而成。選用考慮的因素：1固粒含量；2粒徑大小；3目的產(chǎn)物。目數(shù)孔

10、徑（微米）目數(shù)孔徑（微米）目數(shù)孔徑（微米）目數(shù)孔徑（微米）2.57925121397602453254735880141165652204253344599169918019850025539622083310016562520633272470111015080015727942758918083125010823623249520074250059198135417250613250210165140350270531250013。過(guò)濾方法適用于固粒濃度高，粒徑不大100200微米的懸浮液適用于固粒含量非常少小于0.1%的懸浮液適用于粒徑較大、固粒含量不高、固粒易變形的懸浮液4。過(guò)濾推動(dòng)力

11、及過(guò)濾阻力5濾餅的性質(zhì)：堆積密度、空隙率、可壓縮性；不可壓縮濾餅：顆粒為剛性，濾餅內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu)不變形，單位厚度床層阻力恒定?？蓧嚎s濾餅：顆粒形狀和顆粒間的空隙隨過(guò)濾進(jìn)行而變化，單位厚度濾餅的流動(dòng)阻力逐漸增大。液柱壓力介質(zhì)兩側(cè)的壓力差離心力推動(dòng)力餅層阻力介質(zhì)阻力阻力6。助濾劑作用：1在可壓縮濾餅中起支撐作用 2在介質(zhì)上首先架橋用法：1加在懸浮液中 2均勻涂在介質(zhì)外表常用助濾劑：硅藻土、纖維粉末、活性炭、石棉等假設(shè)過(guò)濾過(guò)程中其他因素維持不變，那么由于濾餅厚度不斷增加過(guò)濾速度會(huì)逐漸變小。任一瞬間的過(guò)濾速度應(yīng)寫(xiě)成如下形式:二過(guò)濾的根本方程式過(guò)濾速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間獲得的濾液體積V 經(jīng)過(guò)濾操作所獲得的濾液體積

12、，m3; t 過(guò)濾時(shí)間；p 餅層兩端的壓力差，Pa; A 過(guò)濾介質(zhì)的總有效面積，m2; r 濾餅的比阻，1/m2; 濾液的粘度，Pas; 1m3的濾液在介質(zhì)上截留的濾餅體積；Ve 在介質(zhì)上截留厚度為L(zhǎng)e的濾餅所得濾液的體積；Le 與介質(zhì)具有相同流動(dòng)阻力的濾餅層厚度，即介質(zhì)的當(dāng)量濾餅厚度或 虛擬濾餅厚度，m。過(guò)濾速度：?jiǎn)挝贿^(guò)濾面積上的過(guò)濾速率V 經(jīng)過(guò)濾操作所獲得的濾液體積，m3; t 過(guò)濾時(shí)間；p 餅層兩端的壓力差，Pa; A 過(guò)濾介質(zhì)的總有效面積，m2; r 濾餅的比阻，1/m2; 濾液的粘度，Pas; 1m3的濾液在介質(zhì)上截留的濾餅體積；Ve 在介質(zhì)上截留厚度為L(zhǎng)e的濾餅所得濾液的體積；Le

13、 與介質(zhì)具有相同流動(dòng)阻力的濾餅層厚度，即介質(zhì)的當(dāng)量濾餅厚度或 虛擬濾餅厚度，m。1.恒壓過(guò)濾方程 中k為過(guò)濾常數(shù)，m2/s上式可變?yōu)樵撌綖楹銐哼^(guò)濾過(guò)程的瞬時(shí)濾液流量計(jì)算式。恒壓過(guò)濾時(shí)，P保持恒定。對(duì)于一定的懸浮液，若濾餅不可壓縮，則、r、Ve、A均為定值。則式當(dāng)介質(zhì)阻力與濾餅阻力相比可忽略時(shí)，式中的Ve可略去，故可改寫(xiě)為積分得：表達(dá)了恒壓過(guò)濾過(guò)程中過(guò)濾時(shí)間與所獲濾液體積間的定量關(guān)系。假設(shè)令K2k，K仍稱(chēng)為過(guò)濾常數(shù)，那么令則恒壓過(guò)濾方程表達(dá)了過(guò)濾時(shí)間t與單位過(guò)濾介質(zhì)面積上所獲濾液體積q(m3/m2)之間的關(guān)系。恒壓過(guò)濾，可壓縮性濾餅，濾餅的可壓縮性會(huì)影響到K、Ve 或qe的值。但在一定的過(guò)濾條件

14、下，它們均為常數(shù)并可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。因此，上述方程也可用于可壓縮性濾餅的計(jì)算。當(dāng)介質(zhì)阻力與濾餅阻力相比可忽略時(shí)，前式中的Ve 或qe均可略去，則有2. 過(guò)濾方程應(yīng)用K、 Ve 、qe的測(cè)定在恒壓過(guò)濾基本方程中出現(xiàn)的K、 Ve 、qe，是進(jìn)行過(guò)濾工藝計(jì)算必須確定的參數(shù)。當(dāng)過(guò)濾操作條件及懸浮液的性質(zhì)一定時(shí)，它們均為常數(shù)并可借助實(shí)驗(yàn)測(cè)定。根據(jù)式，只要在恒壓差條件下測(cè)出過(guò)濾中的任意兩個(gè)時(shí)刻的t1、t2以前所獲濾液體積V1、V2，即可建立方程組解之，可估算出K、 Ve 或qe的值。 在恒壓過(guò)濾時(shí),/q與q呈直線關(guān)系，直線的斜 率為1/K，截距為 2qe/K。由此可知，只要測(cè)出不同過(guò)濾時(shí)間時(shí)單位過(guò)濾面積所得的

15、濾液量，即可由上式求得K和qe。在實(shí)驗(yàn)室里測(cè)定過(guò)濾常數(shù)時(shí)，為減小測(cè)定誤差往往需測(cè)得多組tV數(shù)據(jù)，并由轉(zhuǎn)化為tq數(shù)據(jù)，然后借助解析法即可求出K和qe。為保證測(cè)出的K、 Ve 或qe有足夠的可信度，以便用于工業(yè)過(guò)濾裝置，實(shí)驗(yàn)條件必須盡可能與工業(yè)條件相吻合，要求采用相同的懸浮液、相同的介質(zhì)、相同的操作溫度和壓力差。例 在100kN/的恒壓下過(guò)慮某懸浮液 ，溫度30，過(guò)慮面積為40，并慮渣的比阻為11014m-2，值為0.05m3/m3。過(guò)慮介質(zhì)阻力忽略不計(jì)，慮渣為不可壓縮，試求：要獲得10 m3濾液需要多長(zhǎng)時(shí)間？假設(shè)僅將過(guò)濾時(shí)間延長(zhǎng)1倍，又可再獲得多少m3濾液？假設(shè)僅將過(guò)濾壓差增加1倍，同樣獲得10

16、 m3濾液時(shí)又需要多長(zhǎng)時(shí)間？解:過(guò)濾介質(zhì)阻力可忽略，慮渣為不可壓縮的恒壓過(guò)濾方程為 V2=KA2t:V=10 m3，A=40而p=100103N/,r=11014m-2, =0.05m3/ m3,并查水(慮渣)的溫度為30時(shí),其=0.8007cP=0.800710-3Pa.s，那么 K=2105/0.800710-3110140.05 =4.99610-5(/s), 所以 t=V2/KA2=102/4.99610-5402=1251(s) =20.85(min)(3)求過(guò)濾壓差增加1倍，獲得10m3濾液所需時(shí)間： K=2K=24.996 10-5(/s) 代入上式得 t=V2/KA2 =102/24.99640210-5=625.5(s) 即過(guò)濾時(shí)間減為原來(lái)的一半。(2)過(guò)濾時(shí)間延長(zhǎng)1倍的增加的濾液量. 2t=21251=2502(s) 而A=40 (m2) V2 =KA2 t=199.999872 V =14.14(m3) V=14.14-10=4.14(m3)增大過(guò)濾面積、提高轉(zhuǎn)速、縮短輔助操作時(shí)間、改善過(guò)濾特性以提高過(guò)濾和洗滌速率。三提高過(guò)濾生產(chǎn)能力