粉體力學(xué)精品課件

1、第1頁，共30頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)33分，星期二粉體力學(xué)1第2頁，共30頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)33分，星期二循環(huán)流化床第3頁，共30頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)33分，星期二5.4流態(tài)化技術(shù)的應(yīng)用二、流化床的燃燒 1)保持很厚的灼熱料層，相當(dāng)于一個(gè)很大的蓄熱池，新煤(約5%)加入后很快與灼熱的爐料混合，迅速達(dá)到著火溫度具有極好的著火條件 2)顆粒與氣流相對速度較大，擾動強(qiáng)烈，混合較完善，燃燒溫度低燃燒好 3) 上部始終有過剩氧存在，無明顯還原區(qū) 4) 料層高度對上層煙氣成分無明顯影響 5) NOx生成減少，可以加入石灰石脫硫第4頁，共30頁，2022年，5月20日，8

2、點(diǎn)33分，星期二第5頁，共30頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)33分，星期二流 化 干 燥 在化工生產(chǎn)中，一些固體產(chǎn)品或半成品可能含有大量的濕分，將濕分從物料中去除的過程，稱為除濕。1 固體除濕方法機(jī)械除濕。物料濕分較多時(shí)，可先用離心過濾等機(jī)械分離方法以除去大量的濕分； 吸附除濕。用某種平衡水汽分壓很低的干燥劑（如CaCl2、硅膠等）與濕物料并存，使物料中的濕分相繼經(jīng)氣相而轉(zhuǎn)入干燥劑內(nèi)； 供熱除濕(干燥)。用熱空氣或其它高溫氣體為介質(zhì)，使之流過物料表面，介質(zhì)向物料供熱并帶走汽化的濕分，此種除濕方法常稱為對流干燥，是我們這里討論的主要內(nèi)容。第6頁，共30頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)33分，星

3、期二干 燥 的 分 類按操作壓力分常壓干燥真空干燥。適于處理熱敏性及易氧化的物料，或要求成品中含濕量低的場合。按操作方式分連續(xù)式。生產(chǎn)能力大、產(chǎn)品質(zhì)量均勻、熱效率高、勞動條件好。間歇式。適于處理小批量、多品種、干燥時(shí)間長的物料。第7頁，共30頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)33分，星期二干燥的分類（續(xù)） 根據(jù)供熱方式不同，干燥可分為傳導(dǎo)干燥（間接加熱干燥）。熱能通過壁面以傳導(dǎo)方式加熱物料。對流干燥（直接加熱干燥）。干燥介質(zhì)與濕物料直接接觸，并以對流方式加熱濕物料。輻射干燥。熱能以電磁波的形式輻射到濕物料表面。介電加熱干燥。將濕物料置于高頻電場內(nèi)，使其被加熱。 這里主要討論對流干燥，干燥介質(zhì)是熱

4、空氣，除去的濕分是水分。第8頁，共30頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)33分，星期二對流干燥流程及特點(diǎn)流程：第9頁，共30頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)33分，星期二1. 傳熱、傳質(zhì)同時(shí)進(jìn)行，傳遞方向相反。傳熱傳質(zhì)方向從氣相到固體從固體到氣相推動力溫度差水汽分壓差2. 干燥過程進(jìn)行的必要條件濕物料表面水汽壓力大于干燥介質(zhì)水汽分壓； 干燥介質(zhì)將汽化的水汽及時(shí)帶走。 特 點(diǎn)第10頁，共30頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)33分，星期二 干燥過程的物料衡算計(jì)算內(nèi)容：水分蒸發(fā)量W，kg/s，即從物料中除去的水分量，也即空氣吸收的水分量；空氣消耗量，包括絕干空氣消耗量L，kg/s、單位空氣消耗量l，

5、kg絕干氣/kg水分;和新鮮（原濕）空氣消耗量L，kg/s；干燥產(chǎn)品的流量，包括絕干物料流量G，kg/s和濕物料流量G2,kg/s。第11頁，共30頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)33分，星期二干燥設(shè)備(器)對干燥器的基本要求：保證干燥產(chǎn)品的質(zhì)量要求，如含水量、強(qiáng)度、形狀 等；要求干燥速率快，干燥時(shí)間短，以減少干燥器尺 寸，降低能耗，經(jīng)濟(jì)合理；干燥器熱效率高；干燥系統(tǒng)的流體阻力要??；操作控制方便。 第12頁，共30頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)33分，星期二流化床干燥器(沸騰床干燥器) 在流化床干燥器中，顆粒在熱氣流中上下翻動，彼此碰撞和混合，氣、固間進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)，以達(dá)到干燥目的。濕物料由

6、床層的一側(cè)加入，由另一側(cè)導(dǎo)出。熱氣流由下方通過多孔分布板均勻地吹入床層，進(jìn)行干燥過程后，由頂部導(dǎo)出，經(jīng)旋風(fēng)分離器回收其中夾帶的粉塵后排出。 可進(jìn)行間歇操作，但大多數(shù)是連續(xù)操作，當(dāng)蒸發(fā)表面水分時(shí)，停留時(shí)間約為0.5分，如果水分干燥包括內(nèi)部擴(kuò)散時(shí)，停留時(shí)間約為1530分，由于床層中顆粒的不規(guī)則運(yùn)動，引起返混和“短路”現(xiàn)象。在多層流化床中，濕物料逐層下落自最下層連續(xù)排出。在臥式多室流化床中設(shè)有若干塊縱向檔板，擋板與分布板之間有間距，物料可逐室通過，不致完全混合。各室的氣體溫度和流量也可以分別調(diào)節(jié)，有利于熱量的充分利用，也可適應(yīng)濕物料對氣溫的要求。一般在最后一室吹入冷風(fēng)，使產(chǎn)品冷卻后便于包裝和貯藏。

7、第13頁，共30頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)33分，星期二第14頁，共30頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)33分，星期二第15頁，共30頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)33分，星期二流化床干燥器的優(yōu)點(diǎn)是：與其他干燥器相比，傳熱、傳質(zhì)速率高。這是因?yàn)閱挝惑w積內(nèi)的接觸表面積大；顆粒間充分的攪混幾乎消除了表面上靜止的氣膜，使兩相間密切接觸，傳質(zhì)系數(shù)大大增加；由于傳遞速率高，氣體離開床層時(shí)幾乎等于或略高于床層溫度，因而熱效率高；由于氣體可迅速降溫，所以與其它干燥器相比，可采用更高的氣體入口溫度；停留時(shí)間少，這特別有利于熱敏性物料。若需較長的干燥時(shí)間，則可采用多級或多室干燥器；設(shè)備簡單，無運(yùn)動部件，

8、成本費(fèi)用低；操作控制容易。 第16頁，共30頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)33分，星期二缺點(diǎn)是：適宜于流化干燥物料是有限的。對要求降速階段干燥時(shí)間長的物料，雖可采用多級式或多室式，但仍因“短路”和返混現(xiàn)象的存在，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。對某些泥漿狀的濕粉粒物料，尾氣帶走的粉塵損失太大。對粒徑分布太寬的物料不可能找出適宜的氣速。當(dāng)大/小粒徑比超過8時(shí)，就不可避免的發(fā)生沉積或氣體夾帶。氣體通過分布板及旋風(fēng)分離器的壓強(qiáng)降都很大，所以動力消耗很大，操作費(fèi)用高，這可能大大抵消了設(shè)備成本節(jié)約。 第17頁，共30頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)33分，星期二三、 氣力輸送 (Pneumatic transport

9、) 氣力輸送：在密閉的管道中借用氣體(最常用的是空氣)動力使固體顆粒懸浮并進(jìn)行輸送。輸送對象：從微米量級的粉體到數(shù)毫米大小的顆粒。優(yōu)點(diǎn)：效率高；全密閉式的輸送既可保證產(chǎn)品質(zhì)量、又可避免粉體對環(huán)境的污染；容易實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)化和自動化；可在輸送過程中同步進(jìn)行氣固兩相的物理和化學(xué)加工(顆粒干燥、表面包裹、氣固反應(yīng)等)。缺點(diǎn)：能耗高，設(shè)計(jì)和操作不當(dāng)易使顆粒過度碰撞而磨蝕、破碎，同時(shí)造成管道和設(shè)備的磨損。 5.4 流態(tài)化技術(shù)的應(yīng)用第18頁，共30頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)33分，星期二第19頁，共30頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)33分，星期二第20頁，共30頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)33分，星

10、期二氣源顆粒進(jìn)料與加速段穩(wěn)定輸送段氣固分離裝置 供料裝置(各種裝料漏斗、噴射注入式及葉輪旋轉(zhuǎn)式供料器等)； 氣流輸送管道系統(tǒng)(包括管道、各種聯(lián)接頭、閥門、管道轉(zhuǎn)換器、彎管頭等)；分離裝置與分選裝置(包括各種結(jié)構(gòu)類型的分離與分選設(shè)備、徘料器、貯科倉等)；風(fēng)機(jī)。（1）氣力輸送顆粒-流體兩相流流動特性與流型圖 第21頁，共30頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)33分，星期二垂直氣力輸送管內(nèi)流型 （2）氣力輸送顆粒-流體兩相流流動特性與流型圖 顆粒-流體兩相的流體動力學(xué)特征常表現(xiàn)為流型轉(zhuǎn)變垂直氣力輸送 影響參數(shù)：氣體流速敏感參數(shù)：輸送管內(nèi)的壓降系統(tǒng)動力消耗評價(jià)指標(biāo)用來表征流型稀相輸送與密相輸送 均相垂直

11、氣力輸送流型圖 壓降最低曲線 密相區(qū)稀相區(qū)“哽噎”速度 輕微團(tuán)聚 聚團(tuán) 節(jié)涌 第22頁，共30頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)33分，星期二 輸送中重力的作用方向與流動方向垂直，使顆粒保持懸浮的不再是曳力、而是水平流動的氣流對顆粒產(chǎn)生的升力，因此管內(nèi)流型（主要是密相）也有所不同。 氣力輸送顆粒-流體兩相流流動特性與流型圖 水平氣力輸送 水平氣力輸送管內(nèi)流型 均勻稀相 顆粒堆積 “沉寂”速度 “沙丘”流 水平“拴塞” 水平氣力輸送流型圖 “沉寂”速度 第23頁，共30頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)33分，星期二氣力輸送顆粒-流體兩相流流動特性與流型圖 氣力輸送裝置的壓降包括輸送段壓降、除塵裝置

12、壓降和系統(tǒng)內(nèi)各管件、閥件壓降。pf 氣體與管壁的摩擦損失pa 顆粒加速所需的慣性壓降pr 使顆粒懸浮并上升的重力壓降pi 顆粒自身及與管壁的碰撞與摩擦壓降直管輸送段壓降 p第24頁，共30頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)33分，星期二（3）氣力輸送的類型及裝置 稀相輸送（m 15） 負(fù)壓體系：一般為稀相輸送 第25頁，共30頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)33分，星期二氣力輸送的類型及裝置 正壓體系：低壓：100 kPa；中壓：300 kPa；高壓：1000 kPa 第26頁，共30頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)33分，星期二氣力輸送的類型及裝置 組合體系：第27頁，共30頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)33分，星期二氣力輸送的類型及裝置 氣力輸送系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的選用風(fēng)機(jī)特性曲線與流型圖上的壓降特性曲線適配。如圖，加料量為 G1 時(shí)，風(fēng)機(jī) II 和風(fēng)機(jī) I 均能滿足稀相輸送的操作條件。加料量增加到 G2 時(shí)，風(fēng)機(jī) I 已不能滿足稀相輸送的條件。加料量增加到 G3 時(shí)，兩臺風(fēng)機(jī)都不能滿足稀相輸送的條件。風(fēng)機(jī)特性曲線越陡峭（如正位移式風(fēng)機(jī)），在稀相輸送區(qū)操作范圍內(nèi)顆粒加料量的調(diào)節(jié)余地越大。 第28