化工原理天大版-（上冊(cè)）第三章 機(jī)械分離與固體流態(tài)化

第三章機(jī)械別離與固體流態(tài)化第一節(jié)顆粒及顆粒床層的特性

顆粒的大小及形狀尺寸球形顆粒d非球形顆粒de和形狀系數(shù)

體積當(dāng)量直徑de外表積當(dāng)量直徑des比外表積當(dāng)量直徑dea形狀系數(shù)表征顆粒的形狀與球形的差異程度球形顆粒Φs=1非球形顆粒Φs<1一般用體積當(dāng)量直徑和形狀系數(shù)來表征顆粒的體、外表積和比外表積二顆粒群的特性粒度分布不同粒徑范圍內(nèi)所含粒子的個(gè)數(shù)或質(zhì)量篩分分析法〔泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩〕目數(shù)：篩網(wǎng)上每英寸的孔數(shù)顆粒的平均粒徑平均比外表積直徑對(duì)一批大小不等的球形顆粒，總質(zhì)量G，徑篩分分析得到相鄰網(wǎng)號(hào)篩之間的質(zhì)量為Gi，篩分直徑di〔兩篩號(hào)篩孔的算術(shù)平均值〕作為Gi的平均直徑密度粒子的真密度ρs堆積密度〔表觀密度〕ρb3-1-2顆粒床層的特性

床層空隙率ε二影響空隙率的因素大小

形狀

粒度分布

填充方式3-1-2顆粒床層的特性床層比外表積ab定義：?jiǎn)挝惑w積床層具有的顆粒外表積假設(shè)忽略顆粒之間接觸面積的影響根據(jù)顆粒的質(zhì)量不變：3-1-2顆粒床層的特性

床層的各向同性各向同性小顆粒的床層用亂堆方法堆成，非球形顆?？啥ㄏ蚴请S機(jī)的床層橫截面上可供流體通過的自由截面積與床層截面之比等于ε壁效應(yīng)第二節(jié)沉降過程3-2-1重力沉降

沉降速度球形顆粒的自由沉降根據(jù)牛頓第二定律：阻力系數(shù)ζ當(dāng)10-4<

Ret

<1時(shí)，滯流當(dāng)1<

Ret

<103時(shí)，過渡區(qū)當(dāng)103

<Ret

<2x105時(shí)，湍流區(qū)當(dāng)Ret

>2x105時(shí)影響沉降速度的因素自由沉降干擾沉降顆粒的體積濃度：當(dāng)顆粒濃度很高時(shí)，沉降速度比自由沉降速度減少顆粒實(shí)質(zhì)上是在密度和粘度都比清液為大的懸浮液內(nèi)沉降

當(dāng)顆粒向下沉降時(shí)，流體被置換而向上運(yùn)動(dòng)，阻滯了靠得很近的其它顆粒的沉降器壁效應(yīng)顆粒形狀的影響顆粒形狀的影響球形顆粒比同體積非球形顆粒的沉降快〔圖3-2〕非球形顆粒的形狀Φs及投影面積A都影響沉降速度AΦs〔圖3-2〕d〔d<0.5μm〕沉降速度的計(jì)算假設(shè)流型utRet判斷是否ut試差法摩擦數(shù)群法

重力沉降設(shè)備沉降室沉降室的長(zhǎng)度l，m沉降室的高度H，m沉降室的寬度b，m假設(shè)沉降室設(shè)置n層水平隔板，那么多層沉降室的生產(chǎn)能力為：氣體流速為滯流Ut為最小顆粒的沉降流速沉降槽間歇的連續(xù)的為了增大沉降速度，通常采用的措施：在懸浮液中參加少量電解質(zhì)，使細(xì)粒發(fā)生“凝聚〞或“絮凝〞加熱懸浮液，降低其粘度沉聚過程為干擾沉降分級(jí)器大顆粒相對(duì)于小顆粒進(jìn)行沉降液體被沉降顆粒置換而上升的速度不可忽略懸浮液中小顆粒有被沉降較快的顆粒向下拖曳的趨勢(shì)，使小顆粒的沉降被加速3-2-2離心沉降

慣性離心力作用下的沉降速度uTR

做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，向心加速度：uTR

uur離心力：當(dāng)流體帶著顆粒旋轉(zhuǎn)時(shí)：離心力：浮力：阻力：達(dá)平衡時(shí)：離心沉降速度：離心沉降與重力沉降的區(qū)別離心加速度uT2/R代替了gur的值隨位置R而變化ur不是顆粒的真實(shí)速度，是其速度在徑向上的分速度顆粒受重力否同一顆粒在同種介質(zhì)中的離心沉降速度與重力沉降速度的比值Kc：離心別離因數(shù)二旋風(fēng)別離器的操作原理氣芯上旋氣流負(fù)壓外旋氣流對(duì)于5m以下的顆粒濕法捕集濾袋器三旋風(fēng)別離器的性能別離效果臨界粒徑別離效率氣體經(jīng)旋風(fēng)別離器的壓強(qiáng)降臨界粒徑假設(shè)：進(jìn)入旋風(fēng)別離器的的氣流嚴(yán)格按螺旋形線路做等速運(yùn)動(dòng)，其切向速度等于進(jìn)口氣速ui顆粒向器壁沉降時(shí)，必須穿過厚度等于整個(gè)進(jìn)氣寬度B的氣流層顆粒在滯流情況下作自由沉降三旋風(fēng)別離器的性能

s

R可取平均值Rm氣流中顆粒離心沉降速度為：顆粒到達(dá)器壁所需的沉降時(shí)間：令氣流的有效旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為Ne在器內(nèi)運(yùn)行的距離為2

RmNe停留時(shí)間為：假設(shè)某種尺寸的顆粒所需的沉降時(shí)間與t該顆粒為理論上能被完全別離下來的最小顆粒dc：臨界粒徑d50：粒級(jí)效率為50%的顆粒直徑三旋風(fēng)別離器的性能別離效率總效率o粒級(jí)效率pxi：粒徑在第i段內(nèi)的顆粒占全部顆粒的質(zhì)量分率壓強(qiáng)降三旋風(fēng)別離器的性能影響旋風(fēng)別離器性能的因素顆粒密度、大小、進(jìn)口氣速高及粉塵濃度高有利于別離旋風(fēng)別離器的結(jié)構(gòu)采用細(xì)而長(zhǎng)的器身減少渦流影響內(nèi)旋流的影響排氣管和灰斗尺寸是否合理第三節(jié)過濾3-3-1過濾操作的根本概念過濾的動(dòng)力重力壓強(qiáng)差離心力

過濾方式餅層過濾深層過濾

過濾介質(zhì)特點(diǎn)多孔性承受一定的壓力耐腐蝕性、耐熱性分類織物介質(zhì)堆積介質(zhì)多孔固體介質(zhì)濾餅的壓縮性和助濾劑不可壓縮濾餅可壓縮濾餅助濾劑3-3-2過濾的根本方程式

過濾通過餅層的流動(dòng)當(dāng)量直徑de流動(dòng)類型：滯流過濾速度：令u為濾液在整個(gè)床層截面積上的流速那么u=εu1對(duì)于滯流：K′=53-3-2過濾的根本方程式

過濾速率定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間獲得的濾液體積，m3/s過濾速率：

濾餅的阻力R：濾餅的阻力1/mr：濾餅的比阻1/m23-3-2過濾的根本方程式

過濾介質(zhì)的阻力濾液穿過過濾介質(zhì)的速度為：濾液穿過濾餅與過濾介質(zhì)的速度：壓強(qiáng)降為ΔPm+ΔPc=ΔP阻力：Rm+R設(shè)用一層厚度為le的濾餅代替過濾介質(zhì)，其比阻也為r那么Rm=r·Le3-3-2過濾的根本方程式過濾根本方程式令為濾餅體積與相應(yīng)的濾液體積之比同樣生成厚度為le的濾餅所應(yīng)獲得的濾液體積為VeVe為過濾介質(zhì)的當(dāng)量體積〔或虛擬濾液體積〕過濾根本方程3-3-2過濾的根本方程式對(duì)可壓縮濾餅其中r?：?jiǎn)挝粔簭?qiáng)差下濾餅的比阻，1/m2p：過濾壓強(qiáng)差，Pas：濾餅的壓縮性指數(shù)，s=0~1，不可壓縮濾餅s=0過濾根本方程3-3-3恒壓過濾k：表征過濾物料特性的常數(shù)對(duì)一定的懸浮液，μ、r?、υ為常數(shù)3-3-3恒壓過濾當(dāng)過濾介質(zhì)阻力可忽略時(shí)，e=0、Ve=0〔2〕-〔1〕得：恒壓過濾方程式當(dāng)過濾介質(zhì)阻力可忽略時(shí)，qe=0，e=03-3-4恒速過濾與先恒速后恒壓過程恒速過濾單位面積獲得的濾液體積為：q=uRθ(1)濾液體積V：V=AuRθ對(duì)不可壓縮濾餅：ΔP—θ：把〔1〕代入〔2〕得：整理得：先恒速后恒壓操作3-3-4恒速過濾與先恒速后恒壓過程先恒速后恒壓操作恒速階段V-θ：V=AuRθ恒壓階段V-θ：令恒速終了時(shí)用了θR，獲得VR濾液3-3-5過濾常數(shù)的測(cè)定過濾常數(shù)：K、qe、e3-3-5過濾常數(shù)的測(cè)定

恒壓下K、qe、

e的測(cè)定恒壓過濾方程：3-3-5過濾常數(shù)的測(cè)定

壓縮指數(shù)s的測(cè)定、物料特性常數(shù)k的測(cè)定3-3-6過濾設(shè)備按操作方式間歇連續(xù)按壓強(qiáng)差壓濾吸濾離心過濾常用設(shè)備板框過濾機(jī)葉濾機(jī)轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)3-3-7濾餅的洗滌洗滌速率常數(shù)洗滌時(shí)間洗滌速率與過濾速率的不同當(dāng)壓強(qiáng)差不變時(shí)〔恒壓過濾〕，過濾速率逐漸減小當(dāng)壓強(qiáng)差不變時(shí)，洗滌速率為常數(shù)假設(shè)洗滌壓強(qiáng)差與過濾終了時(shí)的壓強(qiáng)差相同洗水粘度與濾液粘度相同3-3-7濾餅的洗滌葉濾機(jī)置換洗滌法：〔L+Le〕W=〔L+Le〕E；A洗=A板框壓濾機(jī)橫穿洗滌法：〔L+Le〕W=2〔L+Le〕E；A洗=0.5A3-3-8過濾機(jī)的生產(chǎn)能力過濾機(jī)的生產(chǎn)能力：?jiǎn)挝粫r(shí)間獲得的濾液體積或?yàn)V餅的質(zhì)量間歇過濾機(jī)的生產(chǎn)能力

間歇過濾過程包括：過濾、洗滌、卸渣、清理、裝合等步驟T=+w+D生產(chǎn)能力：V：一個(gè)循環(huán)的濾液體積，m3Q：m3/h3-3-8過濾機(jī)的生產(chǎn)能力連續(xù)過濾機(jī)的生產(chǎn)能力浸沒度：轉(zhuǎn)筒外表浸入濾漿中的分?jǐn)?shù)設(shè)轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速為n，r/min任一小塊過濾面積所經(jīng)歷的過濾時(shí)間為：生產(chǎn)能力：m3/h第五節(jié)固體流態(tài)化3-5-1流態(tài)化根本概念固定床流化床流化床用途傳熱傳質(zhì)化學(xué)反響流化床缺點(diǎn)操作動(dòng)力消耗大設(shè)備磨損大，顆粒易碎其劇烈的返混可使出口作為產(chǎn)品的物料中夾雜了新參加的原料3-5-1流態(tài)化根本概念固體流態(tài)化的三個(gè)階段固定床階段流化床階段顆粒輸送階段a:固定床b：初始或臨界流化床c：散式流化床d：聚式流化床e：輸送床床層高度L0氣體實(shí)際流速小于顆粒沉降速度utLmfumf氣體實(shí)際流速等于顆粒沉降速度ut氣體實(shí)際流速大于顆粒沉降速度ut3-5-2流動(dòng)阻力

理想流化床的壓降A(chǔ)-B：固定床B-C-D：流化床D-C：返回時(shí)流化床C-A′：返回時(shí)固定床臨界流速umf：C點(diǎn)流速，最小流化速度壓降保持不變，等于單位面積床層重力減浮力3-5-2流動(dòng)阻力

實(shí)際流化床的壓強(qiáng)降3-5-2流動(dòng)阻力流化床的操作范圍

空塔氣速大于臨界流化速度umf，小于氣力輸送或液力輸送速度

流化數(shù)：ut/umf

流化床的主要特點(diǎn)流化床的返混流化床有類似液體的性質(zhì)

流化床的不正?，F(xiàn)象騰涌現(xiàn)象溝流現(xiàn)象影響流化質(zhì)量的因素設(shè)備因素〔高徑比、直徑、床層高、分布板〕流固密度差固相物性〔密度、黏度〕流體物性〔密度、黏度〕提高流化質(zhì)量的措施分布板應(yīng)有足夠的流動(dòng)阻力設(shè)備內(nèi)部構(gòu)件