第三章非均相物系的分離PPT課件

1、 基本原理：影響旋風(fēng)分離器性能的主要因素。 恒壓、恒速、先恒壓后恒速過濾 的特點。 設(shè)備特點：降沉室、旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)與特點； 板筐壓濾機、葉濾機和回轉(zhuǎn)真空 過濾機）的結(jié)構(gòu)特點；教學(xué)要求第1頁/共58頁 基本公式：教學(xué)要求3g)(4sPtdu18g)(s2PtdutsbluV sic9NuBd 1201ccc212ipu 第2頁/共58頁)()()(dde21e1evrVVAPrLLAPRRPAVss教學(xué)要求21e2kAPVVVs)(k2)(2R1Re2R2sPVVVVV2e2K2AVVV第3頁/共58頁教學(xué)要求)(2K)( )dd(e2e1VVALLrAPVsEWWW)dd(VVnAQK46

2、5DwVVQ第4頁/共58頁混合物混合物 3.0 概述非均相物系非均相物系均相物系均相物系連續(xù)相連續(xù)相分散相分散相機械分離機械分離對象：非均相物系對象：非均相物系目的：相間分離目的：相間分離機械分離方法，即利用非均相混合物中兩相的物機械分離方法，即利用非均相混合物中兩相的物理性質(zhì)（如密度、顆粒形狀、尺寸等）的差異，理性質(zhì)（如密度、顆粒形狀、尺寸等）的差異，使兩相之間發(fā)生相對運動而使其分離使兩相之間發(fā)生相對運動而使其分離第5頁/共58頁 3.0 概述機械分離沉降沉降過濾過濾離心沉降離心沉降重力沉降重力沉降工業(yè)上分離非均相混合物的目的工業(yè)上分離非均相混合物的目的1 回收有價值的分散物質(zhì)回收有價值的

3、分散物質(zhì)2 凈化分散介質(zhì)以滿足生產(chǎn)工藝要求凈化分散介質(zhì)以滿足生產(chǎn)工藝要求3 環(huán)境保護和安全生產(chǎn)環(huán)境保護和安全生產(chǎn)濕法除塵濕法除塵。靜電除塵靜電除塵第6頁/共58頁3.1 顆粒及顆粒床層的特性一、 顆粒的特性d:直直徑徑36:dV 體體積積2:dS 表表面面積積dVSa6:比比表表面面積積（一）單一顆粒的大小和形狀（一）單一顆粒的大小和形狀 1、球形顆粒、球形顆粒第7頁/共58頁3.1 顆粒及顆粒床層的特性2、非球形顆粒、非球形顆粒當(dāng)量直徑當(dāng)量直徑表面積等效表面積等效體積等效體積等效比表面積等效比表面積等效3PPV6VdPSSdad6PasPV3PV62PSP6dddVSa形形狀狀系系數(shù)數(shù)s非非

4、球球形形顆顆粒粒的的表表面面積積的的球球形形顆顆粒粒的的表表面面積積與與非非球球形形顆顆粒粒體體積積相相等等2PS2PVSdd第8頁/共58頁非非球球形形顆顆粒粒體積體積表面表面積積比表面積比表面積3.1 顆粒及顆粒床層的特性63PVdV s2PVdS PVs6da需要兩個參數(shù)描述需要兩個參數(shù)描述第9頁/共58頁（二）顆粒群的特性（二）顆粒群的特性1.粒度分布的測量與定量表示粒度分布的測量與定量表示篩號或篩號或稱目數(shù)稱目數(shù)篩分分析結(jié)篩分分析結(jié)果圖示法果圖示法分布函數(shù)分布函數(shù)頻率函數(shù)頻率函數(shù)篩過量篩過量篩余量篩余量3.1 顆粒及顆粒床層的特性方法：篩析法方法：篩析法篩余量：通過了第篩余量：通過了

5、第i號篩，截留于第號篩，截留于第i+1號篩的顆粒量號篩的顆粒量篩過量：通過了第篩過量：通過了第i號篩的顆粒量號篩的顆粒量第10頁/共58頁3.1 顆粒及顆粒床層的特性FdifidPissiiWWF 顆粒直徑顆粒直徑21iiiPddd篩過率篩過率di+1didPi)(ddidFf fFidifidPi第11頁/共58頁3.1 顆粒及顆粒床層的特性 假設(shè)（1）所找顆粒群的平均直徑dPm,其個數(shù)與原顆 粒群相等； （2）比表面積相等。推導(dǎo)思路：推導(dǎo)思路：在篩分的基礎(chǔ)上表達出原顆粒群在篩分的基礎(chǔ)上表達出原顆粒群nixi關(guān)系關(guān)系;再根據(jù)比表面積相等的原則，即可推出表達式。再根據(jù)比表面積相等的原則，即可推

6、出表達式。k1iiiPm1dxd2.平均直徑平均直徑第12頁/共58頁3.1 顆粒及顆粒床層的特性床床層層體體積積顆顆粒粒體體積積床床層層體體積積 -（一）（一） 床層空隙率床層空隙率影響因素：影響因素：顆粒形狀：顆粒形狀：表面情況：表面情況：粒度分布粒度分布：粒徑比：粒徑比：填充方式：填充方式：球球非非非非均均勻勻均均光光粗粗d de e小小大大d de e振振濕濕壁效應(yīng)壁效應(yīng)二二 床層特性床層特性第13頁/共58頁3.1 顆粒及顆粒床層的特性 床層橫截面上可供流體通過的自由截面(即空隙截)與床層截面之比在數(shù)值上等于空隙率，即床層中自由截面的大小與床層的軸向高度無關(guān)。（三）床層的各向同性（三

7、）床層的各向同性當(dāng)忽略顆粒之間接觸面積的影響當(dāng)忽略顆粒之間接觸面積的影響aa)1 (b單位體積床層具有的顆粒表面積單位體積床層具有的顆粒表面積（二）床層的比表面積（二）床層的比表面積第14頁/共58頁3.2 沉降過程沉降操作：在某種力的作用下，利用分散相與沉降操作：在某種力的作用下，利用分散相與 連續(xù)相間密度的差異，使之發(fā)生相連續(xù)相間密度的差異，使之發(fā)生相 對運動而實現(xiàn)分離的操作過程。對運動而實現(xiàn)分離的操作過程。所受力不同所受力不同重力沉降重力沉降離心沉降離心沉降顆粒濃度顆粒濃度自由沉降自由沉降干擾沉降干擾沉降干擾沉降干擾沉降一、定義及分類一、定義及分類第15頁/共58頁3.2 沉降過程對單個

8、球形顆粒受力分析：對單個球形顆粒受力分析：FCFBFDFC質(zhì)量力（重力）質(zhì)量力（重力）FB浮力浮力FD曳力曳力FCFBFD=ma表面曳力表面曳力形體曳力形體曳力二、重力沉降二、重力沉降（一）沉降速度（一）沉降速度曳力曳力第16頁/共58頁3.2 沉降過程沉降階段沉降階段加速段加速段勻速段勻速段),(tPDudfF FCFBFD=maut,FD ut=0, amaxut , aa=0, ut 沉降速度沉降速度沉降速度沉降速度ut勻速段顆粒勻速段顆粒相對于相對于流體的速度。流體的速度。第17頁/共58頁3.2 沉降過程2P2tdtPD)(KduudF用因次分析法討論用因次分析法討論FD),(tPD

9、udfF 22tPDuAF)(ReRetdtfK3g )(4sPtdu第18頁/共58頁tRe246 . 0tRe5 .186 . 0tsptReg )(27. 0du44. 0g )(74. 1sptdu18g)(s2ptdu對不同沉降區(qū)域，得出計算公式對不同沉降區(qū)域，得出計算公式3.2 沉降過程5t3102e10 RNewton區(qū)區(qū)3t10e1 RAllen區(qū)區(qū)1e10t4RStokes區(qū)區(qū)第19頁/共58頁3.2 沉降過程（二）沉降速度的計算（二）沉降速度的計算1.試差法試差法 設(shè)沉降區(qū)域設(shè)沉降區(qū)域選式計算選式計算ut算算Ret驗證驗證2.阿基米德常數(shù)法阿基米德常數(shù)法2s3P2t43g)

10、(RedAr 令：令：Ar=f（顆粒、流體性質(zhì)）（顆粒、流體性質(zhì)）第20頁/共58頁3.2 沉降過程18r1Ree/24maxttARStokes，區(qū)區(qū)53mint103 . 3r10e44. 0ARNewton，區(qū)區(qū) 計算計算Ar 判斷沉降區(qū)域判斷沉降區(qū)域 計算計算ut2s3P2t43g)(RedAr不試差！不試差！第21頁/共58頁3 摩擦數(shù)群法摩擦數(shù)群法3.2 沉降過程tt2tReReu計計算算查查圖圖得得計計算算：2s3P2t3g)(4Red3t2s13)(4Reug有何用？有何用？第22頁/共58頁3.2 沉降過程（三）影響沉降的因素（三）影響沉降的因素各項修正可查取相關(guān)經(jīng)驗公式計算

11、。各項修正可查取相關(guān)經(jīng)驗公式計算。1.顆粒的體積濃度顆粒的體積濃度2.非球形顆粒的沉降非球形顆粒的沉降3.壁效應(yīng)壁效應(yīng)第23頁/共58頁（四）重力沉降設(shè)備（四）重力沉降設(shè)備3.2 沉降過程1降塵室降塵室沉降速度為沉降速度為ut的顆粒怎樣才能分離下來呢？的顆粒怎樣才能分離下來呢？氣氣體體 氣氣體體進進口口 出出口口 集集灰灰斗斗 降降塵塵室室 第24頁/共58頁 L B 氣氣體體 u H ut 顆顆粒粒在在降降塵塵室室中中的的運運動動 t若若3.2 沉降過程uL停停留留時時間間ttuH沉沉降降時時間間則沉降速度為則沉降速度為ut的顆?？梢苑蛛x。的顆粒可以分離。第25頁/共58頁3.2 沉降過程2

12、.生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力tuHuLtSbLuV 降塵室的特點降塵室的特點HbVuS1.結(jié)構(gòu)簡單，但體積大，效率低結(jié)構(gòu)簡單，但體積大，效率低2.適于分離適于分離75m以上的顆粒。以上的顆粒。第26頁/共58頁3 沉降槽沉降槽 用來提高懸浮液濃度并同時得到澄清液體。用來提高懸浮液濃度并同時得到澄清液體。 構(gòu)造構(gòu)造3.2 沉降過程第27頁/共58頁3.2 沉降過程（一）（一） 旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器構(gòu)造及工作原理構(gòu)造及工作原理離心分離因子離心分離因子Ruag2T二、離心沉降二、離心沉降第28頁/共58頁3.2 沉降過程 B 凈化氣體凈化氣體 含塵含塵 氣體氣體 A D 塵粒塵粒 標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器1.工作原理

13、工作原理外旋流外旋流向下、起主要分離作用。向下、起主要分離作用。 內(nèi)旋流內(nèi)旋流向上、旋轉(zhuǎn)方向不變向上、旋轉(zhuǎn)方向不變上灰環(huán)上灰環(huán)向上、帶走少量粉塵向上、帶走少量粉塵2 .離心沉降速度離心沉降速度Rudu3)(42TsprStokes區(qū)區(qū)：Rudu18)(2Ts2Pr第29頁/共58頁3.2 沉降過程4 旋風(fēng)分離器的性能旋風(fēng)分離器的性能1) 臨界直徑臨界直徑dc: 旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器能完全分離的最小顆能完全分離的最小顆 粒的直徑。粒的直徑。假設(shè)：假設(shè)：a假設(shè)氣體速度恒定，且等于進口氣速假設(shè)氣體速度恒定，且等于進口氣速ui；b假設(shè)顆粒沉降過程中所穿過的氣流的最大假設(shè)顆粒沉降過程中所穿過的氣流的最大

14、 厚度等于進氣口寬度厚度等于進氣口寬度B；c假設(shè)顆粒沉降服從斯托克斯公式。假設(shè)顆粒沉降服從斯托克斯公式。沉沉停停原原則則：第30頁/共58頁3.2 沉降過程is2Cr)(18BBudRu沉沉im2uNR停停留留時時間間sic9NuBd 哪些因素將影響哪些因素將影響dc?第31頁/共58頁3.2 沉降過程2)旋風(fēng)分離器分離效率旋風(fēng)分離器分離效率1201cccc1、c2 分別為進、出口氣體中顆粒的質(zhì)量濃度。分別為進、出口氣體中顆粒的質(zhì)量濃度。 g/cm3粒級率：入口氣體中某一粒徑粒級率：入口氣體中某一粒徑di的顆粒被旋風(fēng)分離的顆粒被旋風(fēng)分離 器除掉的分率器除掉的分率1i2i1iPiCCCiPiOx

15、第32頁/共58頁3.2 沉降過程分割直徑分割直徑d50 ：分離效率（粒級率）為：分離效率（粒級率）為50%的顆粒的顆粒 的直徑的直徑對標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器對標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器d50的經(jīng)驗公式為：的經(jīng)驗公式為：si5027. 0uDd Pi(d/d50)曲線只與旋風(fēng)分離器的類型有關(guān)，曲線只與旋風(fēng)分離器的類型有關(guān)，與設(shè)備大小無關(guān)。與設(shè)備大小無關(guān)。第33頁/共58頁3.2 沉降過程實驗測定的粒級效率曲線實驗測定的粒級效率曲線 篩分篩分dixi iui D d50 Pi 0第34頁/共58頁3）旋風(fēng)分離器的壓降）旋風(fēng)分離器的壓降3.2 沉降過程沉降過程）旋風(fēng)分離器類型旋風(fēng)分離器類型(f5 旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器

16、的結(jié)構(gòu)和類型的結(jié)構(gòu)和類型1) 標(biāo)準(zhǔn)型標(biāo)準(zhǔn)型； 2) 擴散型；擴散型；XLK 3) 旁路型旁路型, XLP2i21uP第35頁/共58頁3.2 沉降過程XLT/A型 XLP/B型 XLK型(擴散式) 第36頁/共58頁 旋風(fēng)分離器設(shè)計、選型步驟： 由限制壓降由限制壓降 P計算流速計算流速ui，結(jié)合含塵流體處理量，結(jié)合含塵流體處理量 初估直徑初估直徑D3.2 沉降過程對要分離的含塵流體做篩分分析，得出對要分離的含塵流體做篩分分析，得出dixi關(guān)系關(guān)系;計算計算d50；由；由di/d50查粒級率；由篩分結(jié)果得總效率。查粒級率；由篩分結(jié)果得總效率。第37頁/共58頁3.3過濾一、一、 過濾操作的基本概

17、念過濾操作的基本概念 濾漿 濾餅過濾介質(zhì) 濾液 濾餅過濾操作示意圖 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，從而實現(xiàn)固、液分離的操作。 第38頁/共58頁 深床過濾 （一）（一） 過濾方式過濾方式1. 餅層過濾：固體物沉積于介質(zhì)表面形成濾餅層產(chǎn)餅層過濾：固體物沉積于介質(zhì)表面形成濾餅層產(chǎn)生過濾作用的不是過濾介質(zhì)而是濾餅。生過濾作用的不是過濾介質(zhì)而是濾餅。 顆粒之間在過濾初期會有顆粒之間在過濾初期會有架橋現(xiàn)象架橋現(xiàn)象發(fā)生。發(fā)生。2. 深床過濾：不形成濾餅，顆粒沉積于過濾介質(zhì)深床過濾：不形成濾餅，顆粒沉積于過濾介質(zhì) 內(nèi)部內(nèi)部3.3過濾3.膜過濾膜過濾第39頁

18、/共58頁工業(yè)用過濾介質(zhì)主要有：工業(yè)用過濾介質(zhì)主要有：1 織物介質(zhì)：能截流顆粒的最小直徑為織物介質(zhì)：能截流顆粒的最小直徑為565 m.2 多孔性固體介質(zhì)：如素瓷板或管、燒結(jié)金屬等多孔性固體介質(zhì)：如素瓷板或管、燒結(jié)金屬等; 能攔截直徑為能攔截直徑為13 m的小顆粒的小顆粒。3 堆積介質(zhì)：多種固體顆?；蚍蔷幙椑w維堆積介質(zhì)：多種固體顆?；蚍蔷幙椑w維(多用于多用于 深床過濾中深床過濾中)（二）（二） 過濾介質(zhì)過濾介質(zhì)3.3過濾 多孔性、高強度多孔性、高強度第40頁/共58頁（三）（三） 濾餅的壓縮性和助濾濾餅的壓縮性和助濾劑劑 1. 可壓縮濾餅：空隙結(jié)構(gòu)易變形的濾餅為可壓縮可壓縮濾餅：空隙結(jié)構(gòu)易變形的

19、濾餅為可壓縮 濾餅濾餅 2. 不可壓縮濾餅：當(dāng)濾餅兩側(cè)的壓強差增大時，不可壓縮濾餅：當(dāng)濾餅兩側(cè)的壓強差增大時， 顆粒的形狀和顆粒間的空隙都不發(fā)生明顯的變顆粒的形狀和顆粒間的空隙都不發(fā)生明顯的變 化化 3. 助濾劑助濾劑 要求：剛性顆粒；化學(xué)穩(wěn)定性；不可壓縮性。要求：剛性顆粒；化學(xué)穩(wěn)定性；不可壓縮性。3.3過濾第41頁/共58頁3.3過濾（一）濾液通過餅層的流動（一）濾液通過餅層的流動床層的簡化物理模型床層的簡化物理模型 u u L l de 濾液在濾餅層中流動的簡化模型 將顆粒床層中不規(guī)則的通道簡化成長度為將顆粒床層中不規(guī)則的通道簡化成長度為 l 的一組的一組平行細(xì)管。平行細(xì)管。二、過濾基本方

20、程二、過濾基本方程第42頁/共58頁3.3過濾要求：要求：1.細(xì)管的總體積等于孔容積；細(xì)管的總體積等于孔容積； 2.細(xì)管的總內(nèi)表面積等于孔道總表面積；細(xì)管的總內(nèi)表面積等于孔道總表面積； 3.細(xì)管截面積等于孔道截面積。細(xì)管截面積等于孔道截面積。流動特點：流道細(xì)小，彎曲復(fù)雜，流速低。流動特點：流道細(xì)小，彎曲復(fù)雜，流速低。結(jié)結(jié) 論：流體呈滯流流動。論：流體呈滯流流動。要解決問題：要解決問題： p u關(guān)系關(guān)系處理方法：數(shù)學(xué)模型法處理方法：數(shù)學(xué)模型法第43頁/共58頁1uu3.3過濾2f32dulP：滯滯流流時時，圓圓管管內(nèi)內(nèi)2e1fCdluP：滯滯流流時時，孔孔道道內(nèi)內(nèi)式中式中：LCl)1 (4ead

21、uLaP322f)1 (KK：康采尼常數(shù)康采尼常數(shù)第44頁/共58頁dd15c223AVLpau（二）（二） 過濾速率過濾速率（三）（三） 濾餅的阻力濾餅的阻力(濾餅的比阻濾餅的比阻)，則濾餅的阻力則濾餅的阻力rLR 3.3過濾LAPaVC223)1 (5dd：過過濾濾速速率率過濾速度過濾速度第45頁/共58頁（四）（四） 過濾介質(zhì)的阻力過濾介質(zhì)的阻力）（介介質(zhì)質(zhì)阻阻力力濾濾餅餅阻阻力力過過濾濾總總推推動動力力)(ddeceeLLrpRpRpAVeeddRpAV3.3過濾RAPLrAPVCCdd（五）（五） 過濾基本方程式過濾基本方程式第46頁/共58頁令：令：v為得到單位體積濾液所形成的濾餅

22、的體積。為得到單位體積濾液所形成的濾餅的體積。3.3過濾AvVL對不可壓縮濾餅對不可壓縮濾餅vrVVPArLLPARRPAV)()()(dde2ee對可壓縮濾餅對可壓縮濾餅s Prr)()()(dde2s1es1evrVVAPrLLAPRRPAV第47頁/共58頁3.3過濾1.恒壓特點恒壓特點：ddVLconstP，方程：料漿一定時方程：料漿一定時）料料漿漿特特性性(1kfvr22K2AVVVesP1k2Km2/sAVq/sm3/kgK2e2 qqq)()(dde2s1e2s1VVAPkvrVVAPV介質(zhì)阻力不計時如何？介質(zhì)阻力不計時如何？積分，且積分，且三、恒壓過濾、恒速過濾和先恒速后恒壓過

23、濾三、恒壓過濾、恒速過濾和先恒速后恒壓過濾 第48頁/共58頁3.3過濾2.恒速特點恒速特點 constPLVdd，2s12keAPVVV方程方程3.先恒速后恒壓先恒速后恒壓：時間時間：R0恒速恒速恒壓恒壓VRV濾液濾液： 0恒速恒速恒壓恒壓)(2)(2Rs1Re2R2PkVVVVV)(2122RsRPkVV過濾速率為常數(shù)，過濾速率為常數(shù)，K不為常數(shù)不為常數(shù)第49頁/共58頁3.3過濾（一）恒壓下（一）恒壓下K、qe、 e的測定的測定)(K)(e2e qq：恒恒壓壓下下K2K2ddeqqq方法：測方法：測、 V（ q）直線斜率得直線斜率得K，截距得，截距得qe(二二)k 及壓縮性指數(shù)及壓縮性指數(shù) s 的測定的測定s1k2KP作圖作圖 e四、過濾常數(shù)測定四、過濾常數(shù)測定第50頁/共58頁3.