化工原理第三章非均相物系的分離及固體流態(tài)化課件

1、第三章 機(jī)械分離和固體流態(tài)化教學(xué)要求 3-0概述 3-1顆粒及顆粒床層 的特性3-2沉降分離3-3過濾 復(fù)習(xí)1第三章 機(jī)械分離和固體流態(tài)化教學(xué)要求1教學(xué)要求重 點(diǎn): 沉降速率的計(jì)算；過濾基本方程及恒壓過濾計(jì)算。覆蓋內(nèi)容：顆粒及顆粒群的性質(zhì)（體積、表面積、比表面積、空隙率及平均自由截面積）；沉降的基本概念（重力沉降、離心沉降、自由沉降和干擾沉降）；沉降速度的計(jì)算；旋風(fēng)分離器的性能參數(shù)（臨界直徑、分離效率、粒級率、分割直徑）；降沉室的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)，旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分離原理及設(shè)計(jì)方法。過濾操作的基本概念，過濾基本方程及計(jì)算（濾液量、過濾時(shí)間、洗滌時(shí)間和生產(chǎn)能力）；常用過濾設(shè)備（板筐壓濾機(jī)、葉濾機(jī)和

2、回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)）的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；過濾常數(shù)的測定方法。材料與化學(xué)工程學(xué)院2化工原理教學(xué)要求重 點(diǎn): 沉降速率的計(jì)算；過濾基本方程及恒壓過濾計(jì)3-0 概述混合物分類機(jī)械分離有明顯相界面；不同相間有明顯的物理化學(xué)性質(zhì)差異。施加外力發(fā)生相對運(yùn)動均相物系非均相物系重力沉降離心沉降重力過濾加壓過濾真空過濾離心過濾沉降過濾懸浮液(液固混合物）乳濁液（液液混合物）含塵氣體、含霧氣體目的回收有價(jià)值的分散物質(zhì)凈化分散介質(zhì)以滿足生產(chǎn)工藝要求環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn)材料與化學(xué)工程學(xué)院3化工原理3-0 概述混合物分類機(jī)械分離有明顯相界面；不同相間有明顯3-1 顆粒及顆粒床層和特性3.1.1 顆粒的特性一 、單一顆粒的大小和形狀球

3、形顆粒直徑( d ) ：非球形顆粒當(dāng)量直徑體積相同時(shí)，球形顆粒的表面積最小，1。材料與化學(xué)工程學(xué)院4化工原理3-1 顆粒及顆粒床層和特性3.1.1 顆粒的特性直徑3-1 顆粒及顆粒床層和特性二、顆粒群的特性粒度分布的測量與定量表示篩號或稱目數(shù)篩分分析結(jié)果圖示法分布函數(shù)頻率函數(shù)篩過量篩余量粒度分布的篩分分析分布函數(shù)曲線頻率函數(shù)曲線材料與化學(xué)工程學(xué)院5化工原理3-1 顆粒及顆粒床層和特性二、顆粒群的特性粒度分布的3-1 顆粒及顆粒床層和特性材料與化學(xué)工程學(xué)院6化工原理3-1 顆粒及顆粒床層和特性材料與化學(xué)工程學(xué)院6化工原理3-1 顆粒及顆粒床層和特性平均直徑 設(shè)所有顆粒的形狀系數(shù)相等,按比表面積相

4、等,則三、粒子的密度 真密度(s):kg/m3 堆積密度(b): kg/m33-1-2 顆粒床層的特性一、床層空隙率顆粒直徑 顆粒分布 床層半徑自由截面沿半徑的不均勻壁效應(yīng)床層直徑顆粒直徑材料與化學(xué)工程學(xué)院7化工原理3-1 顆粒及顆粒床層和特性平均直徑三、粒子的密度 3-1 顆粒及顆粒床層和特性二、 床層的比表面積單位體積床層具有的顆粒表面積三 床層的各向同性自由截面與床層高度無關(guān) 空隙率與床層高度無關(guān)材料與化學(xué)工程學(xué)院8化工原理3-1 顆粒及顆粒床層和特性二、 床層的比表面積單位3-2 沉降分離沉降操作：在外力場作用下，利用分散相與連續(xù)相間的密度差異，使之發(fā)生相對運(yùn)動而實(shí)現(xiàn)分離的操作過程。分

5、為：重力沉降、離心沉降。3.2.1 重力沉降自由沉降材料與化學(xué)工程學(xué)院9化工原理3-2 沉降分離沉降操作：在外力場作用下，利用分散相與連續(xù)3-2 沉降分離一、重力沉降速度材料與化學(xué)工程學(xué)院10化工原理3-2 沉降分離一、重力沉降速度材料與化學(xué)工程學(xué)院10化工3-2 沉降分離二、影響沉降的因素大顆粒的實(shí)際沉降速度小于自由沉降速度；小顆粒的沉降速度增大。實(shí)際沉降速度小于自由沉降速度在Stokes區(qū)，器壁的影響：顆粒濃度顆粒的球形度壁面效應(yīng)材料與化學(xué)工程學(xué)院11化工原理3-2 沉降分離二、影響沉降的因素大顆粒的實(shí)際沉降速度小于3-2 沉降分離三、沉降速度的計(jì)算試差法摩擦數(shù)群法材料與化學(xué)工程學(xué)院12化

6、工原理3-2 沉降分離三、沉降速度的計(jì)算試差法摩擦數(shù)群法材料3-2 沉降分離Stokes區(qū)：K69.1選擇相應(yīng)公式計(jì)算ut三、重力沉降設(shè)備降塵室材料與化學(xué)工程學(xué)院13化工原理3-2 沉降分離Stokes區(qū)：K2.62選擇相應(yīng)公式計(jì)3-2 沉降分離材料與化學(xué)工程學(xué)院14化工原理3-2 沉降分離材料與化學(xué)工程學(xué)院14化工原理3-2 沉降分離特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備龐大、效率低，適合分離75m以上的顆粒沉降槽材料與化學(xué)工程學(xué)院15化工原理3-2 沉降分離特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備龐大、效率低，適合分離3-2 沉降分離 3.2.2 離心沉降比較：沉降速度的大小、方向一、離心沉降速度材料與化學(xué)工程學(xué)院16化工原理

7、3-2 沉降分離 3.2.2 離心沉降比較：沉降速度的3-2 沉降分離二、離心分離因子三、構(gòu)造及操作原理旋風(fēng)分離器材料與化學(xué)工程學(xué)院17化工原理3-2 沉降分離二、離心分離因子三、構(gòu)造及操作原理旋風(fēng)分離3-2 沉降分離四、 旋風(fēng)分離器的性能臨界直徑條件：假設(shè)：1)假設(shè)氣體速度恒定，且等于進(jìn)口氣速ui；2)假設(shè)顆粒沉降過程中所穿過的氣流的最大厚度等于進(jìn)氣口寬度B；3)假設(shè)顆粒沉降服從斯托克斯公式。影響因素：設(shè)備類型及尺寸、操作溫度及流速、顆粒密度材料與化學(xué)工程學(xué)院18化工原理3-2 沉降分離四、 旋風(fēng)分離器的性能臨界直徑假設(shè)：13-2 沉降分離分離效率總效率分效率（粒級效率）分割直徑 d50對標(biāo)

8、準(zhǔn)旋風(fēng)分離器粒級效率曲線材料與化學(xué)工程學(xué)院19化工原理3-2 沉降分離分離效率總效率分效率（粒級效率）分割直徑3-2 沉降分離id/dc材料與化學(xué)工程學(xué)院20化工原理3-2 沉降分離id/dc材料與化學(xué)工程學(xué)院20化工原3-2 沉降分離旋風(fēng)分離器的阻力損失 旋風(fēng)分離器的特點(diǎn)：流量大、壓頭低。(1) 氣體的膨脹或壓縮引起的不可逆機(jī)械能損失；(2) 消耗于氣流旋轉(zhuǎn)的加速度損失；(3) 摩擦阻力損失以及各個部位的局部阻力損失等。阻力系數(shù) 主要由旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)決定。常用型號的旋風(fēng)分離器 值在 5.08.0 之間；入口氣速，分離效率，但阻力，不經(jīng)濟(jì)。壓降一般控制在 0.52kPa 左右(入口氣速 15

9、25m/s)，采取縮小直徑、多臺并聯(lián)的方式滿足分離效率與大氣量的要求。 材料與化學(xué)工程學(xué)院21化工原理3-2 沉降分離旋風(fēng)分離器的阻力損失 旋風(fēng)分離器的特點(diǎn)：3-2 沉降分離五、旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)和形式改進(jìn)目的：提高分離效率、降低壓強(qiáng)降 采用細(xì)而長的器身減小渦流的影響 采用帶有旁路分離室或采用異形進(jìn)氣管的旋風(fēng)分離器可以改善上渦流的影響 材料與化學(xué)工程學(xué)院22化工原理3-2 沉降分離五、旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)和形式改進(jìn)目的：提高分3-3 過濾3-3-1 過濾操作的基本概念一 、過濾方式推動力：重力、壓力差、慣性離心力餅層過濾：架橋現(xiàn)象濾餅過濾深床過濾：不形成濾餅，顆粒沉積于較厚的床層內(nèi)部過濾的兩種方式特

10、性：多孔性介質(zhì) 要求：耐腐蝕、耐熱、足夠的機(jī)械強(qiáng)度?？椢锝橘|(zhì)：最小直徑為565m；堆積介質(zhì)：深床過濾多孔性固體介質(zhì)：如素瓷板或管、燒結(jié)金屬等;能攔截直徑為13m的小顆粒。二、過濾介質(zhì)：材料與化學(xué)工程學(xué)院23化工原理3-3 過濾3-3-1 過濾操作的基本概念一 、過濾方3-3 過濾三 、濾餅的壓縮性和助濾劑 可壓縮濾餅 不可壓縮濾餅助濾劑：要求：剛性顆粒；化學(xué)穩(wěn)定性；不可壓縮性常用：不可壓縮的粉狀或纖維狀固體如硅藻土、纖維粉末、活性炭、石棉。使用：可預(yù)涂，也可以混入待濾的濾漿中一起過濾。材料與化學(xué)工程學(xué)院24化工原理3-3 過濾三 、濾餅的壓縮性和助濾劑 可壓縮濾餅 3-3 過濾3-3-2 過濾

11、基本方程式一、濾液通過餅層的流動床層的簡化物理模型顆粒床層中不規(guī)則的通道長度 le 平行細(xì)管原則：流通截面積=床層自由截面積 、細(xì)管表面積=床層表面積材料與化學(xué)工程學(xué)院25化工原理3-3 過濾3-3-2 過濾基本方程式一、濾液通過餅層3-3 過濾對并聯(lián)管路： 固定床流動摩擦系數(shù)床層雷諾數(shù)材料與化學(xué)工程學(xué)院26化工原理3-3 過濾對并聯(lián)管路： 固定床流動摩擦系數(shù)床層雷3-3 過濾K 康采尼常數(shù)，= 5.0 康采尼（Kozeny）方程歐根（Ergun）關(guān)聯(lián)式：Reb=（0.17420）與管內(nèi) Re 關(guān)系不同的是， Reb 的變化是一條連續(xù)光滑曲線，說明流體在顆粒床層中由滯流到湍流是漸變過程，這反映

12、了顆粒床層對流體速度分布的均化作用。 歐根 (Ergun) 方程材料與化學(xué)工程學(xué)院27化工原理3-3 過濾K 康采尼常數(shù)，= 5.0 康采尼3-3 過濾Reb 2.8 (Rep 280過濾 Reb2，采用Kozeny方程進(jìn)行描述，K值可取為5 過濾速度二、過濾速率材料與化學(xué)工程學(xué)院28化工原理3-3 過濾Reb 2.8 (Rep 10)Reb 3-3 過濾三、濾餅的阻力比阻：濾餅阻力：四、過濾介質(zhì)的阻力過濾介質(zhì)上、下游兩側(cè)的壓強(qiáng)差，pa過濾介質(zhì)的阻力，1/m材料與化學(xué)工程學(xué)院29化工原理3-3 過濾三、濾餅的阻力比阻：濾餅阻力：四、過濾介質(zhì)的阻3-3 過濾五、過濾基本方程式令故：獲得單位體積濾

13、液時(shí)，被截留在過濾介質(zhì)上的濾餅體積為（m3濾餅/m3濾液）材料與化學(xué)工程學(xué)院30化工原理3-3 過濾五、過濾基本方程式令故：獲得單位體積濾液時(shí)，3-3 過濾-過濾基本方程過濾常數(shù)則有：3-3-3 恒壓過濾恒定壓強(qiáng)差:, V, L,過濾速率逐漸變小。對一定的懸浮液，K可視為常數(shù)。則:材料與化學(xué)工程學(xué)院31化工原理3-3 過濾-過濾基本方程過濾常數(shù)則有：3-3-3-3 過濾 3-3-4 恒速過濾和先恒速后恒壓過濾特點(diǎn)：過濾速率為常數(shù)，K不為常數(shù)一、恒速過濾材料與化學(xué)工程學(xué)院32化工原理3-3 過濾 3-3-4 恒速過濾和先恒速后恒壓過濾特3-3 過濾二、先恒速后恒壓過濾恒速過濾的時(shí)間為R，得濾液V

14、R，恒速結(jié)束的壓差為PR。RV(dV/d) P材料與化學(xué)工程學(xué)院33化工原理3-3 過濾二、先恒速后恒壓過濾恒速過濾的時(shí)間為R，得濾3-3 過濾3-3-5 過濾常數(shù)的測定一、恒壓下K、qe、e的測定斜率K,截距qe材料與化學(xué)工程學(xué)院34化工原理3-3 過濾3-3-5 過濾常數(shù)的測定一、恒壓下K、q3-3 過濾二、壓縮性指數(shù)s的測定3-3-6 濾餅的洗滌特點(diǎn)：洗滌推動力、阻力不變，洗滌速度為常數(shù) 材料與化學(xué)工程學(xué)院35化工原理3-3 過濾二、壓縮性指數(shù)s的測定3-3-6 濾餅的洗滌3-3 過濾洗滌時(shí)間w 洗滌速度與過濾終了速度的關(guān)系推動力相等材料與化學(xué)工程學(xué)院36化工原理3-3 過濾洗滌時(shí)間w

15、洗滌速度與過濾終了速度的關(guān)系3-3 過濾3-3-7 過濾設(shè)備以壓力差為推動力：如葉濾機(jī)、板框壓濾機(jī)、回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)等；以離心力為推動力：如各種離心機(jī)一、板框過濾機(jī)結(jié)構(gòu):濾框、濾板（洗滌板、過濾板）材料與化學(xué)工程學(xué)院37化工原理3-3 過濾3-3-7 過濾設(shè)備以壓力差為推動力：如葉3-3 過濾操作特點(diǎn)生產(chǎn)能力單位時(shí)間獲得的濾液量其中：洗滌速率操作條件與過濾終了相同，則：間隙操作，操作循環(huán)：過濾、洗滌、卸渣、整理重裝構(gòu)成材料與化學(xué)工程學(xué)院38化工原理3-3 過濾操作特點(diǎn)生產(chǎn)能力單位時(shí)間獲得的濾液量其中：3-3 過濾二、葉濾機(jī)三、轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)筒筒的側(cè)壁上覆蓋有金屬網(wǎng)，長、徑之比約為1/22；

16、濾布蒙在筒外壁上；分配頭轉(zhuǎn)動盤、固定盤 浸沒于濾漿中的過濾面積約占全部面積的3040%；轉(zhuǎn)速為0.1至23（轉(zhuǎn)/分）。材料與化學(xué)工程學(xué)院39化工原理3-3 過濾二、葉濾機(jī)三、轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)筒筒的3-3 過濾操作特點(diǎn)連續(xù)操作，過濾、洗滌、吹松、刮渣等構(gòu)成。置換洗滌：Lw=L生產(chǎn)能力Q：其中：浸沒分?jǐn)?shù)，則忽略介質(zhì)阻力時(shí)：材料與化學(xué)工程學(xué)院40化工原理3-3 過濾操作特點(diǎn)連續(xù)操作，過濾、洗滌、吹松、刮渣等構(gòu)3-3 過濾例.在3105Pa的壓強(qiáng)差下對鈦白粉在水中的懸浮液進(jìn)行過濾實(shí)驗(yàn)，測得過濾常數(shù)K=5 10 5m2/S、qe=0.01m3/m2，又測得濾餅體積和濾液體積之比為v=0.08?，F(xiàn)擬用

17、有38個框的BMY50/810-25型的板框壓濾機(jī)處理該料漿，過濾的推動力及濾布與實(shí)驗(yàn)相同。求：1）過濾至框內(nèi)全部充滿濾餅所需要的時(shí)間；2）過濾完畢，用0.1倍濾液量的清水進(jìn)行洗滌。洗滌時(shí)間是多少；3）若每次卸渣、重裝等全部輔助操作時(shí)間為15min，以濾餅計(jì)的每臺過濾機(jī)的生產(chǎn)能力是多少。解：1）過濾時(shí)間材料與化學(xué)工程學(xué)院41化工原理3-3 過濾例.在3105Pa的壓強(qiáng)差下對鈦白粉在水中的3-3 過濾3）生產(chǎn)能力材料與化學(xué)工程學(xué)院42化工原理3-3 過濾3）生產(chǎn)能力材料與化學(xué)工程學(xué)院42化工原理復(fù)習(xí)1.基本概念顆粒特性（體積、表面積、比表面積、形狀系數(shù)）、顆粒群的性質(zhì)（篩分分析、分布函數(shù)、密度函數(shù)、平均直徑、密度）、床層特性（空隙率、比表面積、各向同性）、沉降操作（重力沉降、離心沉降；自由沉降、干擾沉降；沉降速度及影響因素）；離心分離因素；旋風(fēng)分離器的臨界直徑及影響因素降、分離效率、壓降；塵室的特點(diǎn)；過濾基本概念，過濾基本方程、比阻、過濾速率、恒壓過濾、恒速過濾、先恒速后恒壓過濾；濾餅洗滌、洗滌速率；板框壓濾機(jī)、葉濾機(jī)、轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)的特點(diǎn)；生產(chǎn)能力及