11-第三章-非均相物系的分離-2解析

學(xué)習(xí)回顧

傳熱:

傳熱機理

三種傳熱方式

傳熱過程的計算

換熱器2022/12/281第三章非均相物系的分別2022/12/2823.1概述(1).收集分散物質(zhì)(回收有用物質(zhì))如從氣流干燥器排出尾氣中回收帶出的固體顆粒作為產(chǎn)品，或者從某些排污中回收帶走的液體等。(2).凈化分散介質(zhì)(凈化物料)如除去渾濁液中的固相雜質(zhì)而使其成為清液，或者使壓縮后氣體中的油滴分別而凈化氣體等。(3).環(huán)境疼惜與平安生產(chǎn)(環(huán)境疼惜的須要)象煙道氣的排放、廢液的排放都要求其含固量達到確定標準，以防止對大氣、河海等環(huán)境污染。2022/12/283混合物的分類均相物系：物系內(nèi)部各處物料性質(zhì)勻整而不存在相界面的混合物系。非均相物系：物系內(nèi)部有明顯的相界面存在而界面兩側(cè)物料的性質(zhì)不同的混合物系。非均相機械分別過程涉及固體顆粒,可以把固體看成球形.流體對固體顆粒的繞行:固體靜止,流體動;流體靜止,固體沉降;或相對運動.2022/12/284懸浮液的形成:第一,在前置生產(chǎn)工序前因工藝要求加入固體顆粒;其次,在前置生產(chǎn)工序中從液相中析出固體產(chǎn)品或因反應(yīng)生成固體及固體雜質(zhì).生產(chǎn)中液固分別有不同的目的:得到含液量比較少的固體產(chǎn)品即低液體損失率,或得到含固體顆粒比較少的清液,即低的固體損失率.2022/12/285顆粒和顆粒床層特性簡述亦稱球形度，用于表征顆粒的形態(tài)與球形的差異程度。定義：體積與實際顆粒相等時球形顆粒表面積與實際顆粒的表面積之比，即：空隙率ε：單位體積床層中的空隙體積，m3/m3，2022/12/286以液相加氫為例含有催化劑的物料:催化劑要回收,循環(huán)運用;料液進入下一步反映.顆粒大小對分別的難易程度的影響:依據(jù)須要限制粒度大小.2022/12/2873.2沉降分別3.2.1沉降概述沉降是指在某種力的作用下，固粒相對于流體產(chǎn)生定向運動而實現(xiàn)分別的操作過程。其依據(jù)是利用兩相間密度的差異，受力時其運動速度不同從而發(fā)生相對運動。進行沉降操作的作用力可以是重力，也可以是慣性離心力，故沉降分為重力沉降和離心沉降。衡量沉降進行的快慢程度通常用沉降速度來表示。3.2.2沉降速度自由沉降：發(fā)生在稀疏顆粒的流體中干擾沉降：多發(fā)生在液態(tài)非均相物系中，沉降速度低。以下探討自由沉降過程。壓縮沉降:2022/12/2883.2.3自由沉降沉降的加速階段沉降的恒速階段速度加大,阻力也變大,阻力變大加速度變小,小到為0即是恒速階段.沉降速度ut-----終端速度2022/12/289用前式計算沉降速度時，需先確定阻力系數(shù)ζ值。通過因次分析，ζ是顆粒形態(tài)、顆粒與流體相對運動雷諾數(shù)Ret=dutρ/μ的函數(shù)，由試驗測得的綜合結(jié)果在下圖中示出。對于球形顆粒的曲線，從圖可看出，按Ret值大致分為三個區(qū)，各區(qū)內(nèi)曲線所對應(yīng)的ζ可分別用相應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系式表示。1.滯流區(qū)(斯托克斯定律區(qū))10-4<Ret<22.過渡區(qū)(艾倫定律區(qū))1<Ret<1033.湍流區(qū)(牛頓定律區(qū))103<Ret<2×1052022/12/28101)場力F重力場Fg=mg離心場Fc=mrω22)浮力Fb重力場Fgb=mρg/ρb(重力場中顆粒所受的浮力)離心場Fb=mrω2ρ/ρb(離心場中顆粒所受的浮力)2022/12/2811設(shè)直徑為d、密度為ρs的光滑球形顆粒在密度為ρ，粘度為μ的靜止流體中作自由沉降。此時顆粒受到阻力、浮力和重力的作用，其中阻力是由摩擦引起的，隨顆粒與流體間的相對運動速度而變，仿照管內(nèi)流淌阻力計算式：浮力Fb阻力FD重力Fg則，受力狀況：2022/12/2812依據(jù)牛頓其次運動定律：Fg-Fb-Fd=ma即：過程起先的瞬間，u=0,因此Fd=0,故加速度具有最大值。隨著顆粒的下落，阻力增加，加速度減小。當u達到某一數(shù)值ut后，使得重力與浮力、阻力達到平衡，即合力為零，此時加速度為零。因此，顆粒的沉降過程分為兩個階段：加速階段：u=0,Fd=0,a=amaxu↑，fd↑，a↓等速階段：u=ut時，F(xiàn)d=Fg-Fb，a=02022/12/2813

將ζ、Ret計算式代入沉降速度基本方程式中，得各區(qū)域內(nèi)沉降速度公式：〖說明〗上式滿足條件(1)容器相對顆粒直徑大得多(100倍以上)(2)顆粒不行過細，否則出現(xiàn)布朗運動(d>2μm)適用條件(1)顆粒靜止，流體運動(2)顆粒運動，流體靜止(3)顆粒流體作相反方向運動(4)顆粒、流體作相同方向運動，但速度不同2022/12/2814例3-1,3-2見教材111頁斯托克斯定律的含義:FD=3πμdpu臨界直徑：指理論上能夠完全分別出來的最小顆粒直徑.2022/12/28153.2.4干擾沉降顆粒群的運動;干擾沉降的成因;干擾沉降的速度.2022/12/28163.2.5重力沉降設(shè)備重力沉降是最簡潔的沉降分別方法，它既可用于分別氣固非均相物系，也可用于分別液固非均相物系；既可用于將混合物系中的顆粒與流體分開，也可用來使不同大小或密度不同的顆粒分開。依據(jù)重力沉降原理進行操作的裝置稱為重力沉降設(shè)備.1).降塵室利用重力沉降從氣流中分別出塵粒的設(shè)備稱為降塵室，常見的如圖所示。操作原理：含塵氣體進入降塵室后，因流淌截面積的擴大而使顆粒與氣體間產(chǎn)生相對運動，顆粒向室底作沉降運動。只要在氣流通過降塵室的時間內(nèi)顆粒能夠降至室底，塵粒便可從氣流中分別出來。2022/12/2817utu顆粒降至室底所需時間為?t：當?≥?t時，塵粒便從氣流中分別出來，即有：H/ut≤lbH/qvqv≤ut·lb

降塵室一般為矩形方體設(shè)備，其長、寬和高分別用l、b、H表示，兩端分別為含塵氣體進口和凈化氣出口，氣體流量為Vs,m3/s。設(shè)氣體通過降塵室的時間為?：2022/12/2818

球形顆粒沉降速度的計算

假設(shè)沉降處在滯流區(qū)，則選用Stokes公式：例3-3見113頁2022/12/2819增稠器

利用重力沉降從懸浮液中分別固相的設(shè)備稱為增稠器，它可從懸浮液中分出清液而得到稠厚的沉渣，又稱為增稠器。按操作方式分為間歇式和連續(xù)式，一般化工生產(chǎn)中均接受連續(xù)增稠器。連續(xù)沉降槽是底部略成錐狀的大直徑淺槽，如圖。懸浮液經(jīng)中心進料管送到液面以下0.3～1.0m處，分散到槽的整個橫截面上。因截面積的擴大顆粒下沉，清液向上流淌，經(jīng)由槽頂四周設(shè)置的溢流堰排出，沉到槽底的沉渣由緩緩轉(zhuǎn)動的耙撥向底部中心的排渣口排出。連續(xù)沉降槽的操作屬于穩(wěn)定操作狀態(tài)，上部為清液區(qū)，下部為增稠區(qū)，增稠區(qū)內(nèi)顆粒的濃度自上而下逐步增高，而且各部位區(qū)內(nèi)的粒子濃度、沉降速度等不隨時間而變更。2022/12/2820連續(xù)沉降槽直徑大，大者可達百米以上，高度為2～4米。為節(jié)約占地面積，有時將數(shù)個沉降槽疊在一起構(gòu)成多層沉降槽，共用一根共同的軸帶動各槽的耙。耙的轉(zhuǎn)速很低，一般在0.1～1rpm之內(nèi)，以防將已沉積的固粒重新攪起。連續(xù)沉降槽適于處理量大而顆粒濃度不高的懸浮液，對于顆粒微小的料漿，常需加入高分子量的絮凝劑，使細粒之間發(fā)生凝合而促進沉降作用，以提高其生產(chǎn)實力和得到符合要求的清液，其底部排出的沉渣還含有約50%的液體。2022/12/2821分級器利用重力沉降可將懸浮液中不同粒度的顆粒進行粗略的分別,或?qū)煞N密度不同密度的顆粒進行分類,這樣的過程稱為分級.實現(xiàn)分級操作的設(shè)備稱為分級器.2022/12/28222分級器利用重力沉降可將懸浮液中不同粒度的顆粒進行粗略的分級，或?qū)煞N不同密度的物質(zhì)進行分類。圖3-7為分級器示意圖。2022/12/28233.2.6沉降過程的強化凝合或絮凝離心沉降2022/12/28243.2.7離心沉降設(shè)備轉(zhuǎn)鼓式離心機離心沉降所處理的非均相物系中固粒直徑通常很小，沉降一般在滯流區(qū)進行，故其沉降速度可表示為：碟式分別機管式高速離心機2022/12/28251轉(zhuǎn)鼓式離心機與重力沉降器的原理相同，在沉降式離心機中，凡沉降所需時間τt小于流體在設(shè)備內(nèi)的停留時間τr的顆粒均可被沉降而除去。顆粒在離心力場中的運動方程可寫為2022/12/28262碟式分別機生產(chǎn)實力碟式分別機的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)裝有很多倒錐形碟片，碟片直徑一般為0.2～0.6m，碟片數(shù)目約為50～100片。轉(zhuǎn)鼓以4700～8500r／min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，分別因數(shù)可達4000～10000。用于乳濁液的分別碟片上開孔用于澄清時碟片上不開孔2022/12/28273管式高速離心機2022/12/28283.3

過濾

過濾是分別懸浮液最普遍和最有效的單元操作之一。與沉降相比，過濾可使懸浮液的分別更快速更徹底，特殊是對于粒徑很小，很難分別的懸浮液，沉降方法均難實現(xiàn)，這時需接受過濾操作。

過濾：以某種多孔物質(zhì)為介質(zhì)，在外力作用下，使懸浮液中的液體通過介質(zhì)的孔道，而使固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而實現(xiàn)固、液分別的單元操作。過濾操作所處理的懸浮液稱為濾漿或料漿所用的多孔性介質(zhì)稱為過濾介質(zhì)通過過濾介質(zhì)的液體稱為濾液被截留下來的顆粒層稱為濾餅或濾渣實現(xiàn)過濾操作的外力有重力，壓強差或慣性離心力，在化工生產(chǎn)中應(yīng)用最多的是過濾介質(zhì)上、下游兩側(cè)的壓強差。2022/12/28291.

過濾方式過濾操作分兩類：1.餅層過濾：固體顆粒呈餅層狀沉積于過濾介質(zhì)的上游一側(cè)。適于處理固體含量較高(固體體積分率在1％以上)的懸浮液。真正發(fā)揮分別作用的是濾餅層，而不是過濾介質(zhì)。因為顆粒在介質(zhì)表面發(fā)生“架橋”現(xiàn)象，可以截留小顆粒，起先濾液混濁需重新處理。2.深床過濾：固體顆粒的沉積發(fā)生在較厚的粒狀過濾介質(zhì)床層內(nèi)部。適于處理顆粒小、含量少(固體體積分率在0.1％以下)的懸浮液。真正發(fā)揮作用的是過濾介質(zhì)。化工中所處理的懸浮液濃度往往較高。故本章只探討餅層過濾。2022/12/2830過濾介質(zhì)過濾介質(zhì)的作用是使清液通過，截留和支承濾餅。對其要求是：1.具有多孔性，孔道大小合適；2.具有足夠的機械強度和盡可能小的流淌阻力；3.具有相應(yīng)的耐腐蝕性、耐熱性、抗老化性等。工業(yè)上常用的過濾介質(zhì)種類主要有：(1)織物介質(zhì)(濾布)：由棉、毛、絲、麻等自然纖維或尼綸、聚氯乙烯纖維等合成纖維及玻璃絲、金屬絲(Cu、Ni、不銹鋼)等材料制成的網(wǎng)。被截留的最小顆粒直徑5～65μm，應(yīng)用最廣；(2)粒狀介質(zhì)(粒狀介質(zhì))：由細而硬的粒狀物質(zhì)(砂、木碳、硅藻土、石綿、纖維球、碎石等)積累而成。用于深床過濾;(3)多孔固體介質(zhì)：多孔陶瓷、多孔塑料等具有微小孔道固體材料。被截留的最小顆粒直徑1～3μm，適于處理含量少、顆粒小的腐蝕性懸浮液或其它特殊場合。2022/12/2831為了克服可壓縮濾餅被壓縮后難于進行過濾，可在其中加入一種質(zhì)地堅硬的固體顆?；蝾A(yù)涂于過濾介質(zhì)上，以形成稀松的餅層，以變更濾餅結(jié)構(gòu)，提高剛性，削減阻力。這種預(yù)涂或預(yù)混的粒狀物質(zhì)稱為助濾劑。對助濾劑的要求：應(yīng)是能形成多孔餅層的剛性顆粒具有化學(xué)穩(wěn)