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1、,本章重点掌握的内容 (1)沉降分离(包括重力沉降和离心沉降)的原理、过程计算和旋风分离器的结构。 (2)过滤操作的原理、过滤基本方程式推导的思路,恒压过滤的计算、过滤常数的测定。,第三章 非均相物系的分离,学习目的 与要求,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,清水沉降池,滤药渣,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,自来水厂的主要流程,自来水厂水的净化分三步,第一步是絮凝过程,也可以叫反应过程。在流动中使水中的杂质颗粒絮凝长大;第二步是沉降。沉降池是使大颗粒得以除去。第三步是砂滤。砂滤池,进一步用900mm厚砂层,将小颗粒杂质滤去。,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,图中兰色粗管是来自
2、黄浦江的原料水,条形池子是絮凝池,左侧池 是沉降池。,自来水厂全貌,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,自来水厂沉降池,这是沉降池。图为絮凝之后的水,是从沉降池底部流入,到池子上部水已很清了。,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,一混合物的分类 1.相:体系中具有相同组成、物理性质、化学性质的均匀物质。 2均相混合物 若物系内各处组成均匀且不存在相界面,则称为均相混合物。,概述,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,3非均相混合物 物系中存在相界面,且界面两侧物料的性质不同。 分散状态物质(分散相) 连续状态物质(连续相) 根据连续相状态的不同,非均相混合物又可分为两种类型: (1)气态非
3、均相混合物,如含尘气体、含雾气体等; (2)液态非均相混合物,如悬浮液、乳浊液、泡沫液等。,二非均相混合物分离方法的分类,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,燃煤烟气湿法除尘脱硫一体化技术,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,湍球塔除尘动画,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,文丘里除尘器动画,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,75T/h 锅炉烟气湿法除尘脱硫一体化装置,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,袋式过滤器动画,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,静电除尘器动画,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,旋风分离,主要用于石油、化工、肥料、冶金、煤炭及环保的尾气除尘和高炉烟
4、气净化、颗粒回收等,目前已成功应用于氮肥厂造气炉的除尘及煤粉回收,也可用于石油化工装置中如丙烯腈、苯酐、百菌清、苯胺等作为流化床内旋风分离器用以回收昂贵的细颗粒催化剂,以及钙镁磷肥回转窑烘干、球磨系统的尾气除尘和高炉烟气净化等。在正常工作状态下,气固分离效率不小于99%,阻力不大于1000Pa。,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,烟道除尘动画,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,三非均相混合物分离的目的 (1)收集分散物质。 (2)净化分散介质。 (3)环境保护与安全生产。,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,炼油厂沉降应用实例,炼油厂污水处理工艺之一: 隔油- 粗粒化- 沉降- 沙滤
5、,国外炼油厂每加工1 t油产生0. 51. 0 t废水,我 国炼油厂每加工1 t原油产生0. 73. 5 t含油废水。,原理:依靠某种力的作用,利用分散相与连续相之间存 在密度差使之发生相对运动而分离的过程。,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,前提条件:密度差、外力 外力场重力沉降和离心沉降,沉降分离,20,沉降分离,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,1).流体静止,固体颗粒作沉降运动; 2).固体静止,流体对固体作绕流; 3).流体和固体都运动,但二者保持一定的相对速度。,流固之间的相对运动有三种情况:,知识点: 重力沉降原理、沉降速度和相关设备,第一节 重力沉降,化工原理课件第一章
6、 流体流动,刚性颗粒的沉降:,第一节 重力沉降 一、沉降速度,重力:,浮力:,阻力:,颗 粒 密 度,流体 密 度,受力分析,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,化工原理课件第一章 流体流动,第一节 重力沉降 一、沉降速度,刚开始沉降:,不变,a最大,开始沉降,a,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,化工原理课件第一章 流体流动,第一节 重力沉降 一、沉降速度,a0,u增加至一定值时,自由沉降速度,匀速沉降,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,淘金梦,试验:d0.18mm,1600kgm3的光滑小球在20水中由静止至99的沉降速度所需的时间为0.0133秒,小球下降的距离为1.110-4
7、m。,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,结论:重力沉降可看作匀速沉降。,第一节 重力沉降 一、沉降速度,原理: 利用油水的密度差使连续相中的液滴浮升实现分离。,AFB纤维床液液相分离器,AFB纤维床液液相分离器,化工原理课件第一章 流体流动,第一节 重力沉降 三、浮升速度,浮力:,阻力:,油 滴 密 度,水的 密 度,浮升速度:,受力分析,重力:,化工原理课件第一章 流体流动,刚开始上浮:,不变,a最大,开始上浮,a,化工原理课件第一章 流体流动,第一节 重力沉降 三、浮升速度,a0,u,增加至一定值时,浮升速度,匀速上浮,结论:密度差大,阻力系数小,流体密度小,d大,ut大。,化工原理课
8、件第一章 流体流动,第一节 重力沉降 四、阻力系数,1.阻力系数 的计算,因次分析,球形度,=,与颗粒体积相等的圆球的表面积,颗粒的表面积,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,化工原理课件第一章 流体流动,第一节 重力沉降 四、阻力系数,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,化工原理课件第一章 流体流动,第一节 重力沉降 四、阻力系数,球形颗粒:,层流区,Stokes定律区,过渡区,Allen定律区,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,化工原理课件第一章 流体流动,第一节 重力沉降 四、阻力系数,湍流区,Newton定律区,2. 的计算:,试差法:,假设 流型,选择公式,计算,计算,验算,
9、化工原理课件第三章 非均相物系的分离,化工原理课件第一章 流体流动,第一节 重力沉降,例:求直径40m球形颗粒在30大气中的自由沉降速度。已知颗粒为2600kg/m3,大气压为0.1MPa。,解:,设为层流,则:,查30、0.1MPa空气:,校核:,(正确),化工原理课件第三章 非均相物系的分离,影响沉降速度的因素,自由沉降,干扰沉降,沉降过程中,任一颗粒的沉降不因其他颗粒的存在而受到干扰。,如果分散相的体积分率较高,颗粒间有明显的相互作用,容器壁面对颗粒沉降的影响不可忽略,这时的沉降称为干扰沉降或受阻沉降。,一、沉降速度,第一节 重力沉降 五、影响因素,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,
10、(1)颗粒的体积分数 当颗粒的体积分数小于0.2%时,理论计算值的偏差在1%以内。当颗粒体积分数较高时,由于颗粒间相互作用明显,便发生干扰沉降。 (2)器壁效应 容器的壁面和底面均增加颗粒沉降时的曳力,使颗粒的实际沉降速度较自由沉降速度低。,一、沉降速度,第一节 重力沉降 五、影响因素,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,(3)颗粒形状的影响 同一种固体物质,球形或近球形颗粒比同体积非球形颗粒的沉降要快一些。非球形颗粒的形状及其投影面积A均影响沉降速度。,一、沉降速度,第一节 重力沉降 五、影响因素,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,(4)气泡和液滴的运动 颗粒较大时,变形和内部产生循环
11、运动,误差大,不再适用。,单颗粒的几何特性参数,体积:,比表面积:,表面积:,小知识(了解),球形颗粒,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,非球形颗粒,1.在体积方面等效,即使当量球形颗粒的体积等于真实颗粒的体积 Vp ,则体积当量直径应定义,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,.球形度,表面积:,比表面积:,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,化工原理课件第一章 流体流动,1.用途:分离气流中的尘粒,第一节 重力沉降 六、重力沉降设备-降尘室,2.工作原理,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,化工原理课件第一章 流体流动,第一节 重力沉降 六、重力沉降设备-降尘室,沉降时间:,停留时
12、间:,分离条件:,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,2019/10/19,47,2. 生产能力 VS降尘室所处理含尘气体的体积流量,结论:降尘室的生产能力只与沉降面积bl及颗粒 沉降速度ut有关,而与高度H无关。,2019/10/19,48,多层降尘室:,若n个隔板,则,缺点: 清灰难; 隔板间距小,颗粒易被扬起。,第一节 重力沉降 六、重力沉降设备-降尘室,化工原理课件第一章 流体流动,第一节 重力沉降 六、重力沉降设备-沉降槽,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,用途:分离悬浮液,处理量大 大颗粒悬浮液,1-进料槽道,2-转动机构,3-料井 4-溢流槽,5-溢流管,6-叶片,7-转耙
13、,连续沉降槽动画,练 习 题 目,思考题,作业题: 1、2、3,1.颗粒沉降分为哪两个阶段?沉降速度是指哪个阶段的速度? 2.根据颗粒沉降原理,设计一个简单的装置来测定液体的黏度。,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,第二节 离心沉降,应用:炼油厂催化裂化,气固非均相物系-旋风分离器中进行,液固非均相物系-旋液分离器中进行或沉降离心机,化工原理课件第一章 流体流动,第二节 离心沉降,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,1.离心分离因数Kc,惯性离心力=,向心力=,阻力=,化工原理课件第一章 流体流动,第二节 离心沉降,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,层流,化工原理课件第一章 流体流动
14、,2.旋风分离器,第二节 离心沉降,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,气固分离,除5m20m尘粒,缺点:不适于分离 粘性,高湿性、 腐蚀性粉尘,化工原理课件第一章 流体流动,3.旋风分离器的性能指标,第二节 离心沉降,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,细而长,(1)临界粒径,(2)分离效率,总效率,粒级效率,分割粒径,化工原理课件第一章 流体流动,第二节 离心沉降,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,(3)压强降,化工原理课件第一章 流体流动,第二节 离心沉降,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,某气流干燥器送出的含尘空气量为10000m3h-1,空气温度为80oC。直径为1m的标准型旋风分离器收集粉尘,粉尘密度1500kgm-3,(1) 分割粒径;(2)直径为15m的颗粒的粒级效率;(3) 压强降。,解:,查80,(1),进口横截面积,进口气速,化工原理课件第一章 流体流动,第二节 离心沉降,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,(2),由图查得 p=0.83=83%,(3),旋风分离器的分类,旋风分离器分类繁多,分类方法也各有不同。 按结构形式可分为:长锥体、圆筒体、扩散式以及旁通式。 我国已定型了多种旋风分离器,制定了标准系列,常用的有CLT、CLT/A、XLP/A、XLP/B 以及 CLK 型等。 对各种型号的旋