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1、第三章、非均相混合物 分离及固体流态化 3.1 沉降分离原理及设备 3.1.1 颗粒相对于流体的运动 3.1.2 重力沉降 3.1.3 离心沉降 1 惯性离心力作用下实现的沉降过程称为离心沉降 。 颗粒受到三个力 颗粒与流体 在径向上的 相对速度 向心力 惯性离心力 阻力 一、离心沉降速度及分离因数 颗粒的圆周 运动速度 2 上述三个力达到平衡时： 平衡时颗粒在径向上相对于流体的运动速 度ur便是它在此位置上的离心沉降速度： 离心沉降速度 (3-35) 一、离心沉降速度及分离因数 3 一、离心沉降速度及分离因数 离心沉降时，若颗粒与流体的相对运动处于滞流区， 则可得 同一颗粒所受的离心力与重力
2、之比称为离心分离因 数。 离心分离因素 4 二、离心沉降设备 1. 旋风分离 器 （1）旋风分 离器的结构 与操作原理 动画15 5 （2）旋风分离器的性能 临界粒径 旋风分离器的 进气口宽度 旋风分离器的 进口气速 气流的有效旋 转圈数 临界粒径是判断旋风分离器分离效率高低的重要依据 。临界粒径越小，说明旋风分离器的分离性能越好。 二、离心沉降设备 6 分离效率 总效率0 粒级效率pi 二、离心沉降设备 7 通过实测旋风分离器进、出气流中所含尘粒 的浓度及粒度分布，可得粒级效率与颗粒直径di 的对应关系曲线，该曲线称为粒级效率曲线。 粒级效率曲线 粒级效率恰为50%的颗粒直径，称为分割粒 径
3、。 分割粒径 二、离心沉降设备 8 同一型式且尺寸比例相同的旋风分离器 曲线相同，因此此曲线估算旋风分离器的效率较 为方便。 二、离心沉降设备 9 图3-11 标准旋风分离器的 曲线 二、离心沉降设备 10 压力降 阻力系数 标准旋风分离器为8 操作温度，颗粒密度、粒径、进口气速度及粉尘 浓度等情况。 影响旋风分离器性能的因素 二、离心沉降设备 11 （3）旋风分离器类型 二、离心沉降设备 XLT/A型 12 XLP/B型 二、离心沉降设备 13 XLK型(扩散式) 二、离心沉降设备 14 （4）旋风分离器的选用 首先应根据系统的物性，结合各型设备的 特点，选定旋风分离器的类型； 然后依据含尘
4、气的体积流量，要求达到的 分离效率，允许的压力降计算决定旋风分离器 的型号与个数。 二、离心沉降设备 15 2. 旋液分离器 旋液分离器又称水力旋流器，是利用离心沉 降原理从悬浮液中分离固体颗粒的设备，它的结 构与操作原理和旋风分离器类似。 二、离心沉降设备 16 第三章、非均相混合物 分离及固体流态化 3.2 过滤分离原理及设备 3.2.1 流体通过固体颗粒床层的流动 17 一、固体颗粒群的特性 1.颗粒群的粒度分布 筛分是用单层或多层筛面将松散的物料按 颗粒粒度分成两个或多个不同粒级产品的过程 。 分布函数Fi定义为第i层筛网的筛过量占样 品总量的质量分数，以dpi为横坐标，Fi为纵坐 标
5、得到的曲线即为分布函数曲线。 筛分 分布函数 18 频率函数 一、固体颗粒群的特性 图3-16 颗粒的分布函数曲线和频率函数曲线 19 2. 颗粒群的平均直径 粒群的平均直径计算式为 （3-46） 一、固体颗粒群的特性 20 二、固体颗粒床层的特性 1. 床层的空隙率 空隙率以表示，即 21 2. 床层的自由截面积 床层截面上未被颗粒占据的流体可以 自由通过的面积，称为床层的自由截面积 。 3. 床层的比表面积 床层的比表面积是指单位体积床层中具 有的颗粒与流体接触的表面积。 若忽略床层中颗粒间相互重叠的接触面 积。 二、固体颗粒床层的特性 22 床层的比表面积也可用颗粒的堆积密度估算，即 二
6、、固体颗粒床层的特性 颗粒的堆 积密度 颗粒的 真实密 度 23 4. 床层的当量直径 二、固体颗粒床层的特性 简化模型是将床层中不规则的通道假设成长 度为 L，当量直径为 的一组平行细管，并且规 定： （1）细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙容 积； （2）细管的内表面积等于颗粒床层的全部表面积 。 24 依照非圆形管当量直径的定义，可推出 （3-49） 二、固体颗粒床层的特性 25 三、流体通过固体颗粒床层 （固定床）的压降 流体通过固定床的压力降主要有两方面： 一是流体与颗粒表面间的摩擦作用产生的压力降 。 二是流动过程中，孔道截面积突然扩大和突然缩 小以及流体对颗粒的撞击产生的压力降
7、。 26 采用计算床层当量直径时所用的简化模型， 将流体通过床层的流动看作流体通过一组当量直 径为deb的平行细管流动，可得到其压力降为： （3-52） 床层雷诺数 床层的摩擦系 数，是床层雷 诺数的函数 三、流体通过固体颗粒床层 （固定床）的压降 27 康采尼（Kozeny）方程 欧根（Ergun）方程 （3-55） （3-58） 三、流体通过固体颗粒床层 （固定床）的压降 28 第三章、非均相混合物 分离及固体流态化 3.2 过滤分离原理及设备 3.2.1 流体通过固体颗粒床层的流动 3.2.2 过滤操作的原理 29 过滤是在外力作用下，使悬浮液中的液体 通过多孔介质的孔道，而固体颗粒被截
8、留在介 质上，从而实现固、液分离的操作。 过滤 30 图3-17 过滤操作示意图 动画16 31 一、过滤方式 1饼层过滤 2深床过滤 3膜过滤 饼层过滤时发生“架桥”现象 图3-18 32 二、过滤介质 （1）对过滤介质的性能要求 具有足够的机构强度和尽可能小的流动阻力 ，同时，还应具有相应的化学稳定性，耐腐蚀性 和耐热性。应用于食品和生物制品过滤的介质还 应考虑无毒，不易滋生微生物，易清洗消毒等。 （2）工业上常用的过滤介质的种类 织物介质(又称滤布) 堆积介质 多孔固体介质 多孔膜 33 三、滤饼的压缩性和助滤剂 不可压缩滤饼 可压缩滤饼 当滤饼两侧的压力差增大时，颗粒的形状和颗 粒间的空隙不会发生明显变化，单位厚度床层的流 动阻力可视作恒定。 当滤饼两侧的压力差增大时，颗粒的形状和 颗粒间的空隙会有明显的改变，单位厚度饼层的 流动阻力随压力差增大而增大。 34 助滤剂 助滤剂是某种质地坚硬而能形成疏松饼层 的固体颗粒或纤维状物质，将其混入悬浮液或 预涂于过滤介质上，可以改善饼层的性能，使 滤液得以畅流。 三、滤饼的压缩性和助滤剂 35 练 习 题 目 思考题 作业题: 4、5 1.分析影响旋风分离器临界粒径的因素。 2.选择旋风分离器时应该依据哪些性能指标? 3.过滤的方式有哪些？饼层过滤时，真正起过滤作 用的是什么？ 36
