《化工原理讲稿(上册)-应化第三章沉降与过滤课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理讲稿(上册)-应化第三章沉降与过滤课件（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章 非均相物系的分离,1 颗粒与颗粒床层的特性 2 沉降 3 过滤 4 离心分离,概 述,一、均相混合物,物系内部各处均匀，不存在相界面 如：溶液、混合气体,分离方法：,蒸馏：分离苯甲苯溶液 吸收：分离含氨的混合空气 萃取：丙酮水氯苯溶液的分离 结晶：盐水中提取固体盐,二、非均相物系,由具有不同物理性质的分散物质和连续介质所组成的物系，有多个相界面。,分散相：物系中处于分散状态的物质 如：固体颗粒、液滴等。,连续相：包围分散物质且处于连续状态的物质，又称 为分散介质。,概 述,分类：,根据连续相的状态,气态非均相物系：含尘气体，含雾气体； 液态非均相物系：悬浮液，乳浊液，泡沫液。,分离方法
2、：,沉降：重力沉降、离心沉降；,过滤：重力过滤、加压过滤、真空过滤、离心过滤等。,概 述,分离目的：,得到合格的产品； 回收有用组分：回收催化剂颗粒； 环境保护。,概 述,1 颗粒与颗粒床层的特性,一、单颗粒的特性 二、颗粒群的特性 三、颗粒床层的特性,一、 单颗粒的特性,(一)球形颗粒,体积：,表面积：,比表面积：单位体积颗粒具有的表面积,(二)非球形颗粒,体积当量直径deV ：体积相等,表面积当量直径deS ：等表面积,比表面积当量直径dea ：等比表面积,形状因数：球形度,定义：与颗粒等体积的一个球的表面积与颗粒的表面积之比,说明：,1，对于球形颗粒：=1； 值越大，颗粒形状越接近于球形
3、； 对于非球形颗粒，常用体积当量直径deV 及球形度来表示其特征：,二、颗粒群的特性,（一）粒度分布,不同粒径范围内所含颗粒的个数或质量分数。,测量颗粒粒度有筛分法、光学法、电学法、流体力学法等。工业上常见固定床中的混合颗粒，粒度一般大于70m，通常采用筛分的方法来分析颗粒群的粒度分布。,(二)颗粒群的平均直径,由于颗粒的比表面对流体通过固定床的流动影响最大，通常以比表面积相等的原则定义混合颗粒的平均直径dpm。,取1kg粒子，设总比表面积Si，总体积Vi，平均直径dp，粒子的比表面积=颗粒比表面积，则：,设粒径为dpi 粒子的质量分率为ai ，密度为s，则：,(二)颗粒群的平均直径,三、颗粒
4、床层的特性,固定床（Fixed bed）：固定不动的固体颗粒层 例：固定床催化反应器、吸附分离器、离子交换器等。流体在固定床中的流动状态直接影响到传热、传质与化学反应。,(一)床层的空隙率,定义：颗粒床层中空隙体积与床层总体积之比。,说明：,影响因素：颗粒形状、粒度分布、颗粒直径、床层直径， 填充方法等； 均匀的球形颗粒： 粒度分布不均匀性，故提高颗粒的大小均匀性可增大空隙率； 球形度；填充时受到震动； 湿法填充； 器壁效应：同一截面上的床层空隙率不同，壁面附近 较大，故流体驱向壁面处流过，使流体沿床层分布不均； 措施：加大床径，减小颗粒直径；,(二)床层的平均自由截面积,定义：单位床层截面上
5、未被颗粒占据的面积， 即：颗粒床层横截面上可供流体流通的空隙面积。,(三)床层的比表面积,定义：单位体积床层中所具有的颗粒物料表面积。,2 沉降,一、重力沉降 二、重力沉降设备 三、离心沉降 四、离心沉降设备,一、重力沉降,（一）颗粒的自由沉降,自由沉降：单个颗粒在流体中沉降，或者颗粒群在流体中足够分散、颗粒之间互不接触和互不碰撞条件下的沉降。,阻力Fd,浮力Fb,重力Fg,1.球形颗粒的自由沉降,一、重力沉降,由牛顿第二定律,整理,得,加速阶段：加速运动； 等速阶段：等速运动。,沉降速度ut,2.阻力系数,实践证明，阻力系数是颗粒与流体相对运动时雷诺准数的函数,一、重力沉降,(1) 10-4
6、Rep2，层流区,(2) 2Rep500，过渡区,(3) 500Rep2105，湍流区,一、重力沉降,(1) 10-4Rep2，层流区,(2) 2Rep500，过渡区,(3) 500Rep2105，湍流区,一、重力沉降,斯托克斯公式,阿仑公式,牛顿公式,沉降速度ut（Settling Velocity）的计算,试差法：,假设流型,相应公式求ut,计算雷诺数Rep,输出ut,Yes,No,一、重力沉降,检验流型,摩擦数群法：,取：,一、重力沉降,取K为判据：,层流区：取Rep=2，=24/Rep，则K =3.3，故：K3.3，按照斯托克斯公式求ut ； 过渡区：K =3.343.6，阿仑公式 湍
7、流区：K43.6，牛顿公式,一、重力沉降,4.非球形颗粒的自由沉降,一、重力沉降,当非均相物系的颗粒较多，颗粒之间相距很近时，颗粒沉降时会受到周围其它颗粒的影响，互相干扰，这种沉降称为干扰沉降。干扰沉降的速度比自由沉降时小。必要时可用某些经验方法加以校正。,一、重力沉降,(二)干扰沉降,一、重力沉降,(三)器壁效应,颗粒与容器壁面间的摩擦碰撞对颗粒的沉降速度产生的影响。颗粒粒径dp与容器直径D之比值越大，器壁效应影响越大。一般当dp/D0.01 时，器壁效应的影响会使颗粒的沉降速度减小。,层流校正：,湍流校正：,二、重力沉降设备,1.降尘室,降尘室的计算,简化假定：,将降尘室简化为高为H、宽为
8、W、长为L的长方体，入口端气体中的颗粒均匀分布在整个截面上。,颗粒通过降尘段的时间(停留时间)为：,分离条件：,分离条件：,沉降时间为：, = L/u ；,t = H/ut,计算内容：,含尘气体的处理量,故：降尘室的生产能力理论上正比于颗粒的沉降速度和降尘室的底面积，而与沉降室的高度无关；,一定处理量下能除去的最小颗粒直径,计算内容：,临界直径dc,多层降尘室的生产能力；,若为n层隔板：,计算内容：,结构简单、流动阻力小； 体积庞大、分离效率低，适用于dp50m的粗颗粒， 预除尘用。,特点,三、离心沉降,1.离心沉降速度,可推导出：,说明：,颗粒的沉降速度(如颗粒细小，Rep2.0，服从斯托克
9、斯定律)为：,定义：离心分离因数,四、离心沉降设备,(一)旋风分离器,基本结构与操作原理,性能参数,(1)分离效率：,总效率：,分离效率是衡量气流在旋风分离器内净化程度的指标。,被旋风分离器除掉的颗粒质量占进口含尘气体中全部颗粒质量的分率：,c1、c2 分别为进、出口气体中颗粒的质量浓度(g/cm3)。,通常工业上用总效率表示旋风分离器的效率。,分效率（粒级效率）：,ci1、 ci2 分别为粒径为 di 的颗粒在进、出口气体中的质量浓度。,入口气体中某一粒级di的颗粒被旋风分离器除掉的分率。,分割直径d50：能被分离下来50的颗粒直径,xi 为进口气体中粒径为di 的颗粒的质量分率。,总效率与粒级效率的关系：,分效率（粒级效率）：,(2)旋风分离器的压降：,经验公式：,阻力系数主要由旋风分离器的结构决定,常用型号的旋风分离器值在5.08.0 之间；标准旋分： = 8.0 压降一般控制在0.52kPa左右，采取缩小直径、多台并联的方式满足分离效率与大气量的要求。,旋风分离器在石油化工中的应用,催化裂化中油气与催化剂的分离,PV型粗旋风分离器,PV型外置旋风分离器,PV型单级旋风分离器,PV型一、二级旋风分离器,旋风分离器的分类,为长岭炼油化工有限公司制造的旋风分离器在预组装,为九江石油化工厂制造的旋风分离器在预组装,为上海氯碱股份有限公司制造的氧氯化反应旋风分离器在预组装,
