《化工原理（天大版）-（上册）第三章 机械分离与固体流态化》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理（天大版）-（上册）第三章 机械分离与固体流态化（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章 机械分离与固体流态化,第一节 颗粒及颗粒床层的特性,颗粒的大小及形状 尺寸 球形颗粒,d,非球形颗粒,de和形状系数,体积当量直径de,表面积当量直径des,比表面积当量直径dea,形状系数,表征颗粒的形状与球形的差异程度,球形颗粒s=1,非球形颗粒s1,一般用体积当量直径和形状系数来表征颗粒的体、表面积和比表面积,二 颗粒群的特性,粒度分布 不同粒径范围内所含粒子的个数或质量 筛分分析法（泰勒标准筛） 目数：筛网上每英寸的孔数 颗粒的平均粒径 平均比表面积直径 对一批大小不等的球形颗粒，总质量G，径筛分分析得到相邻网号筛之间的质量为Gi，筛分直径di（两筛号筛孔的算术平均值）作为Gi
2、的平均直径,密度,粒子的真密度s,堆积密度（表观密度） b,3-1-2 颗粒床层的特性,床层空隙率,二 影响空隙率的因素,大小,形状,粒度分布,填充方式,3-1-2 颗粒床层的特性,床层比表面积ab 定义：单位体积床层具有的颗粒表面积 若忽略颗粒之间接触面积的影响,根据颗粒的质量不变：,3-1-2 颗粒床层的特性,床层的各向同性 各向同性 小颗粒的床层用乱堆方法堆成，非球形颗粒可定向是随机的 床层横截面上可供流体通过的自由截面积与床层截面之比等于 壁效应,第二节 沉降过程,3-2-1 重力沉降,沉降速度 球形颗粒的自由沉降,根据牛顿第二定律：,阻力系数,当 10-4 Ret 1时，滞流,当 1
3、 Ret 103时，过渡区,当103 Ret 2x105时，湍流区,当Ret 2x105时,影响沉降速度的因素 自由沉降 干扰沉降 颗粒的体积浓度：当颗粒浓度很高时，沉降速度比自由沉降速度减少 颗粒实质上是在密度和粘度都比清液为大的悬浮液内沉降,当颗粒向下沉降时，流体被置换而向上运动，阻滞了靠 得很近的其它颗粒的沉降,器壁效应,颗粒形状的影响,颗粒形状的影响 球形颗粒比同体积非球形颗粒的沉降快（图3-2） 非球形颗粒的形状s及投影面积A都影响沉降速度 A s（图3-2） d（d 0.5m）,沉降速度的计算,试差法,摩擦数群法,重力沉降设备 沉降室,沉降室的长度l，m,沉降室的高度H，m,沉降室
4、的宽度b，m,若沉降室设置n层水平隔板，则多层沉降室的生产能力为：,气体流速为滞流,Ut为最小颗粒的沉降流速,沉降槽 间歇的 连续的,为了增大沉降速度，通常采用的措施：,在悬浮液中加入少量电解质，使细粒发生“凝聚”或“絮凝”,加热悬浮液，降低其粘度,沉聚过程为干扰沉降,分级器,大颗粒相对于小颗粒进行沉降,液体被沉降颗粒置换而上升的速度不可忽略,悬浮液中小颗粒有被沉降较快的颗粒向下拖曳的趋势，使小 颗粒的沉降被加速,3-2-2 离心沉降,惯性离心力作用下的沉降速度,做圆周运动时，向心加速度：,离心力：,当流体带着颗粒旋转时：,离心力：,浮力：,阻力：,达平衡时：,离心沉降速度：,离心沉降与重力沉
5、降的区别 离心加速度uT2/R代替了g ur的值随位置R而变化 ur不是颗粒的真实速度，是其速度在径向上的分速度 颗粒受重力否 同一颗粒在同种介质中的离心沉降速度与重力沉降速度的比值Kc：离心分离因数,二 旋风分离器的操作原理,气芯,上旋气流,负压,外旋气流,对于5m以下的颗粒,湿法捕集,滤袋器,三旋风分离器的性能,分离效果 临界粒径 分离效率 气体经旋风分离器的压强降 临界粒径 假设： 进入旋风分离器的的气流严格按螺旋形线路做等速运动，其切向速度等于进口气速ui 颗粒向器壁沉降时，必须穿过厚度等于整个进气宽度B的气流层 颗粒在滞流情况下作自由沉降,三旋风分离器的性能,s ,R可取平均值Rm,
6、气流中颗粒离心沉降速度为：,颗粒到达器壁所需的沉降时间：,令气流的有效旋转圈数为Ne,在器内运行的距离为2RmNe,停留时间为：,若某种尺寸的颗粒所需的沉降时间与t,该颗粒为理论上能被完全分离下来的最小颗粒dc：临界粒径,d50：粒级效率为50%的颗粒直径,三旋风分离器的性能,分离效率 总效率o 粒级效率p,xi：粒径在第i段内的颗粒占 全部颗粒的质量分率,压强降,三旋风分离器的性能,影响旋风分离器性能的因素,颗粒密度、大小、进口气速高及粉尘浓度高有利于分离,旋风分离器的结构,采用细而长的器身,减少涡流影响,内旋流的影响,排气管和灰斗尺寸是否合理,第三节 过滤,3-3-1 过滤操作的基本概念,
7、过滤的动力 重力 压强差 离心力,过滤方式 饼层过滤,深层过滤,过滤介质 特点 多孔性 承受一定的压力 耐腐蚀性、耐热性 分类 织物介质 堆积介质 多孔固体介质 滤饼的压缩性和助滤剂 不可压缩滤饼 可压缩滤饼 助滤剂,3-3-2 过滤的基本方程式,过滤通过饼层的流动,当量直径de,流动类型：滞流,过滤速度：,令u为滤液在整个床层截面积上的流速,则u=u1,对于滞流：K=5,3-3-2 过滤的基本方程式,过滤速率 定义：单位时间获得的滤液体积，m3/s,过滤速率：,滤饼的阻力,R：滤饼的阻力1/m,r：滤饼的比阻1/m2,3-3-2 过滤的基本方程式,过滤介质的阻力,滤液穿过过滤介质的速度为：,
8、滤液穿过滤饼与过滤介质的速度：,压强降为Pm+ Pc= P,阻力： Rm+ R,设用一层厚度为le的滤饼代替过滤介质，其比阻也为r,则Rm=rLe,3-3-2 过滤的基本方程式,过滤基本方程式 令为滤饼体积与相应的滤液体积之比,同样生成厚度为le的滤饼所应获得的滤液体积为Ve,Ve为过滤介质的当量体积（或虚拟滤液体积）,过滤基本方程,3-3-2 过滤的基本方程式,对可压缩滤饼,其中r ：单位压强差下滤饼的比阻，1/m2,p：过滤压强差，Pa,s：滤饼的压缩性指数，s=01，不可压缩滤饼s=0,过滤基本方程,3-3-3 恒压过滤,k：表征过滤物料特性的常数,对一定的悬浮液，、r 、为常数,3-3
9、-3 恒压过滤,当过滤介质阻力可忽略时，e=0、Ve=0,（2）-（1）得：,恒压过滤方程式,当过滤介质阻力可忽略时，qe=0， e=0,3-3-4 恒速过滤与先恒速后恒压过程,恒速过滤,单位面积获得的滤液体积为：,q=uR(1),滤液体积V：,V=AuR,对不可压缩滤饼：,P ：,把（1）代入（2）得：,整理得：,先恒速后恒压操作,3-3-4 恒速过滤与先恒速后恒压过程,先恒速后恒压操作,恒速阶段V-：,V=AuR,恒压阶段V-：,令恒速终了时用了R，获得VR滤液,3-3-5 过滤常数的测定,过滤常数：K、qe、e,3-3-5 过滤常数的测定,恒压下K、qe、e的测定,恒压过滤方程：,3-3
10、-5 过滤常数的测定,压缩指数s的测定、物料特性常数k的测定,3-3-6 过滤设备,按操作方式 间歇 连续 按压强差 压滤 吸滤 离心过滤 常用设备 板框过滤机 叶滤机 转筒真空过滤机,3-3-7 滤饼的洗涤,洗涤速率,常数,洗涤时间,洗涤速率与过滤速率的不同,当压强差不变时（恒压过滤），过滤速率逐渐减小,当压强差不变时，洗涤速率为常数,假设,洗涤压强差与过滤终了时的压强差相同,洗水粘度与滤液粘度相同,3-3-7 滤饼的洗涤,叶滤机 置换洗涤法：（L+Le）W=（L+Le）E；A洗=A,板框压滤机,横穿洗涤法：,（L+Le）W=2（L+Le）E；A洗=0.5A,3-3-8 过滤机的生产能力,过
11、滤机的生产能力：单位时间获得的滤液体积或滤饼的质量 间歇过滤机的生产能力 间歇过滤过程包括：过滤、洗涤、卸渣、清理、装合等步骤,T=+ w+ D,生产能力：,V：一个循环的滤液体积，m3,Q：m3/h,3-3-8 过滤机的生产能力,连续过滤机的生产能力 浸没度：转筒表面浸入滤浆中的分数,设转筒转速为n，r/min,任一小块过滤面积所经历的过滤时间为：,生产能力：,m3/h,第五节 固体流态化,3-5-1 流态化基本概念,固定床 流化床 流化床用途 传热 传质 化学反应 流化床缺点 操作动力消耗大 设备磨损大，颗粒易碎 其剧烈的返混可使出口作为产品的物料中夹杂了新加入的原料,3-5-1 流态化基
12、本概念,固体流态化的三个阶段 固定床阶段 流化床阶段 颗粒输送阶段,a : 固定床,b：初始或临界 流化床,c：散式流化床,d：聚式流化床,e：输送床,床层高度L0,气体实际流速小于颗粒沉降速度ut,Lmf,umf,气体实际流速等于颗粒沉降速度ut,气体实际流速大于颗粒沉降速度ut,3-5-2 流动阻力,理想流化床的压降,A-B：固定床,B-C-D：流化床,D-C：返回时流化床,C-A：返回时固定床,临界流速umf：C点流速，最小流化速度,压降保持不变， 等于单位面积床层重力减浮力,3-5-2 流动阻力,实际流化床的压强降,3-5-2 流动阻力,流化床的操作范围 空塔气速大于临界流化速度umf
13、，小于气力输送或液力输送速度 流化数：ut/umf 流化床的主要特点 流化床的返混 流化床有类似液体的性质,流化床的不正常现象 腾涌现象,沟流现象,影响流化质量的因素 设备因素（高径比、直径、床层高、分布板） 流固密度差 固相物性（密度、黏度） 流体物性（密度、黏度） 提高流化质量的措施 分布板应有足够的流动阻力 设备内部构件 采用小粒径、宽分布的颗粒,气力输送 简介,气力输送：在密闭的管道中借用气体(最常用的是空气)动力使固体颗粒悬浮并进行输送 输送对象：从微米量级的粉体到数毫米大小的颗粒 优点 效率高 全密闭式的输送既可保证产品质量、又可避免粉体对环境的污染 容易实现管网化和自动化 可在输送过程中同步进行气固两相的物理和化学加工(颗粒干燥、表面包裹、气固反应等) 缺点 能耗高 设计和操作不当易使颗粒过度碰撞而磨蚀、破碎，同时造成管道和设备的磨损。,
