化工原理第三章非均相物系的分离及固体流态化课件.ppt
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- 化工 原理 第三 均相 分离 固体 流态化 课件
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1、第三章 机械分离和固体流态化教学要求教学要求 3-0概述概述 3-1颗粒及颗粒床层颗粒及颗粒床层 的特性的特性3-2沉降分离沉降分离3-3过滤过滤 复习复习1教学要求重重 点点:沉降速率的计算;过滤基本方程及恒压过滤计算沉降速率的计算;过滤基本方程及恒压过滤计算。覆盖内容:覆盖内容:颗粒及颗粒群的颗粒及颗粒群的性质性质(体积、表面积、比表面积、(体积、表面积、比表面积、空隙率及平均自由截面积);沉降的基本概念(重力沉降、离空隙率及平均自由截面积);沉降的基本概念(重力沉降、离心沉降、自由沉降和干扰沉降);心沉降、自由沉降和干扰沉降);沉降速度的计算沉降速度的计算;旋风分离;旋风分离器的器的性能
2、参数性能参数(临界直径、分离效率、粒级率、分割直径);(临界直径、分离效率、粒级率、分割直径);降沉室的结构与设计,旋风分离器的结构特点分离原理及设计降沉室的结构与设计,旋风分离器的结构特点分离原理及设计方法。过滤操作的基本概念,方法。过滤操作的基本概念,过滤基本方程及计算过滤基本方程及计算(滤液量、(滤液量、过滤时间、洗涤时间和生产能力);常用过滤设备(板筐压滤过滤时间、洗涤时间和生产能力);常用过滤设备(板筐压滤机、叶滤机和回转真空过滤机)的结构特点;过滤常数的测定机、叶滤机和回转真空过滤机)的结构特点;过滤常数的测定方法方法。材料与化学工程学院材料与化学工程学院2化工原理化工原理3-0
3、概述概述混合物分类混合物分类机械分离机械分离有有明显相界面;不同相间有明显相界面;不同相间有明显的物理化学性质差异。明显的物理化学性质差异。施加外力施加外力发生相对运动发生相对运动均相物系均相物系非均相物系非均相物系重力沉降重力沉降离心沉降离心沉降重力过滤重力过滤加压过滤加压过滤真空过滤真空过滤离心过滤离心过滤沉降沉降过滤过滤悬浮液悬浮液(液液固混合物)固混合物)乳浊液(液乳浊液(液液混合物)液混合物)含尘气体、含雾气体含尘气体、含雾气体目的目的回收有价值的分散物质回收有价值的分散物质净化分散介质以满足生净化分散介质以满足生产工艺要求产工艺要求环境保护和安全生产环境保护和安全生产材料与化学工程
4、学院材料与化学工程学院3化工原理化工原理3-1 颗粒及颗粒床层和特性3.1.1 颗粒的特性颗粒的特性一一、单一颗粒的大小和形状、单一颗粒的大小和形状球形颗粒球形颗粒36dV2dSda6直径直径(d):非球形颗粒非球形颗粒当量直径当量直径3Pev6VdPesSdPeaa6d22226)(616esevpevevevesppeapddSSddddVSda体积相同时,球形颗粒的表面积最小,体积相同时,球形颗粒的表面积最小,1。材料与化学工程学院材料与化学工程学院4化工原理化工原理3-1 颗粒及颗粒床层和特性二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性粒度分布的测量与定量表示粒度分布的测量与定量表示筛号或筛号或称
5、目数称目数筛分分析结果图示法筛分分析结果图示法分布函数分布函数频率函数频率函数筛过量筛过量筛余量筛余量粒度分布的筛分分析粒度分布的筛分分析ipiipiiFdmmdF颗粒总质量的颗粒质量直径小于分布函数曲线分布函数曲线频率函数曲线频率函数曲线ipiiiiifdddxf1材料与化学工程学院材料与化学工程学院5化工原理化工原理3-1 颗粒及颗粒床层和特性pipipdpiddpiiddfFdddFf0)()(材料与化学工程学院材料与化学工程学院6化工原理化工原理3-1 颗粒及颗粒床层和特性床层体积床层体积颗粒体积颗粒体积床层体积床层体积-平均直径平均直径 设所有颗粒的形状系数相等设所有颗粒的形状系数相
6、等,按比表面积相等按比表面积相等,则则iiadx1d 11或或iiiiadxGGdd三、粒子的密度三、粒子的密度 真密度真密度(s):kg/m3 堆积密度堆积密度(b):kg/m33-1-2 颗粒床层的特性颗粒床层的特性一、床层空隙率一、床层空隙率颗粒直径颗粒直径 颗粒分布颗粒分布 床层半径床层半径自由截面沿半径的不均匀自由截面沿半径的不均匀壁效应壁效应床层直径颗粒直径材料与化学工程学院材料与化学工程学院7化工原理化工原理3-1 颗粒及颗粒床层和特性二、二、床层的比表面积床层的比表面积单位体积床层具有的颗粒表面积单位体积床层具有的颗粒表面积aab)1(三三 床层的各向同性床层的各向同性自由截面
7、与床层高度无关自由截面与床层高度无关 空隙率与床层高度无关空隙率与床层高度无关材料与化学工程学院材料与化学工程学院8化工原理化工原理3-2 沉降分离maFFFFDbc沉降操作:在外力场作用下,利用分散相与连续相间的密度沉降操作:在外力场作用下,利用分散相与连续相间的密度差异,使之发生相对运动而实现分离的操作过程。分为:重差异,使之发生相对运动而实现分离的操作过程。分为:重力沉降、离心沉降。力沉降、离心沉降。3.2.1 3.2.1 重力沉降重力沉降浮力浮力 Fb 曳力曳力 FD质量力质量力 Fc 颗粒在流体中沉降时受力cssadgd3366或或gd36AutD22自由沉降自由沉降材料与化学工程学
8、院材料与化学工程学院9化工原理化工原理3-2 沉降分离沉降分离一、重力沉降速度一、重力沉降速度042)(6223ptDsdugd Dpptgdu 34 182gduppt Re24 D 110:4etRStokes区3101:etRAllen区6.05.18etDR6.0)(27.0etpptRgdu5310210:etRNuwton区44.0Dgduppt)(74.1材料与化学工程学院材料与化学工程学院10化工原理化工原理3-2 沉降分离沉降分离 二、影响沉降的因素二、影响沉降的因素大颗粒的实际沉降速度小于自由沉降大颗粒的实际沉降速度小于自由沉降速度;小颗粒的沉降速度增大。速度;小颗粒的沉降
9、速度增大。实际沉降速度小于自由沉降速度实际沉降速度小于自由沉降速度Dduutt1.21在在Stokes区,器壁的影响:区,器壁的影响:颗粒浓度颗粒浓度颗粒的球形度颗粒的球形度壁面效应壁面效应材料与化学工程学院材料与化学工程学院11化工原理化工原理3-2 沉降分离沉降分离三、沉降速度的计算三、沉降速度的计算试差法试差法摩擦数群法摩擦数群法材料与化学工程学院材料与化学工程学院12化工原理化工原理3-2 沉降分离沉降分离323234)(:KRgdKetp令Stokes区:区:K69.13213)(4tpetugR由已知数据计算etetetRRR曲线查出由1tetpuRd 选择相应公式计算选择相应公式
10、计算ut 停停留留时时间间uL三、重力沉降设备三、重力沉降设备降尘室降尘室 t 沉沉降降时时间间tu高高度度材料与化学工程学院材料与化学工程学院13化工原理化工原理3-2 沉降分离沉降分离气气体体 气气体体进进口口 出出口口 集集灰灰斗斗 降降尘尘室室 L B 气体气体 u H ut 颗粒在降尘室中的运动颗粒在降尘室中的运动 ttuH t ttsuABLuBHuV底材料与化学工程学院材料与化学工程学院14化工原理化工原理3-2 沉降分离沉降分离特点:结构简单、设备庞大、效率低,适合分离特点:结构简单、设备庞大、效率低,适合分离75m以上以上的颗粒的颗粒沉降槽沉降槽材料与化学工程学院材料与化学工
11、程学院15化工原理化工原理3-2 沉降分离沉降分离 A B ur r1 O C r2 r uT u 颗粒在旋转流场中的运动 TTmaF:离心力pTbamF:浮力AuFRDD2:2曳力RuduDTppr342 3.2.2 离心沉降离心沉降比较:沉降速度的大小、方向比较:沉降速度的大小、方向一、一、离心沉降速度离心沉降速度材料与化学工程学院材料与化学工程学院16化工原理化工原理3-2 沉降分离沉降分离RudRdaduTppppTppr18181822222gRgauuTtr2tDRe24二、离心分离因子二、离心分离因子三、构造及操作原理三、构造及操作原理旋风分离器旋风分离器材料与化学工程学院材料与
12、化学工程学院17化工原理化工原理 B 净化气体净化气体 含尘含尘 气体气体 A D 尘粒尘粒 标准型旋风分离器3-2 沉降分离沉降分离rruB四、四、旋风分离器的性能旋风分离器的性能临界直径临界直径条件条件:假设:假设:1)假设气体速度恒定,且等于进口气假设气体速度恒定,且等于进口气速速ui;2)假设颗粒沉降过程中所穿过的气流假设颗粒沉降过程中所穿过的气流的最大厚度等于进气口宽度的最大厚度等于进气口宽度B;3)假设颗粒假设颗粒沉降服从斯托克斯公式。沉降服从斯托克斯公式。iemuNR2sicNuBd9影响因素:设备类型及尺寸、操作温度及流速、颗粒密度影响因素:设备类型及尺寸、操作温度及流速、颗粒
13、密度材料与化学工程学院材料与化学工程学院18化工原理化工原理3-2 沉降分离沉降分离分离效率分离效率总效率总效率1201ccc121iiiiccc0iix分效率(粒级效率)分效率(粒级效率)分割直径分割直径 d50对对标准旋风分离器标准旋风分离器piuDd27.050501iifd d粒级效率曲线粒级效率曲线材料与化学工程学院材料与化学工程学院19化工原理化工原理3-2 沉降分离沉降分离0.10.20.30.4 0.50.60.81.023456 7 8 9100.20.30.40.50.60.70.80.91.0f1f50cdddd或id/dc材料与化学工程学院材料与化学工程学院20化工原理
14、化工原理3-2 沉降分离沉降分离旋风分离器的阻力损失旋风分离器的阻力损失旋风分离器的特点:流量大、压头低。旋风分离器的特点:流量大、压头低。(1)(1)气体的膨胀或压缩引起的不可逆机械能损失;气体的膨胀或压缩引起的不可逆机械能损失;(2)(2)消耗于气流旋转的加速度损失;消耗于气流旋转的加速度损失;(3)(3)摩擦阻力损失以及各个部位的局部阻力损失等。摩擦阻力损失以及各个部位的局部阻力损失等。212ipu 阻力系数阻力系数 主要由旋风分离器的结构决定。常用型号的旋风分主要由旋风分离器的结构决定。常用型号的旋风分离器离器 值在值在 5.05.08.0 8.0 之间;之间;入口气速入口气速,分离效
15、率,分离效率,但阻力,但阻力,不经济。,不经济。压降一般控制在压降一般控制在 0.52kPa 0.52kPa 左右左右(入口气速入口气速 151525m/s)25m/s),采取采取缩小直径、多台并联的方式满足分离效率与大气量的要求。缩小直径、多台并联的方式满足分离效率与大气量的要求。材料与化学工程学院材料与化学工程学院21化工原理化工原理3-2 沉降分离沉降分离五、旋风分离器的结构和形式五、旋风分离器的结构和形式改进目的:提高分离效率、降低压强降改进目的:提高分离效率、降低压强降 采用细而长的器身采用细而长的器身延延长长气气体体的的停停留留时时间间长长提提高高离离心心力力细细减小涡流的影响减小
16、涡流的影响 采用带有旁路分离室或采用异形进气管的旋风分采用带有旁路分离室或采用异形进气管的旋风分离器可以改善上涡流的影响离器可以改善上涡流的影响 材料与化学工程学院材料与化学工程学院22化工原理化工原理3-3 过滤过滤3-3-1 3-3-1 过滤过滤操作的基本概念操作的基本概念 深床过滤 一一 、过滤方式、过滤方式推动力:重力、压力差、惯性离心力推动力:重力、压力差、惯性离心力饼层过滤饼层过滤:架桥现象架桥现象滤饼滤饼过滤过滤深床过滤:不形成滤饼,颗粒沉积于较厚的床层内部深床过滤:不形成滤饼,颗粒沉积于较厚的床层内部过滤的两种方式过滤的两种方式特性特性:多孔性介质:多孔性介质 要求要求:耐腐蚀
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