化工原理第三章非均相物系的分离及固体流态化

1、第三章第三章机械别离和固体流态化机械别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沉降别离沉降别离3-3过滤过滤 复习复习材料与化学工程学院材料与化学工程学院化学工程与工艺教研室化学工程与工艺教研室1精选精选ppt非均相物系的分离和固体流态化非均相物系的分离和固体流态化教学要求教学要求重重 点点:沉降速率的计算；过滤根本方程及恒压过滤计算。沉降速率的计算；过滤根本方程及恒压过滤计算。覆覆盖盖内内容容：颗颗粒粒及及颗颗粒粒群群的的性性质质体体积积、外外表表积积、比比外外表表积积、空空隙隙率率及及平平均均自自由由截截面面积积；沉沉降降的的根根本本概概念念重重力力沉沉降降、离离心心沉沉降降、自自由由沉沉降降和和干干扰扰沉沉降降；沉沉降降速速度度的的计计算算；旋旋风风别别离离器器的的性性能能参参数数临临界界直直径径、别别离离效效率率、粒粒级级率率、分分割割直直径径；降降沉沉室室的的结结构构与与设设计计，旋旋风风别别离离器器的的结结构构特特点点别别离离原原理理及及设设计计方方法法。过过滤滤操操作作的的根根本本概概念念，过过滤滤根根本本方方

2、程程及及计计算算滤滤液液量量、过过滤滤时时间间、洗洗涤涤时时间间和和生生产产能能力力；常常用用过过滤滤设设备备板板筐筐压压滤滤机机、叶叶滤滤机机和和回回转转真真空空过过滤滤机机的的结结构构特特点点；过过滤滤常常数数的的测测定定方法。方法。材料与化学工程学院材料与化学工程学院化学工程与工艺教研室化学工程与工艺教研室2精选精选ppt非均相物系的分离和固体流态化非均相物系的分离和固体流态化3-0 概述概述混合物分类混合物分类机械别离机械别离有明显相界面；不同相间有有明显相界面；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学院材料与化学工程

3、学院化学工程与工艺教研室化学工程与工艺教研室3精选精选ppt非均相物系的分离和固体流态化非均相物系的分离和固体流态化3-1 颗粒及颗粒床层和特性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直径直径(d)：非球形颗粒非球形颗粒当量直径当量直径体积相同时，球形颗粒的外表积最小，体积相同时，球形颗粒的外表积最小，1。材料与化学工程学院材料与化学工程学院化学工程与工艺教研室化学工程与工艺教研室4精选精选ppt非均相物系的分离和固体流态化非均相物系的分离和固体流态化3-1 颗粒及颗粒床层和特性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分布函数曲线分布函数曲线频率函数曲线频率函数曲线材料与化学工程学院材料与化学工程学院化学工程与工艺教研室化学工程与工艺教研室5精选精选ppt非均相物系的分离和固体流态化非均相物系的分离和固

4、体流态化3-1 颗粒及颗粒床层和特性颗粒及颗粒床层和特性材料与化学工程学院材料与化学工程学院化学工程与工艺教研室化学工程与工艺教研室6精选精选ppt非均相物系的分离和固体流态化非均相物系的分离和固体流态化3-1 颗粒及颗粒床层和特性颗粒及颗粒床层和特性平均直径平均直径 设所有颗粒的形状系数相等设所有颗粒的形状系数相等,按比外表积相等按比外表积相等,那么那么三、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化学工程与工艺教研室化学工程与工艺教研室7精选精选ppt非均相物系的分离和固体流态化非均相物系的分离和固体流态化3-1 颗粒及颗粒床层和特性颗粒及颗粒床层和特性二、二、床层的比外表积床层的比外表积单位体积床层具有的颗粒外表积单位体积床层具有的颗粒外表积三三 床层的各向同性床层的各向同性自由截面与床层高度无关自由截面与

5、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化学工程与工艺教研室化学工程与工艺教研室8精选精选ppt非均相物系的分离和固体流态化非均相物系的分离和固体流态化3-2 沉降别离沉降别离沉降操作：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别离的操作过程。分为：重差异，使之发生相对运动而实现别离的操作过程。分为：重力沉降、离心沉降。力沉降、离心沉降。3.2.1 3.2.1 重力沉降重力沉降自由沉降自由沉降材料与化学工程学院材料与化学工程学院化学工程与工艺教研室化学工程与工艺教研室9精选精选ppt非均相物系的分离和固体流态化非均相物系的分离和固体流态化3-2 沉降别离沉降别离一、重力沉降速度一、重力沉降速度材料与化学工程学院材料与化学工程学院化学工程与工艺教研室化学工程与工艺教研室10精选精选ppt非均相物系的分离和固体流态化非均相物系的分离和固体流态化3-2 沉降别离沉降别离二、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

6、沉降速度；小颗粒的沉降速度增大。速度；小颗粒的沉降速度增大。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化学工程与工艺教研室化学工程与工艺教研室11精选精选ppt非均相物系的分离和固体流态化非均相物系的分离和固体流态化3-2 沉降别离沉降别离三、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化学工程与工艺教研室化学工程与工艺教研室12精选精选ppt非均相物系的分离和固体流态化非均相物系的分离和固体流态化3-2 沉降别离沉降别离Stokes区：区：K69.1选择相应公式计算选择相应公式计算ut三、重力沉降设备三、重力沉降设备降尘室降尘室材料与化学工程学院材料与化学工程学院化学工程与工艺教研室化学工程与工艺教研室13精选精选ppt非均相物系的分离和固体流态化非均相物系的分离和固体流态化3-2 沉降别离沉降别离材料与化学工程学院材料与化学工程学院化学工程与工艺教研室化学工程与工艺教研室14

7、精选精选ppt非均相物系的分离和固体流态化非均相物系的分离和固体流态化3-2 沉降别离沉降别离特点：结构简单、设备庞大、效率低，适合别离特点：结构简单、设备庞大、效率低，适合别离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程学院化学工程与工艺教研室化学工程与工艺教研室15精选精选ppt非均相物系的分离和固体流态化非均相物系的分离和固体流态化3-2 沉降别离沉降别离 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化学工程与工艺教研室化学工程与工艺教研室16精选精选ppt非均相物系的分离和固体流态化非均相物系的分离和固体流态化3-2 沉降别离沉降别离二、离心别离因子二、离心别离因子三、构造及操作原理三、构造及操作原理旋风别离器旋风别离器材料与化学工程学院材料与化学工程学院化学工程与工艺教研室化学工程与工艺教研室17精选精选ppt非均相物系的分离和固体流态化非均相物系的分离和固体流态化3-2 沉降别离沉降别离四、四、旋风别离器的性能旋风别离器的性能临界直径临界直径条件

8、条件：假假设设：1)假假设设气气体体速速度度恒恒定定，且且等等于于进进口口气气速速ui；2)假假设设颗颗粒粒沉沉降降过过程程中中所所穿穿过过的的气气流流的的最最大大厚厚度度等等于于进进气气口口宽宽度度B；3)假假设设颗颗粒粒沉沉降服从斯托克斯公式。降服从斯托克斯公式。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、颗粒密度材料与化学工程学院材料与化学工程学院化学工程与工艺教研室化学工程与工艺教研室18精选精选ppt非均相物系的分离和固体流态化非均相物系的分离和固体流态化3-2 沉降别离沉降别离别离效率别离效率总效率总效率分效率粒级效率分效率粒级效率分割直径分割直径 d50对标准旋风分离器对标准旋风分离器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化学工程与工艺教研室化学工程与工艺教研室19精选精选ppt非均相物系的分离和固体流态化非均相物系的分离和固体流态化3-2 沉降别离沉降别离id/dc材料与化学工程学院材料与化学工程学院化学工程与工艺教研室化学工程与工艺教研室20精选精选ppt非均相物系的分离和固体流态化非均相物系的分离

9、和固体流态化3-2 沉降别离沉降别离旋风别离器的阻力损失旋风别离器的阻力损失 旋风别离器的特点：流量大、压头低。旋风别离器的特点：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。阻阻力力系系数数 主主要要由由旋旋风风别别离离器器的的结结构构决决定定。常常用用型型号号的的旋旋风风别离器别离器 值在值在 5.0 5.08.0 8.0 之间；之间；入口气速入口气速，别离效率，别离效率，但阻力，但阻力，不经济。，不经济。压压降降一一般般控控制制在在 0.52kPa 0.52kPa 左左右右(入入口口气气速速 151525m/s)25m/s)，采采取取缩小直径、多台并联的方式满足别离效率与大气量的要求。缩小直径、多台并联的方式满足别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化学工程与工艺教研室化学工程与工艺教研室21精选精选ppt非均相物系的分离和固体流态化非

10、均相物系的分离和固体流态化3-2 沉降别离沉降别离五、旋风别离器的结构和形式五、旋风别离器的结构和形式改进目的：提高别离效率、降低压强降改进目的：提高别离效率、降低压强降 采用细而长的器身采用细而长的器身减小涡流的影响减小涡流的影响 采采用用带带有有旁旁路路别别离离室室或或采采用用异异形形进进气气管管的的旋旋风风别别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化学工程与工艺教研室化学工程与工艺教研室22精选精选ppt非均相物系的分离和固体流态化非均相物系的分离和固体流态化3-3 过滤过滤3-3-1 3-3-1 过滤操作的根本概念过滤操作的根本概念一一 、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、耐热、足够的机械强度。：耐腐蚀、耐热、足够的机械强度。织物介质：最小直径为织物介质：最小直径为

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