化工原理(王志魁版）---第三章 沉降过程.ppt

第三章 沉降与过滤 3.1 概述 非均相混合物分离的目的非均相混合物分离的目的 1 收集分散物质 2 净化分散介质 3劳动保护与环境卫生 3.1 概述 w颗粒与流体相对运动时所受的阻力 当流体密度为，黏度为，颗粒直径为dp，颗粒在运动方向 上的投影面积为A，颗粒与流体的相对运动速度为u时，颗粒所 受的阻力为： 流体相对与颗粒运动时的Re： 1) 当 10-4 Re 2时，层流 2) 当 2 Re 500时，过渡区 3) 当500 Re2x105时，湍流区 3.2 重力沉降 一 沉降速度 一球形颗粒的自由沉降 根据牛顿第二定律： 1) 当 10-4 Re 2时，层流 2) 当 2 Re 500时，过渡区 3) 当103 Ret 2x105时，湍流区 w影响沉降速度的因素 q自由沉降 q干扰沉降 w流体的黏度 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 3) 器壁效应 4) 颗粒形状的影响 2)颗粒的体积分数：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 球形颗粒比同体积非球形颗粒的沉降快 非球形颗粒的形状s及投影面积A都影响沉降速度 d（d 0.5m） w沉降速度的计算 假设流型 ut Re 判断 是 否 ut 1)试差法 二 重力沉降设备 二沉降室 长度L，m高度H，m 宽度W，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： o气体流速为层流 oUt为最小颗粒的沉降流速 而这能100%除去的最小 颗粒称为临界粒径dpc w沉降槽 w间歇的 w连续的 o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 o沉聚过程为干扰沉降 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 第三节 离心沉降 一 惯性离心力作用下的沉降速度 uT R 做圆周运动时，向心加速度： uT r u ur 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： 第三节 离心沉降 w离心沉降与重力沉降的区别 n离心加速度r2代替了g nur的值随位置r而变化 nur不是颗粒的真实速度，是其速度在径向上的分速度 w颗粒受重力否 w离心分离因数：同一颗粒在同种介质中的离心力与重 力的比值Kc 二 旋风分离器的操作原理 w旋风分离器的结构 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 n临界粒径 n分离效率 n气体经旋风分离器的压强降 n临界粒径 假设： n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 n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 n颗粒在层流情况下作自由沉降 三旋风分离器的性能 r可取平均值rm 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n在器内运行的距离为2rmn 气流停留时间为： 若理论上能完全被分离下最小的颗粒所需的沉降时间为t 临界粒 径 三旋风分离器的性能 n分离效率 n总效率o n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 n压强降 三旋风分离器的性能 4.4.影响旋风分离器性能的因素影响旋风分离器性能的因素 1) 颗粒密度、大小、进口气速高及粉尘浓度高有利于分离 2) 旋风分离器的结构 o采用细而长的器身 o减少涡流影响 o内旋流的影响 o排气管和灰斗尺寸是否合理 第四节 过滤 3-4-1 过滤操作的基本概念 w过滤的动力 n重力 n压强差 n离心力 一 过滤方式 一饼层过滤 2. 深层过滤 二 过滤介质 二特点 二多孔性 二承受一定的压力 二耐腐蚀性、耐热性 二分类 二织物介质 二堆积介质 二多孔固体介质 三滤饼的压缩性和助滤剂 三不可压缩滤饼 三可压缩滤饼 三助滤剂：硅藻土，珍珠岩，石棉，炭粉、纸浆粉等 三助滤剂的添加方式 四、悬浮液量、固体量、滤液量及滤渣量之间的 关系 悬浮液悬浮液 滤液，V 湿滤渣，湿滤渣， VcVc，C 液体 干渣， P （1）湿滤渣的湿滤渣的 C计算 令C为湿滤渣与其中所含干渣的质量比 干渣与滤液的质量比 干渣与滤液的体积的比值，即单位体积滤液所对应的 干渣质量 （3）湿滤渣质量与滤液体积的比值为C ， kg湿渣/m3滤液 （4）湿滤渣体积与滤液体积的比值 ：单位体积滤液所含湿滤渣的体积 （2）干渣质量与滤液体积的比值 设悬浮液中固体颗粒的质量分数为X，kg固体/kg悬浮掖 CX为单位质量悬浮液所获得的湿滤渣的质量，kg湿渣/kg悬浮液 1-CX：为单位质量悬浮液所获得的滤液的质量，kg滤液/kg悬浮液 3-4-2 过滤基本方程式 一 过滤通过饼层的流动 1 当量直径de 3 流动类型：层流 过滤速度： 令u为滤液在整个床层截面积上的流速 则u=u1 对于层流：K=5 2 非稳态过程 3-4-2 过滤基本方程式 二 过滤速率与过滤速度 三 滤饼的阻力 R：滤饼的阻力1/m r：滤饼的比阻1/m2 过滤速率： 单位时间获得的滤液体积，单位时间获得的滤液体积，mm 3 3 /s/s 过滤速度： R=rL 3-4-2 过滤基本方程式 四 过滤介质的阻力 滤液穿过过滤介质过滤介质的速度为： 滤液穿过过滤饼与过滤介质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 3-4-2 过滤基本方程式 五 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 3-4-2 过滤基本方程式 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 3-4-3 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 3-4-3 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 3-4-5 过滤常数的测定 w过滤常数：K、qe、 e 3-4-5 过滤常数的测定 一 恒压下K、qe、e的测定 恒压过滤方程： 方法1： 1 1 -q-q 1 1 2 2 -q-q 2 2 K K、qeqe e e 方法2： 3-4-5 过滤常数的测定 二 压缩指数s的测定、物料特性常数k的测定 3-4-6 过滤设备 w按操作方式 n间歇 n连续 w按压强差 n压滤 n吸滤 n离心