化工原理12非均相混合物分离及固体流态化

1、1第三章、非均相混合物分离及固体流态化3.1 沉降分离原理及设备3.1.1 颗粒相对于流体的运动3.1.2 重力沉降3.1.3 离心沉降2惯性离心力作用下实现的沉降过程称为离心沉降。颗粒受到三个力 颗粒与流体在径向上的相对速度236TudR向心力236TsudR惯性离心力2242rud阻力一、离心沉降速度及分离因数颗粒的圆周运动速度3上述三个力达到平衡时：22233206642TTrsuuudddRR 平衡时颗粒在径向上相对于流体的运动速度ur便是它在此位置上的离心沉降速度：24 ()3sTrduuR离心沉降速度(3-35) 一、离心沉降速度及分离因数4一、离心沉降速度及分离因数离心沉降时，若

2、颗粒与流体的相对运动处于滞流区，则可得 22()18sTrduuR2TcuKgR同一颗粒所受的离心力与重力之比称为离心分离因数。 离心分离因数5二、离心沉降设备1. 旋风分离器（1）旋风分离器的结构与操作原理 动画156（2）旋风分离器的性能9cesiBdNu临界粒径旋风分离器的进气口宽度旋风分离器的进口气速气流的有效旋转圈数临界粒径是判断旋风分离器分离效率高低的重要依据。临界粒径越小，说明旋风分离器的分离性能越好。二、离心沉降设备71201CCC分离效率总效率0 121iip iiCCC粒级效率pi 01nip iix二、离心沉降设备8 通过实测旋风分离器进、出气流中所含尘粒的浓度及粒度分布

3、，可得粒级效率与颗粒直径di的对应关系曲线，该曲线称为粒级效率曲线。 粒级效率曲线 粒级效率恰为50%的颗粒直径，称为分割粒径。 分割粒径 500.27()isDdu50d二、离心沉降设备9同一型式且尺寸比例相同的旋风分离器 50pdd曲线相同，因此此曲线估算旋风分离器的效率较为方便。 二、离心沉降设备10图3-11 标准旋风分离器的 50pdd曲线 二、离心沉降设备1122iup压力降阻力系数标准旋风分离器为8操作温度，颗粒密度、粒径、进口气速度及粉尘浓度等情况。 影响旋风分离器性能的因素 二、离心沉降设备12（3）旋风分离器类型二、离心沉降设备XLT/A型 13XLP/B型 二、离心沉降设

4、备14XLK型(扩散式) 二、离心沉降设备15（4）旋风分离器的选用 首先应根据系统的物性，结合各型设备的特点，选定旋风分离器的类型； 然后依据含尘气的体积流量，要求达到的分离效率，允许的压力降计算决定旋风分离器的型号与个数。 二、离心沉降设备162. 旋液分离器 旋液分离器又称水力旋流器，是利用离心沉降原理从悬浮液中分离固体颗粒的设备，它的结构与操作原理和旋风分离器类似。 二、离心沉降设备17第三章、非均相混合物分离及固体流态化3.2 过滤分离原理及设备3.2.1 流体通过固体颗粒床层的流动18一、固体颗粒群的特性1.颗粒群的粒度分布 筛分是用单层或多层筛面将松散的物料按颗粒粒度分成两个或多

5、个不同粒级产品的过程。 分布函数Fi定义为第i层筛网的筛过量占样品总量的质量分数，以dpi为横坐标，Fi为纵坐标得到的曲线即为分布函数曲线。 筛分分布函数19频率函数 pdFfd d一、固体颗粒群的特性图3-16 颗粒的分布函数曲线和频率函数曲线202. 颗粒群的平均直径1pipidxd 粒群的平均直径计算式为 （3-46） 一、固体颗粒群的特性21二、固体颗粒床层的特性-床层体积 颗粒体积床层体积1. 床层的空隙率 空隙率以表示，即222. 床层的自由截面积 床层截面上未被颗粒占据的流体可以自由通过的面积，称为床层的自由截面积。 3. 床层的比表面积 床层的比表面积是指单位体积床层中具有的颗

6、粒与流体接触的表面积。 若忽略床层中颗粒间相互重叠的接触面积。 二、固体颗粒床层的特性23(1)baa6 16bbsadd床层的比表面积也可用颗粒的堆积密度估算，即 二、固体颗粒床层的特性颗粒的堆积密度颗粒的真实密度244. 床层的当量直径二、固体颗粒床层的特性 简化模型是将床层中不规则的通道假设成长度为 L，当量直径为 的一组平行细管，并且规定：（1）细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙容积；（2）细管的内表面积等于颗粒床层的全部表面积。ebd254ebd床层流动空间细管的全部内表面积1ebda（ ）依照非圆形管当量直径的定义，可推出 （3-49） 二、固体颗粒床层的特性26三、流体通过固体

7、颗粒床层（固定床）的压降 流体通过固定床的压力降主要有两方面：一是流体与颗粒表面间的摩擦作用产生的压力降。二是流动过程中，孔道截面积突然扩大和突然缩小以及流体对颗粒的撞击产生的压力降。 27 采用计算床层当量直径时所用的简化模型，将流体通过床层的流动看作流体通过一组当量直径为deb的平行细管流动，可得到其压力降为： 23(1)fPauL（3-52） 床层雷诺数 床层的摩擦系数，是床层雷诺数的函数三、流体通过固体颗粒床层（固定床）的压降41Re(1)ebbd uua 428223(1)5fPa uL22323(1)(1)1501.75()()fsesePuuLdd 康采尼（Kozeny）方程Re

8、2b欧根（Ergun）方程0.17Re330b（3-55） （3-58） 三、流体通过固体颗粒床层（固定床）的压降29第三章、非均相混合物分离及固体流态化3.2 过滤分离原理及设备3.2.1 流体通过固体颗粒床层的流动3.2.2 过滤操作的原理30 过滤是在外力作用下，使悬浮液中的液体通过多孔介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固、液分离的操作。 过滤31图3-17 过滤操作示意图32一、过滤方式1饼层过滤2深床过滤3膜过滤饼层过滤时发生“架桥”现象图3-1833二、过滤介质（1）对过滤介质的性能要求 具有足够的机构强度和尽可能小的流动阻力，同时，还应具有相应的化学稳定性，耐腐蚀性和耐热性。应用于食品和生物制品过滤的介质还应考虑无毒，不易滋生微生物，易清洗消毒等。 （2）工业上常用的过滤介质的种类 织物介质(又称滤布) 堆积介质 多孔固体介质 多孔膜 34三、滤饼的压缩性和助滤剂不可压缩滤饼可压缩滤饼 当滤饼两侧的压力差增大时，颗粒的形状和颗粒间的空隙不会发生明显变化，单位厚度床层的流动阻力可视作恒定。 当滤饼两侧的压力差增大时，颗粒的形状和颗粒间的空隙会有明显的改变，单位厚度饼层的流动阻力随压力差增大而增大。 35助滤剂 助滤剂是某种质地坚硬而能形成疏松饼层的固体颗粒或纤维状物