化工原理天大版-（上册）第三章 机械分离与固体流态化

第三章机械别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外表积当量直径des比外表积当量直径dea形状系数表征颗粒的形状与球形的差异程度球形颗粒Φs=1非球形颗粒Φs<1一般用体积当量直径和形状系数来表征颗粒的体、外表积和比外表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外表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的平均直径密度粒子的真密度ρs堆积密度〔表观密度〕ρb3-1-2颗粒床层的特性

床层空隙率ε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外表积ab定义：单位体积床层具有的颗粒外表积假设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ε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ζ当10-4<

Ret

<1时，滞流当1<

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Φs及投影面积A都影响沉降速度AΦs〔图3-2〕d〔d<0.5μm〕沉降速度的计算假设流型utRet判断是否ut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沉降室的宽度b，m假设沉降室设置n层水平隔板，那么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：在悬浮液中参加少量电解质，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uTR

做圆周运动时，向心加速度：uTR

uur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：离心沉降与重力沉降的区别离心加速度uT2/R代替了gur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：离心别离因数二旋风别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别离器的性能别离效果临界粒径别离效率气体经旋风别离器的压强降临界粒径假设：进入旋风别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别离器的性能

s

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Ne在器内运行的距离为2

RmNe停留时间为：假设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别离下来的最小颗粒dc：临界粒径d50：粒级效率为50%的颗粒直径三旋风别离器的性能别离效率总效率o粒级效率pxi：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别离器的性能影响旋风别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别离旋风别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过滤操作的根本概念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过滤的根本方程式

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那么u=εu1对于滞流：K´=53-3-2过滤的根本方程式

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/mr：滤饼的比阻1/m23-3-2过滤的根本方程式

过滤介质的阻力滤液穿过过滤介质的速度为：滤液穿过滤饼与过滤介质的速度：压强降为ΔPm+ΔPc=ΔP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那么Rm=r·Le3-3-2过滤的根本方程式过滤根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VeVe为过滤介质的当量体积〔或虚拟滤液体积〕过滤根本方程3-3-2过滤的根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/m2p：过滤压强差，Pas：滤饼的压缩性指数，s=0~1，不可压缩滤饼s=0过滤根本方程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，μ、r΄、υ为常数3-3-3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=03-3-4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=uRθ(1)滤液体积V：V=AuRθ对不可压缩滤饼：ΔP—θ：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-θ：V=AuRθ恒压阶段V-θ：令恒速终了时用了θR，获得VR滤液3-3-5过滤常数的测定过滤常数：K、qe、e3-3-5过滤常数的测定

恒压下K、qe、

e的测定恒压过滤方程：3-3-5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=0.5A3-3-8过滤机的生产能力过滤机的生产能力：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，m3Q：m3/h3-3-8过滤机的生产能力连续过滤机的生产能力浸没度：转筒外表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流态化根本概念固定床流化床流化床用途传热传质化学反响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参加的原料3-5-1流态化根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utLmfumf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ut3-5-2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，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