第三章__颗粒流体力学基础与机械分离[2].ppt

1、第三章粒子流体力学基础和机械分离，3.1概述3.2单粒子和粒子群的几何特性3.3流体在固定层流动和液体过滤器3.4粒子沉降和沉降分离装置3.5固体流化，3.1概述，3.1.1流体异质混合物分离和粒子流体力学1。非均匀抵销：(1)定义：(1) (2)类型：气体非均匀计：灰尘气体，雾气体液体非均匀计：悬浮液，乳浊液，泡沫2。色散(色散):非均匀物质中处于色散状态的物质。像悬浮液中的固体颗粒。3.连续相(分散介质):围绕分散物质的连续状态的流体。像悬浮液中的液体。4.非均匀偏移分离的依据：色散和连续相之间物理性质的差异。密度，粒子外径等5。分离方法：机器法即使在分散质和分散相之间发生相对运动，也实现

2、分离。6.理论基础：粒子流体力学，7 .分离目的：从气体固体催化剂反应器的废气中收集催化剂颗粒，回收诸如净化分散介质等分散物质，3.2单粒子和粒子组的几何特性3.2.1单粒子的几何特性1。球形粒子体积v=(/6)dp3 m3表面积s=dp2 m2郑智薰表面积a=s/v=6/dp 1/m DP球形粒子的直径，m2.De，v=(6v/)1/3 v是非结构粒子的体积。球面系数：非球面粒子体积等球的表面积与该粒子的表面积之比。=d2e，v/s S是非球形粒子的表面积。(2)非球形粒子的体积、表面积、郑智薰表面积体积v=(/6) d3e，v m3表面积s=d2e，v/m2郑智薰表面积a=s/v=6/de

3、，v1/m 3.1.体分析(1)定义： 1。标准体：常用体。泰勒制、日制、德国制、前苏联制等。我国使用泰勒制。2.体编号：表示沿线长度为1英寸的孔的数量。3.体剩余量：阻断了留在体面上的粒子的质量。4。体过剩：是通过牙齿体的粒子的质量。(2)由远视数据创建的粒子大小分布状态表达式包含三个茄子1。表格格式(见下一页)2。分布函数曲线Fd(请参见下一页)分布函数F过滤超出的质量分数。d是筛孔的大小。如图所示，孔径F 3。频率函数曲线fdp(d)(参见下一页)频率函数f=dF/d(dp)，频率函数曲线和横坐标之间的面积为1。在横坐标中，如果di-1di intercropping的上垂直线终止于频率

4、函数曲线，则牙齿粒子范围内的频率函数曲线和横轴之间的区域是该粒子范围内粒子的质量分数，表示每个粒度粒子出现的概率密度的大小。2.粒子群的平均直径P97，表1石英晶体数据中的平均直径dpi=(di 1 di)/2，例如1.524=(1.651 1.397)/2，图3-2分布函数曲线和频率函数曲线，1。针状空位率定义：针状空位率=(针状体积-粒子体积)/针状体积等粒子群的累积方法不同，针状空位率也不同。床层的空隙率一般在0.47到0.7之间波动。累积密度：单位体积层内固体粒子的质量。实际密度：粒子的密度。2.床层各向同性：是各部位粒子的大小和方向随机的，因此，当床层足够大或粒子足够小时，可以认为床

5、层均匀，各地区的空隙率相同，床层呈等同性。估计：床层内任意截面的空间面积与截面总面积的比率(即自由截面比率)在数值上等于间隙。3.床层的比表面积aB:粒子的比表面积A是指每m3粒子具有的表面积，床层的比表面积是指每m3床体积具有的颗粒表面积。显然，aB=(1- )a，3.3流体通过固定层流动和液体过滤，3.3.1流体通过固定层流动。基本概念1。过滤：是一种多孔物质作为介质，在外力的作用下，流体通过介质的孔过滤，可以从气体固体中去除固体颗粒，也可以从液体固体中去除固体颗粒，在化学生产过程中，过滤大部分用于悬浮中的固体-液体分离。牙齿部分仅讨论悬浮液的过滤操作。2.实施过滤操作的外力：可以是重力、

6、差压或惯性离心力，在化工生产过程中应用最多的是以压差为驱动力的过滤器。3.过滤纸浆(浆):表示处理的悬浮液。4.过滤介质：过滤操作中使用的多孔材料。5.滤液：是指通过介质孔的液体。滤波蛋糕：表示阻挡的固体粒子。7.过滤目的：获得清洁液体或用作产品的固体颗粒。2 .过滤操作的分类1，圆形层过滤(过滤过滤器)(1)定义：如果悬浮中固体粒子的体积比大于1%，则在过滤过程中过滤介质表面的过程中形成固体粒子的过滤层。这称为圆形层过滤。(2)特征：在面包层过滤中，悬浮液中一些固体粒子的粒子大小可能小于介质孔的孔径，因此在过滤初期，一些小粒子通过介质使液体混浊，但粒子在孔内很快发生“桥”现象，并开始形成过滤

7、层，过滤器在混浊中变清。此后过滤可以有效进行。(3)摘要：在面包层过滤中实际起到阻止粒子的作用的不是过滤介质，而是过滤层，在年糕层过滤过程中，过滤器继续变厚。过滤的阻力相应增加，推力不变，过滤速度越来越小。2、深度过滤(1)定义：悬浮液中固体粒子的百分比在0.1%以下，固体粒子的粒度很小时，将由小固体颗粒堆积而成的固定床用作过滤介质。悬浮在液体中的固体粒子截取在床层内部，不在介质表面生成过滤器的过滤器称为深度过滤。(2)适用范围：深层过滤适用于浮子中固体颗粒的体积比小于0.1%、固体颗粒的粒子大小较小的情况。(3)特征：在深度过滤中，悬浮液体的粒子直径小于床的孔径，因此粒子与液体一起流入床层内

8、的弯曲通道，通过牙齿弯曲通道时，由于分子间力和静电的作用，悬浮粒子粘在孔壁上被切断。过滤媒体曲面不会创建过滤器，在整个过滤过程中，过滤器阻力不会更改。3.如动态过滤前所述，在年糕层过滤中，年糕层继续变厚，阻力也增加，推力(如压差)牙齿保持不变，过滤率继续变小。为了限制过滤过程中过滤蛋糕的厚度，Tller在1977年提出了一种新的过滤方法：动态过滤。(1)定义：动态滤波器，使浆料沿过滤介质表面高速流动，因此在剪切力作用下过滤器不会变厚，从而保持高过滤能力。如图3-3所示，它是P101。(2)特征：动态滤波中，滤液和浆液交错流动。动态过滤不能得到消耗大量机械能量、含量高的过滤器，在操作过程中浆料粘

9、度会继续增加，过度阻力会导致马达停止，使用动态过滤时要非常小心。化工生产中最常用的是年糕层过滤器，所以以后只介绍年糕层过滤的基本原理和计算。3.过滤介质(1)定义：过滤介质是具有足够的机械强度和最低的流动阻力的多孔材料。过滤介质的通道直径通常大于悬浮液中某些粒子的直径。(2)种类：产业中常用的过滤介质主要是由棉、毛、丝、麻等天然纤维和各种合成纤维制成的织物、玻璃纱、钢丝等织成的网子1，也称为织物介质、滤波。2.粒状介质：多用于深床过滤，包括纺纱、木炭、石棉、硅藻土等小而硬的颗粒性物质。3、多孔固体介质：具有许多微孔的固体材料，如多孔陶瓷、多孔塑料和多孔金属制成的板式管道。4.过滤器(1)定义：

10、过滤器是由截断的粒子流制成的固定层，随着过滤操作的进行，过滤器的厚度和流动阻力逐渐增加。(2)过滤器的种类： 1。不可压缩过滤器：构成过滤器的粒子是不容易变形的固体粒子，粒子结构不随工作压力差而变化，单位厚度床层的流动阻力可以看作是固定的，如硅藻土、碳酸钙等。2.可压缩过滤器：构成过滤器的固体粒子易于变形，过滤器间隙随工作压差的增加而减小，如AL(OH)3等。5.可压缩过滤器的情况是，压差增加，面包层颗粒之间的孔变窄，有时颗粒太密，通道被堵塞。为了避免这种情况，某些纹理可以形成坚硬疏松的床层的另一种固体颗粒预先涂在过滤介质上，或混合在悬浮液中，形成比较疏松的过滤器，使滤液能够顺畅流动6。过滤材

11、料平衡设定过滤面积Am2、过滤Vm3、过滤厚度Lm、过滤空心悬浮(V LA)过滤液V过滤液LA液体LA固体LA(1-)、悬浮液浓度kg固体/m3清液、固体真实密度PKG。然后=LA(1-)p/V q=V/A，从单位考虑面积中获得的滤液量=l (1-) p/q l=q/(1-) p 3.3。例如，在过滤过程中，滤液通过过滤蛋糕层流动。固定床催化反应过程中固体催化剂床层的流体流动和土壤、沙层的地下水渗透等。流体通过固定粒子床层的流动均匀分配流体速度，另一方面产生压降(即流动阻力)。对于过滤等工作过程，工程上感兴趣的是流体通过固定颗粒层的压力降，而不是速度分布。1.流动阻力已学过流体力学知识。1.定

12、性分析：表面摩擦，体形阻力，2。定量计算：直管流动方式：潘宁公式p=(l/d)(u2/2)问题是：潘宁方式能否通过固定颗粒层压降应用流体？2.通过流体固定的颗粒层分层直接计算有困难。弯曲的变截面的网格通道流体流道的纽结、变截面的网格结构、构成颗粒层的粒子大小不均匀、形状不规则而形成的通道形成弯曲、变截面的几何体、纵横相交的网格结构。弯曲、变化截面的网格结构成为粒子内流体通道的特征，在直接计算流动阻力方面存在困难。因为在用板宁计算时，流体无法确定通过粒子层的边界条件。复杂问题工程中常用的方法是简化它，即数学模型法。3.数学模型方法1。建立物理模型：合理抽象和简化牙齿过程，建立物理模型。在这里物理

13、是一个广泛的概念。包括物理、化学、生物、工程学科等。例如，研究天体时，把它看作一个质点。(约翰肯尼迪，美国电视电视剧)2。构建数学模型：以物理模型为基础进行数学的抽象和简化，在数学上反映物理模型的本质，例如微分、积分、代数、函数等。具体情况是根据各科学的独特规律这样建立的方程式称为数学模型。，u1 p L合理简化p Le数学说明本质近似U(公速度)de u(公速度)实际过程简化物理模型数学模型检验实验介绍了模型参数确定参数数学模型方法3因此，确定的数学模型能反映事物的本质多少，必须接受实用的测试来求解数学模型，其结果与实验进行比较，确定是否匹配，如果不匹配，则应修改。好的模型往往要经过多次检查

14、和修改才能完成。甚至，模型参数确定模型参数确定可以通过经验公式、实验测量，或通过实验数据的最佳拟合计算。4.床层的一维简化物理模型粒子层简化模型中常用的一维、二维和三维模型。这些模型通过固定层流动执行大量简化，因此生成的数学模型只能在一定范围内反映事物的规律。随着科学技术的发展，特别是数学理论的发展，接连出现了能更好地反映流动规律的新模式。当流体通过粒子表面时，流速小的粒子后面的流体运动是恒定的，流速大到一定程度就会发生边界层分离现象，粒子后面的流体运动变成湍流运动，属于数学的混沌现象。由此产生的混沌模型比较复杂。另外，固定层中的粒子通常被视为球体，非结构粒子通常用平均半径表示，考虑粒子的具体

15、不规则形状时可能会发生非整数维度，因此数学模型也变得复杂。但是在工程中应用最广，最成熟的是一维模型。现在介绍床层的一维简化模型。1简化基础：过程的特殊性爬坡流体通常通过颗粒层流动缓慢，爬坡状态，没有边界层脱体，爬坡是牙齿过程特有的，因此流动压降主要来自表面摩擦，仅与流体通道的表面积成正比。与通道的外观几乎无关。也就是说，它只与粒子的表面积成正比。粒子的形状和球体、2合理简化将复杂和不规则的网格通道简化为多条管道直径为de、长度为Le的平行管道。De=4rH=4流道剖面/湿周长度=4(流道剖面区域床高度)/(湿周长层高度)=4流道体积/床层流内部表面积=4层空心/床层郑智薰表面积=4/a (1-)3本质近似(等效)简化不能扭曲，简化的物理模型在本质上与实际过程相似(等