化工流体流动与传热31-32学时课件

3.1 概 述3.2 沉降分离3.2.1 重力沉降一、球形颗粒的自由沉降二、阻力系数三、影响沉降速度的因素四、沉降速度的计算颗粒与流体之间的相对运动第三章3.1 概 述3.2 沉降分离3.2.1 重力沉降一、球形颗1五、重力沉降设备 沉降室是依靠重力沉降从气流中分离出尘粒的设备。1.沉降室沉降室示意图（1）沉降室的构造特点v 结构简单；v 流动阻力小；v 体积庞大，分离效率低。适用条件分离粒度 的粗颗粒。五、重力沉降设备 沉降室是依靠重力沉降从气流中分离出尘2五、重力沉降设备多层沉降室示意图 1-隔板 2,6-调节闸阀 3-气体分配道 4-气体集聚道 5-气道 7-清灰口五、重力沉降设备多层沉降室示意图 1-隔板 2,6-调节3五、重力沉降设备（2）沉降室的计算设沉降室的长度沉降室的高度沉降室的长度气体的水平通过速度则位于沉降室最高点颗粒的沉降时间气体通过沉降室的时间沉降室的生产能力五、重力沉降设备（2）沉降室的计算设沉降室的长度沉降室4五、重力沉降设备满足除尘要求气体在沉降室的水平通过速度则 单层沉降室的生产能力多层沉降室的生产能力隔板数目与沉降室高度无关五、重力沉降设备满足除尘要求气体在沉降室的水平通过速度则单层5五、重力沉降设备 沉降槽是用来提高悬浮液浓度并同时得到澄清液体的重力沉降设备。2.沉降槽连续沉降槽 1-进料槽道 2-转动机构 3-料井 4-溢流槽 5-溢流管 6-叶片 7-转耙沉降槽连续操作间歇操作五、重力沉降设备 沉降槽是用来2.沉降槽连续沉降槽 6五、重力沉降设备 分级器是利用重力沉降将悬浮液中不同粒度的颗粒进行初步分离的设备。3.分级器双锥分级器沉降速度小于水在环隙处上升流速的颗粒被溢流带出沉降速度大于水在环隙处上升流速的颗粒进入底流【例3-2】【例3-3】自学五、重力沉降设备 分级器是利用重力沉降将悬浮液中不同粒73.1 概 述3.2 沉降分离3.2.1 重力沉降3.2.2 离心沉降（自学）颗粒与流体之间的相对运动第三章3.1 概 述3.2 沉降分离3.2.1 重力沉降3.2.28自学提纲通过自学应了解以下内容：v 旋风分离器的结构与操作原理。v 离心沉降速度与离心分离因数。v 旋风分离器的临界粒径。v 旋风分离器的总效率与粒级效率。v 旋风分离器的分割粒径。自学提纲通过自学应了解以下内容：旋风分离器的结构与操作原理93.1 概 述3.2 沉降分离3.3 过滤分离3.3.1 过滤操作的基本概念3.2.1 重力沉降3.2.2 离心沉降（自学）颗粒与流体之间的相对运动第三章3.1 概 述3.2 沉降分离3.3 过滤分离3.3.1 过10一、过滤操作的原理 在外力作用下，使悬浮液中的液体通过多孔介质孔道，而固体被截留在介质上过滤。过滤操作示意图特点v 分离程度高。v 分离速率快。v 操作强度大。外力重力压力惯性离心力与沉降分离比较一、过滤操作的原理 在外力作用下，使悬浮液中的液体通过11二、过滤的方式与介质过滤饼层过滤膜过滤深床过滤过滤介质 织物介质（滤布）过滤介质 堆积介质（砂、木炭、硅藻 土等固体颗粒）过滤介质 多孔膜（有机高分子膜、无 机材料膜等）多孔固体介质（多孔陶瓷等）二、过滤的方式与介质过滤饼层过滤膜过滤深床过滤过滤介质 12三、滤饼的压缩性和助滤剂1.滤饼的可压缩性过滤时间滤饼厚度滤饼两侧压差若流动阻力滤饼中固体颗粒受压不发生明显变化单位厚度滤饼层的流动阻力视作恒定不可压缩滤饼若 滤饼中固体颗粒受压发生变形单位厚度滤饼层的流动阻力随压差增大而增大可压缩滤饼三、滤饼的压缩性和助滤剂1.滤饼的可压缩性过滤时间滤饼厚13三、滤饼的压缩性和助滤剂2.助滤剂 为降低可压缩滤饼的过滤阻力，加入能形成疏松饼层的物质以改变滤饼的结构 助滤剂。助滤剂的基本要求v 能形成多孔饼层的刚性颗粒，使滤饼有良好的 渗透性及较低的流动阻力。v 有良好的化学稳定性，不与悬浮液发生化学反 应，不溶于液相中。v 在操作压力差内，应具有不可压缩性。三、滤饼的压缩性和助滤剂2.助滤剂 为降低可压缩滤饼143.1 概 述3.2 沉降分离3.3 过滤分离3.3.1 过滤操作的基本概念3.3.2 过滤基本方程式颗粒与流体之间的相对运动第三章3.1 概 述3.2 沉降分离3.3 过滤分离3.3.1 过15一、滤液通过饼层的流动1.滤液通过饼层流动的特点 滤液通过饼层的流动属流体通过固定床的流动方式，具有以下特点：v 滤液通道细小曲折，形成不规则的网状结构。v 随着过滤进行，滤饼厚度不断增加，流动阻力 逐渐加大，因而过滤为非稳态操作。v 滤液的流速通常很低，属于层流流动范围。一、滤液通过饼层的流动1.滤液通过饼层流动的特点 滤16一、滤液通过饼层的流动2.滤液通过饼层流动的数学描述滤液通过饼层的流动可用康采尼公式进行描述。由滤液通过饼层的压降饼层厚度滤液黏度按整个床层截面计算的滤液流速一、滤液通过饼层的流动2.滤液通过饼层流动的数学描述滤液通17二、过滤速率和过滤速度单位时间通过单位过滤面积的滤液体积过滤速度。u单位时间内获得的滤液体积过滤速率。单位过滤面积上的过滤速率滤液量，m3过滤时间，s过滤面积，m2二、过滤速率和过滤速度单位时间通过单位过滤面积的滤液体积过18三、过滤的阻力1.过滤阻力的类型滤饼阻力介质阻力滤饼阻力介质阻力过滤初期主导作用通常过滤时间较小作用三、过滤的阻力1.过滤阻力的类型滤饼介质滤饼阻力介质阻19对于不可压缩滤饼由滤饼比阻令1/m2推动力阻力1/m滤饼阻力三、过滤的阻力2.滤饼的阻力对于不可压缩滤饼由滤饼令1/m2推动力阻力1/m滤饼三、过滤20比阻 r 分析v 单位厚度滤饼的阻力。v 反应颗粒形状、尺寸及床层空隙率对滤液流动 的影响。滤液流动阻力对于不可压缩滤饼三、过滤的阻力比阻 r 分析 单位厚度滤饼的阻力。反应颗粒形状、尺寸及床21仿照滤液穿过介质层的速度三、过滤的阻力3.介质的阻力过滤介质的压力差过滤速度过滤压力差过滤推动力为滤液通过串联的滤饼与介质的总压力降。过滤总阻力为滤饼与介质的阻力之和。仿照滤液穿过介质层的速度三、过滤的阻力3.介质的阻力过滤介22设介质对滤液流动的阻力相当于厚度为Le 的滤饼层的阻力三、过滤的阻力当量滤饼厚度（虚拟滤饼厚度）则通常 介质阻力与最初形成的滤饼层阻力难于划分设介质对滤液流动的阻力相当于厚度为Le 的滤饼层的阻力三、过23设获得 1m3 滤液所形成的滤饼体积为v m3四、过滤基本方程式则 滤饼厚度 L与已获得的滤液体积V 的关系为滤饼体积与相应滤液体积之比同理过滤介质的当量滤液体积（虚拟滤液体积）设获得 1m3 滤液所形成的滤饼体积为v m3四、过滤基本方24由四、过滤基本方程式则另则单位过滤面积所得滤液 体积，m3/m2单位过滤面积所得当量 滤液体积，m3/m2由四、过滤基本方程式则另则单位过滤面积所得滤液 单位过滤25对于可压缩滤饼，设四、过滤基本方程式滤饼的压缩指数过滤压力差单位压力差下滤饼的比阻不可压缩滤饼通常s=01典型物料的压缩指数（见表 3-5）对于可压缩滤饼，设四、过滤基本方程式滤饼的压过滤压单位压力差26由有关关系式得四、过滤基本方程式 过滤基本方程式表示过滤进程中任一瞬间的过滤速率与各有关因素间的关系，是过滤计算及强化过滤操作的基本依据。意义由有关关系式得四、过滤基本方程式 过滤基本表示过滤进程中任一273.1 概 述3.2 沉降分离3.3 过滤分离3.3.1 过滤操作的基本概念3.3.3 恒压过滤3.3.2 过滤基本方程式颗粒与流体之间的相对运动第三章3.1 概 述3.2 沉降分离3.3 过滤分离3.3.1 过28一、恒压过滤操作恒压过滤特点若过滤操作是在恒压差下进行的恒压过滤。过滤连续过滤间歇过滤均为恒压过滤多为恒压过滤v 推动力 恒定。v 滤饼不断加厚，致使阻力逐渐增加。v 过滤速率逐渐变小。一、恒压过滤操作恒压过滤特点若过滤操作是在恒压差下进行的恒29二、恒压过滤方程式对一定的悬浮液令表征过滤物料特性的常数或代入过滤基本方程式得二、恒压过滤方程式对一定的悬浮液令表征过滤物料特性的常数或30二、恒压过滤方程式设获得体积为Ve的滤液所需的时间为分离变量积分虚拟过滤时间过滤时间过滤体积二、恒压过滤方程式设获得体积为Ve的滤液所需的时间为分离变量31二、恒压过滤方程式令积分得上二式相加得 恒压过滤方程式滤液体积与过滤时间的关系过滤常数二、恒压过滤方程式令积分得上二式相加得 恒压过滤滤液体积与过32二、恒压过滤方程式恒压过滤 V 关系曲线实际过滤虚拟过滤若 介质阻力可忽略由有关关系式得二、恒压过滤方程式恒压过滤 V 关系曲线实际虚拟若介质33二、恒压过滤方程式由有关关系式得 恒压过滤方程式若 介质阻力可忽略则【例3-6】自学二、恒压过滤方程式由有关关系式得 恒压过滤若介质阻力可忽略则34练 习 题 目思考题作业题:5、8、91.何为过滤速率与过滤速度？2.Le、Ve、各表示何意义？3.如何推导过滤基本方程式，过滤基本方程式表 示何意义?4.何为恒压过滤，恒压过滤方程式如何？练 习 题 目思考题作业题:5、8、91.何为过滤速率35