第三章-流体-固体颗粒间的运动和流态化课件

第三章第三章 流体流体-固体颗粒间的运动和流态化固体颗粒间的运动和流态化3.1 3.1 概述概述混混合合物物分分为为均均相相物物系系(物物系系内内部部组组成成均均匀匀不不存存在在相相界界面面)和非均相物系和非均相物系。a.a.非均相物系的分离非均相物系的分离非非均均相相指指体体系系内内包包含含互互不不相相溶溶的的两两相相或或多多相相（物物系内部有隔开的相界面存在）。系内部有隔开的相界面存在）。气液相气液相：如雾、泡沫液：如雾、泡沫液气固相气固相：如烟、含尘气体：如烟、含尘气体液液相液液相：如油水混合物、乳浊液：如油水混合物、乳浊液液固相液固相：如泥浆、悬浮液：如泥浆、悬浮液固固相固固相：如矿石、泥砂：如矿石、泥砂b.b.分散相与连续相分散相与连续相分散相分散相：处于分散状态的物质（如分散在流体中的固体：处于分散状态的物质（如分散在流体中的固体 颗粒、液滴、气泡等），也称颗粒、液滴、气泡等），也称分散分散物质物质。连续相连续相：包围着分散相而处于连续状态的物质（如气态：包围着分散相而处于连续状态的物质（如气态 非均相混合物中的气体、液态非均非均相混合物中的气体、液态非均相混合物中相混合物中 的液体），也称的液体），也称分散介质分散介质。c.c.非均相分离的非均相分离的目的目的 回收分散物质：如海盐结晶后从母液中分离结晶盐。回收分散物质：如海盐结晶后从母液中分离结晶盐。净化分散介质：如江水处理制备自来水。净化分散介质：如江水处理制备自来水。环保：如化工厂污水处理环保：如化工厂污水处理d.d.常用的分离常用的分离手段手段 筛分：分离固固混合物。筛分：分离固固混合物。沉降沉降沉降沉降：分离气固、液固混合物。：分离气固、液固混合物。过滤过滤过滤过滤：分离液固混合物。：分离液固混合物。离心分离：分离气固、液固混合物。离心分离：分离气固、液固混合物。3.2 3.2 固体颗粒在流体中的运动固体颗粒在流体中的运动-沉降沉降 两两相相物物系系的的沉沉降降分分离离，指指在在某某种种力力场场中中利利用用分分散散相相和和连连续续相相之之间间的的密密度度差差异异，使使之之发发生生相相对对运运动动而而实实现现分分离离的的操操作作过过程程。其其中中依依靠靠重重力力的的称称为为重重力力沉沉降降，依靠离心力的称为，依靠离心力的称为离心沉降离心沉降。假假定定：这这里里所所指指的的沉沉降降均均指指自自由由沉沉降降：即即当当悬悬浮浮的的微微小小颗颗粒粒距距器器壁壁和和其其他他颗颗粒粒有有足足够够的的距距离离，在在沉沉降降过过程程中中，颗颗粒粒的的形形状状、尺尺寸寸不不发发生生变变化化，颗颗粒粒间间也也不不相相互互黏黏合合，颗颗粒粒与与器器壁壁或或颗颗粒粒间间不不存存在在任任何何干干扰扰。仅仅受受到到颗颗粒粒本本身身的的重重力力(或或离离心心力力)、浮浮力力和和流流体体阻阻力力的的作作用用，各自各自独立完成独立完成的沉降。的沉降。一、重力沉降一、重力沉降1 1、静止流体中、静止流体中球形颗粒球形颗粒的重力沉降速度的重力沉降速度 沉沉降降速速度度：颗颗粒粒在在静静止止流流体体中中沉沉降降，当当合合外外力力为为零零时时，颗颗粒粒作作匀匀速速运运动动，此此时颗粒与流体的相对速度称为时颗粒与流体的相对速度称为沉降速度沉降速度。A A：垂垂直直于于运运动动方方向向的的圆圆球球投投影影面面积积，即即承承受受阻阻力力的的有有效面积，效面积，m m2 2对于球形颗粒：对于球形颗粒：代入代入:2.2.沉降的雷诺数沉降的雷诺数两种沉降形态：两种沉降形态：滞流沉降滞流沉降和和湍流沉降湍流沉降。滞滞流流沉沉降降：沉沉降降速速度度较较小小，流流动动阻阻力力主主要要来来自自流体间的流体间的剪应力剪应力。湍湍流流沉沉降降：沉沉降降速速度度较较大大，流流动动阻阻力力主主要要来来自自漩涡和扰动漩涡和扰动。沉降雷诺数沉降雷诺数：为滞流，为滞流，为湍流，为湍流，为过渡形态。为过渡形态。3 3、沉降阻力系数、沉降阻力系数当当 Re1 Re500 Re500 时，沉降形态为时，沉降形态为湍流湍流，此时阻力系数接近，此时阻力系数接近于一定值。于一定值。当当 时时，对对球球形形颗颗粒粒：，对对圆圆柱柱形形颗颗粒粒：，对对圆圆盘盘形形颗颗粒粒：。此此时时球球形形颗颗粒粒的的沉降速度为：沉降速度为：牛顿沉降公式牛顿沉降公式，适用，适用直径较大的颗粒直径较大的颗粒的沉降。的沉降。当当 时，沉降形态为时，沉降形态为过过渡态渡态，此时得到的沉降公式称为此时得到的沉降公式称为阿阿仑公式仑公式。沉降阻力系数与雷诺数的关系沉降阻力系数与雷诺数的关系4 4、重力沉降的应用、重力沉降的应用 常用于常用于直径直径0.1mm0.1mm以上的颗粒以上的颗粒，主要表现在以下，主要表现在以下几个方面：几个方面：气体的除尘：作为除尘的气体的除尘：作为除尘的预处理预处理，在沉降室内进行；，在沉降室内进行；悬浮液的增稠：悬浮液的增稠：固体物料的分级固体物料的分级(同一物料不同直径的颗粒同一物料不同直径的颗粒)：固体物料的分类固体物料的分类(同一直径不同物料的颗粒同一直径不同物料的颗粒)：例例1 1：已算出直径为：已算出直径为40m的某小颗粒在的某小颗粒在2020常压空气常压空气中的沉降速度为中的沉降速度为0.08m/s,另一种直径为另一种直径为1mm的较大颗粒的较大颗粒的沉降速度为的沉降速度为10m/s,试计算试计算:（1 1）密度与小颗粒相同）密度与小颗粒相同,直径减半的颗粒直径减半的颗粒,其沉降速度为多大其沉降速度为多大?（2 2）密度与大颗）密度与大颗粒相同粒相同,直径加倍的颗粒直径加倍的颗粒,其沉降速度为多大其沉降速度为多大?例例2：有一直径为：有一直径为2mm、密度为、密度为8000kg/m3的钢球在密的钢球在密度为度为1400kg/m3的流体中自由沉降的流体中自由沉降6.0cm需要需要33s时间，时间，求该液体的粘度。求该液体的粘度。解：假设沉降处在斯托克斯区，解：假设沉降处在斯托克斯区，二、离心沉降二、离心沉降1 1、离心沉降速度、离心沉降速度球形颗粒在离心力场中快速旋转，所得的离心力为：球形颗粒在离心力场中快速旋转，所得的离心力为：所受到的浮力为：所受到的浮力为：所受到的阻力为：所受到的阻力为：颗颗粒粒在在离离心心力力场场中中沉沉降降时时没没有有匀匀速速段段，但但小小颗颗粒粒沉降时加速度很小，可沉降时加速度很小，可近似作匀速处理近似作匀速处理。2 2、分离因数（、分离因数（离心力与重力之比离心力与重力之比）表示在离心力作用下，表示在离心力作用下，引起颗粒沉降的力为引起颗粒沉降的力为其本身重力的倍数其本身重力的倍数。f 越大，设备分离效率越高。越大，设备分离效率越高。v例例3：硅胶微球密度为：硅胶微球密度为1800kg/m3,由常压由常压500K热空气热空气夹带进入旋风分离器夹带进入旋风分离器,进气流速进气流速15m/s,分离器中气体的分离器中气体的平均旋转直径为平均旋转直径为0.7m。问微球的离心沉降速度为多少？。问微球的离心沉降速度为多少？并与重力沉降相比较，微球直径为并与重力沉降相比较，微球直径为20m。三、影响沉降的因素三、影响沉降的因素1 1、干扰沉降干扰沉降：当颗粒浓度较高时，由于颗粒间相互作：当颗粒浓度较高时，由于颗粒间相互作用明显，便发生干扰沉降。由于干扰作用，实际沉降用明显，便发生干扰沉降。由于干扰作用，实际沉降速度小于自由沉降速度。速度小于自由沉降速度。2 2、颗颗粒粒形形状状：测测定定非非球球形形粒粒的的沉沉降降速速度度，用用沉沉降降速速度度公公式式计计算算出出粒粒径径。此此时时，非非球球形形颗颗粒粒的的直直径径，称称为为当当量球径量球径。3 3、壁壁效效应应：当当颗颗粒粒靠靠近近器器壁壁沉沉降降时时，由由于于器器壁壁的的影影响响，其其沉沉降降速速度度较较自自由由沉沉降降速速度度小小，这这种种影影响响称称为为壁效应。壁效应。重力沉降设备重力沉降设备离心沉降设备离心沉降设备降尘室降尘室-气固体系气固体系沉降槽沉降槽-液固体系液固体系旋风分离器旋风分离器-气固体系气固体系旋液分离器旋液分离器-液固体系液固体系用于除去用于除去75 m以上颗粒以上颗粒 用于除去用于除去510 m 颗粒颗粒四、沉降设备四、沉降设备沉降分离的基础是悬浮液中颗粒在外力作用下的沉降运沉降分离的基础是悬浮液中颗粒在外力作用下的沉降运动，而这又是以两相的动，而这又是以两相的密度差密度差为前提的。悬浮颗粒的直为前提的。悬浮颗粒的直径越大、两相的密度差越大，使用沉降分离方法的效果径越大、两相的密度差越大，使用沉降分离方法的效果就越好。根据作用于颗粒上的外力不同，沉降分离设备就越好。根据作用于颗粒上的外力不同，沉降分离设备分为重力沉降和离心沉降两大类。分为重力沉降和离心沉降两大类。1 1、重力沉降设备、重力沉降设备(降尘室降尘室)利用重力沉降从含尘气体中分离出尘粒的设备。利用重力沉降从含尘气体中分离出尘粒的设备。-降尘室体积;-流体体积流量;-降尘室底面积;-降尘室高度;停留时间停留时间 ：任一流体质点从进入至离开降尘：任一流体质点从进入至离开降尘室的时间间隔。室的时间间隔。-沉降速度;沉沉降降时时间间 ：位位于于降降尘尘室室最最高高点点的的颗颗粒粒降降至至室底室底所需时间。所需时间。为满足除尘要求，停留时间必须至少与沉降时间相等。为满足除尘要求，停留时间必须至少与沉降时间相等。当当 时时,即即对对一一定定物物系系，降降尘尘室室的的处处理理能能力力只只取取决决于于降降尘尘室室的的底底面面积积，而而与与高高度度无无关关。因因此此，降降尘尘室室设设计计成成扁扁平状，或在室内设置多层水平隔板。平状，或在室内设置多层水平隔板。式中沉降速度式中沉降速度v可根据不同的雷诺数范围选择适当公式可根据不同的雷诺数范围选择适当公式计算。计算。细小颗粒的沉降细小颗粒的沉降处于斯托克斯区，其沉降速度为处于斯托克斯区，其沉降速度为降尘室结构简单，流动阻力小，但降尘室结构简单，流动阻力小，但体积庞大，分离效体积庞大，分离效率低率低，通常只适用于分离粒度，通常只适用于分离粒度大于大于50m的粗颗粒的粗颗粒，一，一般作为般作为预除尘预除尘使用。多层降尘室虽能分离较细的颗粒且使用。多层降尘室虽能分离较细的颗粒且节省地面，但节省地面，但清灰比较麻烦清灰比较麻烦。式中式中dp,min为降尘室能为降尘室能100%除去的最小颗粒直径。除去的最小颗粒直径。降尘室面积计算降尘室面积计算例例4：欲用降尘室净化温度为：欲用降尘室净化温度为20、流量为、流量为2500m3/h的常压空气，空气中所含灰尘的密度为的常压空气，空气中所含灰尘的密度为1800kg/m3，要，要求净化后的空气中不含有直径大于求净化后的空气中不含有直径大于10m的尘粒，试求的尘粒，试求所需沉降面积为多少？若降尘室底面的宽为所需沉降面积为多少？若降尘室底面的宽为2m，长为，长为5m，室内需要设多少块隔板？，室内需要设多少块隔板？2 2、离心沉降设备、离心沉降设备(旋风分离器旋风分离器)构造和操作原理：旋风分离器是利用构造和操作原理：旋风分离器是利用惯性离心力惯性离心力的作的作用从气流中分离出尘粒的设备用从气流中分离出尘粒的设备 。主体的。主体的上部为圆筒形上部为圆筒形下部为圆锥形下部为圆锥形。含尘气体由圆筒上部的进气管。含尘气体由圆筒上部的进气管切向切向进进入，受器壁的约束向下作螺旋运动。在惯性离心力作用入，受器壁的约束向下作螺旋运动。在惯性离心力作用下，颗粒被抛向器壁而与气流分离，再沿壁面落至锥底下，颗粒被抛向器壁而与气流分离，再沿壁面落至锥底的排灰口。净化后的气体在中心轴附近的排灰口。净化后的气体在中心轴附近由下而上由下而上作螺旋作螺旋运动，最后由顶部排气管排出。图上描绘了气体在器内运动，最后由顶部排气管排出。图上描绘了气体在器内的运动情况。通常，把下行的螺旋形气流称为的运动情况。通常，把下行的螺旋形气流称为外旋流外旋流，上行的螺旋形气流称为上行的螺旋形气流称为内旋流内旋流(又称气芯又称气芯)。内、外旋流。内、外旋流气体的旋转方向相同。气体的旋转方向相同。外旋流的上部是主要除尘区外旋流的上部是主要除尘区。3.3 3.3 流体通过颗粒床层的运动流体通过颗粒床层的运动-过滤过滤一、流体通过固定床的压降一、流体通过固定床的压降1 1、流体通过毛细管的压降、流体通过毛细管的压降设毛细管内径为设毛细管内径为 d，长度为，长度为 L，流体流速为，流体流速为 v，在滞流，在滞流时，其流动阻力可用时，其流动阻力可用泊肃叶公式泊肃叶公式来描述：来描述：2 2、流体流过由球形固体颗粒组成的床层的压降、流体流过由球形固体颗粒组成的床层的压降假定假定：a.a.床层直径远大于颗粒直径，壁效应可忽略；床层直径远大于颗粒直径，壁效应可忽略；b.b.颗颗粒粒在在床床层层上上是是均均匀匀分分布布的的，因因而而床床层层的的空空隙隙率率也是均匀的。也是均匀的。c.c.颗颗粒粒是是致致密密的的，流流体体仅仅在在颗颗粒粒之之间间及及颗颗粒粒与与器器壁之间所形成的孔道内流动壁之间所形成的孔道内流动。简化模型简化模型：将将床床层层中中不不规规则则的的孔孔道道简简化化为为一一组组长长度度为为 Le的的平平行行细细管管。假假定定细细管管长长度度与与床床层层高高度度成成正正比比,即即 Le=CL，细细管管的的内内表表面面积积等等于于床床层层颗颗粒粒的的全全部部表表面面积积，细细管管的的全全部部流动空间等于颗粒床层的空隙体积流动空间等于颗粒床层的空隙体积。床层空隙率：床层空隙率：当量直径：当量直径：设设球球形形颗颗粒粒直直径径为为 dp ,则则其其体体积积为为 ，表面积表面积为为 。固固定定床床直直径径为为 D,高高度度为为 L,则则床床层层体体积积为为 ，若若空隙率空隙率为为 ，则，则床层中球形颗粒个数床层中球形颗粒个数为为球形颗粒所具有的总表面积球形颗粒所具有的总表面积为为:则则 床层孔道的实际流速床层孔道的实际流速 ve与空塔速度与空塔速度 v（塔内没有填塔内没有填充物时的流速充物时的流速）的关系为）的关系为 将将 Le ,de ,ve 的表达式代入的表达式代入泊肃叶公式泊肃叶公式，并附加流，并附加流道曲折等校正系数，得：道曲折等校正系数，得：颗粒床层的雷诺数为：颗粒床层的雷诺数为：以以空塔速度空塔速度表示的雷诺数：表示的雷诺数：当当 Re10 时，为时，为滞流滞流，床层压降，床层压降(小颗粒组成的床层小颗粒组成的床层)为：为：当当 Re1000 时，为时，为完全湍流完全湍流，床层压降，床层压降(大颗粒组成大颗粒组成的床层的床层)为：为：阻力产生的原因：阻力产生的原因：a.a.粘滞力粘滞力，颗粒表面粘附的流体与流体之间形成的，颗粒表面粘附的流体与流体之间形成的摩擦力，摩擦力，与流体流速成正比与流体流速成正比；b.b.惯惯性性力力，流流体体冲冲击击颗颗粒粒形形成成涡涡流流和和颗颗粒粒的的尾尾涡涡产产生的压头损失，生的压头损失，与流速平方成正比与流速平方成正比。总阻力为两者之和总阻力为两者之和：球球形形度度：具具有有相相同同体体积积的的球球形形颗颗粒粒与与非非球球形形颗颗粒粒的的表面积之比表面积之比。非球形颗粒的体积非球形颗粒的体积当量直径当量直径：计算非球形颗粒的压降时，用计算非球形颗粒的压降时，用 dpe代替代替 dp 即可。即可。深深层层过过滤滤:悬悬浮浮液液通通过过很很厚厚的的过过滤滤介介质质床床层层，固固体体颗颗粒粒不不形形成成滤滤饼饼，而而是是沉沉积积于于较较厚厚的的粒粒状状过过滤滤介介质质床床层层的的内内部部，附附在在在在过过滤滤介介质质上上。主主要要适适用用于于处处理理固固体体含含量量极极少少、颗颗粒粒很小的悬浮液很小的悬浮液。二、过滤二、过滤1 1、过滤原理、过滤原理 过滤过滤是利用是利用重力或人为造成的压差重力或人为造成的压差使悬浮液通过某使悬浮液通过某种多孔性过滤介质，悬浮液中的固体颗粒被截留，滤种多孔性过滤介质，悬浮液中的固体颗粒被截留，滤液则穿过介质流出。液则穿过介质流出。2 2、过滤方式、过滤方式:深层过滤和滤饼过滤深层过滤和滤饼过滤 滤滤饼饼过过滤滤(饼饼层层过过滤滤)：过过滤滤时时固固体体颗颗粒粒沉沉积积在在介介质质表表面面，形形成成滤滤饼饼层层。过过滤滤介介质质中中微微细细孔孔道道的的直直径径可可能能大大于于悬悬浮浮液液中中部部分分颗颗粒粒的的直直径径，因因此此过过滤滤之之初初会会有有一一些些细细小小颗颗粒粒穿穿过过介介质质而而使使滤滤液液浑浑浊浊，但但是是颗颗粒粒会会在在孔孔道道中中迅迅速速地地发发生生“架架桥桥”现现象象，使使小小孔孔道道直直径径的的细细小小颗颗粒粒也也能能被被拦拦截截，故故当当滤滤饼饼开开始始形形成成，滤滤液液即即变变清清，此此后后过过滤滤才才能能有有效效的的进进行行。适适用用于于处处理理固固体含量较多的悬浮液体含量较多的悬浮液。注注意意：在在此此种种过过滤滤中中，真真正正起起作作用用的的是是滤滤饼饼层层，而不是过滤介质而不是过滤介质。3 3、过滤介质、过滤介质 支撑滤饼的多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有足够的机支撑滤饼的多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。械强度。工业用过滤介质主要有：工业用过滤介质主要有：a.a.织织物物介介质质，如如棉棉、麻麻、丝丝、毛毛、合合成成纤纤维维、金金属属丝丝等等编编织织成的滤布；成的滤布；b.b.多多孔孔性性固固体体介介质质，如如素素瓷板或管、烧结金属等。瓷板或管、烧结金属等。4 4、滤饼的压缩性和助滤剂、滤饼的压缩性和助滤剂 滤滤饼饼的的空空隙隙结结构构并并不不因因为为操操作作压压差差的的增增大大而而变变形形，即即滤滤饼饼的的阻阻力力不不变变，这这种种滤滤饼饼为为不不可可压压缩缩滤滤饼饼；反反之为可压缩滤饼。之为可压缩滤饼。助滤剂的作用是助滤剂的作用是为减小阻力为减小阻力。对对助助滤滤剂剂的的要要求求：化化学学稳稳定定性性好好，有有较较好好的的刚刚性性，能能承承受受一一定定压压力力而而不不变变形形，具具有有多多孔孔性性，以以形形成成高高空隙率的滤饼。空隙率的滤饼。助滤剂的种类：助滤剂的种类：硅藻土、珍珠岩、炭粉、纤维素硅藻土、珍珠岩、炭粉、纤维素等。等。助滤剂的使用方法：助滤剂的使用方法：预敷和掺滤预敷和掺滤。预预敷敷：过过滤滤前前，将将助助滤滤剂剂配配成成悬悬浮浮液液先先过过滤滤，在在介质表面形成一助滤剂层，然后再进行过滤操作。介质表面形成一助滤剂层，然后再进行过滤操作。掺滤掺滤：将助滤剂加入悬浮液中一起过滤。：将助滤剂加入悬浮液中一起过滤。液体通过过滤介质和滤饼空隙的流动是液体通过过滤介质和滤饼空隙的流动是流体通过固定床流体通过固定床流动的一种具体情况流动的一种具体情况，不同的是过滤操作中床层厚度，不同的是过滤操作中床层厚度(滤饼厚度滤饼厚度)不断增加，在压差一定时，滤液通过的速度不断增加，在压差一定时，滤液通过的速度随时间逐渐减小，即是随时间逐渐减小，即是一非定态过程一非定态过程。但由于滤饼厚度。但由于滤饼厚度增加很缓慢，可按增加很缓慢，可按拟定态处理拟定态处理。5 5、过滤过程的特点：、过滤过程的特点：设设过过滤滤面面积积为为A,在在过过滤滤时时间间为为 时时获获得得的的滤滤液液量量为为V,则则过过滤滤速速率率可可定定义义为为单单位位时时间间、单单位位过过滤滤面面积积所所得得的的滤液量滤液量。三、过滤基本方程三、过滤基本方程对于对于不可压缩滤饼不可压缩滤饼(滤饼的阻力不变滤饼的阻力不变)床层空隙率：床层空隙率：a a、过滤速率：、过滤速率：前面已知，流体通过固定床的压降为前面已知，流体通过固定床的压降为:则过滤速率则过滤速率:V：滤液体积，：滤液体积，Ve：过滤介质的当量滤液体积，：过滤介质的当量滤液体积，m3过滤过程的阻力为滤饼的阻力与过滤介质的阻力之和过滤过程的阻力为滤饼的阻力与过滤介质的阻力之和。而过滤介质的阻力可视为而过滤介质的阻力可视为通过单位过滤面积获得某当量通过单位过滤面积获得某当量滤液量滤液量qe所形成的虚拟滤饼层的阻力所形成的虚拟滤饼层的阻力。3 3、影响过滤常数的因素：、影响过滤常数的因素：滤饼的性质：可压缩滤饼的压缩指数，空隙率滤饼的性质：可压缩滤饼的压缩指数，空隙率和比表面（单位体积颗粒具有的表面积）。和比表面（单位体积颗粒具有的表面积）。滤浆的性质：滤浆的浓度、粘度等。滤浆的性质：滤浆的浓度、粘度等。推动力即压差。对于指定的悬浮液，只有当操推动力即压差。对于指定的悬浮液，只有当操作压差不变时，过滤常数才是常数。作压差不变时，过滤常数才是常数。4 4、恒压过滤（、恒压过滤（压强差恒定压强差恒定）特特点点：过过滤滤常常数数 K 不不变变，滤滤饼饼不不断断增增厚厚，阻阻力力不不断断增增加，过滤速度逐渐变小。加，过滤速度逐渐变小。若若过滤介质阻力可忽略不计过滤介质阻力可忽略不计，则有：，则有：5 5、恒速过滤、恒速过滤特点：特点：过滤速率过滤速率 不变不变。若若过滤介质阻力可忽略不计过滤介质阻力可忽略不计，则有：，则有：四、过滤常数的测定四、过滤常数的测定恒压过滤恒压过滤时时:若以若以 /q -q 作图，可得一直线，由作图，可得一直线，由直线斜率可求得直线斜率可求得 K。五、过滤设备五、过滤设备以以压力差压力差为推动力为推动力:如板框过滤机等如板框过滤机等以以离心力离心力为推动力：如各种离心机等。为推动力：如各种离心机等。过滤过滤 例例：砂砂滤滤缸缸直直径径为为30cm30cm，底底部部支支承承板板(设设其其流流动动阻阻 力力可可以以忽忽略略)上上堆堆放放5cm5cm厚厚的的0.2mm0.2mm直直径径圆圆砂砂粒粒砂砂粒粒的的球球形形度度=0.86=0.86，空空隙隙率率=0.35=0.35,缸缸内内的的恒恒位位水水位位为为0.5m0.5m，水水温温为为2020。试试求求每每分分钟钟能能滤滤得得的的净净水水量量为多少升？为多少升？例例6 6：某悬浮液在恒压下过滤，滤渣是不可压缩的，：某悬浮液在恒压下过滤，滤渣是不可压缩的，若滤布的阻力可以忽略，问过滤面积增大一倍时，为得若滤布的阻力可以忽略，问过滤面积增大一倍时，为得到相同的滤液量，过滤时间为原来的多少。到相同的滤液量，过滤时间为原来的多少。例例7 7：某悬浮液在恒压下过滤，滤渣是不可压缩的，：某悬浮液在恒压下过滤，滤渣是不可压缩的，若滤布的阻力不可以忽略，得若滤布的阻力不可以忽略，得2.5L2.5L滤液的时间为滤液的时间为1min1min，得得10L10L滤液的时间为滤液的时间为12min12min，试求得，试求得20L20L滤液所需的时间。滤液所需的时间。3.4 3.4 固体流态化技术固体流态化技术一、流态化的基本概念一、流态化的基本概念1 1、固固体体流流态态化化：固固体体颗颗粒粒在在流流体体的的带带动动下下能能像像流流体体那那样样流流动动，并并在在某某些些方方面面具具有有流流体体的的性性质质，这这种种现现象象称称为为固体流态化固体流态化。2 2、流态化现象、流态化现象当流体通过固体颗粒组成的床层时，随着当流体通过固体颗粒组成的床层时，随着流速的增加流速的增加，会发生以下现象：会发生以下现象：固定床阶段固定床阶段：流速较低，流体在：流速较低，流体在静止的固体颗静止的固体颗粒空隙间粒空隙间流动。流动。膨膨胀胀床床阶阶段段：流流速速逐逐渐渐增增大大，床床层层高高度度稍稍有有膨膨胀胀，固固体体颗颗粒粒相相互互离离开开，并并有有少少量量固固体体颗颗粒粒在在一一定定区区间间内振动和游动。内振动和游动。临临界界流流化化床床阶阶段段：继继续续增增大大流流速速，当当床床层层压压力力降降等等于于床床层层总总重重力力时时，固固体体颗颗粒粒刚刚好好悬悬浮浮在在向向上上流流动动的的流流体体中中，认认为为床床层层刚刚开开始始流流化化，这这时时的的流流速速称称为为临临界界流流化化速度速度vm,f 沸沸腾腾床床（密密相相流流化化床床）阶阶段段：流流速速继继续续增增加加，床床层层继继续续膨膨胀胀，一一些些固固体体颗颗粒粒被被气气体体夹夹带带出出去去，床床层层有有一一个个清晰的起伏的上界面。清晰的起伏的上界面。输输送送床床阶阶段段：当当流流体体流流速速增增大大到到一一定定值值时时，流流体体对对固固体体颗颗粒粒的的流流动动摩摩擦擦阻阻力力等等于于固固体体颗颗粒粒的的净净重重力力，即即流流体体流流速速等等于于颗颗粒粒的的重重力力沉沉降降速速度度，这这时时床床层层界界面面消消失失，不不再再有有稳稳定定的的固固体体颗颗粒粒层层，固固体体颗颗粒粒随随流流体体夹夹带带流流出出，这这时时的的流流速速称称为为带带出出速速度度vt，这这种种现现象象称称为为稀稀相流化。相流化。二、实际的流态化现象二、实际的流态化现象1 1、散式流化现象散式流化现象 一一般般发发生生在在液液-固固系系统统中中，当当流流体体流流速速逐逐步步增增大大到到大大于于临临界界流流化化速速度度而而小小于于带带出出速速度度时时，床床层层平平稳稳而而逐逐渐渐膨膨胀胀，床床层层空空隙隙度度也也逐逐渐渐增增大大，固固体体颗颗粒粒在在床层中分散并且相互间没有显著干扰。床层中分散并且相互间没有显著干扰。特特点点是是颗颗粒粒均均匀匀分分布布于于流流体体之之中中，床床层层中中各各处处空空隙隙率率大大致致相相等等，床床层层有有稳稳定定的的上上界界面面。常常发发生生在在固固体与流体密度差别较小的体系流化中。体与流体密度差别较小的体系流化中。2 2、聚式流化现象聚式流化现象一一般般发发生生在在气气-固固系系统统中中，当当气气体体流流速速超超过过临临界界流流化化速速度度后后，系系统统成成为为沸沸腾腾床床，但但表表现现出出很很大大的的不不稳稳定定性性，床床高高并并不不增增加加很很多多，但但床床面面有有明明显显的的起起伏伏。此此时时，气气体体鼓鼓泡泡通通过过床床层层，气气泡泡在在上上升升过过程程中中膨膨大大、合合并并，并并夹夹带带有有固固体体颗颗粒粒（尤尤其其在在其其尾尾端端），最最后后在在床床面面上上破破裂裂，导导致致整整个个床床层层极极不不均均匀匀。存存在在稀稀相相区区和和浓浓相相区区，在在浓浓相相区区不不均均匀匀，存存在在空空穴穴，即即气气体体排排开开固固体体颗颗粒粒后后占占据据的的空空间间，又又叫叫气气泡泡相相。非非空空穴穴部部位位的的颗颗粒粒维维持持刚刚发发生生流流化化时时的的状状态，称为态，称为乳化相乳化相。特特点点是是空空穴穴运运动动，上上方方颗颗粒粒被被推推开开，空空穴穴的的合合并并和和移动，界面不清。移动，界面不清。3 3、沟流和节涌沟流和节涌发生在发生在聚式流化聚式流化中，是两种中，是两种反常现象反常现象。沟流沟流：在大直径床层中，由于颗粒堆积不匀或气体初始：在大直径床层中，由于颗粒堆积不匀或气体初始分布不良，可在床内局部地方形成沟流。此时，大量气分布不良，可在床内局部地方形成沟流。此时，大量气体经过局部地区的通道上升，而床层的其余部分仍处于体经过局部地区的通道上升，而床层的其余部分仍处于固定床状态而未被流化（死床）。固定床状态而未被流化（死床）。显显然然，当当发发生生沟沟流流现现象象时时，气气体体不不能能与与全全部部颗颗粒粒良好接触，将使工艺过程严重恶化。良好接触，将使工艺过程严重恶化。沸沸涌涌或或节节涌涌：空空穴穴在在上上升升过过程程中中会会合合并并增增大大，如如果果床床层层直直径径较较小小而而浓浓相相区区的的高高度度较较高高，则则空空穴穴可可能能大大至至与与床床层层直直径径相相等等的的程程度度。此此时时空空穴穴将将床床层层分分节节，整整段段颗颗粒粒如如活活活活塞塞般般的的向向上上移移动动，部部分分颗颗粒粒在在空空穴穴四四周周落落下下或或者者在在整整个个截截面面上上均均匀匀洒洒落落。这这种种现现象象称称为为沸沸涌涌或或节涌。节涌。流流化化床床在在操操作作时时一一旦旦发发生生沸沸涌涌，较较多多的的颗颗粒粒被被抛抛起起和和跌跌落落造造成成设设备备震震动动，甚甚至至将将床床内内构构件件冲冲坏坏，流流体体动动力力损损失失也也较较大大，一一般般应应尽尽量量予予以以避免。避免。大颗粒比小颗粒易产生节涌。大颗粒比小颗粒易产生节涌。三、流化床的主要特性三、流化床的主要特性 气气体体分分布布方方式式对对流流化化的的质质量量有有重重大大影影响响。气气体体集集中中送送入入易易引引起起沟沟流流和和节节涌涌，气气体体分分布布均均匀匀则则有有良良好好的的流流化化质质量量。应应采采用用合合宜宜的的气气体体分分布布，附附加加挡挡板板等等避免沟流和节涌避免沟流和节涌。1 1、流化床的、流化床的液态特性液态特性：流流化化床床具具有有像像液液体体那那样样的的流流动动性性：固固体体颗颗粒粒可可以以从从容容器器壁壁的的小小孔孔喷喷出出，并并可可从从一一容容器器流流人人另另一一容容器器；当当容容器器倾倾斜斜时时，床床层层的的上上表表面面保保持持水水平平；当当两两个个床床层层连连通通时时，能能自自行行调调整整其其床床面面至至同同一一水水平平面面。由由于于流流化化床床具具有有类类似似液液体体的的流流动动性性，故故使使操操作作易易于于实现连续化与自动化。实现连续化与自动化。流化床的液体样特性：流化床的液体样特性：2 2、床层压降、床层压降 固定床阶段固定床阶段(床层压降与流速成正比床层压降与流速成正比)：流化床阶段：流化床阶段：床层压降等于床层重量，且保持不变床层压降等于床层重量，且保持不变。输送床阶段：床层压降骤然下降，极端情况接近空输送床阶段：床层压降骤然下降，极端情况接近空床阻力。床阻力。四、流化床的操作范围四、流化床的操作范围1 1、临界流化速度、临界流化速度 vm,f 滞流状态下，在临界流化时，应满足滞流状态下，在临界流化时，应满足床层的压力床层的压力降等于床层重力。降等于床层重力。2 2、带出速度、带出速度 vt气流达到带出速度时，流速等于重力沉降速度气流达到带出速度时，流速等于重力沉降速度。五、流化床的类型及结构五、流化床的类型及结构1 1、流化床的类型、流化床的类型沸腾床沸腾床，也叫密相流化床。主要应用：沸腾焙烧，也叫密相流化床。主要应用：沸腾焙烧或沸腾气化，密相流化催化。或沸腾气化，密相流化催化。双双体体流流化化床床，适适用用于于催催化化剂剂、吸吸附附剂剂易易丧丧失失活活性的场合。性的场合。多层流化床多层流化床，用于活性炭的活化，物料的干燥等。，用于活性炭的活化，物料的干燥等。喷射床喷射床，适用于粒度大而均一的物料。，适用于粒度大而均一的物料。2 2、流化床的结构、流化床的结构 常常用用流流化化床床反反应应器器壳壳体体包包括括锥锥体体底底部部、流流化化段段（包包括膨胀段和分离段）和扩大段三部分。括膨胀段和分离段）和扩大段三部分。流化床的直径：流化床的直径：操作气速操作气速vf 应介于临界流化速度应介于临界流化速度vm,f 和带出速度和带出速度 vt 之间。之间。流流化化床床总总高高度度：包包括括膨膨胀胀段段高高度度、分分离离段段高高度度和和扩扩大段高度。大段高度。膨胀段高度由固定床高和膨胀比决定膨胀段高度由固定床高和膨胀比决定。膨胀比膨胀比 R：操作气速下床层高：操作气速下床层高Hf与固定床高与固定床高Ho之比。之比。R=Hf/Ho分离段：分离段：使抛散在空间的颗粒因重力而降落使抛散在空间的颗粒因重力而降落。扩扩大大段段：一一方方面面为为固固体体颗颗粒粒提提供供进进一一步步沉沉降降的的空空间间，另另一一方方面面是是为为安安装装气气-固固分分离离设设备备，如如旋旋风风分分离离器器等。等。作用：作用：P115-116P115-116，4 4、1111