化工原理2-1-2

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一节,概 述,2-1-1,非均相分离在工业中的应用,2-1-2,颗粒与颗粒群的特性,第二节 颗粒沉降,2-2-1,颗粒在流体中的沉降过程,2-2-2,重力沉降及设备,2-2-3,离心沉降及设备,作业：,P114,（4）,1.混合物的分类:,2.非均相混合物的特点是:,在物系内部存在两种以上的相态，如悬浮液、乳浊液、含尘气体等。其中固体颗粒、微滴称为分散相或分散物质；而气体、液体称为连续相或分散介质。,可以分为均相混合物和非均相混合物。,3.非均相物系分离的依据是:,连续相与分散相具有不同的物理性质，因此可以用机械的方法将两相分离,4.操作方式分为两种：,（,1,）沉降分离,颗粒相对于流体（静止或运动）运动的过程称沉降分离。分为重力沉降、离心沉降。,（,2,）过滤,流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过程称过滤。分为重力过滤、离心过滤、加压过滤和真空过滤，也可分为恒压过滤、先恒速后恒压过滤。,返回,1、回收有价值的分散物质,例如从某些类型干燥器出来的气体及从结晶机出来的晶浆中都带有一定量的固体颗粒，必须回收这些悬浮的颗粒作为产品。,2、净化分散介质以满足后继生产工艺的要求,例如某些催化反应的原料气中夹带有会影响催化剂活性的杂质，因此，在气体进入反应器之前，必须除去其中尘粒状的杂质。,3、环境保护和安全生产,为了保护人类生态环境，要求排放的废气或废液浓度达到排放标准；很多含碳物质及金属细粉与空气形成爆炸物，必须除去这些物质以消除隐患。,返回,一、颗粒的特性,1,、球形颗粒,体积,V,=,d,3,表面积,S,=,d,2,比表面积,S/V,=6/,d,2,、非球形颗粒,工业上遇到的固体颗粒大多是非球形颗粒,体积当量直径,d,e,d,e,=,表面积当量直径,d,es,d,es,=,球形度（形状系数）,s,二,、,颗粒群的特性,由大小不同的颗粒组成的集合体称为颗粒群。,1,、颗粒群粒径分布,颗粒群的粒度组成情况即粒径分布。可用筛分分析法测定各种尺寸颗粒所占的分率。,2,、颗粒的平均粒径,3,、颗粒的密度,颗粒的真密度：当不包括颗粒之间的空隙时，单位颗粒群体积内颗粒的质量，,kg/m,3,。,堆积密度（表观密度）：当包括颗粒之间的空隙时，单位颗粒群体积内颗粒的质量，,kg/m,3,。,4,、,颗粒的粘附性和散粒性,返回,2-2-1,沉降过程,颗粒与流体在力场中作相对运动时，受到三 个力的作用：质量力,F,、,浮力,F,b,、,、,曳力,F,d,。,F=ma(,重力场中为重力,离心力场中为离心力),F,b,=,aV,对于一定的颗粒和流体，重力,F,g,、,浮力,F,b,一定，但曳力,F,d,却随着颗粒运动速度而变化。当颗粒运动速度,u,等于某一数值后达到匀速运动，这时颗粒所受的诸力之和为零,返回,2-2-2,重力沉降及设备,一、重力沉降速度,1、,球形颗粒的自由沉降,2、,影响重力沉降速度的因素,二、重力沉降设备,1,、,降尘室,2,、,沉降槽,返回,一、重力沉降速度,1、球形颗粒的自由沉降,颗粒在重力沉降过程中不受周围颗粒和器壁的影响，称为自由沉降。,固体颗粒在重力沉降过程中，因颗粒之间的相互影响而使颗粒不能正常沉降的过程称为干扰沉降。,球形颗粒在静止流体中沉降时，颗粒受到的作用力有重力、浮力和阻力。,当合力为零时，颗粒相对于流体的运动速度,u,=,u,t,，,u,t,称为沉降速度，又称为“终端速度”。,u,t,=,=,其中 是颗粒沉降时的阻力系数。并且 是颗粒对流体作相对运动时的雷诺数,Re,t,的函数（利用因次分析方法）,=,f,(,Re,t,)=,f,( ),与,Re,t,的关系可由实验测定，如,图,2-2,所示。图中将球形颗粒（,s,=1,）,的曲线分为三个区域，即,（,1,）滞流区,（,10,-4,Re,t,2,）,=,（2）过渡区 （ 2,Re,t,10,3,） =,（,3,）,湍流区,（,10,3,Re,t,0.2%,时，干扰沉降不容忽视。,（,3,）器壁效应,当容器较小时，容器的壁面和底面均能增加颗粒沉降时的曳力，使颗粒的实际沉降速度较自由沉降速度低。,返回,二、重力沉降设备,1,、降尘室,籍重力沉降从气流中除去,尘粒的设备称为降尘室。,令,l,降尘室的长度，,m；,h,降尘室的高度，,m；,b,降尘室的宽度，,m；,u,气体在降尘室的水平,通过速度，,m/s；,V,s,降尘室的生产能力,（即含尘气通过降尘室的体积流量），,m,3,/s。,则 气体的停留时间为,颗粒沉降所需沉降时间为,动画,沉降分离满足的基本条件为,t,或,降尘室的生产能力为,理论上降尘室的生产能力只与其沉降面积,bl,及颗粒的沉降速度,u,t,有关，而与降尘室高度,h,无关。故降尘室应设计成扁平形，或在室内均匀设置多层水平隔板，构成多层降尘室，如,图,所示。,多层降尘室的生产能力为,降尘室结构简单，通常只适用于分离粒度大于50,m,的粗颗粒，一般作为预除尘使用。沉降速度,u,t,应根据需要完全分离下来的最小颗粒尺寸计算。气速,u,一般应保证气体处于层流流动区，以免干扰颗粒的沉降或把已沉降下来的颗粒重新扬起。,一起看,P95,例2-2,返回,2,、沉降槽,籍重力沉降从悬浮液中分离出固体颗粒的设备称为,沉降槽,。如用于低浓度悬浮液分离时亦称为澄清器；用于中等浓度悬浮液的浓缩时，常称为浓缩器或增稠器。,沉降槽适于处理颗粒不太小、浓度不太高，但处理量较大的悬浮液的分离。这种设备具有结构简单，可连续操作且增稠物浓度较均匀的优点，缺点是设备庞大，占地面积大、分离效率较低。,连续沉降槽是底部略成锥状的大直径浅槽，如,图,所示。料浆经中央进料口送到液面以下,0.31.0,m,处，在尽可能减小扰动的条件下，迅速分散到整个横截面上，液体向上流动，清液经由槽顶端四周的溢流堰连续流出，称为溢流；固体颗粒下沉至底部，槽底有徐徐旋转的耙将沉渣缓慢地聚拢到底部中央的排渣口连续排出。排出的稠浆称为底流。,返回,返回,返回,1,、试计算直径为,30,m,的球形石英颗粒（其密度为,2650,kg/ m,3,），,在,20,水中和,20,常压空气中的自由沉降速度。,解：已知,d,=30,m,、,s,=2650kg/m,3,（,1,）,20,水的,=1.01,10,-3,Pas,=998kg/m,3,设沉降在滞流区，根据式（,2-15,）,校核流型,假设成立，,u,t,=8.02,10,-4,m/s,为所求,（,2,）,20,常压空气,=1.21kg/m,3,=1.81,10,-5,Pas,设沉降在滞流区,校核流型：,假设成立，,u,t,=7.18,10,-2,m/s,为所求。,返回,2-2-3,离心沉降及设备,一、,离心沉降速度,二、离心沉降设备,1,、,旋风分离器,2,、,除尘系统,3,、,旋液分离器,返回,一、离心沉降速度,与颗粒在重力场中相似，颗粒在离心力场中也受到三个力的作用，即惯性离心力、向心力和阻力。当三力平衡时，颗粒在径向上相对于流体的速度极为颗粒在此位置上的离心沉降速度,u,r,重力沉降速度计算式及所对应的流动区域仍可用于离心沉降，仅需将重力加速度,g,改为离心加速度,u,T,2,/,R,即可。,如颗粒沉降过程属于层流,u,t,=,应注意离心沉降速度,u,r,随旋转半径,R,的变化而变化。,离心分离因数,K,c,是离心分离设备的重要性能指标,K,c,值愈高，离心沉降效果愈好。,返回,1,、,旋风分离器,构造,及,工作原理,：,主体的上部为圆柱形筒体，下部为圆锥形。,含尘气体切向进入旋风分离器，旋转过程中，颗粒在离心力的作用下被抛向器壁，与器壁撞击失去能量而落入锥底后，由排灰口排出。净化后的气体由顶部排气管排出。,性能指标：,（,1,）临界粒径,d,c,旋风分离器能够分离出的最小颗粒直径称为临界粒径。,标准旋风分离器，可取,N,=5,。,（,2,）分离效率,总效率,粒级效率,（,3,）压降,p,f,气体流经旋风分离器的压降是由气体流经器内时的膨胀、压缩、旋转、转向及对器壁的摩擦而消耗的能量。,对标准旋风分离器， ,8.0,。,返回,动画,返回,3,、旋液分离器,旋液分离器是分离悬浮液的离心沉降设备，其构造及工作原理与旋风分离器类似。与后者不同的是直径小而圆锥部分长，这样的构造既可以增大离心力，又可以延长停留时间。由于液体的进口速度大，所以流动阻力也大，对器壁的磨损较严重。,2,、除尘系统,一般由三部分串联构成:,1.,降尘室(除去大粒径颗粒),2.,旋风分离器(除去大部分),3.袋滤器(,除去小粒径颗粒,),返回,返回,