第3章 非均相物系的分離

1、2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離1 第十周第十周作業(yè)作業(yè) 課本課本177頁第頁第2、611題題 本周應(yīng)掌握的內(nèi)容本周應(yīng)掌握的內(nèi)容 u熟練掌握顆粒的基本特性；熟練掌握顆粒的基本特性； u沉降（重力、離心）的基本原理；沉降（重力、離心）的基本原理； u沉降速度的計(jì)算（重點(diǎn)）；沉降速度的計(jì)算（重點(diǎn)）； u降塵室的計(jì)算（重點(diǎn)）；降塵室的計(jì)算（重點(diǎn)）； u了解離心沉降及旋風(fēng)分離器的基本結(jié)構(gòu)和計(jì)算了解離心沉降及旋風(fēng)分離器的基本結(jié)構(gòu)和計(jì)算。 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離2 第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離 3.1 概述概述 3.2 沉降

2、沉降 3.3 過濾過濾 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離3 3.1 概述概述 3.1.1 混合物的定義混合物的定義 3.1.2 混合物的分類混合物的分類 3.1.3 顆粒的特性顆粒的特性 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離4 3.1.1 混合物的定混合物的定 義義 由兩種或兩種以上物質(zhì)或由不同物化性質(zhì)的由兩種或兩種以上物質(zhì)或由不同物化性質(zhì)的 相同物質(zhì)構(gòu)成的物系稱為混合物。相同物質(zhì)構(gòu)成的物系稱為混合物。 3.1.2 混合物的分類混合物的分類 均相混合物均相混合物 非均相混合物非均相混合物 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系

3、的分離5 均相混合物均相混合物 定義定義 若混合物處于同一相中，則稱為均相混合物，均相混合物在物系若混合物處于同一相中，則稱為均相混合物，均相混合物在物系 整體物理化學(xué)性質(zhì)相同。整體物理化學(xué)性質(zhì)相同。 物系內(nèi)部各處均勻，不存在物系內(nèi)部各處均勻，不存在相界面如相界面如：溶液、混合氣體、均勻合：溶液、混合氣體、均勻合 金金 分離分離 方法方法 蒸餾：蒸餾： 分離苯甲苯溶液分離苯甲苯溶液 吸收：吸收： 分離含氨的混合空氣分離含氨的混合空氣 萃取：萃?。?丙酮水溶液的分離丙酮水溶液的分離 結(jié)晶：結(jié)晶： 鹽水中提取固體鹽鹽水中提取固體鹽 膜分離：從空氣中分離氧氣和氮?dú)饽し蛛x：從空氣中分離氧氣和氮?dú)?干燥

4、：干燥： 從固態(tài)物料中分離水蒸氣從固態(tài)物料中分離水蒸氣 非均相混合物非均相混合物 u定義定義 由由兩種或兩種以上兩種或兩種以上物質(zhì)構(gòu)成物質(zhì)構(gòu)成的、不同時(shí)處于同一相中的物系稱的、不同時(shí)處于同一相中的物系稱 為非均相混合物為非均相混合物。 分散相分散相 連續(xù)相連續(xù)相 物系中處于分散狀態(tài)的物系中處于分散狀態(tài)的物質(zhì)物質(zhì) 固固粒、液滴、氣泡等。粒、液滴、氣泡等。 有多個(gè)相界面。有多個(gè)相界面。 包圍分散物質(zhì)且處于連續(xù)狀態(tài)的物質(zhì)，又稱為分散介質(zhì)。包圍分散物質(zhì)且處于連續(xù)狀態(tài)的物質(zhì)，又稱為分散介質(zhì)。 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離6 氣態(tài)非均相物系：氣態(tài)非均相物系： 含塵氣體，含霧

5、氣體；含塵氣體，含霧氣體； 液態(tài)非均相物系：液態(tài)非均相物系： 懸浮液，乳濁液，泡沫懸浮液，乳濁液，泡沫液液 固態(tài)非均相混合物：直徑不一或形狀不同的固固態(tài)非均相混合物：直徑不一或形狀不同的固粒粒。 非均相混合非均相混合 物物 根據(jù)連續(xù)根據(jù)連續(xù) 相的狀態(tài)相的狀態(tài) u分類：分類： u分離方法：分離方法： 沉降：沉降： 過濾：過濾： 顆粒相對(duì)于流體運(yùn)動(dòng)顆粒相對(duì)于流體運(yùn)動(dòng)：重力沉降：重力沉降、離心沉降；、離心沉降； 流體相對(duì)于固體流體相對(duì)于固體顆粒運(yùn)動(dòng)：重力顆粒運(yùn)動(dòng)：重力、加壓、真空、離心過濾等。、加壓、真空、離心過濾等。 篩分、沉降、過濾、離心分離篩分、沉降、過濾、離心分離 得到合格的產(chǎn)品：得到合格的

6、產(chǎn)品：柴油冷凍脫蠟獲得低標(biāo)號(hào)柴油柴油冷凍脫蠟獲得低標(biāo)號(hào)柴油； 凈化分散介質(zhì)：原油脫水凈化分散介質(zhì)：原油脫水、污水除油、污水除油； 回收分散的顆粒物料：回收催化劑顆粒；回收分散的顆粒物料：回收催化劑顆粒； 環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn)：煙塵回收。環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn)：煙塵回收。 u分離目的：分離目的： 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離7 3.1.3 顆粒及顆粒床層的特性顆粒及顆粒床層的特性 一一 單顆粒的特性單顆粒的特性 二二 顆粒群的特性顆粒群的特性 三三 顆粒床層的特性顆粒床層的特性 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離8 一一 單顆粒的特性單顆粒的特

7、性 33 6 mdV p 22 mdS p （一）球形顆粒（一）球形顆粒 體積：體積： 表面積：表面積： 比表面積：比表面積：?jiǎn)挝惑w積顆粒具有的表面積單位體積顆粒具有的表面積 32 6 mm dV S a p 大小大小 形狀形狀 大小大小-直徑直徑 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離9 （二）非球形顆粒（二）非球形顆粒 3 3 6 6 V ddV eVeV S ddS eSeS 2 體積當(dāng)量直徑體積當(dāng)量直徑d deV eV：體積等 ：體積等 表面積當(dāng)量直徑表面積當(dāng)量直徑d deS eS：表面積同 ：表面積同 比表面積當(dāng)量直徑比表面積當(dāng)量直徑d dea ea：比表面積等

8、 ：比表面積等 a d d a ea ea 6 6 大小大小 形狀形狀 形狀形狀形狀因數(shù)形狀因數(shù)：球形度：球形度 定義：與顆粒定義：與顆粒等體積等體積的球表面積的球表面積與顆粒的表面積之比與顆粒的表面積之比 2 2 2 2 2 2 2 2 eSeS eVeV eSeS eVeV p p d d d d d d d d S S S S 說明：說明：1 1，對(duì)于球形顆粒：，對(duì)于球形顆粒：=1=1； 值越大，顆粒形狀越接近于球形；值越大，顆粒形狀越接近于球形； 非球形顆粒用當(dāng)量直徑及球形度表示其特征：非球形顆粒用當(dāng)量直徑及球形度表示其特征： eVeV eV eV eS eV dd d V S a d

9、 dS dV 66 6 3 2 2 2 3 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離10 借助篩網(wǎng)孔徑大小將物料進(jìn)行分離的方法。借助篩網(wǎng)孔徑大小將物料進(jìn)行分離的方法。 操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)且分級(jí)精度高，最廣泛的分級(jí)操作操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)且分級(jí)精度高，最廣泛的分級(jí)操作 篩分目的：為獲得較均勻的粒子群。篩分目的：為獲得較均勻的粒子群。 篩分設(shè)備：沖眼篩和編織篩。篩分設(shè)備：沖眼篩和編織篩。 二二 顆粒群的特性顆粒群的特性 （一）、粒度分布（一）、粒度分布 不同粒徑范圍內(nèi)所含粒子的個(gè)數(shù)或質(zhì)量分率不同粒徑范圍內(nèi)所含粒子的個(gè)數(shù)或質(zhì)量分率 測(cè)粒度有篩分法、光學(xué)法、電化學(xué)法、流體力學(xué)法等。測(cè)粒度有篩

10、分法、光學(xué)法、電化學(xué)法、流體力學(xué)法等。 常見常見固定床的混合顆粒，固定床的混合顆粒，粒度大于粒度大于70m，常用常用篩分分析顆粒群的粒度分布。篩分分析顆粒群的粒度分布。 篩分法篩分法(sieving method) ： 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離11 由一系列遞增（由一系列遞增（0.0454.0mm）的，）的， 篩孔為正方形的金屬絲網(wǎng)篩組成，篩孔為正方形的金屬絲網(wǎng)篩組成， 相鄰兩篩號(hào)篩孔尺寸之比約為相鄰兩篩號(hào)篩孔尺寸之比約為20.5， 故面積按故面積按2倍遞變。倍遞變。 篩孔孔徑大小是以目數(shù)表示：篩網(wǎng)篩孔孔徑大小是以目數(shù)表示：篩網(wǎng) 上每英寸長度的篩孔數(shù)上每英寸

11、長度的篩孔數(shù)。見。見課本課本 137頁表頁表3-1 標(biāo)準(zhǔn)篩標(biāo)準(zhǔn)篩： 圖解：圖解： 若篩孔直徑為若篩孔直徑為d di-1 i-1 和 和d di i 相鄰兩 相鄰兩 篩的篩留質(zhì)量分率為篩的篩留質(zhì)量分率為x xi i，則有，則有 粒度粒度d dp pi i 的顆粒占全部顆粒的質(zhì)量分率 的顆粒占全部顆粒的質(zhì)量分率 混合顆粒粒度分布函數(shù)混合顆粒粒度分布函數(shù) 顆粒分布曲線顆粒分布曲線 累計(jì)分布曲線累計(jì)分布曲線 )( 2 1 1iipi ddd ii i i dd x f 1 pi d ppi dddfF 0 )()( 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離12 （二）（二） 顆粒群

12、的平均直徑顆粒群的平均直徑 顆粒比表面對(duì)流體通過固定床的流動(dòng)影響最大，通常以比表面積相等原則顆粒比表面對(duì)流體通過固定床的流動(dòng)影響最大，通常以比表面積相等原則 定義混合顆粒的平均直徑定義混合顆粒的平均直徑 d dpm pm。 。 若堆積密度若堆積密度 p p的單位質(zhì)量混合球形顆粒中，粒徑為的單位質(zhì)量混合球形顆粒中，粒徑為d dp pi i的顆粒的質(zhì)量分率為的顆粒的質(zhì)量分率為x xi i， 則混合顆粒的比表面為則混合顆粒的比表面為 比表面相等比表面相等 稱比表面積（邵特）平均直徑。稱比表面積（邵特）平均直徑。 長度、表面積、體積平均直徑等見譚天恩長度、表面積、體積平均直徑等見譚天恩化工原理化工原理

13、上冊(cè)上冊(cè)124125頁。頁。 pi i p i p i d x a x a 6 1 pi i pm d x a d 16 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離13 三三 顆粒床層的特性顆粒床層的特性 固定床固定床（Fixed bed）：固定不動(dòng)的固體顆粒層：固定不動(dòng)的固體顆粒層 例：固定床催化反應(yīng)器、吸附分離器、離子交換器等。流體在固定床中例：固定床催化反應(yīng)器、吸附分離器、離子交換器等。流體在固定床中 的流動(dòng)狀態(tài)直接影響到傳熱、傳質(zhì)與化學(xué)反應(yīng)。的流動(dòng)狀態(tài)直接影響到傳熱、傳質(zhì)與化學(xué)反應(yīng)。 （一）、床層的空隙率（一）、床層的空隙率 定義：定義：顆粒床層中空隙體積與床層總體積

14、之比。顆粒床層中空隙體積與床層總體積之比。 0bp bb VVV VV （二）、床層的平均自由截面積（二）、床層的平均自由截面積 單位單位床層截面上未被顆粒占據(jù)的面積，床層截面上未被顆粒占據(jù)的面積， 即：即：顆粒床層截面可供流體流通的面積顆粒床層截面可供流體流通的面積。 （三）、床層的比表面積（三）、床層的比表面積 定義：定義：?jiǎn)挝惑w積床層中所具有的顆粒物料表面積。單位體積床層中所具有的顆粒物料表面積。 1 b a a 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離14 說明：說明： 影響因素：影響因素：形狀、粒度分布、直徑、床層直徑，填充方法；形狀、粒度分布、直徑、床層直徑，填

15、充方法； 均勻的球形顆粒：均勻的球形顆粒： 粒度不均粒度不均，提高顆粒的均勻性，提高顆粒的均勻性； 球形度球形度； 填充受震動(dòng)填充受震動(dòng)； 濕法填充濕法填充； 器壁效應(yīng)：器壁效應(yīng)： 截面截面不均，壁面大，流體趨壁，流體沿床層分布不均；不均，壁面大，流體趨壁，流體沿床層分布不均； 措施：減小顆粒直徑；措施：減小顆粒直徑； 一般亂堆床層一般亂堆床層： =0.470.70；最松排列；最松排列:=0.8；最緊排列；最緊排列:=0.26。 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離15 3.2 沉沉 降降 3.2.1 重力沉降重力沉降 3.2.2 重力沉降設(shè)備重力沉降設(shè)備 3.2.3

16、離心沉降離心沉降 3.2.4 離心沉降設(shè)備離心沉降設(shè)備 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離16 概概 述述 懸浮流體中的固粒懸浮流體中的固粒(液滴液滴)借助場(chǎng)作用力產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)與借助場(chǎng)作用力產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)與 流體分離，或使顆粒增稠、流體澄清的操作。流體分離，或使顆粒增稠、流體澄清的操作。 按外場(chǎng)按外場(chǎng)力不同分類力不同分類 定義：定義： 重力沉降：原油脫水、油水分離器、除塵器重力沉降：原油脫水、油水分離器、除塵器 離心沉降：旋風(fēng)分離器離心沉降：旋風(fēng)分離器 3.2.1 重力沉降重力沉降ut 是顆粒與流體間的相對(duì)速度，是顆粒與流體間的相對(duì)速度， 取決于流固取決于流

17、固(液）二相性質(zhì)，與流體的流動(dòng)無關(guān)。液）二相性質(zhì)，與流體的流動(dòng)無關(guān)。 顆粒在流體中的絕對(duì)速度顆粒在流體中的絕對(duì)速度up與流體流動(dòng)狀態(tài)直接相關(guān)。與流體流動(dòng)狀態(tài)直接相關(guān)。 當(dāng)流體以流速當(dāng)流體以流速 u 向上流動(dòng)時(shí)，三個(gè)速度的關(guān)系為：向上流動(dòng)時(shí)，三個(gè)速度的關(guān)系為： u = 0，up = ut 流體靜止，顆粒向下運(yùn)動(dòng)；流體靜止，顆粒向下運(yùn)動(dòng)； up= 0，u = ut ，顆粒靜止地懸浮在流體中；，顆粒靜止地懸浮在流體中； u ut，up 0， 顆粒向上運(yùn)動(dòng)；顆粒向上運(yùn)動(dòng)； u ut，up dDdp p） d dp p 流體分子直徑，流體分子直徑，沉降不受分沉降不受分 子運(yùn)動(dòng)的影響。子運(yùn)動(dòng)的影響。 設(shè)顆

18、粒直徑為設(shè)顆粒直徑為d dp p、密度為、密度為p p，流體，流體 密度為密度為，由，由受力分析，可以推出受力分析，可以推出 顆粒的重力沉降速度：顆粒的重力沉降速度： ma u dgdgd t s 2466 2 233 3 )(4gd u s t 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離18 書上書上144 144頁圖 頁圖3-6 3-6 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離19 阻力系數(shù)阻力系數(shù) ep R 24 18 )( 2 gd u sp t 顆粒顆粒-流體一定，流體一定，ut一定，與之對(duì)應(yīng)的一定，與之對(duì)應(yīng)的Rep 也一定。根據(jù)對(duì)應(yīng)的也一定。根

19、據(jù)對(duì)應(yīng)的 Rep，可得不，可得不 同同Rep范圍內(nèi)范圍內(nèi) ut 的計(jì)算式：的計(jì)算式： Rep2，層流區(qū)，層流區(qū)(斯托克斯公式斯托克斯公式)： Rep=dput/ 3 )(4gd u s t 阻力系數(shù)的計(jì)算阻力系數(shù)的計(jì)算 所處區(qū)所處區(qū)雷雷 諾諾 數(shù)數(shù)阻力系數(shù)阻力系數(shù)沉沉 降降 速速 度度公式名稱公式名稱 層流區(qū)層流區(qū) 2斯托克斯斯托克斯 過渡流過渡流2500阿侖公式阿侖公式 湍流區(qū)湍流區(qū)5002105牛頓公式牛頓公式 Re 24 18 )( 2 gd u s t 6 . 0 5 .18 e R 4 . 1 1 6 . 04 . 0 6 . 1 )( 781. 0 s t d u 44. 0 )(

20、 74. 1 s t gd u 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離20 密度為密度為2500 kgm-3的玻璃球在的玻璃球在20水和空氣中以相同速度沉降。求在兩種介水和空氣中以相同速度沉降。求在兩種介 質(zhì)中沉降的顆粒直徑比（沉降處于層流區(qū)）質(zhì)中沉降的顆粒直徑比（沉降處于層流區(qū)） 解：層流沉降適用解：層流沉降適用Stokes公式：公式： 18 )( 18 )( 2 2 2 2 2 1 1 2 1 1 gd u gd u s t s t 設(shè)在水中和空氣中沉降設(shè)在水中和空氣中沉降的的 玻璃玻璃球直徑分別為球直徑分別為d1和和d2則：則： 整理得：整理得： 18 )( 2 g

21、d u sp t 612. 9 1018.1998.2)-(2500 101.0051.205)-(2500 )( )( 18 )( 18 )( 6- 3- 21 12 11 1 22 2 2 1 s s t s t s u g u g d d 1040. 0 1 2 d d 討論：討論： 運(yùn)用運(yùn)用上述原理還上述原理還可根據(jù)可根據(jù)顆粒在流體中沉降速度的實(shí)驗(yàn)顆粒在流體中沉降速度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)計(jì)算 顆粒顆粒的粒度的粒度d dp p 或 或流體黏度；流體黏度； 令令Rep=2，可推出，可推出ut= 2/（dp），代入斯托克斯公式可以），代入斯托克斯公式可以 計(jì)算層流時(shí)的最大顆粒直徑：計(jì)算層流時(shí)的

22、最大顆粒直徑： 3/1 2 max, )( 3 . 3 p p d 落球法測(cè)定落球法測(cè)定流體黏度流體黏度 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離21 沉降速度沉降速度ut(settling velocity)的計(jì)算的計(jì)算 u已知顆粒直徑和流體物性，計(jì)算沉降速度；已知顆粒直徑和流體物性，計(jì)算沉降速度； u已知顆粒直徑和沉降速度，計(jì)算流體物性；已知顆粒直徑和沉降速度，計(jì)算流體物性； u已知流體物性和沉降速度，計(jì)算顆粒直徑。已知流體物性和沉降速度，計(jì)算顆粒直徑。 試差法：試差法：u因因Rep中包含中包含 ut，故計(jì)算沉降速度時(shí)常需用試差法：，故計(jì)算沉降速度時(shí)常需用試差法： 假設(shè)

23、流型假設(shè)流型相應(yīng)相應(yīng)公式公式求求ut計(jì)算計(jì)算雷諾數(shù)雷諾數(shù)Rep 檢驗(yàn)檢驗(yàn)Rep與設(shè)與設(shè) 定范圍相符定范圍相符 輸出輸出ut Yes No 摩擦數(shù)群法：摩擦數(shù)群法： 3 1 2 3 1 2 4 3 )(g dRK p pep 取取K為判據(jù)：為判據(jù)： 層流區(qū)：取層流區(qū)：取Rep=2，=24/Rep，則，則K=3.3 故：故：K3.3，按照斯托克斯公式求，按照斯托克斯公式求ut； 過渡區(qū)：過渡區(qū)：K=3.343.6，阿侖公式；，阿侖公式； 湍流區(qū)：湍流區(qū)：K43.6，牛頓公式，牛頓公式 優(yōu)點(diǎn)在計(jì)算沉降速度時(shí)可優(yōu)點(diǎn)在計(jì)算沉降速度時(shí)可避免試差避免試差 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物

24、系的分離22 二、影響沉降速度的因素二、影響沉降速度的因素 干擾沉降干擾沉降 干擾沉降：流體中顆粒的含量較大時(shí)，顆粒沉降時(shí)彼此相互影響。液干擾沉降：流體中顆粒的含量較大時(shí)，顆粒沉降時(shí)彼此相互影響。液-固重力固重力 沉降分離中更為突出沉降分離中更為突出。 器壁效應(yīng)器壁效應(yīng) 顆粒與容器壁面間摩擦碰撞對(duì)顆粒沉降速度產(chǎn)生影響。顆粒粒徑顆粒與容器壁面間摩擦碰撞對(duì)顆粒沉降速度產(chǎn)生影響。顆粒粒徑dp與容與容 器直徑器直徑D之比值越大，壁效應(yīng)影響越大。一般當(dāng)之比值越大，壁效應(yīng)影響越大。一般當(dāng)dp/D0.01時(shí)，壁效應(yīng)影響會(huì)時(shí)，壁效應(yīng)影響會(huì) 使顆粒的沉降速度減小。使顆粒的沉降速度減小。 層流校正：層流校正： D

25、 d uu p tt 1 . 21/ 引入當(dāng)量直徑引入當(dāng)量直徑d deV eV： ： teV ep ud R 15 15 球形度球形度uut t 顆粒形狀的影響顆粒形狀的影響 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離 23 3.2.2 重力沉降設(shè)備重力沉降設(shè)備 一、一、沉降室沉降室 氣 體 進(jìn) 口 氣 體 出 口 H B L ut V u V 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 作用：分離氣固混合物作用：分離氣固混合物 簡(jiǎn)化假定簡(jiǎn)化假定 將降塵室簡(jiǎn)化為高將降塵室簡(jiǎn)化為高H H、寬、寬b b、 長長L L的矩形方體的矩形方體 入口端氣體中的顆粒均勻入口端氣體中的顆粒均勻 分布在整個(gè)截面上。分布在整個(gè)截

26、面上。 氣流速度氣流速度 沉降速度沉降速度 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離24 降塵室的分離原理降塵室的分離原理 )( tc t t t ufd u H u L 沉降時(shí)間沉降時(shí)間停留時(shí)間停留時(shí)間 沉降時(shí)間沉降時(shí)間 停留時(shí)間停留時(shí)間降塵室能夠完全分離的降塵室能夠完全分離的 最小顆粒沉降速度最小顆粒沉降速度 u L u H t t 顆粒顆粒dp在降塵室內(nèi)全部沉降的條件為在降塵室內(nèi)全部沉降的條件為=t，即，即 顆粒通過降塵段的時(shí)間顆粒通過降塵段的時(shí)間(停留時(shí)間停留時(shí)間)為為 = L/u ； 而粒徑為而粒徑為dp、沉降速度為、沉降速度為ut 的顆粒從高度為的顆粒從高度為H

27、的頂部降至底部所需時(shí)間的頂部降至底部所需時(shí)間 為為t = H/ut 。 公式推導(dǎo)：公式推導(dǎo)： 分離條件：分離條件： u L u H t t 2021-7-1 第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離 25 說明：說明： 式取式取=時(shí)時(shí)ut能能100%分離的最小顆粒沉降速度分離的最小顆粒沉降速度； 氣體處理量氣體處理量Vs，降塵室底面積，降塵室底面積Ab=Lb，停留時(shí)間：，停留時(shí)間： 降塵室生產(chǎn)能力理論上降塵室生產(chǎn)能力理論上 顆粒的沉降速度和降顆粒的沉降速度和降 塵室底面積，而塵室底面積，而與沉降與沉降 室的高度無關(guān)室的高度無關(guān)；降塵室；降塵室 作成扁平作成扁平 bLuuAV u H V A

28、H ttbs ts b t 含 塵 氣 體 除 塵 后 氣 體 粉 塵 1 2 3 4 含塵氣體 除塵后 氣體 粉塵 1 2 3 粉塵 5 為使設(shè)備緊湊，降塵室做成扁平，設(shè)置縱向隔板或水平多層；為使設(shè)備緊湊，降塵室做成扁平，設(shè)置縱向隔板或水平多層；工業(yè)上降塵工業(yè)上降塵 設(shè)備多為扁平形狀或一室多層結(jié)構(gòu)；設(shè)備多為扁平形狀或一室多層結(jié)構(gòu)； 同氣速下裝有橫向隔板的降沉室除塵效果更好。同氣速下裝有橫向隔板的降沉室除塵效果更好。 因隔板因隔板間流速相同，間流速相同，顆粒達(dá)到隔板通道底部的沉降距離更短，一般隔板間距為顆粒達(dá)到隔板通道底部的沉降距離更短，一般隔板間距為4040100mm100mm； 為便于清灰

29、，可將隔板裝成可翻動(dòng)或傾斜式。為便于清灰，可將隔板裝成可翻動(dòng)或傾斜式。 u L u H t t 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離26 若為若為n n層隔板：層隔板： 進(jìn)出口氣體湍動(dòng)，進(jìn)出口氣體湍動(dòng)，ddmin的顆?？杀痪砥?；的顆?？杀痪砥?； ddmin的顆粒靠近降塵室底部，可分離出的顆?？拷祲m室底部，可分離出； 取取u3m/s；易揚(yáng)起顆粒?。灰讚P(yáng)起顆粒取u1.5m/s。 tbs uA)n(V 1 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流動(dòng)阻力??；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流動(dòng)阻力??； 體積龐大、分離效率低，體積龐大、分離效率低， 適用于適用于dp50m的粗顆粒，預(yù)除塵用。的粗顆粒，預(yù)除塵用。

30、2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離27 二、沉降槽（增濃器、澄清器）二、沉降槽（增濃器、澄清器） 間歇式和連續(xù)式；間歇式和連續(xù)式； 提高懸浮液濃度，得到澄清液體；提高懸浮液濃度，得到澄清液體； 懸浮液中顆粒濃度較高，沉降多屬于干懸浮液中顆粒濃度較高，沉降多屬于干 擾沉降擾沉降； 三、分級(jí)器三、分級(jí)器 利用顆粒粒徑利用顆粒粒徑或密度不同在或密度不同在流體中流體中u ut t不同的原理不同的原理實(shí)現(xiàn)分離實(shí)現(xiàn)分離的設(shè)備的設(shè)備稱分級(jí)器稱分級(jí)器。 將將u ut t不同的顆粒放入向上流動(dòng)水流中，若水流速調(diào)整在不同的顆粒放入向上流動(dòng)水流中，若水流速調(diào)整在兩兩u ut t之間，則之間

31、，則u ut t較小較小 的那部分顆粒便被漂走。若有密度不同的那部分顆粒便被漂走。若有密度不同a a、b b兩種顆粒要分離，且兩種顆粒直徑兩種顆粒要分離，且兩種顆粒直徑 范圍都很大，則由于密度大而直徑小的顆粒與密度小而直徑大的顆粒，可具有范圍都很大，則由于密度大而直徑小的顆粒與密度小而直徑大的顆粒，可具有 相同的相同的u ut t，因此兩者不能完全分離。，因此兩者不能完全分離。 2/1 b a a b d d 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)連續(xù)沉降槽，應(yīng)據(jù)要求和物連續(xù)沉降槽，應(yīng)據(jù)要求和物系干擾沉降系干擾沉降性質(zhì)，性質(zhì)，恰當(dāng)確定恰當(dāng)確定位于位于液面下液面下料料 漿的進(jìn)口位置以使料漿均勻、緩和地分散到橫截面上而不致引起

32、大的擾動(dòng)。漿的進(jìn)口位置以使料漿均勻、緩和地分散到橫截面上而不致引起大的擾動(dòng)。 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離28 3.2.3 離心沉降離心沉降 徑向（沉降）速度徑向（沉降）速度 切向速度切向速度 實(shí)際速度實(shí)際速度 利用離心力的作用將非均相混合物中的顆粒利用離心力的作用將非均相混合物中的顆粒 分離出來的單元操作稱為離心沉降過程。分離出來的單元操作稱為離心沉降過程。 r ud u Ts r 2 3 )(4 = 參照重力沉降速度參照重力沉降速度 rg u g a u u K Tr t r C 2 層流沉降層流沉降 離心分離因數(shù)離心分離因數(shù)KC： 3 )(4gd u s

33、t 可推導(dǎo)出可推導(dǎo)出離心沉降速度離心沉降速度： 物義：物義： 顆粒在離心場(chǎng)中所受離心力為重力的倍數(shù)；顆粒在離心場(chǎng)中所受離心力為重力的倍數(shù)； 旋風(fēng)分離器：旋風(fēng)分離器：Kc=52500。 說明：說明： 顆粒的顆粒的ut(顆粒細(xì)小顆粒細(xì)小Rep50kg50kgm m-3 -3、 、 固含量固含量10%10%的懸浮液的懸浮液 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離44 臥式螺旋卸料離心機(jī)示意圖臥式螺旋卸料離心機(jī)示意圖 1 1螺旋送料器；螺旋送料器；2 2機(jī)殼；機(jī)殼；3 3轉(zhuǎn)鼓；轉(zhuǎn)鼓；4 4行星差速器行星差速器 12 3 4 懸浮液 溢 流 沉 渣 螺旋卸料沉降離心機(jī)螺旋卸料沉降離

34、心機(jī) 有臥和立式兩種。連續(xù)操作懸浮液固體沉降到鼓壁，有臥和立式兩種。連續(xù)操作懸浮液固體沉降到鼓壁， 轉(zhuǎn)鼓有一定轉(zhuǎn)速差的螺旋向小端輸送并排出，清液則由轉(zhuǎn)鼓有一定轉(zhuǎn)速差的螺旋向小端輸送并排出，清液則由 轉(zhuǎn)鼓大端溢流而出。分離因數(shù)達(dá)轉(zhuǎn)鼓大端溢流而出。分離因數(shù)達(dá)60006000?？商幚砹６??？商幚砹６?2mm2mm5mm5mm、固含量、固含量10%0.05g0.05gcmcm-3 -3 的 的 懸浮液。懸浮液。 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離45 LW450 x1350LW450 x1350 LW500 x2000LW500 x2000 噴嘴排渣碟式離心機(jī)噴嘴排渣碟式離心

35、機(jī) 底液 進(jìn)料 溢流液 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離46 碟式離心機(jī)碟式離心機(jī)( (薄層分離沉降離心機(jī)薄層分離沉降離心機(jī)) ) 轉(zhuǎn)鼓內(nèi)裝有一疊隨轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)的倒錐形碟片，碟片轉(zhuǎn)鼓內(nèi)裝有一疊隨轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)的倒錐形碟片，碟片 間隙為間隙為0.50.51.5mm1.5mm，分離因數(shù)可達(dá)，分離因數(shù)可達(dá)300030001000010000。 懸浮液由中心管引入轉(zhuǎn)鼓，分配在碟片之間形成懸浮液由中心管引入轉(zhuǎn)鼓，分配在碟片之間形成 薄層流動(dòng)。在離心力作用下，顆粒沉降到碟片內(nèi)側(cè)薄層流動(dòng)。在離心力作用下，顆粒沉降到碟片內(nèi)側(cè) 表面并向外滑動(dòng)。清液則沿碟片外側(cè)表面向內(nèi)流動(dòng)。表面并向外滑動(dòng)。清液

36、則沿碟片外側(cè)表面向內(nèi)流動(dòng)。 碟片擴(kuò)展了沉降面，縮短了沉降距離，故具有較碟片擴(kuò)展了沉降面，縮短了沉降距離，故具有較 大的生產(chǎn)能力和較高的分離效率，適于處理粒徑大的生產(chǎn)能力和較高的分離效率，適于處理粒徑 0.10.1100mm100mm、固含量小于、固含量小于25%25%的懸浮液。的懸浮液。 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離47 管式離心機(jī)管式離心機(jī) 轉(zhuǎn)鼓直徑小、長度大、轉(zhuǎn)速高、分離效率高，可處轉(zhuǎn)鼓直徑小、長度大、轉(zhuǎn)速高、分離效率高，可處 理顆粒理顆粒0.01mm0.01mm的懸浮液或乳濁液。的懸浮液或乳濁液。 連續(xù)操作，料液由轉(zhuǎn)鼓下端加入，被轉(zhuǎn)鼓內(nèi)縱向肋連續(xù)操作，料液

37、由轉(zhuǎn)鼓下端加入，被轉(zhuǎn)鼓內(nèi)縱向肋 板帶動(dòng)達(dá)到與轉(zhuǎn)鼓同角速度旋轉(zhuǎn)。在離心力作用下顆板帶動(dòng)達(dá)到與轉(zhuǎn)鼓同角速度旋轉(zhuǎn)。在離心力作用下顆 ?；蛑匾簩铀ο蚬谋谟芍匾撼隹谝觯p液則從轉(zhuǎn)鼓?；蛑匾簩铀ο蚬谋谟芍匾撼隹谝?，輕液則從轉(zhuǎn)鼓 中心部位溢出。中心部位溢出。 離心分離因數(shù)達(dá)離心分離因數(shù)達(dá)6500065000，可用于油水分離和分離微生，可用于油水分離和分離微生 物和蛋白質(zhì)。物和蛋白質(zhì)。 管式離心機(jī)示意圖管式離心機(jī)示意圖 重相 出口 輕相 出口 進(jìn) 料 連接高壓電源 潔凈氣體出口 不放電的高壓電極 收塵極 放電極 含塵氣體入口 收塵區(qū) 放電區(qū) 1 2 3 4 5 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離

38、非均相物系的分離48 三、電沉三、電沉 降降 分離效率很高分離效率很高、流動(dòng)、流動(dòng)阻力很低阻力很低 管式電除塵器管式電除塵器 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：在：在金屬圓管中心安放與電源相聯(lián)的金屬絲作金屬圓管中心安放與電源相聯(lián)的金屬絲作 放電極，圓管壁面接地作集塵極。在兩極間施加放電極，圓管壁面接地作集塵極。在兩極間施加1 1 6 6萬伏直流電壓。萬伏直流電壓。 工作原理工作原理： 當(dāng)含塵氣體從底部進(jìn)入管內(nèi)時(shí)，放電極周圍當(dāng)含塵氣體從底部進(jìn)入管內(nèi)時(shí)，放電極周圍 形成電暈放電使氣體電離產(chǎn)生大量自由電子和負(fù)形成電暈放電使氣體電離產(chǎn)生大量自由電子和負(fù) 離子，附著在顆粒上使顆粒帶負(fù)電。在電場(chǎng)力的離子，附著在顆粒上使顆粒帶負(fù)電

39、。在電場(chǎng)力的 作用下帶負(fù)電的顆粒向正極（集塵極）管壁移動(dòng)，作用下帶負(fù)電的顆粒向正極（集塵極）管壁移動(dòng)， 在集塵極上失去電荷成為中性粒子附于電極表面，在集塵極上失去電荷成為中性粒子附于電極表面， 并借助振動(dòng)脫落進(jìn)入灰斗。并借助振動(dòng)脫落進(jìn)入灰斗。 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離49 3.3 過過 濾濾 3.3.1 過濾的基本概念過濾的基本概念 3.3.2 過濾的基本方程過濾的基本方程 式式 3.3.3 過濾設(shè)備及其操過濾設(shè)備及其操 作作 3.3.4 過濾計(jì)算過濾計(jì)算 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離50 引引 言言 固固-流非均相體系：流非

40、均相體系：結(jié)晶過程中的晶漿，浸取過程中結(jié)晶過程中的晶漿，浸取過程中 的固態(tài)天然產(chǎn)物與溶劑；催化反應(yīng)過程中的固體催的固態(tài)天然產(chǎn)物與溶劑；催化反應(yīng)過程中的固體催 化劑與反應(yīng)物?；瘎┡c反應(yīng)物。 顆粒顆粒-流體非均相分離技術(shù)均流體非均相分離技術(shù)均基于顆粒與流體兩相性基于顆粒與流體兩相性 質(zhì)上的差異質(zhì)上的差異，如顆粒尺度，如顆粒尺度(過濾過濾)和顆粒與流體的密度和顆粒與流體的密度 差差(沉降沉降)。 液體與氣體對(duì)顆粒物料分散特性差別很大，故常以液體與氣體對(duì)顆粒物料分散特性差別很大，故常以 液液-固和氣固和氣-固體系固體系加以區(qū)分。不過從兩相流體力學(xué)原加以區(qū)分。不過從兩相流體力學(xué)原 理的角度而言都是共通的

41、。理的角度而言都是共通的。 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離51 4 4個(gè)術(shù)語個(gè)術(shù)語 u濾漿濾漿液固懸浮液，過濾的原料。液固懸浮液，過濾的原料。 u濾液濾液過濾后得到的液體產(chǎn)品。過濾后得到的液體產(chǎn)品。 u濾餅濾餅過濾后得到的固體產(chǎn)品。過濾后得到的固體產(chǎn)品。 u餅液比餅液比濾漿中固體與液體含量的比值濾漿中固體與液體含量的比值 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離52 3.3.1 3.3.1 過濾的基本概念過濾的基本概念 利用重力或壓差使懸浮液通過多孔利用重力或壓差使懸浮液通過多孔 性過濾介質(zhì)，將固體顆粒截留，從性過濾介質(zhì)，將固體顆粒截留，從 而

42、實(shí)現(xiàn)固而實(shí)現(xiàn)固- -液分離的單元操作。液分離的單元操作。 懸浮液 (濾漿) 濾餅 過濾介質(zhì) 濾液 過濾的方式很多，適用的物系也很過濾的方式很多，適用的物系也很 廣泛，固廣泛，固- -液、固液、固- -氣、大、小顆粒氣、大、小顆粒 都很常見。都很常見。 用膜過濾用膜過濾( (膜分離膜分離) )可分離可分離nmnm尺度的大分子量蛋白質(zhì)和尺度的大分子量蛋白質(zhì)和 病毒粒子等。病毒粒子等。 無論采用何種過濾方式，均需使用過濾介質(zhì)，在很多無論采用何種過濾方式，均需使用過濾介質(zhì)，在很多 情況下，情況下，過濾介質(zhì)是影響過濾操作關(guān)鍵因素過濾介質(zhì)是影響過濾操作關(guān)鍵因素。 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分

43、離非均相物系的分離53 一、過濾方式一、過濾方式 過濾介質(zhì)為織物、多孔材料或膜等，孔過濾介質(zhì)為織物、多孔材料或膜等，孔 徑可徑可 最小粒徑。在最小粒徑。在過濾初期，小顆粒可以過濾初期，小顆?？梢?進(jìn)入或穿過進(jìn)入或穿過介質(zhì)的小孔，后因顆粒的架橋介質(zhì)的小孔，后因顆粒的架橋 作用使介質(zhì)的孔徑縮小形成有效的阻擋。作用使介質(zhì)的孔徑縮小形成有效的阻擋。 被截留在介質(zhì)表面的顆粒形成濾渣層（濾餅），透被截留在介質(zhì)表面的顆粒形成濾渣層（濾餅），透 過濾餅層的則是被凈化了的濾液。過濾餅層的則是被凈化了的濾液。 隨濾餅的形成，真正隨濾餅的形成，真正起過濾作用的是濾餅起過濾作用的是濾餅，而非過，而非過 濾介質(zhì)本身，故

44、稱作濾餅過濾。濾介質(zhì)本身，故稱作濾餅過濾。 濾餅過濾主要用于含固量較大（濾餅過濾主要用于含固量較大（1%1%）的場(chǎng)合。）的場(chǎng)合。 濾餅過濾濾餅過濾( (表面過濾表面過濾) )： 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離54 深層過濾：深層過濾： 過濾介質(zhì)為較厚的濾床類過濾介質(zhì)為較厚的濾床類 （沙層、硅藻土等）；（沙層、硅藻土等）； 小于介質(zhì)孔隙的顆?？蛇M(jìn)小于介質(zhì)孔隙的顆粒可進(jìn) 入到介質(zhì)內(nèi)部，在長而曲折入到介質(zhì)內(nèi)部，在長而曲折 的孔道中被截留并附著于介的孔道中被截留并附著于介 質(zhì)上；質(zhì)上； 深層過濾無濾餅形成，主要用于凈化含固量很深層過濾無濾餅形成，主要用于凈化含固量很 少（

45、少（0.1%0.1%）的流體，如水的凈化、煙氣除塵等。）的流體，如水的凈化、煙氣除塵等。 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離55 二、過濾介二、過濾介 質(zhì)質(zhì) 濾餅支撐物，足夠機(jī)械強(qiáng)度和較小流動(dòng)阻力、耐腐蝕性濾餅支撐物，足夠機(jī)械強(qiáng)度和較小流動(dòng)阻力、耐腐蝕性 和耐熱性；和耐熱性；多孔、理化性質(zhì)穩(wěn)定、耐用和可反復(fù)使用。多孔、理化性質(zhì)穩(wěn)定、耐用和可反復(fù)使用。 織物介質(zhì)：織物介質(zhì)： 最常用的過濾介質(zhì)，工業(yè)上稱為濾布最常用的過濾介質(zhì)，工業(yè)上稱為濾布( (網(wǎng)網(wǎng)) )； 由天然纖維、玻璃纖維、合成纖維或者金屬絲編織由天然纖維、玻璃纖維、合成纖維或者金屬絲編織 而成，如棉花、麻、羊毛、

46、絲、石棉等，以棉織的帆布、而成，如棉花、麻、羊毛、絲、石棉等，以棉織的帆布、 斜紋布及毛織的呢絨應(yīng)用最廣斜紋布及毛織的呢絨應(yīng)用最廣 截留最小顆粒視網(wǎng)孔大小而定，一般截留最小顆粒視網(wǎng)孔大小而定，一般5 56565微米微米 織物介質(zhì)、織物介質(zhì)、粒狀介質(zhì)、多孔固體介質(zhì)、多孔膜粒狀介質(zhì)、多孔固體介質(zhì)、多孔膜 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離56 粒狀介質(zhì)：粒狀介質(zhì)： 由固粒堆積成稱濾床，使含少量懸浮物液體澄清；由固粒堆積成稱濾床，使含少量懸浮物液體澄清； 常用于深層過濾。常用于深層過濾。 多孔固體介質(zhì)：多孔固體介質(zhì)： 用多孔陶瓷、塑料、金屬等粉末燒結(jié)成型而制得的用多孔陶瓷、

47、塑料、金屬等粉末燒結(jié)成型而制得的 片狀、板狀或管狀的多孔性固體材料片狀、板狀或管狀的多孔性固體材料( (燒結(jié)板材燒結(jié)板材) )； 此介質(zhì)較厚，孔道細(xì)，能截留此介質(zhì)較厚，孔道細(xì)，能截留1 13mm3mm的微小顆粒。的微小顆粒。 多孔膜：多孔膜： 聚合物薄膜，常見的是醋酸纖維膜與聚酰胺膜；聚合物薄膜，常見的是醋酸纖維膜與聚酰胺膜； 膜過濾屬精密過濾，可分離膜過濾屬精密過濾，可分離5nm5nm的微粒。的微粒。 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離57 三、濾餅的壓縮性和助濾劑三、濾餅的壓縮性和助濾劑 濾餅的壓縮性濾餅的壓縮性 過濾時(shí)間過濾時(shí)間濾餅厚度濾餅厚度，流動(dòng)阻力，流動(dòng)阻

48、力 不可壓縮性濾餅：不可壓縮性濾餅：推動(dòng)力變化，濾餅特性不變；推動(dòng)力變化，濾餅特性不變； 可壓縮性濾餅：可壓縮性濾餅：如氫氧化物的膠體物質(zhì)。如氫氧化物的膠體物質(zhì)。 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離58 助濾劑助濾劑 作用：作用：防止膠性微粒堵塞濾孔，濾液流通受阻。防止膠性微粒堵塞濾孔，濾液流通受阻。 能形成能形成疏松疏松多孔餅層的剛性顆粒，多孔餅層的剛性顆粒， 預(yù)涂在濾布上或?qū)⑿再|(zhì)堅(jiān)硬能形成疏松床層的另一固預(yù)涂在濾布上或?qū)⑿再|(zhì)堅(jiān)硬能形成疏松床層的另一固 體顆粒作助濾劑混在懸浮液中使濾液暢通。體顆粒作助濾劑混在懸浮液中使濾液暢通。 特性：特性： 提高濾餅滲透性，減小阻

49、力；提高濾餅滲透性，減小阻力； 一定的化學(xué)穩(wěn)定性；一定的化學(xué)穩(wěn)定性； 操作壓差的范圍內(nèi)不可壓縮性。操作壓差的范圍內(nèi)不可壓縮性。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：以獲得濾液為目的，要以獲得濾液為目的，要回收濾餅時(shí)不可用回收濾餅時(shí)不可用。 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離59 四、過濾的操作四、過濾的操作 過濾操作周期過濾操作周期 過濾：主要階段，在過程中濾餅不斷增厚、阻力不斷上過濾：主要階段，在過程中濾餅不斷增厚、阻力不斷上 升，流體的通過能力則不斷減??；升，流體的通過能力則不斷減小； 洗滌：在卸料之前用清液置換濾餅中存留的濾液并且洗洗滌：在卸料之前用清液置換濾餅中存留的濾液并且洗 滌濾

50、餅；滌濾餅； 脫濕：以濾餅為產(chǎn)品時(shí)洗滌后用壓縮空氣進(jìn)行脫濕；脫濕：以濾餅為產(chǎn)品時(shí)洗滌后用壓縮空氣進(jìn)行脫濕； 卸料：將濾餅從過濾介質(zhì)上移去；卸料：將濾餅從過濾介質(zhì)上移去； 清洗過濾介質(zhì)：使被堵塞網(wǎng)孔清洗過濾介質(zhì)：使被堵塞網(wǎng)孔“再生再生”，重復(fù)使用。，重復(fù)使用。 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離60 四、過濾的操作四、過濾的操作 過濾操作分為：間歇式、連續(xù)式；過濾操作分為：間歇式、連續(xù)式； 過濾推動(dòng)力：重力、加壓、真空和離心過濾之分，過濾推動(dòng)力：重力、加壓、真空和離心過濾之分， 其目的都是提供動(dòng)力、克服過濾阻力。其目的都是提供動(dòng)力、克服過濾阻力。 操作方式操作方式 20

51、21-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離61 流體在顆粒床層通道中流動(dòng)，流速的方向與大小時(shí)刻流體在顆粒床層通道中流動(dòng)，流速的方向與大小時(shí)刻 變化，一方面使流體在床層截面上的流速分布趨于均變化，一方面使流體在床層截面上的流速分布趨于均 勻，另一方面使流體產(chǎn)生相當(dāng)大的壓降。勻，另一方面使流體產(chǎn)生相當(dāng)大的壓降。 困難：通道的細(xì)微幾何結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，即使是爬流時(shí)困難：通道的細(xì)微幾何結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，即使是爬流時(shí) 壓降的理論計(jì)算也是十分困難的，壓降的理論計(jì)算也是十分困難的， 解決方法：用簡(jiǎn)化模型通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。解決方法：用簡(jiǎn)化模型通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分

52、離非均相物系的分離62 L u Le u 表觀速度 把顆粒床層不規(guī)則把顆粒床層不規(guī)則 通道虛擬為一組長為通道虛擬為一組長為 L Le e的平行細(xì)管，其總的平行細(xì)管，其總 的內(nèi)表面積等于床層的內(nèi)表面積等于床層 中顆粒的全部表面積。中顆粒的全部表面積。 總的流動(dòng)空間總的流動(dòng)空間= =床層的全部空隙體積；床層的全部空隙體積； 流通截面面積流通截面面積= =床層自由流通截面面積。床層自由流通截面面積。 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離63 將流體通過顆粒床層的流動(dòng)簡(jiǎn)化為在長為將流體通過顆粒床層的流動(dòng)簡(jiǎn)化為在長為L Le e、當(dāng)量直徑、當(dāng)量直徑 d deb eb的管組內(nèi)流動(dòng)，

53、床層的壓降 的管組內(nèi)流動(dòng)，床層的壓降 p p表達(dá)為表達(dá)為 u u 1 2 2 1 u d L p eb e b 該管組（即床層）的當(dāng)量直徑可表達(dá)為該管組（即床層）的當(dāng)量直徑可表達(dá)為 e e eb L L d / /44 床層顆粒的全部表面積床層顆粒的全部表面積 床層空隙體積床層空隙體積 管組濕潤周邊管組濕潤周邊 管組流通截面積管組流通截面積 u u1 1 流體在虛擬細(xì)管內(nèi)的流速，等價(jià)于流體在床層顆 流體在虛擬細(xì)管內(nèi)的流速，等價(jià)于流體在床層顆 ?？障堕g的實(shí)際?？障堕g的實(shí)際 ( (平均平均) ) 流速。流速。 u u1 1與空床流速與空床流速( (表觀流速表觀流速) )u u、空隙率、空隙率 的關(guān)

54、系的關(guān)系 )1( 44 aa d b eb 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離64 2 3 2 3 2 )1()1( 82 1 u a u a L Lu dL p e eb )( eb Rf 工程上為了直觀對(duì)比的方便而將流體通過顆粒床層的工程上為了直觀對(duì)比的方便而將流體通過顆粒床層的 阻力損失表達(dá)為單位床層高度上的壓降阻力損失表達(dá)為單位床層高度上的壓降 固定床流動(dòng)摩擦系數(shù)固定床流動(dòng)摩擦系數(shù) 床層雷諾數(shù)床層雷諾數(shù) )1(4 1 a uud R eb eb 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離65 K = 5.0 康采尼常數(shù)康采尼常數(shù) 康采尼（康采

55、尼（KozenyKozeny）式：）式：ReReb b 2 2 b K Re 22 3 (1) b pa Ku L 康采尼（康采尼（KozenyKozeny）方程）方程 2 3 )1( u a L p )1( a u Reb 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離66 歐根（歐根（Ergun）關(guān)聯(lián)式：）關(guān)聯(lián)式： Reb=（0.17420） 可用可用 A 與與 deV 的乘積的乘積 ( A deV) 代替代替 dea。 4.17 0.29 bRe 2 33 22 )1 ( 29. 0 )1 ( 17. 4u a u a L pb 2 2 332 11 1501.75 b e

56、aea p uu L dd 0.1 1.0 10 100 0.010.11.010100100010000 bRe 歐根歐根 (Ergun) (Ergun) 方程方程 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離67 當(dāng)當(dāng) Reb 280 (103) 時(shí)，方程右側(cè)第一項(xiàng)可略。即流動(dòng)為時(shí)，方程右側(cè)第一項(xiàng)可略。即流動(dòng)為 湍流時(shí)，壓降與流速的平方成正比而湍流時(shí)，壓降與流速的平方成正比而與黏度無關(guān)與黏度無關(guān)。 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離68 與管內(nèi)與管內(nèi) Re 關(guān)系不同的是，關(guān)系不同的是， Reb的變化是一條連續(xù)的變化是一條連續(xù) 光滑曲線，說明流體在顆

57、粒床層中由滯流到湍流是漸變光滑曲線，說明流體在顆粒床層中由滯流到湍流是漸變 過程，這反映了顆粒床層對(duì)流體速度分布的均化作用。過程，這反映了顆粒床層對(duì)流體速度分布的均化作用。 影響床層壓降的因素影響床層壓降的因素 操作變量操作變量u、流體物性、流體物性和和及床層特性及床層特性和和a 影響最大的是影響最大的是 0.1 1.0 10 100 0.010.11.010100100010000 bRe 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離69 例例 4-2 空隙率及比表面的測(cè)定空隙率及比表面的測(cè)定 如圖空氣通過待測(cè)粉體組成的床層，其流量用毛細(xì)管流如圖空氣通過待測(cè)粉體組成的床層，其

58、流量用毛細(xì)管流 量計(jì)測(cè)得，床層壓降用量計(jì)測(cè)得，床層壓降用 U 形壓差計(jì)測(cè)量。形壓差計(jì)測(cè)量。 今用今用12.2g水泥充填成截面水泥充填成截面5cm2、 厚為厚為1.5cm床層。常壓下床層。常壓下20的的 空氣以空氣以4ml/s的流量通過床層，的流量通過床層， 測(cè)得床層壓降測(cè)得床層壓降P=1500Pa。已。已 知水泥密度知水泥密度p=3120kg/m3，試計(jì)，試計(jì) 算此水泥粉的比表面。算此水泥粉的比表面。 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離70 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離71 Re 2 ReV幅度幅度Q。 對(duì)恒定過濾每一操作周期中必存在一

59、最佳過濾時(shí)間對(duì)恒定過濾每一操作周期中必存在一最佳過濾時(shí)間 opt使使Q最大。因此存在一個(gè)最佳操作周期最大。因此存在一個(gè)最佳操作周期 。 最佳過濾時(shí)間與最大生產(chǎn)能力最佳過濾時(shí)間與最大生產(chǎn)能力 最佳過濾時(shí)間最佳過濾時(shí)間opt？ 2 V 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離127 由由 令令a = 洗液量洗液量/濾液量濾液量 = VW/V，則，則VW = aV 可以得到：可以得到： 22 2KAVVV e VCVC KA V V KA e 2 2 1 2 2 2 21 2 2 2 1 2 1 KAVC KAC e DDW VaCVaCVCVC VV Q 2 2 12 2 1

60、48 VaCVaC KA aVVV KA VVV eWe W2 2 1 22 48 88 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分離128 D一定，上式微分一定，上式微分dQ/dV=0，對(duì)應(yīng)，對(duì)應(yīng)Qmax，則：，則： 忽略介質(zhì)阻力：忽略介質(zhì)阻力： 濾餅不洗滌：濾餅不洗滌： 2 2 2 1 8181 KA V aVCa D () )8+1(=8+1= V V a W D D a0 D VaCVaCVCVC V Q 2 2 12 2 1 48 WD += V VW W 8 = 2 2 2 1 2 1 KAVC KAC e 2021-7-1第第3章章 非均相物系的分離非均相物系的分