第三 非均相物系的分離和固體流態(tài)化PPT課件

1、第1頁/共38頁三、非均相物系 分散相（或分散物質(zhì)）：處于分散狀態(tài)的物質(zhì)， 如：分散于流體中的固體顆粒、液滴或氣泡； 連續(xù)相（或分散介質(zhì)） ：包圍著分散相物質(zhì)且處于連續(xù)狀態(tài)的流體， 如：氣態(tài)非均相物系中的氣體；液態(tài)非均相物系中的連續(xù)液體。 注意！注意！第2頁/共38頁四、分離 工業(yè)上按照連續(xù)相與分散相不同的物理性質(zhì)來分離： 機械分離機械分離依據(jù)分散相和連續(xù)相發(fā)生相對運動的方式來分類：篩分、沉降、過濾第3頁/共38頁3.2 顆粒及顆粒床層的特性一、顆粒的特性及描述-單一顆粒特性： 大小（粒徑）形狀系數(shù)比表面積球形顆粒 非球形顆粒 直徑dp 當(dāng)量直徑，如體積當(dāng)量直徑 deV顆粒的表面積表面積與顆粒

2、體積相等的球的 球形度 1 pdVAa6 球球eVda 6第4頁/共38頁二、 顆粒床層的特性：1. 床層空隙率：亂堆：0.470.702. 床層比表面積：3.床層自由截面積：實際情況：存在壁效應(yīng)壁面附近床層的空隙率總是大于床層內(nèi)部的，較多的流體必趨向近壁處流過，使床層截面上流體分布不均勻；注意：當(dāng)器壁尺寸顆粒尺寸，可以忽略。床層體積顆粒體積床層體積 aab）（ 1第5頁/共38頁三、篩分泰勒（Tyler）標(biāo)準(zhǔn)篩-其篩孔大小以每英寸長度篩網(wǎng)上的孔數(shù)表示，稱為“目”。例如100目的篩即指每英寸篩網(wǎng)上有100個篩孔。目數(shù)越大，篩孔越小。篩網(wǎng)用金屬絲制成，孔類似正方形。 將幾個篩子按篩孔從大到小的次

3、序從上到將幾個篩子按篩孔從大到小的次序從上到下疊置起來，最底下置一無孔的盤下疊置起來，最底下置一無孔的盤-底盤。底盤。樣品加于頂端的篩上，搖動或振動一定的時樣品加于頂端的篩上，搖動或振動一定的時間。通過篩孔的物料稱為間。通過篩孔的物料稱為篩過物篩過物，未能通過，未能通過的稱為的稱為篩留物篩留物。篩留物的直徑等于相鄰兩號。篩留物的直徑等于相鄰兩號篩孔寬度的算術(shù)平均值，將篩留物取出稱重，篩孔寬度的算術(shù)平均值，將篩留物取出稱重，可得樣品質(zhì)量分率分布曲線?？傻脴悠焚|(zhì)量分率分布曲線。標(biāo)準(zhǔn)篩篩分第6頁/共38頁3.3 沉降分離一、重力沉降 沉降：在某種力場中利用分散相和連續(xù)相之間的密度差異，使之發(fā)生相對運

4、動而實現(xiàn)分離的操作過程。 作用力： 重力重力沉降慣性離心力離心沉降 據(jù)顆粒是否受干擾：自由沉降、干擾沉降rmamg或或 sgm 42220du 浮力Fb 曳力FD質(zhì)量力Fc顆粒在流體中沉降時受力第7頁/共38頁0 DbcFFF合外力合外力0421220 dumgs 1 1、自由沉降極短，通?？梢院雎?該段的顆粒運動速度稱為沉降速度，用u0表示。加速段：等速段：-單個顆粒在無限流體中的降落過程；重力沉降速度：以球形顆粒為例 第8頁/共38頁 Re0=du0 / 1或2 層流區(qū)024162023 udgdss 340gdus 如圖3-2中的實線所示。 0Re24 1820gdus -斯托克斯定律

5、第9頁/共38頁由于干擾作用，實際沉降速度由于干擾作用，實際沉降速度小于小于自由沉降速度。自由沉降速度。由于壁面效應(yīng)，實際沉降速度由于壁面效應(yīng)，實際沉降速度小于小于自由沉降速度。自由沉降速度。v 干擾沉降 v 非球形顆粒的沉降 v 壁面效應(yīng) 球形度越小，沉降速度越小球形度越小，沉降速度越??；顆粒的位向?qū)Τ两邓俣纫灿杏绊戭w粒的位向?qū)Τ两邓俣纫灿杏绊?。?0頁/共38頁2. 液固體系液固體系沉降槽沉降槽氣固體系氣固體系降塵室降塵室 離心沉降設(shè)備離心沉降設(shè)備重力沉降設(shè)備重力沉降設(shè)備 液液固固體體系系旋旋液液分分離離器器氣氣固固體體系系旋旋風(fēng)風(fēng)分分離離器器用于除去75 m以上顆粒用于除去510 m 顆

6、粒第11頁/共38頁 氣體氣體 氣體氣體 進口進口 出口出口 集灰斗集灰斗 L B 含塵氣體含塵氣體 u H u0 顆粒在降塵室中的運動顆粒在降塵室中的運動 t 停停留留時時間間 0 沉沉降降時時間間0 t若若uL0u高高度度降塵室則表明，該顆粒能在降塵室中除去。思考思考1：為什么氣體進入降塵為什么氣體進入降塵室后，流通截面積要擴大？室后，流通截面積要擴大？思考思考2 2：為什么降塵室要做成扁平的？為什么降塵室要做成扁平的？結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：除塵原理：除塵原理：為了增大停留時間。為了增大停留時間。第12頁/共38頁第13頁/共38頁降塵室0uHuL 即即思考思考3：要想使某一粒度的顆粒在降塵室要想使

7、某一粒度的顆粒在降塵室中被中被100%除去，必須滿足什么條件？除去，必須滿足什么條件？00uHt 思考思考4：能夠被能夠被100%除去的最小顆粒，除去的最小顆粒，必須滿足什么條件？必須滿足什么條件？0 t 1820gdus 0min1818AVgLgHudsss L u B 氣體氣體 u0 H 顆粒在降塵室中的運動顆粒在降塵室中的運動 第14頁/共38頁降塵室思考思考2 2：為什么降塵室要做成扁平的？為什么降塵室要做成扁平的？L u B氣體氣體 ut H 顆粒在降塵室中的運動顆粒在降塵室中的運動000uABLuBHuVs 0uHuL 多層降塵室多層降塵室 可見，降塵室最大處理量與底面積、沉降速

8、度有關(guān), ,而與降塵室高度無關(guān)。 故降塵室多做成扁平的。 注意注意! 降塵室內(nèi)氣體流速不應(yīng)過降塵室內(nèi)氣體流速不應(yīng)過高，以免將已沉降下來的顆粒重高，以免將已沉降下來的顆粒重新?lián)P起。根據(jù)經(jīng)驗，新?lián)P起。根據(jù)經(jīng)驗，多數(shù)灰塵的多數(shù)灰塵的分離，可取分離，可取u3m/s，較易揚起灰，較易揚起灰塵的，可取塵的，可取u75 m以上顆粒-用于除去510 m 顆粒3.離心沉降設(shè)備第22頁/共38頁離心沉降設(shè)備旋風(fēng)分離器： B 凈化氣體凈化氣體 含塵含塵 氣體氣體 A D 塵粒塵粒 標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：除塵原理：除塵原理： 含塵氣體以切線方向進入，速度為1225 m s-1，按螺旋形路線向器底旋轉(zhuǎn)，接近底部后

9、轉(zhuǎn)而向上，成為氣芯，然后從頂部的中央排氣管排出。氣流中所夾帶的塵粒在隨氣流旋轉(zhuǎn)的過程中逐漸趨向器壁，碰到器壁后落下，自錐形底落入灰斗（未繪出）。上部為圓筒形，下部為圓錐形。 第23頁/共38頁一、概述 過濾的概念過濾：利用能讓液體通過而截留固體顆粒的多孔介質(zhì)（過濾介質(zhì)），使懸浮液中固液得到分離的單元操作。濾漿：過濾操作中所處理的懸浮液。 濾液：通過多孔介質(zhì)的液體 。濾渣（濾餅）：被截留住的固體物質(zhì)。3.4 過濾第24頁/共38頁濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾第25頁/共38頁 濾濾餅餅過過濾濾深深層層過過濾濾兩兩種種過過濾濾方方式式深層過濾 這種過濾是在過濾介質(zhì)內(nèi)部進行的，介質(zhì)表面無濾餅形成。過

10、濾用的介質(zhì)為粒狀床層或素?zé)ú簧嫌缘模┨沾赏不虬濉?此法適用于從液體中除去很小量的固體微粒，例如飲用水的凈化。第26頁/共38頁濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液-推動力：重力、壓力、離心力 濾餅過濾濾餅過濾深層過濾深層過濾兩種過濾方式兩種過濾方式濾餅過濾第27頁/共38頁工業(yè)用過濾介質(zhì)主要有： 棉、麻、絲、毛、合成纖維、金屬絲等編織成的濾布。過濾介質(zhì)：多孔性介質(zhì)、耐腐蝕、耐熱并具有足夠的機械強度。濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾濾餅的壓縮性： 空隙結(jié)構(gòu)易變形的濾餅為可壓縮濾餅。 第28頁/共38頁 使用時，可預(yù)涂，也可以混入使用時，可預(yù)涂，也可以混入待濾的濾漿中一起過濾。待濾的濾漿中一起過濾。 助濾劑能形成助

11、濾劑能形成結(jié)構(gòu)疏松結(jié)構(gòu)疏松、而且、而且?guī)缀跏遣豢蓧嚎s的濾餅?？蓭缀跏遣豢蓧嚎s的濾餅。可改善原改善原濾餅的可壓縮性和過于致密的缺點濾餅的可壓縮性和過于致密的缺點。 助濾劑：-是顆粒細小、粒度分布范圍較窄、堅硬而懸浮性好 的顆粒狀或纖維固體，如硅藻土、纖維粉末、活性 炭、石棉。濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾第29頁/共38頁二、過濾設(shè)備： 以壓力差為推動力：如以壓力差為推動力：如板框壓濾機、板框壓濾機、葉濾機、葉濾機、 回轉(zhuǎn)真空過濾機等；回轉(zhuǎn)真空過濾機等； 以離心力為推動力：如各種離心機。以離心力為推動力：如各種離心機。 過濾設(shè)備 第30頁/共38頁 固體流態(tài)化運用在粉粒狀物料的輸送、混固體流態(tài)化運

12、用在粉粒狀物料的輸送、混合、加熱或冷卻、干燥、吸附、煅燒和氣合、加熱或冷卻、干燥、吸附、煅燒和氣 固固反應(yīng)等過程中。反應(yīng)等過程中。 一、什么是流態(tài)化？將大量固體顆粒懸浮于流動的流體之中，并在將大量固體顆粒懸浮于流動的流體之中，并在流體作用下使顆粒作翻滾運動，類似于液體流體作用下使顆粒作翻滾運動，類似于液體的沸騰，故稱這種狀態(tài)為固體流態(tài)化。的沸騰，故稱這種狀態(tài)為固體流態(tài)化。3.6 固體流態(tài)化第31頁/共38頁 (a)固定床 (b)流化床 (c)氣力輸送 浮力浮力 曳力曳力 u （真正速度）（真正速度） 重力重力 u（表觀速度） 一、什么是流態(tài)化？此時流體的真正速度 u u0第32頁/共38頁二、流化床的兩種形態(tài) 聚 式 流 化 床 床內(nèi)顆粒的分散狀態(tài)和擾動程度平緩地加大，床層的上界面較為清晰。 散式流化床：液固體系散式流化床：液固體系聚式流化床：氣固體系聚式流化床：氣固體系乳化相（密相）氣泡相（稀相）兩種不正?，F(xiàn)象騰涌現(xiàn)象溝流現(xiàn)象第33頁/共38頁三、流化床的主要特性液體樣特性： (a) (b) (c) (d) 流化床的類似于液體的特性pWA第34頁/共38頁小結(jié)沉降 設(shè)備：降塵室結(jié)構(gòu) 1820gdus 0uHuL