化工原理課件-機械分離與固體流態(tài)化

1Chap3

機械分離與固體流態(tài)化非均相物系的分離廢氣、廢液在排放前處理化工生產(chǎn)中，常常需要將混合物加以分離原料的分離提純或凈化→加工反應產(chǎn)物的分離→合格的產(chǎn)品混合物均相混合物非均相混合物物系內(nèi)部各處均勻且無相界面均相物系分離——傳質(zhì)操作（如蒸餾、吸收、萃取、干燥等）2非均相混合物固體顆粒的混合物懸浮液乳濁液含塵氣體（或含霧氣體）→沉降、→離心分離→沉降(重力、離心力)→篩分分散相或分散物質(zhì)連續(xù)相或分散介質(zhì)懸浮在空氣中的粉塵：

由于分散相和連續(xù)相具有不同的物理性質(zhì)（如：尺寸不同、密度不同），可用機械方法分離非均相混合物過濾Chap3

機械分離與固體流態(tài)化分散相粉塵連續(xù)相空氣3§3.1

篩分一、單顆粒的特性及表征：顆粒的特性形狀大?。剑┍砻娣e（一）球形顆粒只用直徑dP

可以表征比表面積4（二）非球形顆粒當量直徑球形度1.當量直徑等體積當量直徑：等表面積當量直徑：等比表面積當量直徑：§3.1

篩分52.形狀系數(shù)球形度§3.1

篩分62.形狀不規(guī)則顆粒的表征兩個參數(shù)：二、顆粒群的特性（一）粒度分布某一粒度范圍的顆粒的質(zhì)量分數(shù)隨粒度的變化關(guān)系P87圖3-1§3.1

篩分注意頻率分布曲線與累計分布曲線的區(qū)別7（二）平均直徑長度平均直徑表面積平均直徑體積平均直徑4.體積表面積平均直徑三、篩分泰勒標準篩其它內(nèi)容自學§3.1

篩分8§3.2

沉降分離沉降操作是借助某種力的作用，利用分散物質(zhì)與分散介質(zhì)的密度差異使之發(fā)生相對運動而分離的過程作用力重力慣性離心力重力沉降離心沉降9§3.2

沉降分離一、重力沉降原理（一）自由沉降自由沉降：任一顆粒的沉降不因流體中存在其它顆粒而受干擾。即顆粒彼此間相互獨立，互不影響。

——顆粒稀疏的情況中

1.顆粒的受力分析①重力：②浮力：10過程分析：下降開始，u=0→Fd=0→u↑→uo，③阻力：§3.2

沉降分離加速運動，F(xiàn)g-Fb-Fd=0，a=0，勻速運動。11顆粒沉降時分為兩種階段：

加速運動階段和等速運動階段

等速階段的速度uo即為沉降速度、終端速度

工業(yè)上，加速階段忽略不計

——沉降速度的表達式

關(guān)鍵是求阻力系數(shù)ξ§3.2

沉降分離122.阻力系數(shù)ξ

因次分析法（曳力系數(shù)）

的關(guān)系曲線P91圖3-2§3.2

沉降分離(1)層流區(qū)(Reo≤2)：斯托克斯區(qū)——斯托克斯公式13(2)過渡區(qū)(Reo=2～500)：阿侖區(qū)（Allen）——阿侖公式

(3)湍流區(qū)(Reo=500～2×105)：牛頓區(qū)（Newton）ξ=0.44——牛頓公式

§3.2

沉降分離(4)Reo>2×105后，ξ↓

在Reo=(3～10)×105范圍內(nèi)可近似取ξ=0.1，一般達不到14§3.2

沉降分離1.沉降速度本質(zhì)是流體與顆粒的相對運動速度，與顆粒性質(zhì)和流體性質(zhì)有關(guān)，而與流體速度無關(guān)。若流體靜止，則沉降速度即為顆粒絕對速度。若流體以u向上運動，則顆粒絕對速度為Note:u0-

u2.溫度（粘度）影響：層流區(qū)：過渡區(qū)：湍流區(qū)：隨Reo增加，液體粘度對沉降速度影響減小。氣體：溫度升高沉降速度減?。灰后w：溫度升高沉降速度增加。153.沉降速度的計算

假設(shè)沉降屬于層流區(qū)

u0

Re0

Re0＜2

u0為所求Re0＞2

阿侖公式求u0判斷……公式適用為止試差法

§3.2

沉降分離（不是唯一方法）

（2）直徑影響：層流區(qū)：過渡區(qū)：湍流區(qū)：隨Reo增加，顆粒直徑對沉降速度影響減小。164.影響沉降速度的因素

由于干擾作用，實際沉降速度小于自由沉降速度。由于壁面效應，實際沉降速度小于自由沉降速度。

干擾沉降

非球形顆粒的沉降

壁面效應

球形度越小，沉降速度越小。§3.2

沉降分離17二、重力沉降分離設(shè)備（一）降塵室降塵室氣固體系沉降槽液固體系分離氣體中塵粒的重力沉降設(shè)備?！?.2

沉降分離18沉降時間：停留時間：§3.2

沉降分離19顆粒分離出來的條件是θ≥θ0極限條件Vs與H無關(guān)扁平形的沉降室多層沉降室思考1：為什么降塵室要做成扁平的？§3.2

沉降分離or降塵室的處理量20采用n塊隔板，生產(chǎn)能力可提高至原來的（n+1）倍。§3.2

沉降分離21思考3：能夠被100%除去的最小顆粒直徑？斯托克斯區(qū)自由沉降注意核算！§3.2

沉降分離22顆粒在降塵室中的沉降高度與降塵室高度之比等于該尺寸顆粒被分離下來的百分率注意：降塵室內(nèi)氣體流速不應過高，以免將已沉降下來的顆粒重新?lián)P起。特點：結(jié)構(gòu)簡單，但設(shè)備龐大、效率低，只適用于分離粗顆粒------直徑75m以上的顆粒，或作為預分離設(shè)備。§3.2

沉降分離23（二）沉降槽生產(chǎn)能力，由截面積決定，與其高度無關(guān)。強化沉降槽操作：u0↑:加少量電解質(zhì)→絮凝現(xiàn)象。加熱§3.2

沉降分離（增稠器）→μ↓→u0↑。24三、離心沉降原理依靠慣性離心力的作用而實現(xiàn)的沉降過程r2r1rOABuurutC離心加速度ar=2r=ut2/r不是常量沉降過程沒有勻速段，但在小顆粒沉降時，加速度很小，可近似作為勻速沉降處理受力分析§3.2

沉降分離25與重力沉降相比，g改用

Re0=dur/

2層流區(qū)反映離心分離設(shè)備性能的重要指標

高速離心機的KC值可達1萬以上

采用離心沉降時，可加快沉降過程

§3.2

沉降分離26四、離心沉降分離設(shè)備旋風分離器氣固體系旋液分離器液固體系（一）旋風分離器ρs-ρ較小、d小的非均相系，用離心沉降。

1.結(jié)構(gòu)

上部圓形筒，下部錐形筒2.

操作原理雙層螺旋形運動3.

壓力變化pd§3.2

沉降分離27§3.2

沉降分離284.

結(jié)構(gòu)尺寸及處理量：

①入口：高A，寬B②處理量：Vs=uiBA

ui－15～20m/s③標準式：A=D/2B=D/4D1=D/2H1=2DH2=2DS=D/8D2=D/4一般可分離氣體中5～75μm直徑的粒子。（不用于粘性，含濕高，腐蝕介質(zhì)）§3.2

沉降分離295.評價旋風分離器性能的兩個主要指標：分離性能：壓降：（1）旋風分離器的臨界粒徑dc能被旋風分離器完全去除(100%)的最小顆粒的粒徑。是判斷分離效率高低的重要依據(jù)簡化建模推導§3.2

沉降分離（三點假設(shè)）30dc隨B↑而↑分離效率隨分離器尺寸↑而↓當氣體處理量大時，常將若干個小型的旋風筒并聯(lián)使用以維持較高的除塵效率N↑→dc↓細長形有利ui↑→dc↓ρs

↑→dc↓（2）分離效率總效率ηo

進入旋風分離器的全部粉塵中被分離下來的粉塵的質(zhì)量分率§3.2

沉降分離31粒級效率ηi

進入旋風分離器的粒徑為di的顆粒被分離下來的質(zhì)量分率分割粒徑d50:粒級效率為50%的顆粒直徑ηo與ηi的關(guān)系：§3.2

沉降分離理論粒級效率

32提高分離效率的措施縮小旋風分離器的直徑采用較大的進口氣速延長錐體部分的高度并聯(lián)操作減少粉粒重新卷起------擴散式旋風分離器選用原則：氣體處理量、§3.2

沉降分離可容許的壓降要求的分離效率33Why?特點：與旋風分離器相比，