非均相物系分離課件

第三章非均相物系的分離第三章非均相物系的分離1

本章學(xué)習(xí)指導(dǎo)1本章學(xué)習(xí)目的通過本章的學(xué)習(xí)，要重點掌握沉降和過濾這兩種機械分離操作的原理、過程計算、典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)與特性，能夠根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，合理選擇設(shè)備類型和尺寸。2本章應(yīng)掌握的內(nèi)容

a

沉降分離（包括重力沉降和離心沉降）的原理、過程計算、旋風(fēng)分離器的選型。

b

過濾操作的原理、過濾基本方程式推導(dǎo)的思路，恒壓過濾的計算、過濾常數(shù)的測定。本章學(xué)習(xí)指導(dǎo)1本章學(xué)習(xí)目的2

第一節(jié)重力沉降1.球形顆粒的自由沉降2.阻力系數(shù)ζ3.影響沉降速度的因素4.沉降速度的計算重力沉降是利用流體中的固體顆粒受地球吸引力場的作用而發(fā)生的沉降過程第一節(jié)重力沉降1.球形顆3球形顆粒的自由沉降根據(jù)牛頓第二運動定律，顆粒所受三個力的合力應(yīng)等于顆粒的質(zhì)量與加速度的乘積，即

Fg-Fb-Fd=ma將表面光滑的剛性球形顆粒置于靜止的流體介質(zhì)中，若顆粒的密度大于流體的密度，則顆粒將在流體中降落或由此可得沉降速度球形顆粒的自由沉降根據(jù)牛頓第二運動4阻力系數(shù)ζ根據(jù)阻力隨顆粒雷諾數(shù)變化的規(guī)律，可分為三個區(qū)域：滯流區(qū)或斯托克斯定律區(qū)（10-4<Ret<1)過渡區(qū)或艾侖定律區(qū)（1<Ret<103）湍流區(qū)或牛頓定律區(qū)（103<Ret<2×105）幾種фs值下的阻力系數(shù)ζ與雷諾數(shù)Ret的關(guān)系曲線如圖所示阻力系數(shù)ζ根據(jù)阻力隨顆粒雷諾數(shù)變化5將阻力系數(shù)的計算式代入，得到不同顆粒雷諾數(shù)范圍內(nèi)ut的計算式：湍流區(qū)過渡區(qū)滯流區(qū)將阻力系數(shù)的計算式代入，得到不同顆粒雷諾數(shù)范圍內(nèi)ut的計算式6影響沉降速度的因素1.顆粒的體積濃度當(dāng)顆粒的體積濃度小于0.2%時，理論計算值的偏差在1%以內(nèi)，當(dāng)顆粒濃度較高時便發(fā)生干擾沉降2.器壁效應(yīng)3.顆粒形狀的影響當(dāng)容器尺寸遠遠大于顆粒尺寸時，器壁效應(yīng)可忽略，否則需加以考慮同一種固體物質(zhì)，球形或近球形顆粒比同體積非球形顆粒的沉降快一些。影響沉降速度的因素1.顆粒的體積濃度當(dāng)顆粒7非均相物系分離課件8試差法由于在計算出ut之前Ret的大小未知，因此要通過試差確定應(yīng)該選取的計算公式。即：先假設(shè)沉降屬于某一流型，則可直接選用與該流型相應(yīng)的沉降速度公式計算，然后按求出的ut檢驗Ret值是否在原假設(shè)的流型范圍內(nèi)。沉降速度的計算摩擦數(shù)群法該法是將ζ與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線加以轉(zhuǎn)換，使其兩個坐標(biāo)軸之一變成不包含ut的無量綱數(shù)群，進而便可得ut試差法由于在計算出ut之前Ret的大小未知，因此要通過試差確9

第二節(jié)離心沉降

慣性離心力作用下的沉降速度旋風(fēng)分離器的操作原理旋風(fēng)分離器的性能

a.

臨界粒徑b.

分離效率c.

壓強降第二節(jié)離心沉降

慣性離心力作用下的沉降速10慣性離心力作用下的沉降速度

當(dāng)流體帶著顆粒旋轉(zhuǎn)時，慣性離心力場中顆粒在徑向上受到三個力的作用，如果上述三力達到平衡，即可求得ut慣性離心力作用下的沉降速度11

旋風(fēng)分離器的操作原理

含塵氣體以較高的線速度切向進入器內(nèi)，在外筒與排氣管之間形成旋轉(zhuǎn)向下的外螺旋流場，到達錐底后以相同旋向折轉(zhuǎn)向上形成內(nèi)螺旋流場直至達到上部排氣管流出。顆粒在內(nèi)、外旋轉(zhuǎn)流場中均會受離心力作用向器壁方向拋出，在重力作用下沿壁面下落到排灰口被排出。氣體因此而得到凈化。其結(jié)構(gòu)如圖所示旋風(fēng)分離器的操作原理含塵氣體以較高12非均相物系分離課件13a.

臨界粒徑旋風(fēng)分離器能夠全部除掉的最小顆粒粒徑。假定顆粒的離心沉降最大距離為進氣矩形管寬度B，則該粒徑的顆粒沉降分離所需的時間假定氣體在旋風(fēng)分離器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)為N（標(biāo)準旋風(fēng)分離器可取N=5）、平均旋轉(zhuǎn)半徑為Rm，則其平均停留時間為若停留時間等于沉降時間，解出臨界粒徑為a.臨界粒徑旋風(fēng)分離器能夠全部除掉的最小顆粒粒徑。假定氣體14

b.分離效率總效率被旋風(fēng)分離器除掉的總的顆粒質(zhì)量占進口含塵氣體中全部顆粒質(zhì)量的分率分效率稱粒級效率。根據(jù)顆粒的粒徑大小分級，將入口氣體中某一粒級di的顆粒被旋風(fēng)分離器除掉的分率定義為粒級效率總效率與分效率的關(guān)系b.分離15

c.壓強降氣體經(jīng)旋風(fēng)分離器時，由于進氣管和排氣管及主體器壁所引起的摩擦阻力，流動時的局部阻力以及旋轉(zhuǎn)運動所產(chǎn)生的動能損失等等，造成氣體的壓強降。工程上采用經(jīng)驗公式，即將阻力損失Δp表達為式中的ζ為比例系數(shù)，即阻力系數(shù)。主要由旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)決定。同一結(jié)構(gòu)形式及尺寸比例的旋風(fēng)分離器，阻力系數(shù)ζ為常數(shù)。c.壓強降氣體經(jīng)16

第三節(jié)過濾過濾操作的基本概念過濾基本方程式，過濾常數(shù)的測定提高過濾生產(chǎn)能力的措施第三節(jié)過濾過濾操作的基本概念17過濾：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，從而實現(xiàn)固-液分離的單元操作。過濾介質(zhì)織物介質(zhì)最常用的過濾介質(zhì)，工業(yè)上稱為濾布(網(wǎng))，由天然纖維、玻璃纖維、合成纖維或者金屬絲編織而成?？山亓舻淖钚☆w粒的直徑為5-65微米。多孔固體介質(zhì)具有很多微細孔道的固體材料，如多孔陶瓷、多孔金屬及多孔性塑料制成的管或板，能截留1-3μm的微小顆粒。堆積介質(zhì)由沙、木炭之類的固體顆粒堆積而成的床層，稱作濾床，用作過濾介質(zhì)使含少量懸浮物的液體澄清。多孔膜用于膜過濾的各種有機分子膜和無機材料膜。過濾：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18餅層過濾與深床過濾餅層過濾

固體物質(zhì)沉積于過濾介質(zhì)表面而形成濾餅層的操作，真正發(fā)揮截留顆粒作用的主要是濾餅本身，因此稱作餅層過濾。餅層過濾主要用于含固量較大（>1%）的場合。深床過濾

固體顆粒并不形成濾餅，而是沉積于較厚的粒狀對濾介質(zhì)床層內(nèi)部的過濾操作。深床過濾主要用于凈化含固量很少（<0.1%）流體，如水凈化等。餅層過濾與深床過濾餅層過濾19過濾的操作過濾操作示意圖過濾操作方式過濾操作分為間歇式與連續(xù)式。根據(jù)過濾推動力的方式，又有加壓過濾、真空過濾和離心過濾過濾的操作過濾操作示意圖過濾操作方式過濾操作分為間歇式與連續(xù)20過濾基本方程式過濾速率過濾速度單位時間獲得的濾液體積單位過濾面積上的過濾速率若過濾過程中其他因素維持不變，則由于濾餅厚度不斷增加過濾速度會逐漸變小。任一瞬間的過濾速度應(yīng)寫成如下形式過濾基本方程式過濾速率過21過濾阻力濾餅阻力介質(zhì)阻力過濾總阻力為方便起見，假設(shè)過濾介質(zhì)對濾液流動的阻力相當(dāng)于厚度為Le的濾餅層的阻力，即則上式可寫為過濾阻力濾餅阻力介質(zhì)阻力過濾總阻力為方便起見，假設(shè)過濾介質(zhì)對22過濾基本方程式不可壓縮濾餅可壓縮濾餅過濾基本方程式不可壓縮濾餅可壓縮濾餅23過濾常數(shù)的測定恒壓下K、qe、θe的測定壓縮性指數(shù)s的測定由過濾常數(shù)K的定義式

K~

p)為直線方程，斜率為(1-s)、截距為2k。在不同壓差

p

下進行恒壓過濾實驗，求得一系列與之對應(yīng)的過濾常數(shù)

K，再通過上式回歸出濾餅常數(shù)

k和壓縮指數(shù)

s。將恒壓過濾方程式微分得即在恒壓過濾條件下，θ/q

與

q的函數(shù)關(guān)系是以

1/K

為斜率、2qe/K為截距的直線，實驗測得不同時刻單位過濾面積的累積濾液量

q，即可由上式回歸出

K

和

qe。過濾常數(shù)的測定恒壓下K、qe、θe的測定壓縮性指數(shù)s的測定由24提高過濾生產(chǎn)能力的措施助濾劑：改變?yōu)V餅結(jié)構(gòu)，使之較為疏松且不被壓縮，則可提高過濾與洗滌速率。助濾劑多為剛性較好的多孔性粒狀或纖維狀材料，如常用的硅藻土、膨脹珍珠巖、纖維素等絮凝劑：使分散的細顆粒凝聚成團從而更容易過濾。絮凝劑有聚合電解質(zhì)類的如明膠、聚丙烯酰胺等，