机械分离和固体流态化

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1、第3章非均相物系的分离和固体流态化1主要内容3.1概述3.2颗粒及颗粒床层的特性3.3沉降分离3.4过滤3.5离心机（自学）3.6固体流态化2基本要求掌握单个颗粒、颗粒群、颗粒床层特性的表示方法；掌握重力沉降和离心沉降的基本原理、沉降速度的定义和基本表示方法；了解并熟悉降尘室、旋风分离器的结构特点、工作原理及其性能参数；掌握过滤的基本操作过程、典型的设备，熟练掌握恒压过滤的操作及计算；了解流化床的主要特征和操作范围；掌握数学模型法。3概述混合物的分类无相界面，采用传质方法分离有相界面，采用机械方法分离：过滤、沉降悬浮液-----固-液混合物乳浊液-----液-液混合物含尘

2、气体----气-固混合物含雾气体----气-液混合物4概述非均相物系中处于分散状态的物质。如悬浮液中的固体颗粒。包围分散质的处于连续状态的流体。如悬浮液中的液体。非均相物系分离的依据：分散相与连续相之间的物理性质的差异。如密度、颗粒外径等。非均相物系的分离方法：机械法，使分散质与分散相之间发生相对运动，实现分离。56概述非均相混合物分离的目的回收分散质，如从气固催化反应器的尾气中收集催化剂颗粒；净化分散介质，如原料气中颗粒杂质的去除以净化反应原料，环保方面烟道气中煤炭粉粒的除去。环境保护与安全生产73.2.1颗粒的特性3.2.2颗粒床层的特性3.2.3流体通过床层流动的压降

3、3.2颗粒及颗粒床层的特性81.单一颗粒的特性1）球形颗粒用粒径d（球形颗粒的直径）表示。m2/m3。m2m3单位体积颗粒具有的表面积91.单一颗粒的特性2）非球形颗粒用当量直径和形状系数表示。与非球形颗粒体积相等的球形颗粒的直径。非球形颗粒体积表示颗粒形状与球形的差异该颗粒体积相等的圆球的表面积，m2；颗粒的表面积，m2；φS≤1101.单一颗粒的特性2）非球形颗粒112.颗粒群的特性1）粒度分布不同粒径范围内所含粒子的个数或质量。可采用泰勒标准筛通过筛分分析得到。料被截留在筛面上的尺寸大于筛孔尺寸的物料的量通过筛孔的尺寸小于筛孔尺寸的物料的量122.颗粒群的特性2）颗粒

4、的平均粒径平均比表面积直径，mi层筛网的筛余量筛分直径：i-1和i层筛网的平均孔径颗粒总质量质量分数13第3章非均相物系的分离和固体流态化3.1概述3.2沉降分离3.2.1重力沉降14概述沉降：悬浮在流体中的固体颗粒借助于外场作用力产生定向运动，从而实现与流体相分离，或者使颗粒相增稠、流体相澄清的一类操作。主要讨论刚性颗粒的自由沉降。受其它颗粒或壁面影响重力作用下沉降离心力作用下沉降沉降不受影响151.沉降速度图3-1沉降颗粒的受力情况颗粒受到三个力重力浮力阻力阻力系数或曳力系数颗粒密度流体密度颗粒在运动方向的投影面积1）球形颗粒的自由沉降161.沉降速度根据牛顿第二运动定

5、律：分析颗粒运动情况：加速度最大阻力加速度加速度=0加速段匀速段加速段极短，一般仅考虑匀速段的运动。17沉降速度等速阶段中颗粒相对于流体的运动速度ut称为沉降速度。由于这个速度是加速阶段终了时颗粒相对于流体的速度，故又称为“终端速度”。1.沉降速度181.沉降速度2）阻力系数191.沉降速度20（1）流体的粘度滞流区湍流区过渡区表面摩擦阻力形体阻力1.沉降速度3）影响沉降速度的因素21（2）颗粒的体积分数（3）器壁效应（4）颗粒形状体积分数大，发生干扰沉降，ut。由于器壁存在，ut，当容器尺寸大于颗粒尺寸100倍以上时，可忽略。非球形颗粒比等体积球形颗粒沉降速度小，φs

6、，ut，1.沉降速度3）影响沉降速度的因素22（1）试差法假设沉降属于某一流型计算沉降速度核算Ret1.沉降速度4）沉降速度的计算23（2）摩擦数群法曲线图，最后由Ret反求ut，即查先计算1.沉降速度24图3-3及关系曲线25若要计算介质中具有某一沉降速度ut的颗粒的直径，可先令查曲线图，可求直径d，即1.沉降速度26图3-3及关系曲线27（3）用量纲为1的数群K值判别流型K≤2.62为斯托克斯定律区;2.62

7、运动情况气流水平通过降尘室速度沉降速度2.重力沉降设备1）降尘室动画30或位于降尘室最高点的颗粒沉降到室底所需的时间为气体通过降尘室的时间为欲使颗粒被分离出来，则降尘室高沉降速度降尘室长气流水平通过降尘室速度2.重力沉降设备思考1：要使颗粒除去，必须满足什么条件？312.重力沉降设备思考2：为什么气体进入降尘室后，流通截面积要扩大？思考3：能够被100%除去的最小颗粒粒径dmin=？或32注意：降尘室内气体流速不应过高，以免将已沉降下来的颗粒重新扬起。根据经验，多数灰尘的分离，可取u<3m/s，较易扬起灰尘，可取u