机械分离和固体流态化(I)

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1、第三章非均相混合物分离教学内容§3-0概述§3-1沉降过程§3-2颗粒及颗粒床层的特性§3-3过滤复习通过本章学习，掌握沉降、过滤等过程的原理、计算方法、典型设备的结构特性，能够根据生产工艺的要求，合理选择设备。学习目的1教学要求重点：沉降速率的计算；过滤基本方程及恒压过滤计算。覆盖内容：颗粒及颗粒群的性质（体积、表面积、比表面积、空隙率及平均自由截面积）；沉降的基本概念（重力沉降、离心沉降、自由沉降和干扰沉降）；沉降速度的计算；旋风分离器的性能参数（临界直径、分离效率、粒级率、分割直径）；降沉室的结构与设计，旋风分离器的结构特点分离原理及

2、设计方法。过滤操作的基本概念，过滤基本方程及计算（滤液量、过滤时间、洗涤时间和生产能力）；常用过滤设备（板筐压滤机、叶滤机和回转真空过滤机）的结构特点；过滤常数的测定方法。21、混合物分类§3.0概述a.均相物系：物系内部各处物料性质均匀，无相界面。如溶液、混合气体。需用传质分离方法进行分离。b.非均相物系：物系内部有明显的相界面，界面两侧物料有不同的性质。如气－固混合物、液－固混合物。用机械分离方法进行分离。2、连续相（分散介质）在非均相物系内，处于连续状态的物质，又称为分散介质。如气－固混合物中的气体为连续相。3、分散相（分散物质）非均

3、相物系内部，处于分散状态的物质，称为分散相，又称为分散物质。如气－固混合物中的固体。3（1）回收有价值的分散物质（如气流夹带的催化剂颗粒）（2）净化分散介质以满足生产工艺要求（如催化反应原料气中带有的杂质，需要净化除掉，以免降低催化剂效果）。（3）环境保护和安全生产。4、分离非均相混合物的目的：5、机械分离方法：利用非均相混合物中两相的物理性质（如密度、颗粒形状、尺寸等）的差异，使两相之间发生相对运动而使其分离。（1）沉降：当固体颗粒相对较大时采用。分为重力沉降和离心沉降。（2）过滤：一般分离液固混合物。4（3）袋滤：粒径1μm左右。（4）

4、电除尘：粒径1μm以下。§3.1重力沉降一、沉降的概念1、沉降：在某种力的作用下，利用分散相与连续相间的密度差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。当作用力为重力时，称为重力沉降；当作用力是惯性离心力时，称为离心沉降。3、干扰沉降：分散物质浓度相对较大，颗粒间的作用力不能忽略，相互间受到干扰。对于干扰沉降速度的计算，可先计算自由沉降速度，再通过经验法则修正。2、自由沉降：分散物质浓度小，颗粒之间或颗粒与器壁之间的距离很大，使颗粒间互不影响。5二、沉降速度（指自由沉降）1、流体与颗粒间的相对运动方式：①流体静止，颗粒运动；②流体运动，颗粒

5、静止；③流体运动，颗粒运动，但两者速度不同，产生相对运动，沉降速度指的是相对运动速度。2、沉降速度将单个球形颗粒置于静止的流体中，其受力情况如图所示：F浮F阻F重开始，由于受力不平衡，颗粒沉降速度↑，为加速阶段（时间很短，可以忽略）；当受力达平衡时，颗粒作匀速运动，此时F重＝F浮＋F阻，此匀速运动速度即为沉降速度ut。6对于球形颗粒，各项力计算如下：78将各项力的计算式带入F重＝F浮＋F阻，得：重力沉降速度计算通式前已指出，阻力系数ξ一般由实验测定，其测定结果见书上P145图3-2。图中Φs——球形度，球形颗粒：Φs＝19图3-2关系曲线1

6、0对于球形颗粒曲线，按Ret值，ξ大致分成三个区域：a.b.c.说明：①阻力由两部分组成。一是由流体粘性引起的表面摩擦力；二是由湍流边界层分离引起的形体阻力。②在滞流区，阻力以表面摩擦力为主，随Ret↑，粘性的影响↓，在湍流区，主要以边界层分离引起的形体阻力为主。113、影响沉降速度的的因素当颗粒浓度较高时，颗粒间相互干扰。使大颗粒的实际沉降速度小于自由沉降速度；小颗粒的沉降速度增大。由于壁面效应，实际沉降速度小于自由沉降速度。在Stokes区，器壁的影响：（1）颗粒浓度（2）颗粒形状球形度越小，沉降速度越小；颗粒的位向对沉降速度也有影响。

7、（3）器壁效应12三、沉降速度的计算1试差法2摩擦数群法已知：13若要计算介质中具有某一沉降速度ut的颗粒的直径d，可先令查曲线图，可求直径d，即1415已知：3无因次数群判别法164由颗粒直径d选公式计算ut此法类似于3。1718三、重力沉降设备1.降尘室指借重力沉降从气流中分离出尘粒的设备。b要使颗粒能完全分离，则应满足：由此可见：降尘室的生产能力只与沉降面积及沉降速度有关，而与降尘室高度无关。故一般设计成扁平形，或在室内设置多层隔板。19构成多层降尘室。如图：对设置了n层水平隔板的降尘室，其生产能力为：（3-30a）20降尘室的特点：

8、多层降尘室虽能分离较细的颗粒且节省占地面积，但清灰比较麻烦。21§3.2离心沉降处理方法与重力沉降相同，公式形式也相同，只是加速度不同。uT——切向速度，m/s22比较结论：①离