第二章 非均相物系的分离和固体流态化.ppt

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1、化工原理多媒体课件淮阴工学院生命科学与化学工程学院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3.6固体流态化第三章非均相物系的分离和固体流态化SeparationsofHeterogeneousMixtureandFluidizationofSolids3.1概述Overview1混合物分类均相混合物（homogeneousmixture）溶液，混合气体非均相混合物（heterogeneousmixture）气态：含尘气体、含雾气体液态：悬浮液、乳浊液、泡沫液2非均相混合物的分离方法机械分离（mec

2、hanicalseparation）依靠外力使分散相与连续相发生相对运动外力：重力，离心力，压力上页下页3.1概述颗粒相对于流体运动气固系统沉降分离：重力沉降、离心沉降液固系统增浓：重力增稠器，离心沉降乳浊液：离心分离机流体相对于颗粒床层运动液固系统过滤：重力过滤、加压（真空）过滤、离心过滤上页下页3.1概述4机械分离目的回收有价值的分散组分净化分散介质环境保护和安全生产上页下页返回3.2颗粒及颗粒床层的特性CharacterizationofParticlesandParticulateBeds3.2.1颗粒的特性3.2.2颗

3、粒床层的特性3.2.3流体通过床层流动的压降上页下页返回3.2.1颗粒的特性1单一颗粒特性1）球形颗粒2）非球形颗粒（1）体积当量直径上页下页（2）形状系数（球形度）非球形颗粒需要两个参数描述其性质上页下页3.2.1颗粒的特性2颗粒群的特性1）粒度分布筛分：泰勒标准筛累计分布函数曲线和频率分布函数曲线平均比表面积粒径2）粒子的平均粒径上页下页返回3.2.1颗粒的特性1床层空隙率2床层的比表面积3床层的自由截面积各向同性：自由截面等于床层孔隙率壁效应：流体分布不均匀上页下页3.2.2颗粒床层的特性返回1床层的简化模型（物理模型）长

4、度L，当量直径deb的一组平行细管细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙容积细管的内表面积等于颗粒床层的全部表面积上页下页3.2.3流体通过床层流动的压降2流体通过床层压降的数学描述上页下页3.2.3流体通过床层流动的压降3模型参数的实验测定（参数估计）（1）康采尼实验结果（层流）上页下页3.2.3流体通过床层流动的压降（2）欧根实验结果上页下页3.2.3流体通过床层流动的压降例3－1在横截面积为1m2的固定床反应器中装填直径d=3mm、高度等于直径的圆柱形催化剂1m3。催化剂的质量G=980kg，其真密度s=1760kg/m3

5、。试求（1）催化剂的当量直径de、球形度s、床层孔隙率及比表面积ab；（2）20ºC的空气从下向上通过催化剂层，空塔速度u=0.2m/s，空气流经催化剂床层的压降返回下页上页3.2.3流体通过床层流动的压降3.3沉降分离SedimentationSeparations定义：在外力场作用下，利用分散相和连续相之间的密度差，使之发生相对运动而实现非均相混合物分离的操作。分类：重力沉降，离心沉降自由沉降，干扰沉降刚性球形颗粒的自由沉降3.3.1重力沉降3.3.2离心沉降下页上页返回1沉降速度1）球形颗粒的自由沉降重力：浮力：阻力：

6、上页下页3.3.1重力沉降GravitySedimentation沉降过程：加速段，恒速段沉降速度2）阻力系数上页下页3.3.1重力沉降层流区，斯托克斯公式过渡区，艾伦公式湍流区，牛顿公式上页下页3.3.1重力沉降3）影响沉降速度的因素流体粘度：表面曳力，形体曳力颗粒的体积分数：小于0.2%器壁效应颗粒形状的影响，注意微细颗粒4）沉降速度的计算（1）试差法，假设为某一区，然后验证。（2）摩擦数群法上页下页3.3.1重力沉降已知颗粒直径求沉降速度已知沉降速度求颗粒直径上页下页3.3.1重力沉降（3）无因次判据法（适用于已知粒径求速

7、度）层流区过渡区湍流区上页下页3.3.1重力沉降例3－2试计算直径为95m、密度为3000kg/m3的固体颗粒分别在20ºC的空气和水中的自由沉降速度。2重力沉降设备1)降尘室（1）单层降尘室上页下页3.3.1重力沉降要求层流，气速一般小于1m/s，可除去大于50μm的颗粒位于降尘室最高点的颗粒沉降至底室需要的时间气体通过降尘室的时间上页下页3.3.1重力沉降（2）多层降尘室隔板间距：40－100mm3.3.1重力沉降下页上页降尘室可以完全除去的最小颗粒直径，假设在层流区，沉降速度：流动阻力小，分离50m的粗颗粒，作预除尘流

8、体处于层流区上页下页3.3.1重力沉降上页下页3.3.1重力沉降例3－3拟采用降尘室回收常压炉气中所含的球形固体颗粒。降尘室底面积为10m2，宽和高均为2m。操作条件下，气体的密度为0.75kg/m3，粘度为2.6×10-5Pa.s；固体的密度为3000kg/m