机械分离和固体流态化.ppt

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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-液混合物含尘气体----

2、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3.2颗粒及颗粒床层的特

3、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）颗粒的平均粒径平均比表面积直径，mi层筛

4、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133.2颗粒及颗粒床层的特性3.2.1颗粒的特性3.2.2颗粒床层的特性141.床层空隙率e影响因素：颗粒大小、形状、粒度分布、充填方式等。一般非均匀、非球形颗粒的乱堆床层：0.47～0.7。均匀的球体最松排列时:0.48，最紧密排列时:0.26。152.床层的比表面积ab单位体积床层中具有的颗粒表面积（即颗粒与流体接触的表面积）,ab。如忽略床层中颗粒间相互重叠的接触面积）：颗粒的堆积密度颗粒的真实密度163.床层的自由截面积定义：床层截面上未被颗粒占据的、流体可以自由通过的面积对乱堆床层，各向同性，床层自由截面积与床

5、层截面积之比等于空隙率；受壁效应影响，壁面附近床层空隙率大于床层内部。改善壁效应的方法通常是限制床层直径与颗粒直径之比不得小于某极限值。若床层的直径比颗粒的直径大得多，则壁效应可忽略。173.2颗粒及颗粒床层的特性3.2.1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181.床层的简化模型流体通过颗粒层产生压降的主要原因：1）粘性摩擦阻力2）形体阻力流体通过颗粒层的流动多呈爬流，无边界层脱体现象发生，流动阻力主要为粘性摩擦阻力，由颗粒层内固体表面积大小决定，而颗粒形状并不重要。191.床层的简化模型(1)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

6、颗粒床层的全部表面积。(2)细管长度=床层高度L。假定（保证单位体积表面积相等）：流体在固定床内流动的简化模型201.床层的简化模型床层体积细管的当量直径：212.流体通过床层压降的数学描述压降真实流速u1流体在固定床内流动的简化模型由质量守恒得：空床气速表观速度）222.流体通过床层压降的数学描述l'说明：λ′是模型参数，固定床的流动摩擦系数，须由实验检验和测定。233.模型参数的实验测定（1）康采尼实验结果：流速较低，床层雷诺数Reb<2时：康采尼常数K′=5康采尼方程243.模型参数的实验测定（2）欧根实验结果：当Reb＝0.17～330时，25Reb<20时，层流流动，上式右边

7、第二项可忽略；Reb>1000时，湍流流动，上式右边第一项可忽略。3.模型参数的实验测定（2）欧根实验结果：263.3沉降分离3.3.1重力沉降3.3.2离心沉降27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沉降不受影响重力作用下沉降离心力作用下沉降281.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