第三章机械分离和固体流态化.ppt

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1、第三章非均相物系的分离和固体流态化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固体流态化本章主要内容3.1概述混合物的分类混合物均相混合物（均相物系）非均相混合物（非均相物系）物系内部各处组成均匀且不存在相界面下册介绍由具有不同物理性质（如尺寸、密度差别）的分散物质（分散相）和连续介质（连续相）所组成气态非均相物系液态非均相物系本章介绍非均相混合物的分离方法机械方法沉降分离过滤：颗粒相对于流体运动重力离心力：流体相对于颗粒床层运动重力离心力压强差非均相混合物的分离目的1、收集分散物质2、净化分散介质3、环境保护和安全生产：如回收有用的固体颗

2、粒作为产品：除去有害杂质：用于处理排放的废气3.2颗粒及颗粒床层特性3.2.1颗粒的特性表述颗粒特性的主要参数为颗粒的形状、大小（体积）和表面积1、单一颗粒特性2、颗粒群的特性球形颗粒非球形颗粒颗粒的平均粒径粒度分布球形颗粒球形颗粒的形状为球形，其尺寸由直径d来确定，其它有关参数均可表示为直径d的函数非球形颗粒（1）体积当量直径（2）形状系数对非球形颗粒，总有φS﹤1，颗粒的形状越接近球形，φS越接近1；对球形颗粒，φS＝1。粒度分布粒度分布：不同粒径范围内所含粒子的个数或质量称为粒度分布测量方法：筛分法、显微镜法、沉降法、电感应法、激光衍射、动态光散射法等筛分法

3、：筛分是用单层或多层筛面将松散的物料按颗粒粒度分成两个或多个不同粒级产品的过程。操作：筛分时，筛面上有筛孔，尺寸小于筛孔尺寸的物料通过筛孔，称为筛下产品，其质量称为筛过量；尺寸大于筛孔尺寸的物料被截留在筛面上，称为筛上产品，其质量称为筛余量。若用n层筛面，可得n+1种产品。颗粒的平均粒径颗粒平均粒径的计算方法最常用的是平均比表面积直径设有一批大小不等的球形颗粒，其总质量为G，经筛分分析得到相邻两号筛之间的颗粒质量为Gi，筛分直径为di。根据比表面积相等原则，颗粒的平均比表面积直径可写为或――颗粒群的平均直径，m――粒径段内颗粒的质量分数――筛分直径,m3.2.2颗

4、粒床层的特性1.床层的空隙率ε－床层的空隙率一般乱堆床层的空隙率大致在0.47~0.702.床层的比表面积指单位床层体积具有的颗粒表面积（即颗粒与流体接触的表面积）若忽略颗粒之间接触面积的影响，则ab＝a(1-ε)床层比表面积也可根据堆积密度估算，即、分别是堆积密度和真实密度，kg/m3，3.床层的自由截面积指床层截面上未被颗粒占据的、流体可以自由通过的面积工业上，小颗粒的床层用乱堆方法堆成，乱堆床层可认为是各向同性的。各向同性床层的重要特性之一是其自由截面积与床层截面积之比在数值上与床层空隙率相等。3.2.3流体通过床层流动的压降1．床层的简化模型简化模型是将床

5、层中不规则的通道假设成长度为L，当量直径为的一组平行细管，并且规定：（1）细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙容积；（2）细管的内表面积等于颗粒床层的全部表面积。在上述简化条件下，以1m3床层体积为基准，细管的当量直径可表示为床层空隙率ε及比表面积ab的函数，即：2．流体通过床层压降的数学描述流体通过一组平行细管流动的压降为：u1与按整个床层截面计算的空床流速u的关系为整理得：式中的为流体通过床层流道的摩擦系数，称为模型参数，其值由实验测定。3．模型参数的实验测定模型的有效性需通过实验检验，模型参数需实验测定（1）康采尼（Kozeny）的实验结果康采尼通过实验发现

6、，在流速较低，床层雷诺数Reb﹤2的滞流情况下（2）欧根（Ergun）的实验结果欧根在较宽的Reb范围内进行实验，获得如下关联式其实验范围为Reb＝0.17～330当Reb﹤3时，式右边第二项可忽略；当Reb﹥100时，右边第一项可略去。3.3沉降分离沉降运动发生的条件：固体颗粒与流体之间存在密度差，同时有外力场存在。3.3.1重力沉降1）球形颗粒的自由沉降1．沉降速度若颗粒的密度为,直径为d,流体的密度为对颗粒进行受力分析：沉降速度加速段等速段匀速阶段中颗粒相对于流体的运动速度为沉降速度当a=0时，u=,则2）阻力系数用上式计算沉降速度时，首先需要确定阻力系数ζ

7、值。根据因次分析，ζ是颗粒与流体相对运动时雷诺准数Ret的函数，由实验测得的综合结果见图p1453-2。图中，φs为球形度，Ret为雷诺准数从图中可以看出，对球形颗粒（φs＝1），曲线按Ret值大致分为三个区域，各区域内的曲线可分别用相应的关系式表达如下：层流区层流区过渡区3）影响沉降的因素由于壁面效应，实际沉降速度小于自由沉降速度。流体的黏度颗粒的体积分数壁面效应球形度越小，沉降速度越小；颗粒形状的影响4）沉降速度的计算在给定介质中颗粒的沉降速度可采用以下计算方法：（1）试差法假设流型计算检验是否在原假设的流型区域内YN有效（2）摩擦数群法又两式相乘再令计算ut

8、时，可先将