第五节 流量的测量与调节 化工原理.doc

第五节 流量的测量与调节 化工原理本文由zhd527贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 第四章 非均相物系的分离 第一节 均相混合物 均相物系） （均相物系） 混合物 柌相的 非均相混合物 物系内部 界面存在且界面柌 的 非均相物系） （非均相物系） 物料性质 不 的混 合物。 合物。 概述 物系内部各处物料性 质均匀而且不存在相 界面的混合物。 界面的混合物。 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 惉 枮 惉 的 惉 的 枲 枲 惉 的 的恏 惉 分散相（分散物质） 分散相（分散物质） 分散状态的物质 连续相（连续介质） 连续状态存在， 连续相（连续介质） 连续状态存在，包围 在 分散物质周围。 分散物质周围。 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 一、非均相物系的分离在工业生产中的应用 1、回收有用的分散相 2、净化连续相 3、环境保护和安全生产 、非均相物系的分离 和 分离 丁 春 燕 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 第二节 过 一、过滤的基本概念 1、过滤及过滤推动力 滤 滤浆 滤饼 过滤介质 过滤： 利用能让液体通过而 过滤 ： 栃 过滤 液 的 ：过滤 滤 滤 滤液 体 的 恏 液 滤液 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 ? 过滤推动力：过滤介质两侧的压力差。 过滤推动力：过滤介质两侧的压力差。 2、过滤方式 （1）饼层过滤 ：固 体沉积物在介质表面 堆积、架桥而形成滤 堆积、 饼层。 饼层。滤饼层 过滤层 。 ： 固体 的 恏惉。 恏惉。 栃的固体 的固体 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 深层过滤： （2）深层过滤：过滤介 质是较厚的粒状介质的 床层, 床层,过滤时悬浮液中 的颗粒沉积在床层内部 的 滤 ： 的 悬浮颗粒粒 状 , 是 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 3、过滤介质 过滤介质：多孔性介质， 过滤介质：多孔性介质， 其作用：支撑滤饼或截留颗粒，使滤液通过。 其作用：支撑滤饼或截留颗粒，使滤液通过。 过滤介质应具有下列条件： 过滤介质应具有下列条件： a ） 多孔性 ， 孔道适当的小 ， 对流体的阻力小 ， 又 多孔性， 孔道适当的小， 对流体的阻力小， 截 悹 的 惚。 惚。 的颗粒。 的颗粒。 ， ，使用 ， 恘 。 。 恘性质 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 过滤介质种类：织物介质、多孔性固体介质、 过滤介质种类：织物介质、多孔性固体介质、颗粒 状介质和微孔滤膜等。 状介质和微孔滤膜等。 滤布(织物、 截留的粒径5m 织物介质 滤布(织物、网)，截留的粒径5m 以上， 以上，工业应用广泛 多孔固体介质具有微细孔道的固体 具有微细孔道的固体， 多孔固体介质 具有微细孔道的固体，截留粒径 3m的微细粒子 13m的微细粒子 颗粒状介质固体颗粒 颗粒状介质 固体颗粒 过滤 微孔滤膜： 微孔滤膜： 用 滤 等 ， 用 子 的 膜状多孔介质 。 m的 恏微粒。 1 m的 恏微粒。 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 滤饼 的滤 压缩滤饼 饼 压 滤饼 的 的 丁 春 燕 压缩滤饼 4、滤饼的压缩性和助滤剂 （1）滤饼的压缩性 枲 惊 的 的滤饼 的压 性 愁 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 助滤剂 在滤 一 滤 加入 用助滤剂配成悬浮液， 用助滤剂配成悬浮液，在正式 预涂 滤， 滤 用 滤， 在 滤 成一 助滤剂 成 的滤饼。 的滤饼。 （2）助滤剂 助滤剂具有一定刚性的颗粒或纤维状的固体。 助滤剂具有一定刚性的颗粒或纤维状的固体。 加入助滤剂可减少可压缩滤饼的流动阻力 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 6、过滤速率及影响因素 过滤速率 过滤速率 悹影响因素 过滤 。 的滤液 、恏 液的 。 质、 质、 5、滤饼的洗涤 用洗涤液（通常为清水）进行滤饼洗涤， 用洗涤液（通常为清水）进行滤饼洗涤，以 回收滤饼中残存的滤液或除去其杂质。 回收滤饼中残存的滤液或除去其杂质。 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 二、过滤设备 1、过滤设备的生产能力 过滤机的生产能力通常用单位时间内所得到的 滤液体积来表示，有时也可用单位时间内单位 滤液体积来表示， 过滤面积上积聚的滤渣量表示。 过滤面积上积聚的滤渣量表示。 、过滤机的 可 过滤 过滤机 间 过滤机 过滤机 可 过滤机 滤机、 滤机、 力产生的 化 工 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 （一）板框过滤机 系 （1）结构与工作原理 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 滤 : 滤板（ 滤板（洗涤板 和过滤板 ） 滤 主要工作部件: 主要工作部件: 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 工作原理： 工作原理： 过滤： 过滤： 滤浆由总管入框框内形成滤饼滤液穿过饼 滤浆由总管入框框内形成滤饼 和布经每板上旋塞排出(明流) 和布经每板上旋塞排出(明流) 或从板流出的滤液汇集于某总管排出(暗流) 从板流出的滤液汇集于某总管排出(暗流) ： 液由总管入板滤布滤饼滤布 液由总管入板滤布滤饼滤布 板 板排出 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 优点： 结构简单， 制造容易， 设备紧凑， 优点 ： 结构简单 ， 制造容易 ， 设备紧凑 ， 过滤面 积大而占地小， 操作压强高， 滤饼含水少， 积大而占地小 ， 操作压强高 ， 滤饼含水少 ， 对 愓 缺点： 缺点： 强 大， 强 大， 操作， 操作，松 （2）主要优缺点 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 转鼓（ 二、转鼓（筒）真空过滤机 （1）结构与工作原理 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 工作过程 当浸入滤浆中时，对应滤布对应管 对应管转动 当浸入滤浆中时，对应滤布 对应管 转动 盘孔凹槽 凹槽2 滤液真空管 滤液通道 盘孔 凹槽2 滤液真空管 滤液通道 滤液通道 过滤 当位于水喷头下，对应滤饼、滤布对应 当位于水喷头下，对应滤饼、滤布 对应 转动盘孔凹槽 管转动盘孔 凹槽1 洗水真空管 洗 转动盘孔 凹槽1 洗水真空管 洗 水通道洗 水通道 洗 管凹槽 转动盘孔 管 凹槽 转动盘孔 对应管 滤 转动盘孔 对应管滤 通道 布滤饼 滤饼 空 通道 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 优点： 能连续自动操作， 省人力， 优点 ： 能连续自动操作 ， 省人力 ， 生产能力 大，适用于处理易含过滤颗粒的浓悬浮液。 适用于处理易含过滤颗粒的浓悬浮液。 缺点： 缺点： 大。 大。过滤 液。 动力 ， ， 用 易过滤 ，过滤 的悬浮 主要优缺点： （2）主要优缺点： 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 第三节 沉降： 沉降： 沉 降 在外力作用下使颗粒相对于流体 运动而实现分离的过程。 运动而实现分离的过程。 重力沉降： 沉降操作的外力是重力。 重力沉降： 沉降操作的外力是重力。 重力沉降 适用于分离较大的固体颗粒。 适用于分离较大的固体颗粒。 ?离心沉降： 沉降操作的外力是惯性离心力。 离心沉降： 沉降操作的外力是惯性离心力。 离心沉降 适于分离两相密度差较小， 适于分离两相密度差较小，颗粒粒度较细的 非均相物系。 非均相物系。 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 一、重力沉降 重力沉降 1自由沉降和沉降速度 (1)球形颗粒的自由沉降速度 (1)球形颗粒的自由沉降速度 ? 自由沉降：颗粒不受其他颗粒的干扰及器壁的 自由沉降： 影响，在静止的流体中的沉降过程。 影响，在静止的流体中的沉降过程。 ?在自由沉降沉降过程中， 在自由沉降沉降过程中， 在自由沉降沉降过程中 颗粒受到三个力的作用： 颗粒受到三个力的作用： 重力F 浮力F 重力Fg 、浮力Fb 阻力F 阻力Fd 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 重力F 浮力F 和阻力F 分别为: 重力Fg、浮力Fb和阻力Fd分别为: Fg = 6 ds s g 3 Fb = 6 ds g 3 Fd = A u 2 2 重力、浮力的大小一定； u，阻力 ，加速度 重力、浮力的大小一定； 阻力 重力 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 ?此时颗粒做匀速沉降，其速度也是最大沉降速度 此时颗粒做匀速沉降， 此时颗粒做匀速沉降 Fg ? Fb ? Fd = ma 重力、浮力、阻力三者达到平衡， 重力、浮力、阻力三者达到平衡，加速度为零 Fg ? Fb ? Fd = 0 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 ?湍流区： 湍流区： 湍流区 沉降速度u 为 沉降速度 t:为 4ds g(s ? ) ut = 3 阻力系数一般由实验测定 ： 24 , ?层流区 ： = 层流区 Ret 过渡区： 过渡区： 过渡区 10 4 Ret 1 3 = 18.5 Ret , 0.6 1 Ret 10 3 = 0.44 10 Ret 210 5 化 工 系 化 工 原 理 丁 春 燕 阻力系数与Re 阻力系数与 t 关系图 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 整理可得各区域的沉降速度公式为： 整理可得各区域的沉降速度公式为： 各区域的沉降速度公式为 层流区 ： ds (s ? ) ut = 18 2 过渡区： 过渡区： ut = 0.27 ds (s ? )g Ret 0.6 湍流区： 湍流区： ut = 1.74 ds (s ? )g 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 球形或近球形颗粒的沉降速度大于同体积非球 形颗粒的沉降速度。 形颗粒的沉降速度。 颗粒在沉降方向的投影面积A越大， 颗粒在沉降方向的投影面积A越大，沉降阻力 越大，沉降速度越慢。 越大，沉降速度越慢。 （2）非球形颗粒的自由沉降速度 ） 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 2重力沉降设备及其生产能力 (1)降尘室 (1)降尘室 ?降尘室结构： 降尘室结构： 降尘室结构 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 工作原理： 工作原理： 工作原理 气体入室 气体入室减速 颗粒沉降的同时并随气体运动 颗粒沉降运动时间气体停留时间 颗粒沉降运动时间气体停留时间分离 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 降尘室的生产能力：降尘室单位时间所处理的 降尘室的生产能力： 含尘气体的体积流量。符号： 含尘气体的体积流量。符号：qv 。 颗粒在降尘室的停留时间： 颗粒在降尘室的停留时间： = L ut 颗粒沉降到室底所需的时间： 颗粒沉降到室底所需的时间： t = H ut 为了满足除尘要求： 为了满足除尘要求： t 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 l H 降尘室使颗粒沉降的条件 降尘室使颗粒沉降的条件 u ut qv Qu = HB LHB L = = qv qv Hb LHB H qv ut qv BLut 降尘室的生产能力 降尘室的生产能力 降尘室的生产能力只与降尘室的沉降面积BL和 降尘室的生产能力只与降尘室的沉降面积 有关， 颗粒的沉降速度ut有关，而与降尘室的高度无关 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 （2）沉降槽 处理悬浮液的重力沉降设备， 称为沉降器或增 处理悬浮液的重力沉降设备 ， 浓器。 浓器。 沉降器可分间歇式、半连续式和连续式三种。 沉降器可分间歇式、半连续式和连续式三种。 ?沉降槽有澄清液体和增稠悬浮液的双重作用 沉降槽有澄清液体和增稠悬浮液的双重作用 功能，与降尘室类似， 功能，与降尘室类似，沉降槽的生产能力与 高度无关， 高度无关，只与底面积及颗粒的沉降速度有 故沉降槽一般均制造成大截面、低高度。 关，故沉降槽一般均制造成大截面、低高度。 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 二、离心沉降 1、离心沉降速度和离心分离因数 （1）离心沉降速度 颗粒做圆周运动，其离心力和向心力相等， 颗粒做圆周运动，其离心力和向心力相等， FcFbm 即FcFbmV2r。 其受力为离心力F 向心力F 和阻力F 其受力为离心力Fc、向心力Fb和阻力Fd ， 其值分别为： 其值分别为： F = VP = b Fc = Vs s = 6 ds s g 3 6 ds g 3 Fd = A ur 2 2 = 4 2 d p ur2 2 化 工 系 化 工 原 R et 当三个力达到平衡时： 当三个力达到平衡时： 位置上的离心沉降速度。 位置上的离心沉降速度。 ur = Fc- Fb- Fd=0 颗粒在径向上相对于流体的运动速度 ur 便是此 理 教 研 室 丁 春 燕 4d p ( p ? ) 3 24 = , Ret 若颗粒处于层流区，则阻力系数 若颗粒处于层流区， ur = d (p ? ) 2 p 18 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 (2)离心分离因数 (2)离心分离因数 离心分离因数: 离心分离因数:离心加速度和重力加速度之比 即惯性离心力和重力之比。 称，即惯性离心力和重力之比。 ur uT kc = = = ut g gR 2 分离因数越高，其离心分离效率越高。 分离因数越高，其离心分离效率越高。 分离因数越高 例如； 20m/s 例如 ； 当旋转半径 R=0.4m ， 切向速度 ur=20m/s 时，求分离因数。 求分离因数。 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 2旋风分离器 旋风分离器的构造和操作原理 清洁气体 排气管 B B 含尘气体 排尘 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 含尘气体以较高的线速度切向进入器内， 含尘气体以较高的线速度切向进入器内，在外筒 与排气管之间形成旋转向下的外螺旋流场， 与排气管之间形成旋转向下的外螺旋流场，到达 锥底后以相同旋向折转向上形成内螺旋流场直至 达到上部排气管流出。颗粒在内、 达到上部排气管流出。颗粒在内、外旋转流场中 均会受离心力作用向器壁方向抛出， 均会受离心力作用向器壁方向抛出，在重力作用 下沿壁面下落到排灰口被排出。 下沿壁面下落到排灰口被排出。气体因此而得到 净化。 净化。 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 旋风分离器构造简单紧凑、无运动件，操作不 旋风分离器构造简单紧凑、无运动件， 受温度、压强的限制，价格低廉、性能稳定， 受温度、压强的限制，价格低廉、性能稳定， 分离因数约为5 2500，分离效率较高， 分离因数约为52500，分离效率较高，一般 可分离气体中5 75m直径的粒子。 可分离气体中575m直径的粒子。 直径的粒子 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 3、旋液分离器 三、其他气体净制设备 1.过滤净制 过滤净制 2.湿法净制 湿法净制 文丘里洗涤器 湍球塔 泡沫塔 3.电除尘器 电除尘器 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 第四节 离 心 分 离 一、离心分离的概念 离心分离：利用离心力分离液态非均相系中两 离心分离： 种密度不同的物质的操作。 种密度不同的物质的操作。 用于离心分离的设备。 用于离心分离的设备。 离心机： 离心机： 离心机中的离心力场是由离心机的转鼓高速 旋转带动液体旋转产生的。 旋转带动液体旋转产生的。 旋风分离器或旋液分离器中的离心力场是靠 高速流体自身旋转产生的。 高速流体自身旋转产生的。 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 离心机按设备结构和分离工艺过程可分为沉降 式和过滤式两种类型 （1）离心过滤式离心机 转鼓上有小孔，并衬以金属网和滤布, 转鼓上有小孔，并衬以金属网和滤布,混悬液 在转鼓带动下高速旋转,液体和其中悬浮颗粒 在转鼓带动下高速旋转, 在离心力作用下快速甩向转鼓而使转鼓两侧 产生压力差,在此压力差作用下, 产生压力差,在此压力差作用下,液体穿过滤 布排出转鼓,而混悬颗粒被滤布截留形成滤饼。 布排出转鼓,而混悬颗粒被滤布截留形成滤饼。 化 工 系 化 工 原 理 教 研 室 丁 春 燕 （2）离心沉降式离心机 转鼓上无孔， 转鼓上无孔，混悬液或乳浊液被转鼓带动高速 旋转时,密度较大的物相向转鼓内壁沉降, 旋转时,密度较大的物相向转鼓内壁沉降,密度 较小的物相趋向旋转中心而使两相分离。 较小的物相趋向旋转中心而使两相分离。 根据离心分离因数的大小，离心机分为以下三类： 根据离心分离因数的大小，离心机分为以下三类： 常速（ 3000） 常速（ kC 3000） 高速