考研 化工原理 必备课件第三章 机械分离与固体流态化.doc

考研 化工原理 必备课件第三章 机械分离与固体流态化.txt如果背叛是一种勇气，那么接受背叛则需要更大的勇气。爱情是块砖，婚姻是座山。砖不在多，有一块就灵；山不在高，守一生就行。 本文由821240550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。 第三章机械分离与固体流态化 3.1 颗粒及颗粒床层的特性 3.2 3.3 3.4 3.5 沉降过程 过滤 离心机 固体流态化 3.1颗粒及颗粒床层的特性 （1）床层空隙率 固定床层中颗粒堆积的疏密程度可用空隙率来表示，其定义如下： = 空隙体积 床层体积V ? 颗粒所占体积v v = = 1? 床层体积 床层体积V V 的大小反映了床层颗粒的紧密程度，对流体流动的阻力有极大的影响 , h f 。 1 。 3.1颗粒及颗粒床层的特性 （2）床层自由截面积分率A A0 = 。 A 流动截面积 床层截面积A-颗粒所占的平均截面积A P = = 1? P 床层截面积 床层截面积A A 空降率与床层自由截面积分率之间有何关系？假设床层颗粒是均匀堆积 （即认为床层是各向同性的)。想象用力从床层四周往中间均匀压紧，把 颗粒都压到中间直径为长为L的圆柱中（圆柱内设有空隙）。 = 1? v ?D ? = 1? 4 = 1? ? 1 ? 2 V ?D? D L 4 D1 L 2 2 2 D12 AP ? D1 ? 4 A0 = 1 ? = 1? = 1? ? ? 2 A ?D? D 4 所以对颗粒均匀堆积的床层(各向同性床层），在数值上 = A0 3.1颗粒及颗粒床层的特性 (3)床层比表面 aB = 颗粒表面积S 床层体积V 颗粒比表面 S aB ， = 1 a= 颗粒表面积S 颗粒体积V 取 V =的床层考虑， 1m3 a= S S = v 1? aB = a(1 ? ) * 所以 此式是近似的，在忽略床层中固颗粒相互接触而彼此覆盖使裸露的颗粒表面 积减少时成立。 3.2颗粒的沉降 3.2.1 重力沉降 3.2.2 离心沉降 3.2.1 重力沉降 沉降的加速段 将一个表面光滑的球形颗粒置于静止的流体中，若，颗粒在重力 的作用下沿重力方向作沉降运动，此时颗粒受到哪些力的作用呢？ Fg = mg = 6 dP P g 3 Fb = 6 dP g 3 1 2 21 2 FD = AP u = d P u 2 4 2 3.2.1重力沉降 根据牛顿第二定律得： F = Fg ? Fb ? FD = ma = 或者 ： 6 dP P g ? 3 6 dP g ? 3 4 dP 2 1 2 3 du u = d P P 2 6 d ? du 3 =( P )g ? u 2 d P 4d P P du 开始瞬间， = 0 ， d 最大，颗粒作加速运动。 u 3.2.1 重力沉降 沉降的等速阶段 随 u ， ,到某一数值 u t 时，式（5-16）右边等于零，此 Fd 时 du = 0 ，颗粒将以恒定不变的速度 u t 维持下降。此 u 称为颗粒的沉 t d 降速度或造端速度。对小颗粒，沉降的加速段很短，加速度所经历的距 离也很小。因此，对小颗粒沉降的加速度可以忽略，而近似认为颗粒始 终以 u t 下降。 3.2.1 重力沉降 颗粒的沉降速度 对球形颗粒，当 du = 0 时，可得 d ut = 4d P ( P ? ) g 3 d P u 式中： = (Re P ) = ( ) 3.2.2 离心沉降 对于两相密度差较小，颗粒粒度较细的非均相物系，可利用颗粒作圆周 运动时的离心力以加快沉降过程。定义同一颗粒所受的离心力与重力之 比为离心分离因数 Fc mr 2 r 2 u 2 = = = = Fg mg g gr r 式中 u = r 为流体和颗粒的切线速度， / s ； 为旋转半径，m ； 为 m rad / 旋转角速度， (弧度） s 。 数值的大小是反映离心分离设备性能的重要指标。若 = 1000 ，则 说明同一颗粒在离心力场中受到的离心力 Fc是在重力场中受到的重力 Fg 的1000倍，当然大大加快沉降分离过程。 3.3过滤 3.3.1过滤概述 （1）过滤是利用可以让液体通过而不能让固体通过的多孔介质，将 悬浮液中的固、液 两相加以分离的操作。 （2）过滤方式 滤饼过滤 深层过滤 （3）过滤介质 织物介质：即棉、毛、麻或各种合成材料制成的织物，也称为滤布。 粒状介质：细纱、木炭、碎石等。 多孔固体介质（一般要能够再生的才行）：多孔陶瓷、多孔塑料、多孔玻璃等 。 3.3.1过滤概述 （4）助滤剂 助滤剂是一种坚硬而形状不规则的小颗粒，能形成结构疏松 而且几乎是不可压缩的滤饼。常用作助滤剂的物质有：硅藻土、 珍珠岩、炭粉、石棉粉等。 若悬浮液中颗粒过于细小将会使通道堵塞，或颗粒受压后变 形较大，滤饼的孔隙率大为减小。造成过滤困难，往往加助滤剂 以增加过滤速率。 助滤剂的加法有两种： 直接以一定比例加到滤浆中一起过滤。若过滤的目的是回收固 体物此法便不适用。 将助滤剂预先涂在滤布上，然后再进行过滤。此法称为预涂。 3.3.2恒压过滤 定义：过滤操作在恒定压强差下进行 。 特点： dq dV 2?p1? s 1? s ，L ，阻力 ，?P一定， 或 ，K = 2k ?p = 为常数 d d r0 方程描述： K （q + qe）dq = 0 2 q 0 d 或 V 2 + 2VV = KA2 或 2 （V + Ve） = KA2 + e） （ e q 2 + 2qqe = K 2 （q + qe） = K + e） （ 若介质阻力略去不计（ qe = 0，Ve = 0， e = 0 ） 则 q 2 = K V 2 = KA2 3.3.3先升压（或先恒速）后恒压过滤 定义：在压差达到恒定之前，已在其他条件（如先升压或先恒速） 下过滤了一段时间 1并获得滤液量 q1，此时压差升到指定的?p ， 此后维持此?p不变进行恒压过滤直到终了。 q 方程描述： （q + qe）dq = K d q1 2 1 （q 2 ? q12） 2qe q ? q1） K ? 1）或（V 2 ? V12） 2Ve V ? V1） KA2 ? 1） + （ = （ + （ = （ 若介质阻力略去不计（ Ve = 0，qe = 0 ） q 2 ? q12 = K ( ? 1 ) V 2 ? V12 = KA2 ( ? 1 ) 3.3.4 过滤常数的测定 K、qe （或Ve = qe A）、 e的测定 1 2 = q + qe 在恒速条件下 ：q K K （ 在恒定过滤时 q ）与q 2 之间具有线性关系，直线的斜率为K ，截距 1 为 K qe 。 在直角坐标上标绘得一直线，由直线斜率可求出K ，由直线截距 qe 2 ，求 及可求出qe ，由 e = K e 3.3.5过滤设备 1板框过滤机 2叶滤机 3转筒过滤机 4厢式压滤机 3.3.6滤饼的洗涤 滤饼分为两类 ： r f 不可压缩滤饼。 p ，基本不变， 不变， （?p） 。 ? 可压缩滤饼。?p ， ，r ，u 。r=f（?p），一般服从如 下的经验关系 ： r = r0 ?p s 1/ 2 式中： 0 单位压强差下滤饼的比阻，即?p = 1Pa 时的比阻， m ； r r s滤饼的压缩系数，无因次。 dq ?p1 = ， ?p1 = p1 ? p2 d r q ?p2 dq = 滤液经过介质的速率为 ，?p2 = p2 ? p3 d r qe 滤液经过过滤饼的速率为 3.3.7过滤机的生产能力 已知A、?p，计算Q，这是典型的操作型问题。叶滤机和板框压滤 机都是典型的间歇式过滤机。其特点是：过滤、洗涤、卸饼、清 洗滤布、组装等操作是依次分阶段进行的。在过滤阶段全部过滤 面积都是有滤液通过（换句话说全部A都在进行过滤）。过滤阶段 以外的时间虽然没有滤液得到，但仍要计入生产时间之内。即计 算Q必须以一个操作周期所需的总时间 为基准。 一个操作周期的总时间 ： = + W + D V 生产能力 ： Q = V = + W + D 在一个操作周期内， D是固定的，与产量 V 无关 。 3.3.7过滤机的生产能力 、 W、与V 有关，V ， ， W 。V由生产任务所定 若 但滤饼厚度 L ，平均过滤速率 ， W ， D 一定 ，V ， Q V 的幅度小于 的幅度， 。 ，L ， 平均过滤速率 ， W ，但 V ，而 D 一定且在一个 Q 周期内所占比例 ， 幅度小于 V 的幅度， 从上面的分析可知，对恒定过滤每一操作周期中必定存在一最佳 的过滤时间 opt 使 Q 最大。因此存在一个最佳操作周期 。 3.3.7过滤机的生产能力 A （ min 为求解方便，将求 Qmax 问题转化为求 ） 问题。 Q A + W + D + W + D = = Q V/A q q 2 + 2qqe 对恒压过滤 ： = K W = 2J （q 2 + qqe）(若 W = ，?pW = ?p，式中K W = K） KW D A q + 2qe 2J = + （q + qe） + Q K KW q 3.4离心机 三足式离心机的转鼓直径一般很大，转速不高（2000r/min）,过 2 滤面