化工原理 第四章

第四章固体颗粒流体力学基础与机械分离,化工原理,第四章固体颗粒流体力学基础与机械分离,固体颗粒特性,固体颗粒在流体中运动时的阻力,沉降分离,过滤,固体流态化,其他机械分离技术,4.1固体颗粒特性,4.1.1单一颗粒特性,（1）球形颗粒（4-1）（4-2）（4-3）（2）非球形颗粒（4-4）,4.1.2颗粒群的特性,（1）粒度分布,4.1.2颗粒群的特性,（2）颗粒的平均直径颗粒平均直径的计算方法很多，其中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直径的颗粒质量为Gi，筛分直径为di。根据比表面积相等原则，颗粒群的平均比表面积直径可写为（4-9）,4.1.3粒径测量,4.1.3粒径测量,4.2固体颗粒在流体中运动时的阻力,4.2固体颗粒在流体中运动时的阻力,4.3沉降分离,4.3.1重力沉降,（1）光滑球形颗粒在静止流体中的自由沉降,4.3.1重力沉降,4.3.1重力沉降,（2）重力沉降设备降尘室,4.3.1重力沉降,沉降槽,4.3.1重力沉降,分级器,4.3.2离心沉降,（1）离心沉降速度,4.3.2离心沉降,（2）离心沉降设备旋风分离器,4.3.2离心沉降,临界直径（4-22）分离效率,4.3.2离心沉降,（4-22）阻力损失气体通过旋风分离器时受器壁的摩擦阻力、流动时局部阻力以及气体旋转运动所产生的动能损失影响，造成气体的压强降低，该压降可表示为（4-23）,4.3.2离心沉降,旋液分离器,4.3.2离心沉降,环流式旋风除尘器与液固分离器,4.3.2离心沉降,4.3.2离心沉降,离心沉淀机,4.4沉降,4.4.1过滤原理,（1）过滤过程,4.4.1过滤原理,4.4.1过滤原理,（2）过滤操作分类,4.4.1过滤原理,（3）过滤介质,4.4.2过滤原理,（1）过滤基本方程式表述（4-27）（4-28）（4-29）,4.4.2过滤原理,（2）恒压过滤基本方程式（4-34）（4-35）K与物料特性及压强差有关，单位为m2/s；qe与过滤介质阻力大小有关，单位为m3/m2。二者均可由实验测定。,4.4.3过滤设备,（1）板框压滤机,4.4.3过滤设备,（2）加压叶滤机,4.4.3过滤设备,（3）转筒真空过滤机,4.4.3过滤设备,（4）袋式过滤器,4.4.3过滤设备,4.4.3过滤设备,（4）袋式过滤器,4.4.4过滤操作的改进,（1）使用助滤剂常用的助滤剂有硅藻土、珍珠岩或石棉粉、炭粉等刚性好的颗粒。助滤剂有两种使用方法，一种是把助滤剂与水混合成的悬浮液在滤布上先进行预滤，使滤布上形成l3mm助滤剂层然后正式过滤，此法可防止滤布堵塞；另一种是将助滤剂混在料浆中一道过滤，此法只能用于滤饼不予回收的情况。,4.4.4过滤操作的改进,（2）动态过滤为了在过滤过程中限制滤饼的增厚，蒂勒于1977年提出了一种新的过滤方式，即料浆沿过滤介质平面的平行方向高速流动，使滤饼在剪切力作用下被大部分铲除，以维持较高的过滤能力。因滤液与料浆流动方向呈错流，故称错流式过滤，又因滤饼被基本铲除，亦称为无滤饼过滤，但较多的称法为动态过滤。,4.4.4过滤操作的改进,（3）深层过滤以固体颗粒固定床作为过滤介质，将悬浮液中的固体粒子截留在床层内部，且过滤介质表面不生成滤饼的过滤称为深层过滤。,4.5固体流态化,4.5.1固体流态化现象,（1）固定床阶段（2）流化床阶段散式流化聚式流化（3）输送床阶段,4.5.1固体流态化现象,4.5.1固体流态化现象,4.5.1固体流态化现象,（1）腾涌现象（2）沟流,4.5.2固体流态化流体力学特性,（1）压降与流速的关系,4.5.2固体流态化流体力学特性,（2）流化床的流体空速范围临界流化速度umf（4-37）带出速度,4.5.2固体流态化流体力学特性,（3）流化床的操作范围流化床的操作范围，为空塔速度的上下极限，用比值ut/umf的大小来衡量。ut/umf称为流化数。对于细颗粒，ut/umf=91.7；对于大颗粒，ut/umf=8.62。研究表明，上面两个ut/umf的上下限值与实验数据基本相符，ut/umf值常在1090之间。细颗粒流化床较粗颗粒有更宽的流速操作范围。,4.5.3分布板对流化质量的影响,（1）分布板的作用（2）分布板的形式,4.5.3分布板对流化质量的影响,4.5.3分布板对流化质量的影响,4.5.4固体流态化技术的应用,4.5.4固体流态化技术的应用,4.5.4固体流态化技术的应用,4.5.4固体流态化技术的应用,4.6其他机械分离技术,4.6.1静电除尘,4.6.1静电除尘,4.6.1静电除尘,4.6.2湿法捕集,（1）在捕集气体内悬浮物的同时，只要液体选用适当，还可吸收而除去气体内的有害组分，所以用途更为广泛。（2）在消耗同样能量的情况下，湿法捕集一般可比干法捕集的除尘效率高，而且能处理粘性大的固体颗粒，但不适于处理憎水性和水硬性颗粒