化工原理第三章非均相物系的分离ppt课件

第三章是异质物质系统的分离，要求：1 .掌握重力沉降原理和设备的工艺计算；2.掌握离心沉降原理和设备性能；3.了解过滤操作的基本原理和方程式；4.掌握恒压过滤的基本方程及其应用；5.掌握过滤常数的测定；6.掌握过滤设备的工作原理和计算。气态：含尘气体，液态：悬浮，均质混合物：溶液和混合气体，非均质混合物，3.1颗粒特性，2 .非均质混合物的分离方法1)沉降(重力沉降和离心沉降)，2)过滤，1)混合物的分类，煤矸石：煤炭生产中产生的岩石。包括混有煤的岩石、巷道掘进排出的岩石、采空区坍塌的岩石、工作面坍塌的岩石以及选煤过程排出的含碳岩石。(1)回收分散物质，如从母液中分离晶粒(如海盐生产)；来自催化反应器的气体通常携带催化剂颗粒，这些有价值的颗粒必须回收。2)劳动保护和环境卫生。对于废气、废液和废渣这三种废物的处理(环境保护)，非均相系统分离的目的是为了消除这些好处。总之：满足工艺要求，提高产品质量，改善工作条件，保护环境，节约能源，提高经济效益。(1)球形颗粒AS，4 d:颗粒直径；v:球形粒子的体积；As:球形颗粒的表面积；As:比表面积-单位体积颗粒的表面积。AS=d2，球形颗粒的比表面积：(1)描述颗粒的形状，和(1)颗粒的形状系数(球形度),表明颗粒的形状接近球形度；=粒子离球体越近。球形颗粒：2)非球形颗粒，2)颗粒的比表面积a，表明如果v相同，颗粒越接近球形。(2)粒径描述等体积当量直径de，V(非球形颗粒)指球形颗粒的直径等于颗粒体积。de、V和a、之间的关系如下：(1)标准筛有不同系列(见附录20-普通筛规格：中国、日本、德国)。由金属丝制成，这个洞类似于一个正方形。泰勒标准筛是常用的。筛号(筛孔数):每英寸长度的筛网上的筛孔数；筛余：通过筛孔的颗粒数量；筛网余量：筛网表面上捕获的颗粒数量。国际标准筛系统：泰勒标准单位：目数-是指筛距1英寸(25.4毫米)以内的目数，标准筛系列：1014202835486510045020270325400，其中最小的为400目，孔径为38 m(a，d单位毫米)。以100目为例(P354):目的直径规定为0.0042英寸(0.107毫米)，因此目的宽度为：1/100-0.0042=0.0058英寸(0.147毫米)。相邻网格数的网格大小由网格的净宽度计算，并以倍数增加，即网格面积以2的倍数增加。(2)颗粒群的平均特征参数平均比表面积等于颗粒群的比表面积当量直径和颗粒在一层筛网上的质量分数；人工智能比表面积；戴混合颗粒中各种尺寸颗粒的等比表面积当量直径。目的：流体与固体颗粒分离的原理：利用颗粒与流体之间的密度差将固体颗粒从流体中分离出来。常用方法：(1)重力沉降(分离较大颗粒)，例如：矿物分离(2)离心沉降(分离小颗粒)，例如：气体除尘，3.2沉降，当粒子在不可压缩的连续流体中稳定运行时，粒子将受到流体的阻力。这种阻力由两部分组成：形状阻力(边界层分离产生的涡流)和摩擦阻力。流体阻力的方向与颗粒运动的方向相反，其大小与流体和颗粒之间的相对运动速度U、流体密度、粘度以及颗粒的大小和形状有关。对于非球形粒子，这种关系非常复杂3.2.1流体阻力和阻力系数，对于球形颗粒，流体阻力的计算公式为：颗粒雷诺数，阻力系数。通过量纲分析，当颗粒相对于流体运动时，值是雷诺数的函数。颗粒投影面积、牛顿阻力公式、3.2.1流体阻力与阻力系数、颗粒沉降阻力系数与雷诺数的关系、实验结果表明，球形颗粒阻力系数的变化规律可分为4段：阻力系数，在此范围内，可近似取为：段4，这在实际工业沉降过程中一般达不到。颗粒开始沉降的瞬间，速度u=0，因此阻力Fd=0，a颗粒开始沉降后的最大值，uFd当uut时，a=0。在恒速阶段，颗粒相对于流体的速度ut称为沉降速度。3.2.2重力沉降，1。球形颗粒的自由沉降速度(以重力方向为正方向)，重力：直径为D、密度为s的球形颗粒在密度为s的流体中的重力和浮力分别为：浮力：阻力：阻力系数：颗粒匀速运动，导致：球形颗粒自由沉降速度：过渡区(艾伦区，210m(75m效果更好)。本发明结构简单，流阻小，但体积大，分离效率低。它通常只适用于分离粒径大于50m的粗颗粒，用作预除尘。沉降速度u0应根据需要完全分离的最小颗粒尺寸进行计算。气体速度U通常应确保气体处于层流区域，以免干扰颗粒沉降或再次提升颗粒。工业抑尘设备多为单室平板或多板结构。多层沉淀室，Q(n 1)BLu0，生产能力：灰尘沉降室的计算、设计类型、操作类型、已知气体处理能力和灰尘去除要求、灰尘沉降室尺寸的计算、当用已知尺寸的灰尘沉降室处理一定量的含尘气体时可以完全去除的最小颗粒尺寸的计算、或者当要求完全去除直径为dp的灰尘颗粒时可以处理的气体流速的计算。实施例3:沉降室长7.0m，高12m，空气速度30cm/s，尘粒密度2.5g/cm3，空气粘度2810-6Pas。计算沉降室可以100%捕获的最小颗粒尺寸。颗粒能够沉降和分离的条件，因为，因此，实施例4:除尘室高2m，宽2m，长5m，用于从矿石焙烧炉的炉气中去除灰尘。矿尘密度为4500，形状接近于一个圆球。在操作条件下，气体流量为25000，气体密度为0.6，粘度为。试着找到理论上可以完全去除的最小粒径。解决方案：假设沉降在层流区，它证明它不在层流区，然后假设它在过渡区。因此，建议实施例5:灰尘沉降室从大气炉气中去除球形灰尘颗粒。沉降室的宽度和长度分别为2m和6m，气体处理能力为2.564m3/s，密度=0.5kg/m3，粘度=3.410-5Pa.s，固体密度S=400kg/m3。在操作条件下，气体速度不超过0.5 m/s。灰尘沉降室的总高度h，m；2.理论上可以完全分离的最小粒径；3.40m颗粒的回收率；4.为了完全分离粒径为10m的颗粒，降尘室内应安装多少层水平隔板？解决方案：2。理论上可以完全去除的最小粒径，1。灰尘沉降室的总高度h。dmin是通过测试差值法从u0计算出来的。假设颗粒在斯托克斯区沉降，计算沉降流型。3.粒径为40m的颗粒的回收率。最初的假设是正确的。假设粒径为40 m的颗粒处于滞止区，它们的沉降速度和气体通过沉降室的沉降时间为，取33层，板间距：水平挡板层数：Q(n 1)BLu0。在含尘气体进入反应器之前，必须清除灰尘。包含的尘粒密度为3000千克/立方米。在操作条件下，气体体积流量为4.0m3/s，密度为0.86kg/m3，粘度为0.02cp，沉降室的高度、宽度和长度为2 m2m 5 m。试计算：(1)沉降室能去除的最小粒径为100%；(2)如果用于灰尘沉降室的隔板被分成10层，并且要被100%去除的最小颗粒没有改变，也就是说，差压和分钟没有改变，但是也知道没有改变。因此，各分离室的气体处理能力Vs不变，仍为4.0m3/s，因此粉尘沉降室的总生产能力为：3.2.4离心沉淀，离心沉淀：沉淀过程是在惯性离心力的作用下实现的。它适用于分离密度差小、粒度细的非均相体系。离心沉降效率高于重力沉降效率。离心沉降速度，ar-离心加速度ut-颗粒的切向速度；UR-颗粒径向速度，离心沉降速度。如果颗粒是球形的，在径向沉降方向上作用于它们的力是：重力沉降中的浮力是被置换流体的重力，离心沉降中的离心力是被置换流体的离心力。当力等于阻力(平衡)时，离心沉降速度ur，惯性离心力场和重力场之间的差，重力加速度g，ut2/r，指向地球中心，沿着旋转半径从中心指向外圆周，Fg=mg，注：颗粒离心沉降速度的方向是从圆心径向向外圆周；然而，由于粒子和流体同时作圆周运动，粒子的实际轨迹是半径逐渐扩大的螺旋线。离心沉降速度不是颗粒的实际运动速度，而只是径向分量。与重力沉降速度相比，(1)方向不同，(2)重力沉降速度是一个固定值，但离心沉降速度不是一个固定值。相同介质中相同颗粒的离心沉降速度与重力沉降速度之比：离心分离系数：-衡量离心分离性能的一个指标，表明fC越大，分离效率越高，是评价离心分离设备的一个重要指标。离心力的比重为1，000，000倍，重力沉降，分离气体中固体颗粒的旋风分离器(关键点)，分离液体中固体颗粒的水力旋流器分离器，离心沉降，分离气体中固体颗粒的粉尘沉降室(关键点)，分离液体中固体颗粒的沉降罐，沉降，3.2.5离心沉降设备，(1)结构和工作原理，1。旋风分离器，工业上使用的两种类型：旋风(旋风或水力旋流器)装置和离心沉降机。旋风分离器：设备是静止的，流体是旋转的。离心沉降器：设备本身随着液体旋转。含尘气体以较高的线速度切向进入装置，在外筒和排气管之间形成向下旋转的外螺旋流场，并形成以相同旋转方向向上旋转的内螺旋流场，直到上排气管到达锥底流出。颗粒在离心力的作用下被抛向装置的壁面，并在重力的作用下沿壁面下落至排灰口排出。进气口形状：矩形尺寸：进气管h、b；气缸直径d(主要尺寸)；出口直径D1。可以去除直径为5至75微米的尘粒。分离效果的压降、临界直径分离效率，(2)旋风分离器和旋风分离器能够分离的分离性能、粒径是其主要性能之一。(1)临界直径dc，评价指标，总效率，粒径效率，理论上可以完全分离的最小颗粒。根据计算公式得出的假设是：a .旋风分离器中颗粒和气体的切向速度ut是恒定的，与位置无关，等于速度，旋风分离器，设置：气体旋转数N(标准旋风分离器可以取N=5，一般为0.5 3.0)，然后气流行进距离：-临界直径(最小直径)(能够完全分离的颗粒直径)，注意：在推导过程中，做了两个假设(a，颗粒和气体的切向速度ut是恒定的，与位置无关，等于入口速度UI；b，通过颗粒沉降过程的气流的最大厚度等于入口宽度b)，这与实际情况大不相同，但是因为这个公式非常简单，只要给出适当的n值，它仍然是可用的。标准的旋风分离器可以采用N=5。标准旋风分离器：尺寸关系：讨论：1b、D、DC、效率在相同生产能力的情况下，有一个大旋风分离器和几个小旋风分离器(入口气体速度相同)，应采用哪种方案？讨论：ii UIDC效率但阻力旋风分离器的入口气体速度应适当选择，不要太高也不要太低(10-25m/s)。临界直径不仅与颗粒和气体的性质有关，还与旋风分离器的结构和产量有关。处理能力越大，颗粒密度越大，入口越窄，纵横比越大(停留时间越长)，临界直径越小，分离性能越好。(2)分离效率总效率和粒度效率从含尘气体中分离的所有颗粒的质量百分比0称为总效率：旋风分离器，从含尘气体中分离的具有一定粒度的颗粒