化工原理讲稿-应化沉降与过滤1ppt课件

1、第三章第三章 非均相物系的分别非均相物系的分别 1 1 颗粒与颗粒床层的特性颗粒与颗粒床层的特性2 2 沉降沉降3 3 过滤过滤4 4 离心分别离心分别概概 述述一、均相混合物一、均相混合物物系内部各处均匀，不存在相界面物系内部各处均匀，不存在相界面如：溶液、混合气体如：溶液、混合气体分别方法：分别方法：蒸馏：分别苯甲苯溶液蒸馏：分别苯甲苯溶液吸收：分别含氨的混合空气吸收：分别含氨的混合空气萃取：丙酮水氯苯溶液的分别萃取：丙酮水氯苯溶液的分别结晶：盐水中提取固体盐结晶：盐水中提取固体盐二、非均相物系由具有不同物理性质的分散物质和延续介质所组成的物系，由具有不同物理性质的分散物质和延续介质所组成

2、的物系，有多个相界面。有多个相界面。分散相：物系中处于分散形状的物质分散相：物系中处于分散形状的物质 如：固体颗粒、液滴等。如：固体颗粒、液滴等。延续相：包围分散物质且处于延续形状的物质，又称延续相：包围分散物质且处于延续形状的物质，又称 为分散介质。为分散介质。概概 述述分类：分类：根据延续相的形状根据延续相的形状气态非均相物系：含尘气体，含雾气体；气态非均相物系：含尘气体，含雾气体；液态非均相物系：悬浮液，乳浊液，泡沫液。液态非均相物系：悬浮液，乳浊液，泡沫液。分别方法：分别方法：沉降：重力沉降、离心沉降；沉降：重力沉降、离心沉降；过滤：重力过滤、加压过滤、真空过滤、离心过滤等。过滤：重力

3、过滤、加压过滤、真空过滤、离心过滤等。 概概 述述分别目的：分别目的： 得到合格的产品；得到合格的产品； 回收有用组分：回收催化剂颗粒；回收有用组分：回收催化剂颗粒； 环境维护。环境维护。概概 述述1 1 颗粒与颗粒床层的特性颗粒与颗粒床层的特性一、单颗粒的特性一、单颗粒的特性二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性三、颗粒床层的特性三、颗粒床层的特性一、一、 单颗粒的特性单颗粒的特性36pdV 2pdS ( (一一) )球形颗粒球形颗粒体积：体积：外表积：外表积：比外表积：单位体积颗粒具有的外表积比外表积：单位体积颗粒具有的外表积326m/mdVSap ( (二二) )非球形颗粒非球形颗粒3366

4、VddVeVeV SddSeSeS2体积当量直径体积当量直径deV deV ：体积相等：体积相等外表积当量直径外表积当量直径deS deS ：等外表积：等外表积比外表积当量直径比外表积当量直径dea dea ：等比外表积：等比外表积addaeaea66 外形因数外形因数：球形度：球形度定义：与颗粒等体积的一个球的外表积与颗粒的外表积之比定义：与颗粒等体积的一个球的外表积与颗粒的外表积之比2222eSeVeSeVpddddSS 阐明：阐明： 1 1，对于球形颗粒：，对于球形颗粒：=1=1； 值越大，颗粒外形越接近于球形；值越大，颗粒外形越接近于球形； 对于非球形颗粒，常用体积当量直径对于非球形颗

5、粒，常用体积当量直径deV deV 及及球形度球形度来表示其特征：来表示其特征：eVeVeeVepeVeSeVdddddVSaddSdV 666632V32S22p3二、颗粒群的特性一粒度分布一粒度分布不同粒径范围内所含颗粒的个数或质量分数。不同粒径范围内所含颗粒的个数或质量分数。 丈量颗粒粒度有筛分法、光学法、电学法、丈量颗粒粒度有筛分法、光学法、电学法、流膂力学法等。工业上常见固定床中的混合颗粒，流膂力学法等。工业上常见固定床中的混合颗粒，粒度普通大于粒度普通大于70m70m，通常采用筛分的方法来分，通常采用筛分的方法来分析颗粒群的粒度分布。析颗粒群的粒度分布。 ( (二二) )颗粒群的平

6、均直径颗粒群的平均直径由于颗粒的比外表对流体经过固定床的流动影响最大，由于颗粒的比外表对流体经过固定床的流动影响最大，通常以比外表积相等的原那么定义混合颗粒的平均直径通常以比外表积相等的原那么定义混合颗粒的平均直径dpmdpm。 取取1kg1kg粒子，设总比外表积粒子，设总比外表积SiSi，总体积，总体积ViVi，平均直径，平均直径dpdp，粒子的比外表积，粒子的比外表积= =颗粒比外表积，那么：颗粒比外表积，那么： 326piiipiiidnVdnS )()()6()(6233232piipiieapiipiieaeadndnddndndd 颗颗粒粒的的比比表表面面积积设粒径为设粒径为dpi

7、 dpi 粒子的质量分率为粒子的质量分率为ai ai ，密度为，密度为ss，那么：，那么：sipiispiiiadndna 6633 23piipiieadndnd piipiiipisisieadadaadaad166 ( (二二) )颗粒群的平均直径颗粒群的平均直径三、颗粒床层的特性固定床固定床Fixed bedFixed bed：固定不动的固体颗粒层：固定不动的固体颗粒层例：固定床催化反响器、吸附分别器、离子交换器等。流体例：固定床催化反响器、吸附分别器、离子交换器等。流体在固定床中的流动形状直接影响到传热、传质与化学反响。在固定床中的流动形状直接影响到传热、传质与化学反响。( (一一)

8、 )床层的空隙率床层的空隙率定义：颗粒床层中空隙体积与床层总体积之比。定义：颗粒床层中空隙体积与床层总体积之比。床床层层体体积积颗颗粒粒所所占占的的体体积积床床层层体体积积 阐明：阐明：影响要素：颗粒外形、粒度分布、颗粒直径、床层直径，影响要素：颗粒外形、粒度分布、颗粒直径、床层直径， 填充方法等；填充方法等；均匀的球形颗粒：均匀的球形颗粒： 粒度分布不均匀性粒度分布不均匀性，故提高颗粒的大小均匀性可，故提高颗粒的大小均匀性可增大空隙率增大空隙率； 球形度球形度；填充时遭到震动；填充时遭到震动； 湿法填充湿法填充；器壁效应：同一截面上的床层空隙率不同，壁面附近器壁效应：同一截面上的床层空隙率不

9、同，壁面附近 较较大，故流体驱向壁面处流过，使流体沿床层分布不均；大，故流体驱向壁面处流过，使流体沿床层分布不均； 措施：加大床径，减小颗粒直径；措施：加大床径，减小颗粒直径；( (二二) )床层的平均自在截面积床层的平均自在截面积定义：单位床层截面上未被颗粒占据的面积，定义：单位床层截面上未被颗粒占据的面积，即：颗粒床层横截面上可供流体流通的空隙面积。即：颗粒床层横截面上可供流体流通的空隙面积。( (三三) )床层的比外表积床层的比外表积定义：单位体积床层中所具有的颗粒物料外表积。定义：单位体积床层中所具有的颗粒物料外表积。1baa2 2 沉降沉降一、重力沉降一、重力沉降二、重力沉降设备二、

10、重力沉降设备三、离心沉降三、离心沉降四、离心沉降设备四、离心沉降设备一、重力沉降一、重力沉降一颗粒的自在沉降一颗粒的自在沉降自在沉降：单个颗粒在流体中沉降，或者颗粒群在流体中足自在沉降：单个颗粒在流体中沉降，或者颗粒群在流体中足够分散、颗粒之间互不接触和互不碰撞条件下的沉降。够分散、颗粒之间互不接触和互不碰撞条件下的沉降。阻力阻力FdFd浮力浮力FbFb重力重力FgFggdFsg36gdFb362422udFd1.球形颗粒的自在沉降球形颗粒的自在沉降一、重力沉降一、重力沉降阻力阻力FdFd浮力浮力FbFb重力重力FgFgddumFFFdbg243)(udgddusss由牛顿第二定律由牛顿第二定

11、律整理整理, ,得得加速阶段：加速运动；加速阶段：加速运动；等速阶段：等速运动。等速阶段：等速运动。沉降速度沉降速度utut243)(tsssudg3)(4gdust2.2.阻力系数阻力系数实际证明，阻力系数是颗粒与流体相对运动时雷诺准数实际证明，阻力系数是颗粒与流体相对运动时雷诺准数的函数的函数)(epRf teduRp一、重力沉降一、重力沉降(1) 10-4Rep2(1) 10-4Rep2，层流区，层流区(2) 2Rep500(2) 2Rep500，过渡区，过渡区 (3) 500Rep2(3) 500Rep2105105，湍流区，湍流区peR24 60518.p.eR 440. 3)(4g

12、dust一、重力沉降一、重力沉降(1) 10-4Rep2(1) 10-4Rep2，层流区，层流区(2) 2Rep500(2) 2Rep500，过渡区，过渡区(3) 500Rep2(3) 500Rep2105105，湍流区，湍流区一、重力沉降一、重力沉降斯托克斯公式斯托克斯公式阿仑公式阿仑公式牛顿公式牛顿公式29. 043. 071. 0p14. 1pt)(d78. 0u 18g)(dup2pt g)(d74. 1uppt沉降速度沉降速度ututSettling VelocitySettling Velocity的计的计算算试差法：试差法：假设流型假设流型相应公式求相应公式求utut计算雷诺数计

13、算雷诺数RepRep输出输出ututYesNo一、重力沉降一、重力沉降检验检验流型流型摩擦数群法：摩擦数群法：34pptgdu234tppugd232222223434pptptppepgdudugdR31231243 )(gdRKppep取：取：一、重力沉降一、重力沉降取取K K为判据：为判据： 层流区：取层流区：取Rep=2Rep=2，=24/Rep=24/Rep，那么，那么K =3.3K =3.3，故：故：K3.3K3.3，按照斯托克斯公式求，按照斯托克斯公式求ut ut ；过渡区：过渡区：K =3.343.6K =3.343.6，阿仑公式，阿仑公式湍流区：湍流区：K43.6K43.6，

14、牛顿公式，牛顿公式一、重力沉降一、重力沉降4.4.非球形颗粒的自在沉降非球形颗粒的自在沉降一、重力沉降一、重力沉降当非均相物系的颗粒较多，颗粒之间相距很近时，颗粒当非均相物系的颗粒较多，颗粒之间相距很近时，颗粒沉降时会遭到周围其它颗粒的影响，相互关扰，这种沉沉降时会遭到周围其它颗粒的影响，相互关扰，这种沉降称为干扰沉降。干扰沉降的速度比自在沉降时小。必降称为干扰沉降。干扰沉降的速度比自在沉降时小。必要时可用某些阅历方法加以校正。要时可用某些阅历方法加以校正。一、重力沉降一、重力沉降( (二二) )干扰沉降干扰沉降一、重力沉降一、重力沉降( (三三) )器壁效应器壁效应 颗粒与容器壁面间的摩擦碰

15、撞对颗粒的沉降速度产生颗粒与容器壁面间的摩擦碰撞对颗粒的沉降速度产生的影响。颗粒粒径的影响。颗粒粒径dpdp与容器直径与容器直径D D之比值越大，器壁效应之比值越大，器壁效应影响越大。普通当影响越大。普通当dp/Ddp/D0.01 0.01 时，器壁效应的影响会使时，器壁效应的影响会使颗粒的沉降速度减小。颗粒的沉降速度减小。 层流校正：层流校正：tptudu)D/(.1121湍流校正：湍流校正：t2/14p2p)D/d(1 )D/d(1uut二、重力沉降设备二、重力沉降设备 1.1.降尘室降尘室 降尘室的计算降尘室的计算简化假定：简化假定： 将降尘室简化为高为将降尘室简化为高为H H、宽为、宽

16、为W W、长为、长为L L的长方体，入口的长方体，入口端气体中的颗粒均匀分布在整个截面上。端气体中的颗粒均匀分布在整个截面上。颗粒经过降尘段的时间颗粒经过降尘段的时间( (停留时间停留时间) )为：为：分别条件：分别条件：分别条件：分别条件：uLuHtt 沉降时间为：沉降时间为： = L/u = L/u ；t = H/utt = H/ut计算内容：计算内容：含尘气体的处置量含尘气体的处置量故：降尘室的消费才干实际上正比于颗粒的沉降速度和降故：降尘室的消费才干实际上正比于颗粒的沉降速度和降尘室的底面积，而与沉降室的高度无关；尘室的底面积，而与沉降室的高度无关；AVuHuHsttLuLWHAbAW

17、ttsuLuV一定处置量下能除去的最小颗粒直径一定处置量下能除去的最小颗粒直径AVuHuHsttLuLWHAWLVustpmind计算内容：计算内容：临界直径临界直径dc多层降尘室的消费才干；多层降尘室的消费才干；假设为假设为n层隔板：层隔板：tbsuAnV)(1计算内容：计算内容：构造简单、流动阻力小；构造简单、流动阻力小； 体积庞大、分别效率低，适用于体积庞大、分别效率低，适用于dpdp50m50m的粗颗粒，的粗颗粒， 预除尘用。预除尘用。 特点特点三、离心沉降三、离心沉降1.1.离心沉降速度离心沉降速度可推导出：可推导出：ruduTppr342阐明：阐明：颗粒的沉降速度颗粒的沉降速度(

18、(如颗粒细小，如颗粒细小，Rep2.0Rep2.0，服从斯托克斯，服从斯托克斯定律定律) )为：为：定义：离心分别因数定义：离心分别因数trTccuugrugaK2ruduTppr2218四、离心沉降设备四、离心沉降设备( (一一) )旋风分别器旋风分别器根本构造与操作原理根本构造与操作原理性能参数性能参数(1)(1)分别效率：分别效率：总效率：总效率：分别效率是衡量气流在旋风分别器内净化程度的目的。分别效率是衡量气流在旋风分别器内净化程度的目的。被旋风分别器除掉的颗粒质量占进口含尘气体中全部颗被旋风分别器除掉的颗粒质量占进口含尘气体中全部颗粒质量的分率：粒质量的分率：1201cccc1c1、c2 c2 分别为进、出口气体中颗分别为进、出口气体中颗粒的质量浓度粒的质量浓度(g/cm3)(g/cm3)。 通常工业上用总效率表示旋风分别器的效率。通常工业上用总效率表示旋风分别器的效率。分效率粒级效率：分效率粒级效率：121iiiicccci1ci1、 ci2 ci2 分别为粒径分别为粒径为为 di di 的颗粒在进、出的颗粒在进、出口气体中的质量浓度。口气体中的质量浓度。入口气体中某一粒级入口气体中某一粒级didi的颗粒被旋风分别器除掉的分率。的颗粒被旋风分别器除掉的分率。分割直径分割直径d50d50：能被分别下来：能