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化工原理3-2_图文

化工原理3-2_图文

第三章、非均相混合物 分离及固体流态化
3.1 沉降分离原理及设备 3.1.1 颗粒相对于流体的运动 3.1.2 重力沉降 3.1.3 离心沉降

1

一、离心沉降速度及分离因数
惯性离心力作用下实现的沉降过程称为离心沉降。 颗粒受到三个力
2 u 3 惯性离心力 = d ? s T 6 R 2 ? 3 uT 向心力= d ? 6 R 2 ? 2 ? ur 阻力 =? d 4 2

?

颗粒的圆周 运动速度

颗粒与流体 在径向上的 相对速度
2

一、离心沉降速度及分离因数
上述三个力达到平衡时:
?
2 2 2 u u ? u ? ? d 3 ?s T ? d 3 ? T ? ? d 2 r ? 0 6 R 6 R 4 2

平衡时颗粒在径向上相对于流体的运动速 度ur便是它在此位置上的离心沉降速度:
4d ( ? s ? ? ) uT 2 离心沉降速度 ur ? 3?? R

(3-35)

3

一、离心沉降速度及分离因数
离心沉降时,若颗粒与流体的相对运动处于滞流区, 则可得 2 2

d ( ?s ? ? ) uT ur ? 18? R

同一颗粒所受的离心力与重力之比称为离心分离因 数。 离心分离因素

uT 2 Kc ? gR
4

二、离心沉降设备
1. 旋风分离 器 ( 1 )旋风分 离器的结构 与操作原理

5

二、离心沉降设备
(2)旋风分离器的性能 ①临界粒径
旋风分离器的 进气口宽度 旋风分离器的 进口气速 气流的有效旋 转圈数

9? B dc ? ? N e ? s ui

临界粒径是判断旋风分离器分离效率高低的重要依据。 临界粒径越小,说明旋风分离器的分离性能越好。
6

二、离心沉降设备
②分离效率 总效率η0

C1 ? C2 ?0 ? C1

粒级效率ηpi

?pi

C1i ? C2i ? C 1i
n i ?1

?0 ? ? xi? p i
7

二、离心沉降设备
粒级效率曲线
通过实测旋风分离器进、出气流中所含尘粒 的浓度及粒度分布,可得粒级效率与颗粒直径 di 的对应关系曲线,该曲线称为粒级效率曲线。 分割粒径 径。
d50

粒级效率恰为 50%的颗粒直径,称为分割粒
?D d50 ? 0.27 ui ( ? s ? ? )
8

二、离心沉降设备
同一型式且尺寸比例相同的旋风分离器

d ? p~ d50

曲线相同,因此此曲线估算旋风分离器的效率较 为方便。

9

二、离心沉降设备

图3-11 标准旋风分离器的

? p~

d d50

曲线
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二、离心沉降设备
③压力降
阻力系数 标准旋风分离器为8

?p ? ?

?u
2

2 i

④影响旋风分离器性能的因素 操作温度,颗粒密度、粒径、进口气速度及粉尘 浓度等情况。

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二、离心沉降设备
(3)旋风分离器类型

XLT/A型
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二、离心沉降设备

XLP/B型
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二、离心沉降设备

XLK型(扩散式)
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二、离心沉降设备
(4)旋风分离器的选用 首先应根据系统的物性,结合各型设备的 特点,选定旋风分离器的类型; 然后依据含尘气的体积流量,要求达到的 分离效率,允许的压力降计算决定旋风分离器 的型号与个数。

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二、离心沉降设备
2. 旋液分离器 旋液分离器又称水力旋流器,是利用离心沉 降原理从悬浮液中分离固体颗粒的设备,它的结 构与操作原理和旋风分离器类似。

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第三章、非均相混合物 分离及固体流态化
3.2 过滤分离原理及设备 3.2.1 流体通过固体颗粒床层的流动

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一、固体颗粒群的特性
1.颗粒群的粒度分布 筛分 筛分是用单层或多层筛面将松散的物料按 颗粒粒度分成两个或多个不同粒级产品的过程。 分布函数 分布函数Fi定义为第i层筛网的筛过量占样 品总量的质量分数,以dpi为横坐标,Fi为纵坐 标得到的曲线即为分布函数曲线。
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一、固体颗粒群的特性
频率函数

dF f ? d ?d p ?

图3-16 颗粒的分布函数曲线和频率函数曲线
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一、固体颗粒群的特性
2. 颗粒群的平均直径 粒群的平均直径计算式为
1 dp ? xi ? d pi

(3-46)

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二、固体颗粒床层的特性
1. 床层的空隙率 空隙率以ε表示,即

床层体积-颗粒体积 ?? 床层体积

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二、固体颗粒床层的特性
2. 床层的自由截面积

床层截面上未被颗粒占据的流体可以 自由通过的面积,称为床层的自由截面积。
3. 床层的比表面积 床层的比表面积是指单位体积床层中具 有的颗粒与流体接触的表面积。

若忽略床层中颗粒间相互重叠的接触面
积。
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二、固体颗粒床层的特性

ab ? a(1 ? ? )
床层的比表面积也可用颗粒的堆积密度估算,即

6?b 6 ?1 ? ? ? ab ? ? ?s d d
颗粒的 真实密 度 颗粒的堆 积密度
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二、固体颗粒床层的特性
4. 床层的当量直径 简化模型是将床层中不规则的通道假设成长 度为 L ,当量直径为 d eb 的一组平行细管,并且规 定: ( 1 )细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙容 积; ( 2 )细管的内表面积等于颗粒床层的全部表面积。

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二、固体颗粒床层的特性
依照非圆形管当量直径的定义,可推出

4 ? 床层流动空间 d eb ? 细管的全部内表面积

? d eb ? ( 1-?)a

(3-49)

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三、流体通过固体颗粒床层 (固定床)的压降
流体通过固定床的压力降主要有两方面:

一是流体与颗粒表面间的摩擦作用产生的压力降。
二是流动过程中,孔道截面积突然扩大和突然缩 小以及流体对颗粒的撞击产生的压力降。

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三、流体通过固体颗粒床层 (固定床)的压降
采用计算床层当量直径时所用的简化模型, 将流体通过床层的流动看作流体通过一组当量直 径为deb的平行细管流动,可得到其压力降为:

?Pf L

??

'

(1 ? ? )a

?3
Reb ?

?u 2
?u ? a(1 ? ? ) ?

(3-52)
床层的摩擦系 数,是床层雷 诺数的函数

床层雷诺数

debu1?

?

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三、流体通过固体颗粒床层 (固定床)的压降
康采尼(Kozeny)方程
Reb ? 2

?Pf L

?5

(1 ? ? )2 a 2u ?

?3
0.17 ? Reb ? 330
2 2

(3-55)

欧根(Ergun)方程

?Pf

(1 ? ? ) u? (1 ? ? ) ?u ? 150 3 ? 1.75 3 2 L ? (?s de ) ? (?s de )

(3-58)

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第三章、非均相混合物 分离及固体流态化
3.2 过滤分离原理及设备 3.2.1 流体通过固体颗粒床层的流动 3.2.2 过滤操作的原理

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过滤

过滤是在外力作用下,使悬浮液中的液体 通过多孔介质的孔道,而固体颗粒被截留在介 质上,从而实现固、液分离的操作。

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图3-17 过滤操作示意图

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一、过滤方式
1.饼层过滤 √ 2.深床过滤 3.膜过滤 饼层过滤时发生“架桥”现象

图3-18

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二、过滤介质
(1)对过滤介质的性能要求 具有足够的机构强度和尽可能小的流动阻力, 同时,还应具有相应的化学稳定性,耐腐蚀性和 耐热性。应用于食品和生物制品过滤的介质还应 考虑无毒,不易滋生微生物,易清洗消毒等。 (2)工业上常用的过滤介质的种类 ①织物介质(又称滤布) ②堆积介质 ③多孔固体介质 ④多孔膜
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三、滤饼的压缩性和助滤剂
不可压缩滤饼
当滤饼两侧的压力差增大时,颗粒的形状和颗 粒间的空隙不会发生明显变化,单位厚度床层的流 动阻力可视作恒定。 可压缩滤饼 当滤饼两侧的压力差增大时,颗粒的形状和 颗粒间的空隙会有明显的改变,单位厚度饼层的 流动阻力随压力差增大而增大。
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三、滤饼的压缩性和助滤剂
助滤剂 助滤剂是某种质地坚硬而能形成疏松饼层 的固体颗粒或纤维状物质,将其混入悬浮液或 预涂于过滤介质上,可以改善饼层的性能,使 滤液得以畅流。

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练 习 题 目
思考题

1.分析影响旋风分离器临界粒径的因素。
2.选择旋风分离器时应该依据哪些性能指标?

3.过滤的方式有哪些?饼层过滤时,真正起过滤作
用的是什么?

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