化工原理講稿-應(yīng)化沉降與過濾1ppt課件

1、第三章第三章 非均相物系的分別非均相物系的分別 1 1 顆粒與顆粒床層的特性顆粒與顆粒床層的特性2 2 沉降沉降3 3 過濾過濾4 4 離心分別離心分別概概 述述一、均相混合物一、均相混合物物系內(nèi)部各處均勻，不存在相界面物系內(nèi)部各處均勻，不存在相界面如：溶液、混合氣體如：溶液、混合氣體分別方法：分別方法：蒸餾：分別苯甲苯溶液蒸餾：分別苯甲苯溶液吸收：分別含氨的混合空氣吸收：分別含氨的混合空氣萃?。罕缺饺芤旱姆謩e萃取：丙酮水氯苯溶液的分別結(jié)晶：鹽水中提取固體鹽結(jié)晶：鹽水中提取固體鹽二、非均相物系由具有不同物理性質(zhì)的分散物質(zhì)和延續(xù)介質(zhì)所組成的物系，由具有不同物理性質(zhì)的分散物質(zhì)和延續(xù)介質(zhì)所組成

2、的物系，有多個(gè)相界面。有多個(gè)相界面。分散相：物系中處于分散形狀的物質(zhì)分散相：物系中處于分散形狀的物質(zhì) 如：固體顆粒、液滴等。如：固體顆粒、液滴等。延續(xù)相：包圍分散物質(zhì)且處于延續(xù)形狀的物質(zhì)，又稱延續(xù)相：包圍分散物質(zhì)且處于延續(xù)形狀的物質(zhì)，又稱 為分散介質(zhì)。為分散介質(zhì)。概概 述述分類：分類：根據(jù)延續(xù)相的形狀根據(jù)延續(xù)相的形狀氣態(tài)非均相物系：含塵氣體，含霧氣體；氣態(tài)非均相物系：含塵氣體，含霧氣體；液態(tài)非均相物系：懸浮液，乳濁液，泡沫液。液態(tài)非均相物系：懸浮液，乳濁液，泡沫液。分別方法：分別方法：沉降：重力沉降、離心沉降；沉降：重力沉降、離心沉降；過濾：重力過濾、加壓過濾、真空過濾、離心過濾等。過濾：重力

3、過濾、加壓過濾、真空過濾、離心過濾等。 概概 述述分別目的：分別目的： 得到合格的產(chǎn)品；得到合格的產(chǎn)品； 回收有用組分：回收催化劑顆粒；回收有用組分：回收催化劑顆粒； 環(huán)境維護(hù)。環(huán)境維護(hù)。概概 述述1 1 顆粒與顆粒床層的特性顆粒與顆粒床層的特性一、單顆粒的特性一、單顆粒的特性二、顆粒群的特性二、顆粒群的特性三、顆粒床層的特性三、顆粒床層的特性一、一、 單顆粒的特性單顆粒的特性36pdV 2pdS ( (一一) )球形顆粒球形顆粒體積：體積：外表積：外表積：比外表積：?jiǎn)挝惑w積顆粒具有的外表積比外表積：?jiǎn)挝惑w積顆粒具有的外表積326m/mdVSap ( (二二) )非球形顆粒非球形顆粒3366

4、VddVeVeV SddSeSeS2體積當(dāng)量直徑體積當(dāng)量直徑deV deV ：體積相等：體積相等外表積當(dāng)量直徑外表積當(dāng)量直徑deS deS ：等外表積：等外表積比外表積當(dāng)量直徑比外表積當(dāng)量直徑dea dea ：等比外表積：等比外表積addaeaea66 外形因數(shù)外形因數(shù)：球形度：球形度定義：與顆粒等體積的一個(gè)球的外表積與顆粒的外表積之比定義：與顆粒等體積的一個(gè)球的外表積與顆粒的外表積之比2222eSeVeSeVpddddSS 闡明：闡明： 1 1，對(duì)于球形顆粒：，對(duì)于球形顆粒：=1=1； 值越大，顆粒外形越接近于球形；值越大，顆粒外形越接近于球形； 對(duì)于非球形顆粒，常用體積當(dāng)量直徑對(duì)于非球形顆

5、粒，常用體積當(dāng)量直徑deV deV 及及球形度球形度來(lái)表示其特征：來(lái)表示其特征：eVeVeeVepeVeSeVdddddVSaddSdV 666632V32S22p3二、顆粒群的特性一粒度分布一粒度分布不同粒徑范圍內(nèi)所含顆粒的個(gè)數(shù)或質(zhì)量分?jǐn)?shù)。不同粒徑范圍內(nèi)所含顆粒的個(gè)數(shù)或質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 丈量顆粒粒度有篩分法、光學(xué)法、電學(xué)法、丈量顆粒粒度有篩分法、光學(xué)法、電學(xué)法、流膂力學(xué)法等。工業(yè)上常見固定床中的混合顆粒，流膂力學(xué)法等。工業(yè)上常見固定床中的混合顆粒，粒度普通大于粒度普通大于70m70m，通常采用篩分的方法來(lái)分，通常采用篩分的方法來(lái)分析顆粒群的粒度分布。析顆粒群的粒度分布。 ( (二二) )顆粒群的平

6、均直徑顆粒群的平均直徑由于顆粒的比外表對(duì)流體經(jīng)過固定床的流動(dòng)影響最大，由于顆粒的比外表對(duì)流體經(jīng)過固定床的流動(dòng)影響最大，通常以比外表積相等的原那么定義混合顆粒的平均直徑通常以比外表積相等的原那么定義混合顆粒的平均直徑dpmdpm。 取取1kg1kg粒子，設(shè)總比外表積粒子，設(shè)總比外表積SiSi，總體積，總體積ViVi，平均直徑，平均直徑dpdp，粒子的比外表積，粒子的比外表積= =顆粒比外表積，那么：顆粒比外表積，那么： 326piiipiiidnVdnS )()()6()(6233232piipiieapiipiieaeadndnddndndd 顆顆粒粒的的比比表表面面積積設(shè)粒徑為設(shè)粒徑為dpi

7、 dpi 粒子的質(zhì)量分率為粒子的質(zhì)量分率為ai ai ，密度為，密度為ss，那么：，那么：sipiispiiiadndna 6633 23piipiieadndnd piipiiipisisieadadaadaad166 ( (二二) )顆粒群的平均直徑顆粒群的平均直徑三、顆粒床層的特性固定床固定床Fixed bedFixed bed：固定不動(dòng)的固體顆粒層：固定不動(dòng)的固體顆粒層例：固定床催化反響器、吸附分別器、離子交換器等。流體例：固定床催化反響器、吸附分別器、離子交換器等。流體在固定床中的流動(dòng)形狀直接影響到傳熱、傳質(zhì)與化學(xué)反響。在固定床中的流動(dòng)形狀直接影響到傳熱、傳質(zhì)與化學(xué)反響。( (一一)

8、 )床層的空隙率床層的空隙率定義：顆粒床層中空隙體積與床層總體積之比。定義：顆粒床層中空隙體積與床層總體積之比。床床層層體體積積顆顆粒粒所所占占的的體體積積床床層層體體積積 闡明：闡明：影響要素：顆粒外形、粒度分布、顆粒直徑、床層直徑，影響要素：顆粒外形、粒度分布、顆粒直徑、床層直徑， 填充方法等；填充方法等；均勻的球形顆粒：均勻的球形顆粒： 粒度分布不均勻性粒度分布不均勻性，故提高顆粒的大小均勻性可，故提高顆粒的大小均勻性可增大空隙率增大空隙率； 球形度球形度；填充時(shí)遭到震動(dòng)；填充時(shí)遭到震動(dòng)； 濕法填充濕法填充；器壁效應(yīng)：同一截面上的床層空隙率不同，壁面附近器壁效應(yīng)：同一截面上的床層空隙率不

9、同，壁面附近 較較大，故流體驅(qū)向壁面處流過，使流體沿床層分布不均；大，故流體驅(qū)向壁面處流過，使流體沿床層分布不均； 措施：加大床徑，減小顆粒直徑；措施：加大床徑，減小顆粒直徑；( (二二) )床層的平均自在截面積床層的平均自在截面積定義：?jiǎn)挝淮矊咏孛嫔衔幢活w粒占據(jù)的面積，定義：?jiǎn)挝淮矊咏孛嫔衔幢活w粒占據(jù)的面積，即：顆粒床層橫截面上可供流體流通的空隙面積。即：顆粒床層橫截面上可供流體流通的空隙面積。( (三三) )床層的比外表積床層的比外表積定義：?jiǎn)挝惑w積床層中所具有的顆粒物料外表積。定義：?jiǎn)挝惑w積床層中所具有的顆粒物料外表積。1baa2 2 沉降沉降一、重力沉降一、重力沉降二、重力沉降設(shè)備二、

10、重力沉降設(shè)備三、離心沉降三、離心沉降四、離心沉降設(shè)備四、離心沉降設(shè)備一、重力沉降一、重力沉降一顆粒的自在沉降一顆粒的自在沉降自在沉降：?jiǎn)蝹€(gè)顆粒在流體中沉降，或者顆粒群在流體中足自在沉降：?jiǎn)蝹€(gè)顆粒在流體中沉降，或者顆粒群在流體中足夠分散、顆粒之間互不接觸和互不碰撞條件下的沉降。夠分散、顆粒之間互不接觸和互不碰撞條件下的沉降。阻力阻力FdFd浮力浮力FbFb重力重力FgFggdFsg36gdFb362422udFd1.球形顆粒的自在沉降球形顆粒的自在沉降一、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由牛頓第二定律由牛頓第二定

11、律整理整理, ,得得加速階段：加速運(yùn)動(dòng)；加速階段：加速運(yùn)動(dòng)；等速階段：等速運(yùn)動(dòng)。等速階段：等速運(yùn)動(dòng)。沉降速度沉降速度utut243)(tsssudg3)(4gdust2.2.阻力系數(shù)阻力系數(shù)實(shí)際證明，阻力系數(shù)是顆粒與流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)雷諾準(zhǔn)數(shù)實(shí)際證明，阻力系數(shù)是顆粒與流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)雷諾準(zhǔn)數(shù)的函數(shù)的函數(shù))(epRf teduRp一、重力沉降一、重力沉降(1) 10-4Rep2(1) 10-4Rep2，層流區(qū)，層流區(qū)(2) 2Rep500(2) 2Rep500，過渡區(qū)，過渡區(qū) (3) 500Rep2(3) 500Rep2105105，湍流區(qū)，湍流區(qū)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，層流區(qū)，層流區(qū)(2) 2Rep500(2) 2Rep500，過渡區(qū)，過渡區(qū)(3) 500Rep2(3) 500Rep2105105，湍流區(qū)，湍流區(qū)一、重力沉降一、重力沉降斯托克斯公式斯托克斯公式阿侖公式阿侖公式牛頓公式牛頓公式29. 043. 071. 0p14. 1pt)(d78. 0u 18g)(dup2pt g)(d74. 1uppt沉降速度沉降速度ututSettling VelocitySettling Velocity的計(jì)的計(jì)算算試差法：試差法：假設(shè)流型假設(shè)流型相應(yīng)公式求相應(yīng)公式求utut計(jì)算雷諾數(shù)計(jì)

13、算雷諾數(shù)RepRep輸出輸出ututYesNo一、重力沉降一、重力沉降檢驗(yàn)檢驗(yàn)流型流型摩擦數(shù)群法：摩擦數(shù)群法：34pptgdu234tppugd232222223434pptptppepgdudugdR31231243 )(gdRKppep?。喝。阂?、重力沉降一、重力沉降取取K K為判據(jù)：為判據(jù)： 層流區(qū)：取層流區(qū)：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 ；過渡區(qū)：過渡區(qū)：K =3.343.6K =3.343.6，阿侖公式，阿侖公式湍流區(qū)：湍流區(qū)：K43.6K43.6，

14、牛頓公式，牛頓公式一、重力沉降一、重力沉降4.4.非球形顆粒的自在沉降非球形顆粒的自在沉降一、重力沉降一、重力沉降當(dāng)非均相物系的顆粒較多，顆粒之間相距很近時(shí)，顆粒當(dāng)非均相物系的顆粒較多，顆粒之間相距很近時(shí)，顆粒沉降時(shí)會(huì)遭到周圍其它顆粒的影響，相互關(guān)擾，這種沉沉降時(shí)會(huì)遭到周圍其它顆粒的影響，相互關(guān)擾，這種沉降稱為干擾沉降。干擾沉降的速度比自在沉降時(shí)小。必降稱為干擾沉降。干擾沉降的速度比自在沉降時(shí)小。必要時(shí)可用某些閱歷方法加以校正。要時(shí)可用某些閱歷方法加以校正。一、重力沉降一、重力沉降( (二二) )干擾沉降干擾沉降一、重力沉降一、重力沉降( (三三) )器壁效應(yīng)器壁效應(yīng) 顆粒與容器壁面間的摩擦碰

15、撞對(duì)顆粒的沉降速度產(chǎn)生顆粒與容器壁面間的摩擦碰撞對(duì)顆粒的沉降速度產(chǎn)生的影響。顆粒粒徑的影響。顆粒粒徑dpdp與容器直徑與容器直徑D D之比值越大，器壁效應(yīng)之比值越大，器壁效應(yīng)影響越大。普通當(dāng)影響越大。普通當(dāng)dp/Ddp/D0.01 0.01 時(shí)，器壁效應(yīng)的影響會(huì)使時(shí)，器壁效應(yīng)的影響會(huì)使顆粒的沉降速度減小。顆粒的沉降速度減小。 層流校正：層流校正：tptudu)D/(.1121湍流校正：湍流校正：t2/14p2p)D/d(1 )D/d(1uut二、重力沉降設(shè)備二、重力沉降設(shè)備 1.1.降塵室降塵室 降塵室的計(jì)算降塵室的計(jì)算簡(jiǎn)化假定：簡(jiǎn)化假定： 將降塵室簡(jiǎn)化為高為將降塵室簡(jiǎn)化為高為H H、寬為、寬

16、為W W、長(zhǎng)為、長(zhǎng)為L(zhǎng) L的長(zhǎng)方體，入口的長(zhǎng)方體，入口端氣體中的顆粒均勻分布在整個(gè)截面上。端氣體中的顆粒均勻分布在整個(gè)截面上。顆粒經(jīng)過降塵段的時(shí)間顆粒經(jīng)過降塵段的時(shí)間( (停留時(shí)間停留時(shí)間) )為：為：分別條件：分別條件：分別條件：分別條件：uLuHtt 沉降時(shí)間為：沉降時(shí)間為： = L/u = L/u ；t = H/utt = H/ut計(jì)算內(nèi)容：計(jì)算內(nèi)容：含塵氣體的處置量含塵氣體的處置量故：降塵室的消費(fèi)才干實(shí)際上正比于顆粒的沉降速度和降故：降塵室的消費(fèi)才干實(shí)際上正比于顆粒的沉降速度和降塵室的底面積，而與沉降室的高度無(wú)關(guān)；塵室的底面積，而與沉降室的高度無(wú)關(guān)；AVuHuHsttLuLWHAbAW

17、ttsuLuV一定處置量下能除去的最小顆粒直徑一定處置量下能除去的最小顆粒直徑AVuHuHsttLuLWHAWLVustpmind計(jì)算內(nèi)容：計(jì)算內(nèi)容：臨界直徑臨界直徑dc多層降塵室的消費(fèi)才干；多層降塵室的消費(fèi)才干；假設(shè)為假設(shè)為n層隔板：層隔板：tbsuAnV)(1計(jì)算內(nèi)容：計(jì)算內(nèi)容：構(gòu)造簡(jiǎn)單、流動(dòng)阻力??；構(gòu)造簡(jiǎn)單、流動(dòng)阻力??； 體積龐大、分別效率低，適用于體積龐大、分別效率低，適用于dpdp50m50m的粗顆粒，的粗顆粒， 預(yù)除塵用。預(yù)除塵用。 特點(diǎn)特點(diǎn)三、離心沉降三、離心沉降1.1.離心沉降速度離心沉降速度可推導(dǎo)出：可推導(dǎo)出：ruduTppr342闡明：闡明：顆粒的沉降速度顆粒的沉降速度(

18、(如顆粒細(xì)小，如顆粒細(xì)小，Rep2.0Rep2.0，服從斯托克斯，服從斯托克斯定律定律) )為：為：定義：離心分別因數(shù)定義：離心分別因數(shù)trTccuugrugaK2ruduTppr2218四、離心沉降設(shè)備四、離心沉降設(shè)備( (一一) )旋風(fēng)分別器旋風(fēng)分別器根本構(gòu)造與操作原理根本構(gòu)造與操作原理性能參數(shù)性能參數(shù)(1)(1)分別效率：分別效率：總效率：總效率：分別效率是衡量氣流在旋風(fēng)分別器內(nèi)凈化程度的目的。分別效率是衡量氣流在旋風(fēng)分別器內(nèi)凈化程度的目的。被旋風(fēng)分別器除掉的顆粒質(zhì)量占進(jìn)口含塵氣體中全部顆被旋風(fēng)分別器除掉的顆粒質(zhì)量占進(jìn)口含塵氣體中全部顆粒質(zhì)量的分率：粒質(zhì)量的分率：1201cccc1c1、c2 c2 分別為進(jìn)、出口氣體中顆分別為進(jìn)、出口氣體中顆粒的質(zhì)量濃度粒的質(zhì)量濃度(g/cm3)(g/cm3)。 通常工業(yè)上用總效率表示旋風(fēng)分別器的效率。通常工業(yè)上用總效率表示旋風(fēng)分別器的效率。分效率粒級(jí)效率：分效率粒級(jí)效率：121iiiicccci1ci1、 ci2 ci2 分別為粒徑分別為粒徑為為 di di 的顆粒在進(jìn)、出的顆粒在進(jìn)、出口氣體中的質(zhì)量濃度?？跉怏w中的質(zhì)量濃度。入口氣體中某一粒級(jí)入口氣體中某一粒級(jí)didi的顆粒被旋風(fēng)分別器除掉的分率。的顆粒被旋風(fēng)分別器除掉的分率。分割直徑分割直徑d50d50：能被分別下來(lái)：能