第三章顆粒流體力學(xué)基礎(chǔ)與機(jī)械分離概述3.1單顆粒與顆粒群的幾何特性3.2流體通過固定床層的流動(dòng)3.3懸浮液濾餅過濾3.4顆粒沉降與沉降分離設(shè)備3.5固體流態(tài)化概述一、問題的引出1.流體力學(xué)分支沙漠遷移、河流泥沙運(yùn)動(dòng)、管道中煤粉輸送、化工中氣體催化劑的運(yùn)動(dòng)等，都涉及流體中帶有固體顆?；蛞后w中帶有氣泡等問題，這類問題是多相流體力學(xué)研究的范圍。2.自然界的大多數(shù)物質(zhì)為混合物?；旌衔锓譃閮深悾壕嗷旌衔锓蔷嗷旌衔?/p>

二、相關(guān)定義1.非均相物系(non-homogeneoussystem)：

(1)定義：物系內(nèi)部存在相界面且界面兩側(cè)的物理性質(zhì)完全不同。(2)類型：①氣態(tài)非均相物系：含塵氣體，含霧氣體②液態(tài)非均相物系：懸浮液，乳濁液，泡沫液2.分散相（分散質(zhì)）：非均相物質(zhì)中處于分散狀態(tài)的物質(zhì)。如懸浮液中的固體顆粒。3.連續(xù)相（分散介質(zhì)）：包圍分散質(zhì)的處于連續(xù)狀態(tài)的流體。如懸浮液中的液體。三、分離方法：四、非均相物系分離的依據(jù)：分散相與連續(xù)相之間的物理性質(zhì)的差異。如密度、顆粒外徑等機(jī)械法:分散質(zhì)與分散相之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)分離。如：過濾、沉降、吸附其它：萃取、吸收、精餾、干燥五、理論基礎(chǔ)：顆粒流體力學(xué)－探討顆粒與流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科六、分離目的：①回收分散質(zhì)

②凈化分散介質(zhì)③環(huán)境保護(hù)與安全生產(chǎn)

從氣固催化反應(yīng)器的尾氣中收集催化劑顆粒從結(jié)晶器中分離出晶粒煙道氣中煤炭粉粒的除去原料氣中顆粒雜質(zhì)的去除以凈化反應(yīng)原料，以保證觸媒的活性很多含碳物質(zhì)與金屬細(xì)粉及空氣混合會(huì)形成爆炸物，必須除去這些物質(zhì)以消除爆炸的隱患

七、本章學(xué)習(xí)目的通過本章學(xué)習(xí)能夠利用流體力學(xué)原理實(shí)現(xiàn)非均相物系分離（包括沉降分離和過濾分離），掌握過程的基本原理、過程和設(shè)備的計(jì)算及分離設(shè)備的選型。建立固體流態(tài)化的基本概念。八．本章重點(diǎn)掌握的內(nèi)容（1）過濾操作的原理、過濾基本方程式推導(dǎo)的思路，恒壓過濾的計(jì)算、過濾常數(shù)的測(cè)定及相應(yīng)設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算。（2）沉降分離（包括重力沉降和離心沉降）的原理、過程計(jì)算和旋風(fēng)分離器的選型。（3）用數(shù)學(xué)模型法規(guī)劃實(shí)驗(yàn)的研究方法。問題的提出機(jī)械分離操作涉及到顆粒相對(duì)于流體以及流體相對(duì)于顆粒床層的流動(dòng)；顆粒與流體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性與顆粒本身的特性密切相關(guān)；因而首先介紹顆粒及顆粒群的特性。

1球形顆粒單顆粒球形顆粒非球形顆粒顆粒特性的主要參數(shù)為顆粒的形狀、大?。w積）及表面積。體積v=(π/6)dp3m3

表面積s=πdp2m2比表面積為a=s/v=6/dp

1/m

dp

球形顆粒的直徑，m非球形顆粒球形顆粒

①顆粒的球形度φ表明：顆粒形狀接近于球形的程度；

φ↑，則顆粒越接近于球形。球形顆粒：球形顆粒非球形顆粒3.1單顆粒與顆粒群的幾何特性3.1.1單顆粒的特性參數(shù)(1)描述顆粒形狀②顆粒的比表面積

a說明：V相同時(shí)，a

↓，則顆粒越接近球形。a與φ關(guān)系：球形顆粒比表面積：(2)描述顆粒大小①等體積當(dāng)量直徑dv

指：與顆粒體積相等的球形顆粒的直徑。dV

與a、φ關(guān)系：

②等比表面積當(dāng)量直徑da

與非球形顆粒比表面積相等的球形顆粒的直徑2.非球形顆粒（1）常用的參量：①等體積當(dāng)量直徑de,v：與非球形顆粒體積相等的球的直徑。de,v=(6v/π)1/3v為非球形顆粒的體積。

equivalentvolume②球形系數(shù)ψ：與非球形顆粒體積相等的球的表面積與該顆粒表面積之比。

ψ=πd2e,v/s

S為非球形顆粒的表面積。（2）非球形顆粒的體積、表面積、比表面積體積v=(π/6)d3e,vm3

表面積s=πd2e,v/ψm2

比表面積a=s/v=6/ψde,v

1/m3.1.2顆粒群的幾何特性工業(yè)中遇到的顆粒群可分為兩類：顆粒群是由大小不同的粒子組成的集合體，稱為非均一性粒子或多分散性粒子；具有同一粒徑的顆粒群稱為單一性或單分散性粒子。顯然，多分散性粒子才需討論其粒度分布和平均參數(shù)。

顆粒群的粒度分布不同粒徑范圍內(nèi)所含粒子的個(gè)數(shù)或質(zhì)量稱為粒度分布。顆粒粒度的測(cè)量方法有篩分法、顯微鏡法、沉降法、電感應(yīng)法、激光衍射、動(dòng)態(tài)光散射法等，這里介紹篩分法。

一.篩分分析（1）定義:

篩分是用單層或多層篩面將松散的物料按顆粒粒度分成兩個(gè)或多個(gè)不同粒級(jí)產(chǎn)品的過程以確定顆粒群不同粒徑范圍質(zhì)量分率的分布。它是機(jī)械分離方法分離固－固混合物的操作。1.標(biāo)準(zhǔn)篩:一般使用的篩有泰勒制，日本制，德國(guó)制及原蘇聯(lián)制等。我國(guó)用泰勒制。2.篩號(hào):指沿絲線走向1英寸長(zhǎng)具有的孔數(shù)。3.篩余量:截留在該篩面上的顆粒質(zhì)量。4.篩過量:通過該號(hào)篩的顆粒質(zhì)量。2）原始數(shù)據(jù)作出的顆粒粒徑分布狀況1.表格2.分布函數(shù)曲線分布函數(shù)F－－篩過量質(zhì)量分?jǐn)?shù)。D為篩孔尺寸。特征：對(duì)應(yīng)某一尺寸dpi的Fi表示直徑小于dpi的顆粒占全部試樣的質(zhì)量分率最大粒徑處F=1

從圖上可以看出：孔徑↑→F↑3.頻率函數(shù)曲線f~dp(d)

頻率函數(shù)f=dF/d(dp)特征：在一定粒度范圍內(nèi)的顆粒占全部顆粒的質(zhì)量分率等于該粒徑范圍內(nèi)頻率曲線下的面積。頻率曲線下的全部面積等于1表1石英砂的篩分?jǐn)?shù)據(jù)其中平均粒徑dpi=(di+1+di)/2，如1.524=(1.651+1.397)/2編號(hào)篩號(hào)范圍平均粒徑dp，mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)

x篩孔尺寸d，m篩過量質(zhì)量分?jǐn)?shù)F19/101.8160.041.651（10號(hào)）0.96210/121.5240.061.397（12號(hào)）0.9312/141.2830.241.168（14號(hào)）0.66414/161.080.220.991（16號(hào)）0.44516/200.9120.250.833（20號(hào)）0.19620/240.7670.160.701（24號(hào)）0.03724/280.6450.020.589（28號(hào)）0.01828/0.2950.010（無孔底盤）0圖3-2分布函數(shù)曲線與頻率函數(shù)曲線二.顆粒群的平均直徑1.需解決的問題：顆粒群的平均值或當(dāng)量值2思路：以表面積相等為準(zhǔn)則3公式推導(dǎo)見例3－2p95設(shè)：G—顆粒群總質(zhì)量Kgρp－顆粒密度Kg/m3(dp,x)i－各組顆粒的平均粒徑與質(zhì)量分率則顆?？傮w積V=G/ρp一組的顆粒數(shù)G*xi/ρp/[π/6*dp3]每一顆的比表面積π*dpi2/Ψ顆?？偟谋砻娣e

床層空隙率一般在0.47至0.7之間波動(dòng)。

堆積密度：?jiǎn)挝惑w積床層內(nèi)固體顆粒的質(zhì)量。

真實(shí)密度：顆粒的密度。如何測(cè)定ε？三.床層特性固定床：眾多固體顆粒堆積而成的靜止的顆粒層。1.床層空隙率定義:床層空隙率ε=（床層體積-顆粒體積）/床層體積顆粒的形狀、粒度分布不同ε不同同樣的顆粒群，堆積方法不同2.床層各向同性:對(duì)于亂堆的床層，因各部位顆粒的大小、方向是隨機(jī)的，當(dāng)床層足夠大或者顆粒足夠小時(shí)，可以認(rèn)為床層是均勻的，各局部區(qū)域的空隙率相等，床層是各向同性的。推論：床層內(nèi)任一截面上空隙面積與截面總面積之比（即自由截面率）在數(shù)值上等于空隙率。3.床層的比表面積aB：顆粒的比表面積a指每m3顆粒具有的表面積，而床層比表面積指每m3床層體積具有的顆粒表面積。顯然，

aB=（1-ε）a§3.2流體通過固定床層的流動(dòng)常見過程：過濾過程中濾液通過濾餅層的流動(dòng)；固定床催化反應(yīng)過程中流體在固體催化劑床層中的流動(dòng)地下水在土壤、砂層中的滲流等。流體通過固定顆粒床層的流動(dòng)，一方面使流體速分布均勻，另一方面產(chǎn)生壓強(qiáng)降（即流動(dòng)阻力）。對(duì)于過濾等操作過程而言，工程上感興趣的是流體通過固定顆粒床層的壓降，而不是速度分布。3.2.1流動(dòng)阻力已學(xué)流體力學(xué)知識(shí)1.定性分析:表面摩擦力、形體阻力2.定量計(jì)算:直管流動(dòng)方式:范寧公式△p=λ(l/d)(ρu2/2)問題是：范寧方式能否適用流體通過固定顆粒床層的壓降呢？3.2.2過程分析流體流道的彎彎曲曲、變截面、縱橫交錯(cuò)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。直接計(jì)算流動(dòng)阻力有困難，因?yàn)橛梅秾幏绞接?jì)算時(shí)無法確定流體通過顆粒層的邊界條件。對(duì)于復(fù)雜的問題工程上常用的方法是將其簡(jiǎn)化即數(shù)學(xué)模型法。1.建立物理模型:對(duì)該過程進(jìn)行合理的物理的抽象和簡(jiǎn)化，建立物理模型，這里的物理是一個(gè)廣義的概念，包括物理、化學(xué)、生物、工程等，2.建立數(shù)學(xué)模型:在物理模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)學(xué)的抽象與簡(jiǎn)化，用數(shù)學(xué)的方式來反映物理模型的本質(zhì)，如用微分、積分、代數(shù)、函數(shù)等來反映，具體情況根據(jù)各門科學(xué)的特有的規(guī)律而定，這樣建立的方程式被稱為數(shù)學(xué)模型。

3.2.3數(shù)學(xué)模型法

△p合理簡(jiǎn)化本質(zhì)近似實(shí)際過程u(空速)L△pLe簡(jiǎn)化物理模型deu(空速)數(shù)學(xué)描述u1模型檢驗(yàn)確定參數(shù)數(shù)學(xué)模型引入模型參數(shù)數(shù)學(xué)模型法3.模型的檢驗(yàn)和模型參數(shù)的確定①檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷暮侠硇寓谀Ｐ蛥?shù)的確定通過經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算；通過實(shí)驗(yàn)來測(cè)定；通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的優(yōu)化擬合得到。在工程上使用最廣、最成熟的是一維模型。四.床層的一維簡(jiǎn)化物理模型1．簡(jiǎn)化的依據(jù)：過程的特殊性——爬流流體通過顆粒層的流動(dòng)一般是很緩慢的，呈爬流狀態(tài)，不存在邊界層脫體，爬流是這過程所特有的因此流動(dòng)壓降主要來自表面摩擦，它只與流體通道的表面積成正比，而與通道的形狀幾乎無關(guān)，亦即只與顆粒的表面積成正比，而與顆粒的形狀是球形、菱形、方形還是流線形無關(guān)2．合理的簡(jiǎn)化既然如此可將復(fù)雜的不規(guī)則的網(wǎng)狀通道簡(jiǎn)化為許多管徑為de，長(zhǎng)度為L(zhǎng)e的平行細(xì)管。de=4rH=4×流道截面積/潤(rùn)濕周邊長(zhǎng)=4×(流道截面積×床層高度)/(潤(rùn)濕周邊長(zhǎng)×床層高度)=4×流道體積/床層流道內(nèi)表面積=4×床層空隙率/床層比表面積=4ε/a(1-ε)de為床層空隙的等量直徑。Le為固定床層顆粒的等量高度，Le與床層厚度L有關(guān)。

3．本質(zhì)近似（等效）簡(jiǎn)化不能失真，簡(jiǎn)化的物理模型與實(shí)際過程在本質(zhì)上要近似（等效）。在此體現(xiàn)為：1）在相同的u條件下，兩者的△P應(yīng)相同。2）細(xì)管的內(nèi)表面積等于床層顆粒的全部表面積。3）細(xì)管的全部流動(dòng)空間等于顆粒床層的空隙體積。五.建立數(shù)學(xué)模型，引入模型參數(shù)對(duì)簡(jiǎn)化的物理模型進(jìn)行數(shù)學(xué)模型，建立數(shù)學(xué)模型，引入模型參數(shù)由Fanning公式其中λ’:模型參數(shù)，物理意義為摩擦系數(shù)。1.康采尼方程當(dāng)Re’=deu1ρ/4μ=uρ/a(1-ε)μ＜2時(shí)λ’=5.0/Re’

康采尼方程六.模型的檢驗(yàn)和模型參數(shù)的確定流動(dòng)阻力為表面摩擦阻力，證明假設(shè)是成立的，簡(jiǎn)化是合理的。實(shí)測(cè)值與康采尼方程計(jì)算值的誤差不超過10%?！鱬

u

2.歐根當(dāng)Re’﹤400

則歐根方程

對(duì)于非球形顆粒a=6/ψdm

則亦稱為歐根方程式中第一項(xiàng)含有u的一次方，主要表示粘性阻力，第二項(xiàng)含有u的二次方，主要表示渦流阻力。應(yīng)用歐根方程的Re’范圍比康采尼方程的廣得多，但流體流過固定床時(shí)的流速通常甚小，一般Re’＜2，這時(shí)使用康采尼方程更簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確。

Re’﹤20/6時(shí)右第二項(xiàng)可略Re’﹥1000/6時(shí)右第一項(xiàng)可略歐根方程的誤差約為±25%，且不適用于細(xì)長(zhǎng)物體和瓷環(huán)等塔用填料。從康采尼或歐根方程可以看出，影響床層流動(dòng)壓降的變量有三類：操作變量u，流體物性ρ，μ，床層特性ε，a，其中影響最大的是ε。影響床層壓降的因素操作變量u、流體物性μ和ρ以及床層特性ε和a

影響最大的是空隙率ε

例4-2空隙率及比表面的測(cè)定

如圖4-6所示，空氣通過待測(cè)粉體組成的床層，其流量用毛細(xì)管流量計(jì)測(cè)得，床層壓降用U形壓差計(jì)測(cè)量。

今用12.2g水泥充填成截面5.0cm2、厚度為1.5cm的床層。在常壓下，20℃的空氣以4.0×10-6m3/s的流量通過床層，測(cè)得床層壓降⊿P=1500Pa。已知水泥粉末的密度為ρp=3120kg/m3，試計(jì)算此水泥粉的比表面。校驗(yàn)床層雷諾數(shù)Re'<2，上述計(jì)算有效。3.3懸浮液濾餅過濾3.3.1懸浮液濾餅過濾的操作特點(diǎn)一.基本概念1.過濾:是指以某種多孔物質(zhì)作為介質(zhì)，在外力的作用下，流體通過介質(zhì)的孔道，而使固體顆粒被截留下來，從而實(shí)現(xiàn)固體顆粒與流體分離目的的操作p1p2放空壓縮空氣壓力表支撐多孔板過濾介質(zhì)：常用多孔介質(zhì)過濾介質(zhì)濾漿（料漿):指被處理的懸浮液懸浮液濾餅濾餅:是指濾漿中被過濾介質(zhì)截留的固體顆粒濾液一懸浮液濾餅過濾的操作特點(diǎn)

過濾目的:獲得潔凈的液體或獲得作為產(chǎn)品的固體顆粒。實(shí)現(xiàn)過濾操作的外力:重力，壓差或慣性離心力，在化工生產(chǎn)過程中應(yīng)用最多的是以壓強(qiáng)差為推動(dòng)力的過濾。濾液:是指濾漿中通過濾餅及過濾介質(zhì)孔道的液體。料漿沿介質(zhì)高速流動(dòng)，不形成厚的濾餅，維持較高過濾能力

二過濾分類過濾方式適用料漿過濾介質(zhì)特點(diǎn)濾餅過濾>1%濾餅、濾布多數(shù)顆粒粒徑>介質(zhì)的孔徑深層過濾<0.1%堆積介質(zhì)多數(shù)顆粒粒徑<介質(zhì)的孔徑,利用顆粒在孔隙中架橋動(dòng)態(tài)過濾>1%濾餅、濾布三.過濾介質(zhì)2常用過濾介質(zhì)的種類：1對(duì)過濾介質(zhì)的性能要求過濾介質(zhì)是濾餅的支承物足夠的機(jī)械強(qiáng)度盡可能小的流動(dòng)阻力孔道直徑往往會(huì)大于懸浮液中一部分顆粒的直徑(1)、織物介質(zhì)，又稱濾布dmin=5~65μm(2)、粒狀介質(zhì)：包括細(xì)紗、木炭、石棉、硅藻土等細(xì)小堅(jiān)硬的顆粒狀物質(zhì)，多用于深床過濾。(3)、多孔道固體介質(zhì)：它是具有很多微細(xì)孔道的固體材料，如多孔陶瓷，多孔塑料及多孔金屬制成的板式管。dmin=5~65μm四.濾餅的壓縮性和助濾劑1.不可壓縮性濾餅：顆粒結(jié)構(gòu)不隨操作壓差的改變而變，固其單位厚度床層的流動(dòng)阻力可認(rèn)為是恒定的，如硅藻土，碳酸鈣等。顆粒是不易變形的堅(jiān)硬固體2.可壓縮性濾餅：構(gòu)成濾餅的固體顆粒易變形，濾餅空隙率隨操作壓差的增大而變小,如AL(OH)3等(2)種類：3助濾劑(1)基本要求：

能形成多孔餅層的剛性顆粒

具有化學(xué)穩(wěn)定性

粒狀：硅藻土、珍珠巖、炭粉、石棉粉纖維狀：纖維石棉使用方法：混入混合液預(yù)涂3.3.2懸浮液濾餅過濾的物料衡算設(shè)過濾面積Am2，濾液Vm3，濾餅厚度Lm，濾餅空隙率εV+LAVLALALA(1-ε)m3

固體液體LAεm3

設(shè)懸浮液的濃度φkg固體/m3清液，固體真實(shí)密度ρpkg/m3p1p2放空壓縮空氣壓力表固體的總質(zhì)量為L(zhǎng)A(1-ε)ρpkg液體的總體積為V+LAεm3

則(3-12)

一般V＞＞LAε3.3.2濾餅過濾物料衡算令q=V/A，單位過濾面積獲得的濾液量(3-13)

(3-14)

濾餅厚度與單位面積得到的濾液量近似成正比例3-4某固體顆粒的水懸浮液用過濾的方法進(jìn)行固液分離。已知固體密度ρp=2930kg/m3

，水的密度998kg/m3，濾餅密度ρ餅=1930kg/m3

，懸浮液濃度c=25kg固/1000kg水。問：每生成1m3濾餅對(duì)應(yīng)的懸浮液體體積是多少？3.3.3過濾基本方程式一、濾液通過濾餅層的流動(dòng)特點(diǎn)：濾餅層中的通道不僅細(xì)小曲折，而且相互交聯(lián)，形成不規(guī)則的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)非定態(tài)過程層流流動(dòng)二、描述濾餅過濾的數(shù)學(xué)公式：三、過濾速度與速率過濾速度定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間、單位過濾面積得到的濾液量根據(jù)康采尼公式：m/s其中令

2過濾速率單位時(shí)間得到的濾液量V,m3/s

四．濾餅的阻力

其中：m/kg固反映了顆粒及顆粒床層的特性，其值隨物料不同而不同，但對(duì)于特定的不可壓縮濾餅，r為定值當(dāng)ε越小，顆粒比表面積越大，則床層越致密，對(duì)流體的阻力越大。四．濾餅的阻力過濾過程推動(dòng)力為壓差△pm

(rφq):濾餅結(jié)構(gòu)因素，即單位過濾面積因通過濾液所生成濾餅的阻力結(jié)構(gòu)因素。單位1/m濾液粘度：μ越大，阻力越大濾漿順序通過濾餅及過濾介質(zhì)，可知過濾過程為一串聯(lián)過程——推動(dòng)力與阻力具有加和性。用R表示濾餅阻力

五．過濾介質(zhì)的阻力其中：Re----過濾介質(zhì)阻力，與過濾介質(zhì)的厚度及致密度有關(guān)，一般可視為常數(shù)設(shè)Le為與過濾介質(zhì)的阻力相等的濾餅的厚度，稱為當(dāng)量濾餅厚度。在相同的操作條件下，單位過濾面積得到的濾液qe,形成了Le厚度的濾餅。六．過濾基本方程式對(duì)于可壓縮的濾餅，比阻r是△p的函數(shù)S:壓縮性指數(shù)，無因次,0.2﹤s﹤0.8一般r0::比阻系數(shù)令

過濾基本方程式小結(jié)3.3.4恒壓過濾一.恒壓過濾方程式恒壓過濾是指過濾操作是在恒定壓強(qiáng)下進(jìn)行，即過濾常數(shù)K為常數(shù)。濾餅阻力過濾速度（3-23）濾液量其他表達(dá)方式如濾布阻力的當(dāng)量濾餅層的形成按該恒壓過濾規(guī)律計(jì)，需時(shí)間τe，把積分起點(diǎn)置于當(dāng)量濾餅層剛開始形成的時(shí)刻:（3-24）3-23式與3-24式相加qe和τe是反映過濾介質(zhì)阻力大小的常數(shù)。恒壓過濾方程的工程意義操作型計(jì)算：如預(yù)得到一定濾液體積所需時(shí)間；在一定過濾時(shí)間得到的濾液體積是多少？設(shè)計(jì)型計(jì)算：給定生產(chǎn)任務(wù)，確定所需的過濾面積，進(jìn)而選定過濾設(shè)備測(cè)定恒壓過濾常數(shù)例1在過濾面積為10m2的板框壓濾機(jī)中以恒壓差過濾某種懸浮液。已測(cè)得兩組數(shù)據(jù)：過濾10min得濾液1.35m3；再過濾10min又得濾液0.65m3。

試計(jì)算：(1)恒壓過濾常數(shù)K、qe及τe；(2)過濾30min共得濾液多少m3。

解：本例旨在掌握恒壓過濾方程的應(yīng)用，熟悉實(shí)驗(yàn)測(cè)定過濾常數(shù)的方法。τ例2恒壓過濾例2：用板框壓濾機(jī)在9.81xl04恒壓差下過濾某種水懸浮液。要求每小時(shí)處理料漿8m3。已測(cè)得1m3濾液可得濾餅0.1m3,過濾方程為τ的單位是秒。試求：(1)過濾面積A；(2)恒壓過濾常數(shù)K、qe及τe；解：本題旨在掌握恒壓過濾方程式的應(yīng)用、并熟悉已知方程中過濾常數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。例2

3.3.5恒速過濾與先恒速后恒壓過濾

一.恒速過濾恒速過濾是指過濾速度恒定的過濾操作。u恒定,隨著q增大，k隨著增大，則推動(dòng)力增大若令q1，τ1分別為恒速升壓階段終了瞬間的濾液體積及過濾時(shí)間，則在此瞬間后開始的恒壓過濾操作階段有：K為恒速過濾終了時(shí)的K值，τ和q為從過濾開始計(jì)的值。見例3－10P109二．先恒速后恒壓過濾課堂練習(xí)1恒壓過濾時(shí)，如介質(zhì)阻力不計(jì)，濾餅不可壓縮，過濾壓差增大一倍時(shí)同一過濾時(shí)刻所得濾液量__。Ａ增大至原來的2倍Ｂ增大至原來的4倍Ｃ增大至原來的倍Ｄ增大至原來的1.5倍2過濾推動(dòng)力一般是指______。Ａ過濾介質(zhì)兩邊的壓差Ｂ過濾介質(zhì)與濾餅構(gòu)成的過濾層兩邊的壓差Ｃ濾餅兩面的壓差Ｄ液體進(jìn)出過濾機(jī)的壓差3已知q為單位過濾面積所得濾液體積V/A,Ve為過濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液體積(濾液體積為Ve時(shí)所形成的濾餅層的阻力等于過濾介質(zhì)的阻力),在恒壓過濾時(shí),測(cè)得Δτ/Δq=3740q+200則過濾常數(shù)K=_______,qe=_______。4某板框壓濾機(jī)有10個(gè)框，框空的長(zhǎng)、寬、厚為500mm×500mm×20mm。經(jīng)恒壓過濾30min得濾液5m3。設(shè)濾布阻力不計(jì)。（1）求過濾常數(shù)K。（2）若再過濾30min，還能獲得多少濾液？3.3.6恒壓過濾常數(shù)的測(cè)定一.恒壓過濾常數(shù)K，qe，τ

e的測(cè)定據(jù)恒壓過濾方程當(dāng)K恒定時(shí)，τ/V與V成正比。圖3-8恒壓過濾常數(shù)K和qe的確定△pm一定Vτ/V二、壓縮指數(shù)s與比阻r0的測(cè)定圖3-9濾餅壓縮指數(shù)的確定log(2/μr0φ)斜率(1-s)lg△pmlgK三、用最小二乘法處理直線規(guī)律的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)為(x,y)i,設(shè)其滿足的直線規(guī)律為xyyixif(xi)如何找出a和b呢？用最小二乘法處理直線規(guī)律的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理得到：自學(xué)例3-9小結(jié)：

▲過濾過程的特點(diǎn)除了流動(dòng)通道的復(fù)雜性以外，過濾過程為時(shí)變過程。為非線性關(guān)系?！^濾速率微分方程是流體流過顆粒層壓降公式的直接應(yīng)用?！c一般速率過程一樣，過濾速率可以用推動(dòng)力與阻力之比表示?！^濾方程中涉及到的參數(shù)K、qe、r及s等都具有鮮明的物理意義，其數(shù)值的獲得須用同一懸浮液在小實(shí)驗(yàn)裝置上測(cè)得。3.3.7過濾設(shè)備過濾設(shè)備種類按操作方式：間歇式：葉濾機(jī)、板框式壓濾機(jī)等步驟：過濾、洗滌、卸餅、清洗、安裝等連續(xù)式：回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)，大多真空操作按壓強(qiáng)差壓濾吸濾離心過濾機(jī)二、加壓葉濾機(jī)

1結(jié)構(gòu)：濾葉（長(zhǎng)方形或圓形）及密閉的筒殼組成。由金屬多孔板或金屬絲網(wǎng)制造2、加壓葉濾機(jī)相關(guān)計(jì)算過濾過程洗滌過程1）回收濾餅中殘留的濾液2）除去濾餅中的可溶性雜質(zhì)（1）特點(diǎn)洗水的路徑與濾液相同–置換洗滌法洗滌面積與過濾面積相同洗滌速率與過濾終了速率相同當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)消耗的洗水容積稱為洗滌速率

（2）洗滌時(shí)間當(dāng)洗滌液量為VW時(shí)，過濾時(shí)間為：當(dāng)VW=JVF時(shí)當(dāng)Ve=0時(shí)（3）生產(chǎn)能力計(jì)算定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間獲得的濾液體積間歇過濾機(jī)的操作特點(diǎn)：操作周期=過濾時(shí)間+洗滌時(shí)間+輔助時(shí)間（卸餅、清理和組裝等時(shí)間）。

G=3600VF/τt=3600VF/(τF+τw+τR)m3/hVF：濾液量m3τt=τF+τw+τR（4）最大生產(chǎn)能力計(jì)算在一個(gè)操作周期內(nèi)，對(duì)于一定的洗滌時(shí)間和輔助操作時(shí)間，過濾時(shí)間有一個(gè)使生產(chǎn)能力最大的最佳值。

設(shè)Ve可忽略三、板框壓濾機(jī)1結(jié)構(gòu)：由多塊帶有凹凸紋路的濾板和濾框構(gòu)成2、板框壓濾機(jī)相關(guān)計(jì)算過濾過程洗滌過程（1）特點(diǎn)板框壓濾機(jī)的洗滌方式為橫穿洗滌，洗水走的路徑為過濾終了時(shí)濾液走的路徑的兩倍洗滌面積為過濾面積的一半洗滌速率是過濾終了速率的四分之一當(dāng)（2）洗滌時(shí)間當(dāng)洗滌液量為VW時(shí)，過濾時(shí)間為：當(dāng)VW=JVF時(shí)當(dāng)Ve=0時(shí)（3）生產(chǎn)能力與最大生產(chǎn)能力計(jì)算

設(shè)Ve可忽略G=3600VF/τt=3600VF/(τF+τw+τR)m3/hVF：濾液量m3用板框壓濾機(jī)于2.95×105

Pa的壓強(qiáng)差下過濾某種懸浮液。過濾機(jī)的型號(hào)為BMS20/635－25，共26個(gè)框?，F(xiàn)已測(cè)得操作條件的過濾常數(shù)K=1.13xl0-4m2／s，qe=0.023m3/m2,1m3濾液可得濾餅0.02m3，試求：(1)濾餅充滿濾框所需的過濾時(shí)間；(2)過濾完畢后用清水洗滌濾餅，洗水粘度、表壓與過濾終了時(shí)的均相同，洗水體積為濾液體積的10％，洗滌時(shí)間為多少？(3)每批操作的輔助時(shí)間為15min，過濾機(jī)的生產(chǎn)能力為多少m3/h?例3ττW練習(xí)用板框壓濾機(jī)恒壓過濾某種懸浮液，其過濾方程式為q2+0.062q=5×10-5τ，式中q的單位為m3/m2，τ的單位為s，則過濾常數(shù)值及其單位為：K＝____，qe＝____，τe＝____。若該過濾機(jī)由635×635×20mm的10個(gè)框組成，則其過濾面積A＝____m2，介質(zhì)的虛擬濾液體積Ve＝____m3。根據(jù)過濾基本方程式，說明提高過濾機(jī)生產(chǎn)能力的措施是（最少寫出三條）____、____、____。在板框壓濾機(jī)中，若過濾壓力差增加一倍，則過濾速率變?yōu)樵瓉淼腳___倍，生產(chǎn)能力為____倍。A）B）2C）1D）4（過濾介質(zhì)阻力忽略不計(jì)，濾餅不可壓縮）

恒壓過濾某種懸浮液（介質(zhì)阻力可忽略，濾餅不可壓縮），已知10min單位過濾面積上得濾液0.1m3。若1h得濾液2m3,則所需過濾面積為____m2。在恒壓過濾時(shí)，如過濾介質(zhì)的阻力忽略不計(jì)，且過濾面積恒定，則所得的濾液量與過濾時(shí)間的______次方成正比，而對(duì)一定的濾液量則需要的過濾時(shí)間與過濾面積的____次方成_____比。依據(jù)________________________式。四、回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)

1、一種連續(xù)操作的過濾機(jī)，整個(gè)轉(zhuǎn)筒按與分配頭的不同管路接通，分為三個(gè)操作區(qū)域：①過濾區(qū)；②洗滌吸干區(qū)；②吹松卸渣區(qū)。水平空心圓筒扇形格(12或18格）低速回轉(zhuǎn)(0.1—2.6r／min)浸漬面積比例25％一40％2、回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是：①適于處理各種不同懸浮液；②管理簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是：①過濾面積小，投資費(fèi)用高；②濾餅洗滌不充分；②難以得到未經(jīng)稀釋的濾液3、回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)的相關(guān)計(jì)算據(jù)恒壓過濾方程連續(xù)生產(chǎn)過程，設(shè)轉(zhuǎn)筒表面浸入料漿中的分?jǐn)?shù)稱為浸沒度Ψ，Ψ=浸沒角度/360°，若轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速為nr.p.m（1）濾液量與時(shí)間的關(guān)系回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)的特點(diǎn)及相關(guān)計(jì)算（1）濾液量與時(shí)間的關(guān)系

可看為間歇過濾過程：過濾時(shí)間τ=60Ψ/n

總過濾面積與運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間呈正比,每分鐘過濾面積為：A=nA鼓

b.如何提高生產(chǎn)能力？m3/h（3）討論：a.若介質(zhì)阻力不計(jì)，τe=0，Ve=0AnGG（2)回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)的生產(chǎn)能力

某懸浮液流量為20m3/h，已通過小型實(shí)驗(yàn)測(cè)得K＝8×l0-4m2/s，qe＝0.01m3/m2。每得1m3濾液可生成的濾餅體積為c＝0.04m3／m3。擬采用回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)完成此任務(wù)，轉(zhuǎn)鼓浸沒度ψ取0.35，并要求濾餅厚度

不低于5mm，試求過濾機(jī)的轉(zhuǎn)鼓面積及轉(zhuǎn)速。解：過濾機(jī)每分鐘所得濾液量為：v＝20/(1＋0.04)/60=0.321m3/min每分鐘的總過濾面積為：A=nA鼓過濾時(shí)間為：過濾介質(zhì)當(dāng)量過濾量：例4由恒壓過濾方程式，有：例43.3.8過濾操作的改進(jìn)

加快過濾速率的三種途徑改變?yōu)V餅結(jié)構(gòu)改變懸浮液中的顆粒聚集狀態(tài)動(dòng)態(tài)過濾(終端過濾)核心是：限制濾餅增長(zhǎng)

3.4顆粒沉降與沉降分離設(shè)備研究背景沉降運(yùn)動(dòng)理論沉降分離設(shè)備基本概念研究背景及應(yīng)用場(chǎng)合沉降操作在化工、醫(yī)藥、冶金、食品、環(huán)境保護(hù)等部門都有廣泛應(yīng)用。固體粒子與流體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)環(huán)保：空氣或煙道氣的除塵、從廢水中除去固體物質(zhì)等沉降分離過程。干燥：氣流干燥、噴霧干燥、沸騰干燥

造粒：噴霧造粒生物制藥：絮凝沉淀法制取精制的中藥制劑固體顆粒的流動(dòng)輸送

基本概念定義：沉降操作是借助某種力的作用，利用分散物質(zhì)與分散介質(zhì)的密度差異使之發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而分離的過程。

理論：流體與固體顆粒的相對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律是沉降分離過程的基礎(chǔ)。與流體流動(dòng)的聯(lián)系：從原理上看，流體—固粒相對(duì)運(yùn)動(dòng)是流體力學(xué)的繞流問題。二者的著眼點(diǎn)不同，流體流動(dòng)篇中著重研究的是單相流體的管流問題，后者在固體顆粒；離心沉降自由落體運(yùn)動(dòng)區(qū)分自由沉降重力沉降干擾沉降沉降運(yùn)動(dòng)分類：沉降運(yùn)動(dòng)不考慮流體對(duì)固體運(yùn)動(dòng)的阻力

阻力不容忽略

學(xué)習(xí)目的沉降過程屬于流體力學(xué)中的兩相流動(dòng)，通過本知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)，能夠運(yùn)用顆粒與流體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律達(dá)到非均相混合物分離的目的。掌握沉降過程的有關(guān)計(jì)算，并根據(jù)工藝要求和物系特性進(jìn)行沉降室設(shè)計(jì)和離心分離設(shè)備選型。

重點(diǎn)討論固體顆粒從氣流中沉降分離的過程，內(nèi)容包括沉降分離的原理，過程計(jì)算，影響沉降分離的因素分析，沉降分離設(shè)備（包括沉降室、旋風(fēng)分離器）的設(shè)計(jì)或選型。

3.4.1重力沉降一、球形顆粒的自由沉降自由沉降：任一顆粒的沉降不因流體中存在其它顆粒而受干擾。即顆粒彼此間相互獨(dú)立，互不影響。它發(fā)生在流體中顆粒稀疏的情況中。流體—固粒間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)有三種情況；①固粒靜止,流體對(duì)其作繞流運(yùn)動(dòng)；②流體靜止,固粒作沉降運(yùn)動(dòng)；③兩者都運(yùn)動(dòng)，但保持一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。流體對(duì)固體表面作用力粘性引起的表面曳力表面壓差引起的形體曳力流體靜止，球形顆粒的直徑dp，密度ρs，流體密度ρ，顆粒作下沉運(yùn)動(dòng)時(shí)，受力為:FbFDFg重力浮力阻力1沉降顆粒的受力分析

1）分析2．顆粒的自由沉降速度等速階段：此時(shí)顆粒相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度叫做沉降速度。也是加速階段終了時(shí)顆粒相對(duì)于流體的速度，亦稱“終端速度”。顆粒的運(yùn)動(dòng)加速段等速段2）自由沉降速度如何得到ξ？3曳力系數(shù)的求解1）分析影響因素:對(duì)光滑圓球用因次分析，得到兩個(gè)無因次準(zhǔn)數(shù)：2）．實(shí)驗(yàn)確定曳力系數(shù)1)滯流orStokes區(qū)Rep<22)過渡orAllen區(qū)2<Rep<5003)湍流orNewton區(qū)Rep>5003)湍流orNewton區(qū)當(dāng)Rep＞2×104時(shí)，邊界層內(nèi)流體由層流變?yōu)橥牧?，由于流體動(dòng)量加大，使脫體點(diǎn)后移至θ=1400，尾流區(qū)變小，曳力突然下降，使ξ由0.44突然降到0.1左右。當(dāng)Rep＞500后，表面曳力較形體曳力小得多，可以忽略，此時(shí)ξ

不再隨及Rep而變化，該區(qū)服從平方定律。4光滑球形的沉降速度代入ξ~Rep的關(guān)系式，所以u(píng)t為stokes方程Allen方程N(yùn)ewton方程Rep<22<Rep<500Rep>500二沉降速度公式的應(yīng)用(1)試差法、、p

確定已知dput已知ut

dp設(shè)沉降屬于某一流型選用該流型的沉降速度式計(jì)算ut據(jù)ut檢驗(yàn)Rep是否在原設(shè)流型范圍是否按計(jì)算另選流型原設(shè)正確輸出ut1球形顆粒的沉降計(jì)算(2)用無因次數(shù)群K判斷流型

、、p

確定，已知dp

求utRep<2

K<3.3Stokes區(qū)=3.3

43.6Allen區(qū)>43.6Newton區(qū)已測(cè)得密度為1630Kg/m3的塑料珠在20℃的ccl4液體中的沉降速度為1.7×10-3m/s，20℃時(shí)ccl4的密度1590Kg/m3

，粘度μ=1.03×10-3Pa?s，求此塑料珠的直徑。解：設(shè)小珠沉降在斯托克斯定律區(qū)，按式可得校核<2計(jì)算有效，小珠直徑約為0.283mm例3—5

三、非球形顆粒的自由沉降1．非球形顆粒自由沉降的特征：非球顆粒的特征需用二個(gè)參數(shù)來表征de,v，ψ研究方法同球形顆粒不同ψ的ξ~Rep的實(shí)驗(yàn)曲線示于圖3-122、非球形顆粒的沉降計(jì)算據(jù)Ψ值查圖3－12,初設(shè)ξ’根據(jù)ut計(jì)算Rep據(jù)Ψ與Rep查圖3－12,查得ξ=ξ’是否設(shè)ξ’=ξ原設(shè)正確輸出ut(1）試差法已知dev求ut代入(2)摩擦數(shù)群法、、p

確定1)已知dp求ut2)已知ut求dp重力沉降速度計(jì)算小結(jié)λ與ζ計(jì)算比較都是反映阻力的影響因素摩擦系數(shù)λ曳力系數(shù)ζ因次分析因次分析λ＝f(Re,ε/d)ζ＝f(Rep,Ψ)應(yīng)用摩擦系數(shù)λ層流λ＝64/Re過渡區(qū)湍流光滑管粗糙管λ＝f(Re,ε/d)λ＝0.3164/Re0.25曳力系數(shù)ζ層流過渡區(qū)湍流球形顆粒非球形顆粒ζ＝24/Repζ＝0.44ζ＝f(Rep,Ψ)降塵室是利用重力沉降除去氣流中顆粒的設(shè)備3.4.2重力沉降室降塵室的分離原理為:垂直方向上τt=H/ut

水平方向上τr=AH/VS

τt≤τr時(shí)，顆粒能從氣流中分離出來。

VS:降塵室的處理能力，則VS≤Aut

(降塵室面積A=長(zhǎng)L×寬B)

由此可見，只與沉降面積及有關(guān)，而與降塵室的高度無關(guān)。

降塵室應(yīng)設(shè)計(jì)成扁平形狀，或在室內(nèi)設(shè)置多層水平隔板，叫多屋降塵室。隔板間距一般為40~100mm。多層降塵室能分離較細(xì)小的顆粒并節(jié)省地面，但出灰不便。多層降塵室生產(chǎn)能力(n層水平隔板)：VS≤(n+1)ut·A說明①應(yīng)根據(jù)需分離下來的最小顆粒計(jì)算。②不宜過高，避免沉降下來的顆粒重新卷起。③適用于作預(yù)除塵器使用（通常只適用于分離粒度大于50mm的粗粒）。質(zhì)量流量為2.5Kg/s

、溫度為20℃的常壓含塵空氣在進(jìn)入反應(yīng)器之前必須除塵并預(yù)熱至150℃，所含塵粒密度為1800Kg/m3

?，F(xiàn)有一臺(tái)總面積為130m3

的多層降塵器，試求在下列兩種情況時(shí)此降塵器可全部除去的最小顆粒直徑：（1）

先除塵后預(yù)熱；（2）

先預(yù)熱后除塵。例3—6解：（1）

據(jù)題意

可全部除去的最小顆粒的沉降速度為由計(jì)算可知，先除塵后預(yù)熱的順序較好，可以全部除去的最小顆粒直徑較小。假定顆粒沉降處于斯托克斯定律區(qū)，則

以上計(jì)算有效（2）

據(jù)題意假定顆粒沉降仍處于斯托克斯定律區(qū)

dmin=23.8μmRep=0.019<2以上計(jì)算有效慣性離心力F離：任何質(zhì)量為m的物體在與轉(zhuǎn)軸的距離為R，切向速度為uT的位置上的Fc為Fc=muT2/R，方向沿旋轉(zhuǎn)半徑從中心指向外周，從而能更快更好地將分散質(zhì)與分散介質(zhì)分離出來。若R↓或uT↑→F離↑離心沉降:依靠慣性離心力的作用而實(shí)現(xiàn)的沉降過程叫離心沉降。3.4.3離心沉降離心加速度不是常數(shù)，隨位置及切向速度而變，其方向是沿旋轉(zhuǎn)半徑從中心指向外周。而重力加速度g基本上可視作常數(shù)，其方向指向地心。1.離心力3.4.3.1慣性離心力作用下的沉降速度2.向心力（顆粒周圍的流體對(duì)顆粒的作用力)與重力場(chǎng)中的浮力相當(dāng)3.曳力一、離心力場(chǎng)中顆粒在徑向的受力情況：ur相對(duì)徑向運(yùn)動(dòng)速度

ur與ut比較，ut式中的g改用uT2/R

ut方向向下，是恒值，而ur方向沿徑向由中心指向外，并隨R的不同而不同，其值是變化的。二、離心沉降速度K=(uT2/R)/gK為分離因數(shù)三、分離因數(shù)對(duì)于一定的懸浮液，當(dāng)采用離心沉降時(shí)，可加快沉降過程。K值大小是反映離心分離設(shè)備性能的重要指標(biāo)。高速離心機(jī)的K值可達(dá)1萬以上。一、旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)及工作原理3.4.3.2旋風(fēng)分離器

旋風(fēng)分離器一般用來除去氣流中直徑在5μm以上的顆粒。對(duì)顆粒含量高于200g/m3的氣體，由于顆粒聚結(jié)作用，它甚至能除去3μm以下的顆粒。旋風(fēng)分離器還可以從氣流中分離除去霧沫。對(duì)于直徑在5μm以下的小顆粒，需用袋濾器或濕法撲集。旋風(fēng)分離器不適用于處理粘性粉塵、含濕量高的粉塵及腐蝕性粉塵。二、旋風(fēng)分離器的性能1臨界粒徑dc臨界粒徑是判斷旋風(fēng)分離器分離效率高低的重要依據(jù)之一。評(píng)價(jià)旋風(fēng)分離器性能的主要指標(biāo)是從氣流中分離顆粒的效果及氣體經(jīng)過旋風(fēng)分離器的壓力降。分離效果可用臨界粒徑和分離效率來表示。2分離效率旋風(fēng)分離器的分離效率有兩種表示法，一是總效率，以η0代表；一是分效率，又稱粒級(jí)效率，以ηpi代表。3壓力降壓力降的大小，直接影響動(dòng)力消耗，也為工藝條件所限制。

臨界粒徑的計(jì)算簡(jiǎn)化條件1）進(jìn)入旋風(fēng)分離器的氣流嚴(yán)格按螺旋形路線作等速運(yùn)動(dòng)，其切向速度等于進(jìn)口氣速ui；2）顆粒向器壁沉降時(shí)，必須穿過厚度等于整個(gè)進(jìn)氣口寬度B的氣流層，方能達(dá)到壁面被分離。3）顆粒在stokes區(qū)，作自由沉降，其徑向沉降速度可用ut=dp2ρs(ui2/Rm)/18μ計(jì)算，

Rm為平均回旋半徑∵ρs≥ρ

∴ρs-ρ≈ρs

，1臨界粒徑dc定義：臨界粒徑是指理論上能夠完全被旋風(fēng)分離器分離下來的最小顆粒直徑。則顆粒到達(dá)器壁所需的沉降時(shí)間τ1為τ1=B/ut=18μRmB/(dp2ρsui2

)含氣流的有效旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為Ne，氣流在器內(nèi)的所需時(shí)間τ2為τ2=2пRmNe/ui

τ1=τ2，dp=dc18μRmB/(dp2ρsui2

)=2пRmNe/uiNe↑→dc↓B↑→dc↓ui↑→dc↓ρs↑→dc↓。2分離效率1)總分離效率η0:

單位時(shí)間內(nèi)被除去的固體顆粒質(zhì)量占進(jìn)入分離器的全部顆粒質(zhì)量的分率。η0=(c1-c2)/c1

c1:進(jìn)口氣體含塵濃度，g/m3

c2:出口氣體含塵濃度，g/m3

總效率是工程中最常用的，也是最易于測(cè)定的分離效率。但這種表示方法的缺點(diǎn)是不能表明旋風(fēng)分離器對(duì)各種尺寸粒子的不同分離效率。2.粒級(jí)效率（1）ηpi=(c1i-c2i)/c1i

C1i:進(jìn)口氣體中所帶顆粒中第i段范圍內(nèi)的顆粒濃度，g/m3

C2i:出口氣體中所帶顆粒中第i段范圍內(nèi)的顆粒濃度，g/m3

通常把旋風(fēng)分離器的粒級(jí)效率ηpi標(biāo)給成粒徑比

d/d50的函數(shù)曲線。d50是粒級(jí)效率為50%的顆粒直徑，稱之為分割粒徑。（2）由粒級(jí)效率估算總效率

對(duì)于同一型式且尺寸比例相同的旋風(fēng)分離器，無論大小，皆可通用同一條

曲線，這就給旋風(fēng)分離器效率的估算帶來了很大方便。

3、壓強(qiáng)降氣體流徑旋風(fēng)分離器時(shí)，由于進(jìn)氣管，排氣管及主體器壁所引起的摩擦阻力，氣體流動(dòng)時(shí)的局部阻力及氣體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的動(dòng)能損失等等，造成了氣體的壓強(qiáng)降△p=ξ(ρui2/2)△p表示為與進(jìn)口氣體動(dòng)能成正比。標(biāo)準(zhǔn)型ξ=0.8(實(shí)測(cè))。一般△p介于500~2000Pa。思考：影響旋風(fēng)分離器性能的因素？

最重要的是物系性質(zhì)及操作條件。比如：顆粒密度大、粒徑大、進(jìn)口氣速度高及粉塵濃度高等情況均有利于分離一、旋風(fēng)分離器的類型與改進(jìn)旋風(fēng)分離器的性能不僅受含塵氣的物理性質(zhì)、含塵濃度、粒度分布及操作條件的影響，還與設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸密切相關(guān)。只有各部分結(jié)構(gòu)尺寸恰當(dāng)，才能獲得較高的分離效率和較低的壓力降。3.4.3.3旋風(fēng)分離器的類型與選用1改進(jìn)：采用細(xì)而長(zhǎng)的器身

減小上渦流的影響消除下旋流影響排氣管和灰斗尺寸的合理設(shè)計(jì)都可使除塵效率提高

CLK型（擴(kuò)散型）：圓筒以下的部分為倒錐型，并在底部裝有擋灰盤（亦稱反射屏）。擋灰盤有效地防止了已下沉的細(xì)粉被重新卷起，使效率提高了，尤其對(duì)10μm以下的顆粒，效果更為明顯。CLP型：帶有旁路分離室的旋風(fēng)分離器。對(duì)細(xì)微粉塵的聚結(jié)有促進(jìn)作用。2旋風(fēng)分離器的類型

CLT型（標(biāo)準(zhǔn)型）：如前所述。

CLT/A型：切向進(jìn)口改為傾斜螺旋召進(jìn)口，尺寸比例與標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器相近。二、旋風(fēng)分離器的選用(1)選用的依據(jù)有：1.處理氣量（體積流量）m3/h(m3/s)2.實(shí)際達(dá)到的分離效率η0（ηpi往往規(guī)定dpi≥某值ηpi≥某值）3.容許的壓強(qiáng)降△p

(2)一般實(shí)例選用步驟為：1．據(jù)處理量及容許壓強(qiáng)降，要求的分離效率確定類型。2．類型確定后，查閱其性能表，確定型號(hào)。（性能表中有不同尺寸的該型旋風(fēng)分離器在若干個(gè)壓降下的處理氣量，依性能型號(hào)，表中所列的△p為ρ=1.2kg/m3下的數(shù)值，當(dāng)ρ不同需校正）3．按照規(guī)定的壓強(qiáng)降和分離效率確定旋風(fēng)分離器并串聯(lián)的臺(tái)數(shù)。在旋風(fēng)分離器數(shù)實(shí)際操作中，還需物別注意防止“竄漏”。若排灰口密封不好而發(fā)生漏氣，即外面空氣竄入旋風(fēng)分離器內(nèi)，則上升氣流會(huì)將已沉降下來的塵粒重新卷起，會(huì)大大降低收塵效果。標(biāo)準(zhǔn)型：壓降△p=8.0(u12/2)ρu1=ui

氣體流量V=u1Bh=D2u1/8

Bh=D2/8D=4Bh=2B

Ne=5n個(gè)串聯(lián)：△pi=△p/nη=1-(1-ηi)nV=Vi=D2ui/8

n個(gè)并聯(lián)：△pi=△pη=ηiVi=D2ui/8Vi=V/n三、計(jì)算3.5固體流態(tài)化

3.5.1固體流態(tài)化現(xiàn)象一.固體顆粒床層的三種操作類型(1)固定床①定義:當(dāng)流體空速u較低，流體通過顆粒床層時(shí)床層靜止，故稱這種固體顆粒床層為固定床。②特點(diǎn):若床層橫截面直徑比顆粒直徑大得多，床層各向同性。流體在顆粒間孔隙流動(dòng)的真正流速為u1，顆粒靜止不動(dòng)，說明流體對(duì)顆粒的曳力與浮力之和小于顆粒的重量，或顆粒的沉降速度大于流體的真正流速。(2)流化床①定義:當(dāng)流體空速趨進(jìn)于某一臨界速度umf

，顆粒開始松動(dòng)，床層略有膨脹，床層高度增子增至Lmf

，顆粒位置稍作調(diào)整，當(dāng)流速繼續(xù)加大，固體顆粒呈懸浮狀，顆粒重量不是靠與其接觸的下面顆粒的支撐，而是靠流體對(duì)其產(chǎn)生的曳力與浮力支托，懸浮的顆粒在向上流過的流體中作隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，或擺動(dòng)，或自轉(zhuǎn)，并同時(shí)發(fā)生固體顆粒沿不同的回路作上下運(yùn)動(dòng)，由于這時(shí)固體顆粒的行為猶如沸騰液體在翻騰，故被稱為流化床或沸騰床。

流化床現(xiàn)象可在一定的流體空速范圍內(nèi)出現(xiàn)，在這流速范圍內(nèi)，隨著流速的增加，流化床高度增大，床層空隙率增大。②種類1.散式流化:若流化床中固體顆粒均勻地分散于流體，床層中各處空隙率大致相等，床層有穩(wěn)定的上界面，這種流化形式稱為散式流化。2.聚式流化:如圖所示ⅰ氣泡相:因固體與氣體密度差別很大，氣體對(duì)顆粒的浮力很小，氣體對(duì)顆粒的支托主要靠曳力，這時(shí)床層會(huì)產(chǎn)生不均勻現(xiàn)象，在床層內(nèi)形成若干孔穴，孔穴內(nèi)固體含量很少，是氣體排開固體顆粒后占據(jù)的空間，被稱為氣泡相。氣體通過床層時(shí)優(yōu)先通過孔穴，孔穴不是穩(wěn)定不變的，氣體支撐的孔穴上方的顆粒會(huì)落下，使孔穴位置上升，在上界面破裂。ⅱ乳化相:當(dāng)床層產(chǎn)生孔穴時(shí)，非孔穴部位的顆粒床層仍維持剛發(fā)生流化時(shí)的狀態(tài)，通過的氣流量較少，被稱為乳化相。ⅲ稀相區(qū):在發(fā)生聚式流化時(shí)，細(xì)顆粒被氣體帶到上方，形成稀相區(qū)。ⅳ濃相區(qū):較大顆粒留在下部，形成濃相區(qū)。兩個(gè)區(qū)之間有分界面。一般稱的流化床層主要指濃相區(qū)，床層高度指濃相區(qū)高度。(3)輸送床當(dāng)流體空速超過流化床上限空速后，床層高度不斷升高，床層空隙率趨于1，流體空速與真正速度一致，且大于顆粒的沉降速度，則顆粒不能停留在容器中，逐漸被流體帶出容器，被稱為輸送床。二流化床操作中固體顆粒類似液體的特性流化床操作中固體顆粒有類似液體的特性，流化床的名稱由此得來。1.流化床操作時(shí)，固體顆粒會(huì)取得水平的床層上表面，可從側(cè)孔流出，使流化床操作中能連續(xù)加料和出料。2.流化床能對(duì)全部或部分浸沒其中的物體產(chǎn)生浮力，浮力的大小即物體排開流化床體積內(nèi)顆粒的重量，體現(xiàn)了流體的特性。三流化床操作的特點(diǎn)P1313.5.2固體流態(tài)化的流體力學(xué)特性一.“床層壓降~流體空速”曲線1.“△pm~u”的實(shí)驗(yàn)曲線:固體顆粒床層隨著流體空速的增加，先后出現(xiàn)固定床和流化床的“△pm~u”的實(shí)驗(yàn)曲線，如圖所示。(見下一頁)A-B:顆粒靜止，為固定床階段;B-C:床層膨脹，顆粒松動(dòng)，為疏松堆積狀態(tài);C點(diǎn):顆粒群保持接觸的最松狀態(tài)，固定床以C點(diǎn)為限，隨著空速的增加，床層進(jìn)入流化階段;起始流化速度umf:C點(diǎn)的流體空速;C-D:床層顆粒自上而下逐粒浮起。2.