1、第三章 沉降與過(guò)濾 (Settling and filtration),概述 第一節(jié)重力沉降 第二節(jié)過(guò)濾 第三節(jié)離心沉降,概 述 一. 非均相物系的分離 混合物有： 均相混合物(物系)：物系內(nèi)部各處物料性質(zhì)均勻，無(wú)相界面。 例：混合氣體、 溶液。 非均相混合物(物系)：物系內(nèi)部有隔開(kāi)的相界面存在，而在相 界面兩側(cè)的物料性質(zhì)截然不同的物系。 例：含塵氣體、懸浮液、乳濁液、泡沫液。,氣態(tài)非均相物系,液態(tài)非均相物系,許多化工生產(chǎn)過(guò)程中，要求分離非均相物系。,非均相物系 分散相(分散物質(zhì))：處于分散狀態(tài)的物質(zhì)。氣體中塵 粒、懸浮液中的顆粒、乳濁液中的液滴。 連續(xù)相(分散介質(zhì))：包圍著分散相，處于連續(xù)狀

2、態(tài)的 物質(zhì)。含塵氣體中的氣體、懸浮液中的液體。,均相混合物的分離： 吸收、蒸餾。 非均相混合物的分離：分散相、連續(xù)相物理性質(zhì)不同(不同) 機(jī)械方法：沉降、過(guò)濾。,非均相物系分離的目的： （1）回收分散物質(zhì)（分散相） （2）凈制分散介質(zhì)（連續(xù)相） （3）勞動(dòng)保護(hù)和環(huán)境衛(wèi)生等。,含塵氣體和懸浮液的分離： 沉降分離法：使氣體或液體中的固體顆粒受重力、離心力 或慣性力作用而沉降的方法； 過(guò)濾分離法：利用氣體或液體能通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)而固體顆粒不能 穿過(guò)過(guò)濾介質(zhì)的性質(zhì)進(jìn)行分離的， 如袋濾法,含塵氣體的分離還有: 液體洗滌除塵法：使含塵氣體與水或氣體液體接觸，洗去 固體顆粒的方法。 電除塵法：使含塵氣體在高壓電

3、場(chǎng)內(nèi)受電場(chǎng)力的作用而 沉降分離的方法。,二顆粒與流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力,曳力/阻力：當(dāng)流體以一定速度繞過(guò)靜止的固體顆粒流動(dòng)時(shí)， 由于流體具有黏性，對(duì)顆粒產(chǎn)生的作用力；或 當(dāng)固體顆粒在靜止流體中移動(dòng)時(shí)，流體對(duì)顆粒 的作用力 兩種力的性質(zhì)相同,只要有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的存在，就有阻力就存在，只要相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度相同，阻力就相同,沉降(settling)：在某種力(重力、離心力)作用下，利用連續(xù) 相與分散相的密度差異，使之發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng) 而分離的操作。,重力沉降：由地球引力(重力)作用而發(fā)生的沉降過(guò)程。,一沉降速度 球形顆粒的自由沉降,第一節(jié) 重力沉降,自由沉降：?jiǎn)蝹€(gè)顆粒在流體中沉降，或者顆粒群在流體中 充分地分

4、散，顆粒之間互不接觸，互不碰撞的 條件 下的沉降。,將表面光滑、剛性的球形顆粒置于靜止的流體中。 顆粒：P、d、m ; 流體：、; P,Fb,Fg,其中，顆粒的體積為,設(shè)顆粒初速度為0，受力情況分析：,球的體積？浮力計(jì)算公式？,Fb,Fg,當(dāng)兩個(gè)力之和不為0，則有加速度存在，當(dāng)顆粒下沉?xí)r，顆粒受到流體向上的阻力Fd，令u為顆粒與流體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度：,Fd,根據(jù)牛頓第二定律：,隨著顆粒向下沉降，u，F(xiàn)d，a。 當(dāng)u增加到一定數(shù)值u0時(shí)，du/d=a=0。于是顆粒 開(kāi)始作勻速沉降運(yùn)動(dòng)。,可見(jiàn)，顆粒的沉降過(guò)程分為兩個(gè)階段：起初為加速階段，而后為勻速階段。,對(duì)于小顆粒，在勻速階段中，顆粒相對(duì)于流體的運(yùn)

5、動(dòng)速度， 稱(chēng)為沉降速度-加速階段忽略不計(jì)。,a=0，勻速運(yùn)動(dòng) uo 所以，得：,關(guān)鍵是找出,關(guān)鍵：求實(shí)驗(yàn)證明、 是Re的函,層流區(qū)、10-4Re1 過(guò)渡區(qū)、1Re1000 湍流區(qū)、1000Re2105,d為顆粒的直徑、uo顆粒的沉降速度,和 Re0的關(guān)系可有實(shí)驗(yàn)測(cè)得、關(guān)系如下圖所示,阻力系數(shù)Re0關(guān)系圖,將代入：,層流區(qū) =24/Re,上三式中：, 在層流區(qū)和過(guò)渡區(qū)中，uo還和黏度有關(guān)液體的黏度約 為氣體的50倍，故顆粒在液體中沉降速度比在氣體中小得多,過(guò)渡區(qū) =30/Re0.625,湍流區(qū) =0.44,斯托克斯定律,阿倫定律,牛頓定律,已知球形顆粒直徑，要計(jì)算沉降速度時(shí)，由于ut為待求量，所

6、以Re值是未知量。需要用試差法進(jìn)行計(jì)算ut 。 例如，當(dāng)顆粒直徑較小時(shí)，,選擇相應(yīng)計(jì)算式,直到所求ut計(jì)算出的Re符合于所用計(jì)算式的流型范圍為止。,沉降速度的計(jì)算,例3-1 一直徑為1.00mm、密度為2500kg/m3的玻璃球在 20的水中沉降，試求其沉降速度。,解 由于顆粒直徑較大，先假設(shè)流型層于過(guò)渡區(qū),校核流型，Re=dPut/=10-30.157103/10-3=157 故屬于過(guò)渡區(qū)，與假設(shè)相符。,當(dāng)已知沉降速度，求顆粒直徑時(shí)，也需要試差計(jì)算。,、影響沉降速度的其它因素,顆粒形狀 壁效應(yīng) (3) 干擾沉降,測(cè)定非球形粒的沉降速度，用沉降速度公式 計(jì)算出粒徑。此時(shí)，非球形顆粒的直徑， 稱(chēng)

7、為當(dāng)量球徑。,當(dāng)顆粒靠近器壁沉降時(shí)，由于器壁的影響，其 沉降速度較自由沉降速度小，這種影響稱(chēng)為 壁效應(yīng)。,當(dāng)非均相物系中的顆粒較多，顆粒之間相互 距離較近時(shí)，顆粒沉降會(huì)受到其它顆粒的影響， 這種沉降稱(chēng)為干擾沉降。 干擾沉降速度比自由沉降小。,二.降塵室,利用重力沉降從含塵氣體中分離出塵粒的設(shè)備。,預(yù)分離器，粒徑大于50m。,（1）停留時(shí)間與沉降時(shí)間,氣體入室減速,顆粒的沉降運(yùn)動(dòng)+隨氣體運(yùn)動(dòng),沉降運(yùn)動(dòng)時(shí)間氣體停留時(shí)間分離,u,uo,L,H,所需沉降時(shí)間=H/uo,在室內(nèi)停留時(shí)間=L/u,分離滿(mǎn)足的條件：,含塵氣體的最大處理量 為： V=AOUO,含塵氣體的處理量為沉降室的底面積乘以沉降速度，而與

8、沉降高度無(wú)關(guān)，因此，沉降室一般做成扁平形狀的，為了增大處理量，可做成多層，稱(chēng)為多層隔板降塵室。,由此可知,（2）能被沉降室完全分離出來(lái)的顆粒最小直徑,可分為三類(lèi)計(jì)算問(wèn)題： (1) 已知?dú)怏w處理量qVs, 物性數(shù)據(jù)(, , p ), 臨界粒徑 dpc , 求底面積A； 已知底面積A, 物性數(shù)據(jù), 臨界粒徑 dpc , 求氣體處理量qVs ； 已知?dú)怏w處理量qVs, 物性數(shù)據(jù) , 底面積A, 求臨界粒徑 dpc ；,由層流區(qū)的計(jì)算式,例3-2 用高2m 、寬2.5m、長(zhǎng)5m的重力降塵室分離空氣中的粉塵。在操作條件下空氣的密度為0.779kg/m3，黏度為2.5310-5Pa.s，流量為5.0104

9、m3/h。粉塵的密度為2000 kg/m3。試求粉塵的臨界粒徑。,解：已知空氣流量qvs，密度，黏度，粉塵的密度p， 降塵室的寬度W，長(zhǎng)度L, 可知：,假設(shè)沉降處于過(guò)渡區(qū)：,故屬于過(guò)渡區(qū)，與假設(shè)相符。,重力沉降是自由沉降，沉降時(shí)間很長(zhǎng)，效率不高，而且只能是初步分離，當(dāng)沉淀中含夜量較少時(shí)，沉降方法不適用，這是就要采用過(guò)濾,第二節(jié) 過(guò) 濾,過(guò)濾：在外力的作用下，懸浮液中的液體通過(guò)多孔介質(zhì)的孔道 而固體顆粒被截留下來(lái)， 從而實(shí)現(xiàn)固、液分離的操作。,過(guò)濾術(shù)語(yǔ)：濾漿過(guò)濾操作所處理的懸浮液 過(guò)濾介質(zhì)所用的多孔物質(zhì) 濾液通過(guò)介質(zhì)孔道的液體 濾餅或?yàn)V渣被截留的物質(zhì),過(guò)濾目的：從懸浮液中分離出固體顆粒。,一、懸

10、浮液的過(guò)濾 .兩種過(guò)濾方式 工業(yè)上，基本上有兩種：深層過(guò)濾和濾餅過(guò)濾。,（1）深層過(guò)濾：粒狀床層孔道(如砂層)為有效過(guò)濾介質(zhì)。 當(dāng)懸浮液中所含顆粒很小，且含量很少時(shí)（固相體積分率0.1%），常用較厚的粒狀床層做過(guò)濾介質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾。顆粒在經(jīng)過(guò)床層內(nèi)細(xì)長(zhǎng)而彎曲的孔道時(shí)，靠靜電、分子間力、毛細(xì)管力等的作用而附著在孔道壁上，沒(méi)有濾餅形成，所以這種過(guò)濾稱(chēng)為深層過(guò)濾。 常用于自來(lái)水凈化和污水處理。,（2）濾餅過(guò)濾： 濾餅層為有效過(guò)濾介質(zhì)。 當(dāng)懸浮液中所含顆粒較多時(shí)（固相體積分率1%），常用濾布、濾網(wǎng)做過(guò)濾介質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾。當(dāng)粒徑大于過(guò)濾介質(zhì)孔徑時(shí)，顯然會(huì)形成濾餅；當(dāng)粒徑小于過(guò)濾介質(zhì)孔徑時(shí)，通過(guò)“架橋現(xiàn)象”也會(huì)形

11、成濾餅。隨著濾餅的增厚，濾餅層就成為有效的過(guò)濾介質(zhì)，所以這種過(guò)濾稱(chēng)為濾餅過(guò)濾。 常用于化工生產(chǎn)，本章只討論濾餅過(guò)濾。,2. 過(guò)濾介質(zhì) 作用：使液體通過(guò)而固體顆粒截留住 要求：具有多孔性（適宜的孔徑、比顆粒小，或可形成架橋）、 阻力小； 具有化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性和耐熱性； 因過(guò)濾介質(zhì)是濾餅的支承物，應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。 工業(yè)中常用的過(guò)濾介主要有三種： (1) 織物介質(zhì)：由纖維、金屬絲等編織而成的濾布和濾網(wǎng)，使用 最廣。 (2) 堆積介質(zhì)：由砂、木炭等堆積而成的床層，用于深層過(guò)濾。 (3) 多孔介質(zhì)：由多孔陶瓷、多孔金屬和多孔塑料制成的管和板。,3、助濾劑 目的： 防止過(guò)濾介質(zhì)孔道堵塞，或降低可

12、壓縮濾餅的過(guò)濾阻力。 助濾劑：一種堅(jiān)硬的粉狀或纖維狀的固體，能形成疏松結(jié)構(gòu)。 加助濾劑和方法有預(yù)涂法和預(yù)混法。 要求：作助濾劑的物質(zhì)應(yīng)能較好地懸浮于料液中，且顆粒大小 合適，助濾劑中還不應(yīng)含有可溶于濾液的物質(zhì)，以免污染 濾液。 常用的助濾劑有: 硅藻土、珍珠巖粉、碳粉 和石棉粉等。 【注意】：當(dāng)濾餅是產(chǎn)品時(shí)不能使用助濾劑。,4、懸浮液量、固體量、濾液量與 濾渣量的關(guān)系,濾液量 懸浮液中所含液體量,濾液，密度 ，體積 V 懸浮液 液體 濕濾渣，密度c 干渣，密度p,二 過(guò)濾基本方程式,過(guò)濾基本方程式主要描述濾液量隨時(shí)間的變化關(guān)系， 即V的關(guān)系。,過(guò)濾速度：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過(guò)單位面積的濾液體積，可表示為

13、 dV/Ad ，m/s。,過(guò)濾推動(dòng)力壓力差,L,p1,p2,過(guò)濾阻力=濾餅阻力+過(guò)濾介質(zhì)阻力,PC：餅層壓差；Pm：過(guò)濾介質(zhì)壓差,RC Rm,圓管內(nèi)層流流動(dòng)時(shí)： 哈根-泊謖葉方程,過(guò)濾過(guò)程中，濾液通過(guò) 濾餅 的流速較低， 其流動(dòng)一般處于層流狀態(tài).,l濾餅中毛細(xì)孔道的平均長(zhǎng)度。 d毛細(xì)孔道平均直徑，為定值。 u 液體在通道內(nèi)的流速。 p 液體在濾渣層前后的壓力差。 液體的粘度，定值。,流體在層流流動(dòng)時(shí)直管阻力損失計(jì)算公式,濾液在濾餅層毛細(xì)孔道內(nèi)的流速u(mài) 過(guò)濾速度dV/Adt,將兩式代入,得：,令 ，,則有：,推動(dòng)力： pc,r：比例系數(shù)，稱(chēng)為濾餅的比阻，表示單位過(guò)濾面積 上濾餅為1m3 (即Vc

14、/A=1)時(shí)的阻力，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。,濾餅阻力：,過(guò)濾介質(zhì)阻力,V濾液量。Ve當(dāng)量濾液量、介質(zhì)常數(shù),過(guò)濾推動(dòng)力,過(guò)濾阻力,過(guò)濾過(guò)程中，濾液通過(guò) 過(guò)濾介質(zhì),Rm,所以，得：,過(guò)濾速度方程：,過(guò)濾速率方程：,【注意】：當(dāng)量濾液量Ve不是真正的濾液量，其值與過(guò)濾介質(zhì)的性質(zhì)，濾餅及濾漿的性質(zhì)有關(guān)，可由實(shí)驗(yàn)確定。,三 恒壓過(guò)濾,因?yàn)?，過(guò)濾速率方程時(shí)微分形式的方程，若用此式求出過(guò)濾時(shí)間與濾液量之間的關(guān)系式，還需根據(jù)具體情況積分。,工業(yè)生產(chǎn)上有兩種典型的過(guò)濾操作方式，恒壓和恒速。 實(shí)際應(yīng)用時(shí)可采取先恒速后恒壓過(guò)濾的操作方式。 恒壓過(guò)濾：過(guò)濾操作是在恒定壓差下進(jìn)行的。 是最常見(jiàn)的過(guò)濾方式。,1、濾液體積于過(guò)濾時(shí)間

15、的關(guān)系,恒壓過(guò)濾時(shí)，如圖： 濾液體積V過(guò)濾時(shí)間,OO曲線表示 與過(guò)濾介質(zhì)阻力對(duì)應(yīng)的虛擬（當(dāng)量）濾液體積Ve與虛擬過(guò)濾時(shí)間e的關(guān)系。,當(dāng)p不變(即恒壓)，懸浮液一定(r,v ,和Ve一定 )時(shí)，積分過(guò)濾方程式：,積分得：,令:q=V/A，單位面積上的濾液量 qe=Ve/A，單位面積上的當(dāng)量濾液量 ,為常數(shù) 則改寫(xiě)成q與的關(guān)系式：,令,，化為：,恒壓過(guò)濾方程式,若介質(zhì)阻力可忽略不計(jì)，2VVe=0，則上式可簡(jiǎn)化為：,過(guò)濾常數(shù),方程， ， 都是,（基本方程式）,若介質(zhì)阻力可忽略不計(jì)，2qqe=0，則上式可簡(jiǎn)化為：,2、過(guò)濾常數(shù)的測(cè)定,K, Ve、qe,在恒壓下， K, Ve、qe都是由實(shí)驗(yàn)測(cè)定,【注意

16、】：,與懸浮液的性質(zhì)，溫度，壓力差有關(guān)，,只有在工業(yè)生產(chǎn)條件和實(shí)驗(yàn)條件一致時(shí)，才能直接使用實(shí)驗(yàn)測(cè)定的過(guò)濾常數(shù)K和qe。,3、洗滌時(shí)間t 洗滌時(shí)間t等于洗滌液用量vw 除以洗滌速率 對(duì)于板框壓濾機(jī)，屬于橫穿洗滌、洗滌速率等于四分之一的過(guò)濾速度。 對(duì)于葉濾機(jī)和轉(zhuǎn)筒過(guò)濾機(jī)，屬于置換洗滌、 洗滌速率等于過(guò)濾速率。,4、生產(chǎn)能力 對(duì)于間歇過(guò)濾機(jī)：一個(gè)完整的操作過(guò)程包括過(guò)濾時(shí)間 、洗滌時(shí)間t、卸渣、重裝等輔助時(shí)間T 即總時(shí)間 t總= + t+ T 生產(chǎn)能力 V一個(gè)操作周期內(nèi)獲得的濾液量,四. 過(guò)濾設(shè)備,1、 板框式壓濾機(jī),2 、 轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī),3 、離心過(guò)濾機(jī),1、 板框式壓濾機(jī) 由許多交錯(cuò)排列在支架上

17、并可在支架上 滑動(dòng)的濾板和慮框組成 洗滌板 濾板 非洗滌板 結(jié)構(gòu) 濾布 濾框 過(guò)濾路徑：濾漿 框內(nèi) 濾餅 濾布 板內(nèi) 排出 洗滌路徑：洗水 洗板濾布 框 濾餅 非洗板排出,1-非洗滌板；,2-框；,3-洗滌板；,四角均開(kāi)孔,組裝: 1-2-3-2-1-2-3-2-1-2-3-2-1,濾布框的兩側(cè),濾漿由總管入框,框內(nèi)形成濾餅,濾液穿過(guò)餅和布,經(jīng)每板上旋塞排出(明流),從板流出的濾液匯集于某總管排出(暗流),過(guò)濾,優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壓強(qiáng)大，適用性強(qiáng)，適用黏性 大及有腐蝕 性的物系。 缺點(diǎn)：操作麻煩，勞動(dòng)強(qiáng)度大，費(fèi)時(shí)，多為間歇式。,板框式壓濾機(jī),2 . 轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī) （1）構(gòu)造與操作 轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾

18、機(jī)是連續(xù)操作的設(shè)備，其每一部分面積，都順序地經(jīng)過(guò)過(guò)濾、脫水、洗滌、卸料四個(gè)區(qū)域，轉(zhuǎn)筒每旋轉(zhuǎn)一周即完成一個(gè)操作循環(huán)。,轉(zhuǎn)鼓 結(jié)構(gòu) 動(dòng)盤(pán) 分配頭 定盤(pán),特點(diǎn)：自動(dòng)，連續(xù)進(jìn)行，節(jié)省人力，生產(chǎn)能力大，但結(jié)構(gòu) 復(fù)雜，投資大，真正過(guò)濾面積不大，且不適宜溫度 過(guò)高的漿料。,生產(chǎn)能力單位時(shí)間內(nèi)獲得的濾液量，Q； 浸液率轉(zhuǎn)筒表面浸入濾漿中的分?jǐn)?shù)，表示為：,有效過(guò)濾時(shí)間某一瞬間開(kāi)始進(jìn)入濾漿中的轉(zhuǎn)筒表面經(jīng)過(guò) 過(guò)濾區(qū)，最后從濾漿中出來(lái)，這一段時(shí)間 為轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)一周的有效過(guò)濾時(shí)間。,轉(zhuǎn)數(shù)N，1/s，旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間1/N，有效過(guò)濾時(shí)間為：,2 . 轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī),3. 離心過(guò)濾機(jī)（自學(xué)）,第三節(jié)離心機(jī),離心沉降：依靠離心力

19、的作用而實(shí)現(xiàn)的沉降過(guò)程。,F離,離心力,或r，F(xiàn)c ; 增大更有效， 從轉(zhuǎn)筒機(jī)械強(qiáng)度考慮，r不宜太大,Nr/min,離心分離因數(shù)離心力大小的指標(biāo),離心因數(shù),一離心力作用下的沉降速度,顆粒在離心力場(chǎng)中沉降時(shí)，在徑向沉降方向上 所受的作用力有,離心力,浮力（向中心）,阻力（向中心）,若這三個(gè)力達(dá)到平衡，則有,此時(shí)，顆粒在徑向上相對(duì)于流體的速度，就是它在這個(gè) 位置上的離心沉降速度,比較，重力沉降速度,在一定的條件下，重力沉降速度是一定的，而離心 沉降速度隨著顆粒在半徑方向上的位置不同而變化。,離心沉降對(duì)象小顆粒層流區(qū),所以,1、離心機(jī)的分類(lèi) 分離因數(shù)：常速，高速，超高速 構(gòu)造特性：直立式，橫臥式，傾

20、斜式 操作方式：間歇式，連續(xù)式 操作性質(zhì)：過(guò)濾式（即離心過(guò)濾機(jī)） 沉降式（即離心沉降機(jī)）,二、離心機(jī)的構(gòu)造和操作,2、沉降式離心機(jī),是利用離心沉降的原理分離懸浮液式乳濁液的機(jī)械。,）、管式離心機(jī) ）、碟式離心機(jī) ）、螺旋式離心機(jī),特點(diǎn)： 管式轉(zhuǎn)鼓：內(nèi)徑為75150mm、長(zhǎng)度約為1500mm、轉(zhuǎn)數(shù)約 為15000r/min;,離心分離因數(shù)Kc : 可達(dá)13000，也有高達(dá)105的超速離心機(jī); 液體處理量:約為 0.22m3/h;,分離乳濁液的管式離心機(jī),分離懸浮液的管式離心機(jī),）.管式離心機(jī),2）、碟式離心機(jī),特點(diǎn)：轉(zhuǎn)鼓內(nèi)裝有許多直徑為200800mm碟片，碟片數(shù)一般為 30150片，兩個(gè)碟片的

21、間隙為0.151.3mm ， 分離因數(shù)：約為700。,分離乳濁液的碟式離心機(jī)碟片上開(kāi)有小孔,分離懸浮液的碟式離心機(jī)碟片上不開(kāi)孔,用途：可以分離乳濁液中輕、重兩液相，例如油類(lèi)脫水、牛乳 脫脂等；也可以澄清含少量細(xì)小顆粒固體的懸浮液。,）、螺旋式離心機(jī),適用：可用于分離固體顆粒含量較多的懸浮液，其生產(chǎn)能力 較大。也可以在高溫、高壓下操作，例如催化劑回收。,特點(diǎn)：有直徑為3001300mm的圓錐形轉(zhuǎn)鼓繞水平軸旋轉(zhuǎn)， 其離心分離因數(shù)可達(dá)600。 轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有可旋轉(zhuǎn)的螺旋輸送器，其轉(zhuǎn)數(shù)比轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)數(shù) 稍低.,工作原理：懸浮液通過(guò)螺旋輸送器的空心軸進(jìn)入機(jī)內(nèi)中部。 沉積在轉(zhuǎn)鼓壁面渣，被螺旋輸送器沿斜面向上推 到排

22、出口而排出。澄清液從轉(zhuǎn)鼓另一端溢流出去。,3、旋液分離器,旋液分離器是利用離心力的作用，使懸浮液中固體顆粒增稠或使粒徑不同及密度不同的顆粒進(jìn)行分級(jí)。 操作原理，與旋風(fēng)分離器相似。,底流,溢流,離心沉降速度,所以，要達(dá)到同樣的臨界粒徑要求，則旋液分離器的直徑 要比旋風(fēng)分離器小很多。, 液50 氣，(p)液(p)氣，液氣 若要dp，p不變，則（drd）液（drd）氣,一、旋風(fēng)分離器,離心沉降的優(yōu)勢(shì),（1）構(gòu)造與工作原理,圓筒、圓錐、矩形切線入口,氣流獲得旋轉(zhuǎn),含塵氣體向下錐口,氣流向上氣芯,頂部中央排氣口,-設(shè)備體積小而分離效率高,顆粒器壁滑落,第四節(jié)、氣體凈制設(shè)備,各部分尺寸按比例,(見(jiàn)教材P1

23、57),當(dāng)切向速度ui20m/s，旋轉(zhuǎn)半徑為r=0.3m，則離心分離因數(shù),這表明顆粒在這種條件下的離心沉降速度為重力 沉降速度的136倍。,(2) 臨界粒徑,與重力降塵室的情況相同，臨界粒徑是分離器能夠100 除去的最小粒徑。,（1）進(jìn)入旋風(fēng)分離器的氣流的器內(nèi)按入口形狀（即寬度為d） 沿圓筒旋轉(zhuǎn)n圈，沉降距離為b，即由內(nèi)旋轉(zhuǎn)半徑r= （0.5Db），沉降到D/2； （2）器內(nèi)顆粒與氣流的流速相同，它們的平均切向流速等于 進(jìn)口氣速u(mài)i； （3）顆粒的沉降運(yùn)動(dòng)服從斯托克斯定律。,推導(dǎo)臨界粒徑計(jì)算式所用的假設(shè)有：,o,b,r=D/2-b,D,由,當(dāng)0，顆粒在（ 0.5Db）處，,當(dāng)t 時(shí)，顆粒沉降到

24、器壁，即D/2處,則有,積分上式，得：,t 沉降時(shí)間,因?yàn)?，氣流的平均旋轉(zhuǎn)半徑為rm=(D-b)/2，則旋轉(zhuǎn)n圈的 停留時(shí)間為,當(dāng)某塵粒的停留時(shí)間等于沉降時(shí)間時(shí)，該塵粒的粒徑為 臨界粒徑,n-通常為5,(3) 壓力損失,能量損失,進(jìn)氣管、排氣管、器壁、各各局部，氣旋.,常表示為進(jìn)口動(dòng)壓的某一倍數(shù),阻力系數(shù),因?yàn)楦鞑考际荄的倍數(shù)，所以一定，,旋風(fēng)分離器的壓力損失常為12kPa.,例-,第三節(jié)離心沉降旋風(fēng)分離器,解：旋風(fēng)分離器能分離出來(lái)的最小粒徑，即臨界粒徑的計(jì)算式為：,其中， 3.6105 Pas，p 2300kg/m3 ， 0.674kg/m3，D0.4m，bD/5，h=3D/5, qv=1

25、000/3600m3/s，u=qv/bh,取n=5，得：,例3-3 已知含塵氣體塵粒的密度為2300kg/m3，氣體流量為1000m3/h，密度為0.674kg/m3,粘度3.6105 Pas。采用標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器進(jìn)行除塵。若分離器的直徑為400mm，則試估算臨界粒徑dpc及氣體的壓強(qiáng)降p。,（2）壓降計(jì)算為,袋濾器 文丘里除塵器 泡沫除塵器 湍球塔,二、其他氣體凈制設(shè)備,第五節(jié) 固體流態(tài)化,一、 概述 二、 床層的流態(tài)化過(guò)程三、 流化床的類(lèi)似液體的特性四、 流體通過(guò)流化床的阻力五、流化床的操作范圍 六、 流化床的主要特點(diǎn)七、流化床的高度與直徑 八、氣力輸送簡(jiǎn)介,一、 概述,固體流態(tài)化： 流體以

26、一定的流速通過(guò)固體顆粒組成的床層時(shí)，可將大量固體顆粒懸浮于流動(dòng)的流體中，顆粒在流體作用下上下翻滾，類(lèi)似于液體的沸騰。這種狀態(tài)稱(chēng)為固體流態(tài)化。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，固體流態(tài)化就是固體物質(zhì)流體化。 流態(tài)化技術(shù)是近50多年發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)強(qiáng)度大、易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、自動(dòng)化操作。 該技術(shù)在食品工業(yè)中，主要用于加熱、冷卻、冷凍、干燥、混合、造粒、浸出、洗滌、等方面。,固體流態(tài)化的優(yōu)點(diǎn),1、顆粒流動(dòng)平穩(wěn)，類(lèi)似液體，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)、自動(dòng)控制； 2、固體顆粒混合迅速，整個(gè)流化床內(nèi)處于等溫狀態(tài)； 3、流體與顆粒之間的傳熱和傳質(zhì)速率高； 4、整個(gè)床層與浸沒(méi)物體之間傳熱速率高。,二、 床層的流態(tài)化過(guò)程,在垂直裝

27、填有固體顆粒的床層中，流體自下而上通過(guò)顆粒床層，隨著流速?gòu)男〉酱笞兓?，床層將出現(xiàn)下述三種不同的狀態(tài)，如下圖所示。,(一)流態(tài)化現(xiàn)象,a.固定床；b-c-d.流化床；e. 氣力輸送,(1) 固定床階段 特點(diǎn)： 通過(guò)床層的流速低； 顆粒受的曳力小，顆粒之間緊密相接，靜止不動(dòng)； 床層高度不變； u，流體通過(guò)床層的阻力 ，如圖(a)。,(2) 流化床階段 特點(diǎn)： 當(dāng)u一定值時(shí)，(顆粒的)曳力接近凈重力（重力減去浮力），或者流體通過(guò)床層的阻力接近單位截面床層的重量時(shí)，顆粒開(kāi)始浮動(dòng)，但仍未脫離原來(lái)的位置，如圖(b)。 在此狀態(tài)時(shí)， u稍稍 ，顆粒便互相離開(kāi)，床層的高度也會(huì)有所提高，則這時(shí)的狀態(tài)稱(chēng)為起始流化

28、狀態(tài)或臨界流化狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的流速稱(chēng)為起始流化速度(umf)或最小流化速度 。,在臨界流化狀態(tài)時(shí)，繼續(xù)u ，則顆粒間的距離增大，顆粒作劇烈的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，這個(gè)階段稱(chēng)為流化床階段(沸騰床)。 在流化床階段，隨流體空床流速的增加，床層高度增高，床層的空隙率也增大，使顆粒間的流體流速保持不變；此時(shí)床層空隙中的流速=顆粒的沉降速度，同時(shí)床層的阻力幾乎保持不變，等于單位截面床層的重量。 流化床階段還有一個(gè)特點(diǎn)是床層有明顯的上界面，如圖(c、d)所示。,(3) 輸送階段 特點(diǎn)： 當(dāng)流體流速（空塔速度u）=顆粒的沉降速度時(shí)，顆粒被流體帶出器外，床層的上界面消失，此時(shí)的流速稱(chēng)為流化床的帶出速度，流速高于帶出速度后，為

29、流體輸送階段，如圖(e)所示。,(二) 兩種不同的流化形式,（1） 散式流化（液-固系統(tǒng)） 固體顆粒均勻地分散在流化介質(zhì)中，亦稱(chēng)均勻流化或理想流化。 特點(diǎn)： a 在流化過(guò)程中有一個(gè)明顯的臨界流態(tài)化點(diǎn)和臨界流化速度； b 流化床層的壓降為一常數(shù)： c 床層有一個(gè)平穩(wěn)的上界面； d 流態(tài)化床層的空隙率在任何流速下都有一個(gè)代表性的均勻值。不因床層內(nèi)的位置而變化。 通常兩相密度差小的系統(tǒng)趨向散式流化，故大多數(shù)液-固流化屬于“散式流化”。,（2） 聚式流化（氣-固系統(tǒng)） 通常兩相密度差較大的系統(tǒng)趨向于聚式流化。 如氣固系統(tǒng)往往成為聚式流化。 聚式流化床一般存在兩相： 連續(xù)相：是由空隙小，而固體濃度大的氣

30、固均勻混合物構(gòu)成。 氣泡相：是夾帶有少量固體顆粒而以氣泡形式通過(guò)床層的不連續(xù)相。 特點(diǎn)：床層內(nèi)各點(diǎn)處不再處處相等，床層無(wú)穩(wěn)定的上界面，上界面以某種頻率作上下波動(dòng)，床層壓降也隨之作相應(yīng)波動(dòng)。,判斷流化形式（散式或聚式流化）的依據(jù)： 弗魯特準(zhǔn)數(shù),三、 流化床的類(lèi)似液體的特性,流化床中的流-固運(yùn)動(dòng)很象沸騰著的液體，并且在很多方面表現(xiàn)出類(lèi)似于液體的性質(zhì)，如下圖所示。,(1) 密度比床層密度小的物體能浮在床層的上面，見(jiàn)圖(a)； (2) 床層傾斜，床層表面仍能保持水平，見(jiàn)圖(b)； (3) 床層中任意兩截面間的壓差可用靜力學(xué)關(guān)系式表示(p=gL,其中和L分別為床層的密度和高度)，見(jiàn)圖； (4) 有流動(dòng)性

31、，顆粒能像液體一樣從器壁小孔流出，見(jiàn)圖(d)）； (5) 聯(lián)通兩個(gè)高度不同的床層時(shí)，床層能自動(dòng)調(diào)整平衡，見(jiàn)圖(e)。 利用流化床的這種似液性，可以設(shè)計(jì)出不同的流-固接觸方式，易于實(shí)現(xiàn)過(guò)程的連續(xù)化與自動(dòng)化。,四、流化床的操作范圍 (一) 臨界流化速度umf（ umf =ut） 流化床的正常操作范圍為氣速高于臨界流化速度umf，低于顆粒的帶出速度ut(即沉降速度)。umf u ut 1. 實(shí)測(cè)法 一般用空氣作流化介質(zhì)測(cè)得p u 曲線（如前圖）直接讀數(shù)，若實(shí)際操作流化介質(zhì)不同于空氣時(shí)，則：,代表以空氣為流化介質(zhì)時(shí)測(cè)出的臨界流化速度。,2. 計(jì)算法 由于臨界點(diǎn)是固定床與流化床的交叉點(diǎn)，所以臨界點(diǎn)的壓強(qiáng)

32、降既符合流化床的規(guī)律也符合固定床的規(guī)律。,當(dāng)顆粒直徑較小時(shí)，,兩式聯(lián)立求解,對(duì)于大顆粒，Rep1000的情況，可只考慮因局部阻力而造成的動(dòng)能損失。,對(duì)于球形顆粒，有mf=0.4，s=1.0，以上計(jì)算可進(jìn)一步化簡(jiǎn)。,對(duì)于其它許多系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)存在以下關(guān)系：,對(duì)于小顆粒,對(duì)于大顆粒,(二) 帶出速度 顆粒帶出速度即為顆粒的沉降速度，計(jì)算同前，即：,注意：計(jì)算umf時(shí)要用實(shí)際存在于床層中不同粒度顆粒的平均直徑de，而計(jì)算ut時(shí)則必須用相當(dāng)數(shù)量的最小顆粒的直徑。,五、流化床的主要特點(diǎn),(一) 流化床中的兩相流動(dòng) 床內(nèi)各處溫度或濃度均勻一致，避免局部過(guò)熱。但傳熱、傳質(zhì)推動(dòng)力下降。 原因:在同一截面各處流體速

33、度不完全相同，顆?？偸巧舷伦魍鶑?fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)；同時(shí)還作雜亂無(wú)章的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。流化床內(nèi)部分流體也有相應(yīng)的循環(huán)和混合現(xiàn)象。 (二) 流化床有類(lèi)似液體的特點(diǎn) 流化床具有類(lèi)似液體的流動(dòng)性，故使操作易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化與自動(dòng)化。,(三) 流化床的不正常現(xiàn)象 1、節(jié)涌現(xiàn)象(騰涌現(xiàn)象) 床高：床徑的比值（長(zhǎng)徑比）過(guò)大（床層為細(xì)長(zhǎng)形），或氣速過(guò)高時(shí)導(dǎo)致小氣泡合并成大氣泡的現(xiàn)象； 當(dāng)氣泡直徑=床層直徑時(shí)，則床層被形成相互間隔的氣泡與顆粒層； 顆粒層被氣泡向上推動(dòng)，到達(dá)上部后氣泡崩裂，而顆粒又分散下落，這種現(xiàn)象稱(chēng)為節(jié)涌現(xiàn)象。如圖示：,出現(xiàn)節(jié)涌現(xiàn)象時(shí)，由于顆粒層與器壁的摩擦造成壓強(qiáng)降大于理論值，而在氣泡破裂值又低于理論值，因

34、而 p u圖上表現(xiàn)為p在理論值附近作大幅度的波動(dòng)，如圖所示：,床層發(fā)生節(jié)涌現(xiàn)象時(shí)，氣固兩相接觸不良，且使容器受顆粒磨損加劇，同時(shí)引起設(shè)備振動(dòng)。 防止節(jié)涌現(xiàn)象的措施：實(shí)際操作中應(yīng)采用適宜的床層高度/床徑之比值，以及適宜的操作氣速。,2、溝流現(xiàn)象 在大直徑床層中，由于顆粒堆積不勻或氣體初始分布不良，可在床內(nèi)局部地方形成溝流。此時(shí)，大量氣體經(jīng)過(guò)局部地區(qū)的溝道上升，如圖示，而床層的其余部分處于固定床狀態(tài)而未被流化。 p u的關(guān)系為p 低于單位面積上的凈重力。溝流現(xiàn)象的出現(xiàn)主要與顆粒的特性和氣體分布板有關(guān)。顆粒過(guò)細(xì)、密度過(guò)大，易于粘結(jié)的顆粒，以及氣體在分布板的初始分布不均勻，都宜引起溝流。,溝流現(xiàn)象,(四) 利用流化現(xiàn)象判斷顆粒尺寸 流化質(zhì)量：是指流化床中流體分布與流固接觸的均勻程度。 能夠進(jìn)行良好流化的顆粒尺寸在20500m范圍內(nèi)。 粒徑小于20 m時(shí)，極易形成溝流和死床難于流化。 粒徑大于500 m的極粗顆粒，流化時(shí)床層極不穩(wěn)定。 粒徑在20100m的細(xì)顆粒開(kāi)始時(shí)為散式流化，氣速加大到某值后出現(xiàn)氣泡變?yōu)榫凼搅骰?80500m的粗顆粒開(kāi)始不出現(xiàn)散式流化，而出現(xiàn)氣泡。 所以用流化現(xiàn)象可粗略估計(jì)顆粒尺寸。,流化床的兩個(gè)主