【正文】 —— 牛頓公式 b) 過渡區(qū)或艾倫定律區(qū) （ Allen） （ 1＜ Ret103） 2022/10/24 影響沉降速度的因素 1） 顆粒的體積濃度 在前面介紹的各種沉降速度關(guān)系式中 ， 當(dāng)顆粒的體積濃度小于 %時(shí) ， 理論計(jì)算值的偏差在 1%以內(nèi) ， 但當(dāng) 顆粒濃度較高 時(shí) ， 由于顆粒間相互作用明顯 ， 便 發(fā)生干擾沉降 ，自由沉降的公式不再適用 。 例如：互溶溶液及混合氣體 物系內(nèi)部有隔開兩相的界面存在且界面兩側(cè)的物料性質(zhì)截然不同的混合物 。2022/10/24 3） 顆粒形狀的影響 對(duì)于球形顆粒： φ s=1， 顆粒形狀與球形的差異愈大 ， 球形度 φs值愈低 。 2022/10/24 利用此雙錐分級(jí)器對(duì)方鉛礦與石英兩種粒子混合物分離 。???HH2022/10/24 水平隔板層數(shù) 由規(guī)定需要完全除去的 最小粒徑 求沉降速度 ， 再 由生產(chǎn)能力和底面積 求得多層降塵室的 水平隔板層數(shù) 。 1022?? gRuK Tc2022/10/24 四、離心沉降分離設(shè)備 ㈠旋 風(fēng) 分 離 器 2022/10/24 2022/10/24 ㈡ 旋風(fēng)分離器的工作原理 旋風(fēng)分離器（ cyclone separator）是利用離心沉降原理從氣流中分離出顆粒的設(shè)備。 理論上 ， 凡直徑大于 10μm的顆粒 ， 其粒級(jí)效率都應(yīng)為 100%而小于 10μm的顆粒 ， 粒級(jí)效率都應(yīng)為零 ， 圖中折線obcd。 進(jìn)氣管截面積 22 0 7 842 mDDDAB ????每個(gè)旋風(fēng)分離器的氣體處理量為： ? ? iS uABV ?39。 2022/10/24 第三節(jié) 過濾 過濾的概念 過濾 利用能讓液體通過而截留固體顆粒的多孔介質(zhì) （ 過濾介質(zhì) ） ， 使懸浮液中固液得到分離的單元操作 。 LpaKu c??? ???2022/10/24 比例常數(shù) K’與濾餅的空隙率 、 粒子形狀 、 排列及粒度范圍等因素有關(guān) 。 2022/10/24 恒壓過濾： 在恒定壓強(qiáng)差下進(jìn)行的過濾操作。 三鈕板 一鈕板 2022/10/24 2022/10/24 2022/10/24 2） 板框壓濾機(jī)的操作 板框壓濾機(jī)為 間歇操作 ， 每個(gè)操作循環(huán)由裝合 、 過濾 、洗滌 、 卸餅 、 清理 5個(gè)階段組成 。 設(shè)備的主體是一個(gè)能轉(zhuǎn)動(dòng)的水平圓筒 ， 圓筒表面有一層金屬網(wǎng) ， 網(wǎng)上覆蓋濾布 ， 筒的下部進(jìn)入濾漿中 ， 圓筒沿徑向分割成若干扇形格 ， 每個(gè)都有單獨(dú)的孔道通至分配頭上 。 轉(zhuǎn)速可在一定范圍內(nèi)調(diào)整 ， 通常為 ～ 3r/min。 如不進(jìn)行洗滌 ， 則 ?? ?D時(shí) ， 生產(chǎn)能力最大 。離心過濾在各種間歇或連續(xù)操作的離心過濾機(jī)中進(jìn)行。 2022/10/24 第五節(jié) 固體流態(tài)化 一、 固體流態(tài)化現(xiàn)象 流態(tài)化 ：一種使固體顆粒層通過與運(yùn)動(dòng)的流體接觸而具有流體某些表觀特性的過程。 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。 兩個(gè)區(qū)之間有分界面。 2022/10/24 活塞往復(fù)式卸料離心機(jī) 這種離心機(jī)的加料過濾、洗滌、瀝干、卸料等操作同時(shí)在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的不同部位進(jìn)行。 2022/10/24 例： 用轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)于 50kPa真空度下過濾密度為1220kg/m3的某種水懸浮液 ， 操作條件下的過濾常數(shù)K= 106m2/s， 過濾介質(zhì)的阻力可忽略不計(jì) 。 ))((39。 扇形格 1 17與固定盤凹槽 h相通 ， 在與壓縮空氣管道相連 ， 壓縮空氣從內(nèi)向外穿過濾布而將濾餅吹松 ， 隨后由刮刀將濾餅卸除 。 顆粒沉積在濾布上 ， 形成濾餅 ， 當(dāng)濾餅積到一定厚度 ， 停止過濾 。 濾板和濾框 多做成正方形 ，角上均開有小孔，組合后即 構(gòu)成供濾漿和洗滌水流通的孔道。 ?? s—— 濾餅的壓縮性指數(shù) ， 無因次 。 加入助濾劑可減少可壓縮濾餅的流動(dòng)阻力 加入方法 預(yù)涂 將助濾劑混在濾漿中一起過濾 用助濾劑配成懸浮液 ， 在正式過濾前用它進(jìn)行過濾 ， 在過濾介質(zhì)上形成一層由助濾劑組成的濾餅 。? m??mD ???校核臨界粒徑 isc uNBd???9? mm ? 6 ??? ?根據(jù)以上計(jì)算可知 ， 當(dāng)采用四個(gè)尺寸相同的標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器并聯(lián)操作來處理本題中的含塵氣體時(shí) ， 只要分離器在 2022/10/24 （ ～ ） 范圍內(nèi) ， 便可同時(shí)滿足氣量 、 壓強(qiáng)降及效率指標(biāo) 。 b) 根據(jù)允許的壓降 確定氣體在入口的流速 ui c) 根據(jù)分離效率或除塵要求 ， 求出臨界粒徑 dC d) 根據(jù) ui和 dc計(jì)算旋風(fēng)分離器的直徑 D e) 根據(jù) ui與 D計(jì)算旋風(fēng)分離器的處理量 ， 再根據(jù)氣體流量確定旋風(fēng)分離器的數(shù)目 。 分離效率隨分離器尺寸的增大而減小 。 慣性離心力場與重力場的區(qū)別 重力場 離心力場 力場強(qiáng)度 重力加速度 g ut2/R 方向 指向地心 沿旋轉(zhuǎn)半徑從中心指向外周 Fg=mg RumF tC2?作用力 三 、 離心沉降的原理 2022/10/24 離心沉降速度 ur 慣性離心力 = Rud ts236 ??向心力 = Rud t236 ??阻力 = 2422 rud ???三力達(dá)到平衡 ， 則： ?Rud ts236 ??Rud t236 ?? 02422?? rud ???2022/10/24 平衡時(shí)顆粒在徑向上相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度 ur便是此位置上的 離心沉降速度 。 降塵室的寬和長分別為 2m和 6m,氣體處理量為 1標(biāo) m3/s， 爐氣溫度為427℃ ， 相應(yīng)的密度 ρ=， 粘度 μ= ， 固體密度 ρS=400kg/m3操作條件下 ， 規(guī)定氣體速度不大于 ，試求： 1． 降塵室的總高度 H， m； 2． 理論上能完全分離下來的最小顆粒尺寸； 3. 粒徑為 40μm的顆粒的回收百分率； 4. 欲使粒徑為 10μm的顆粒完全分離下來 ， 需在降降塵室內(nèi)設(shè)置幾層水平隔板 ？ 2022/10/24 解： 1） 降塵室的總高度 H smtVV S / 4272731273273 30 ??????buVH S??? ?2） 理論上能完全出去的最小顆粒尺寸 blVu st ? sm /2 5 ???用試差法由 ut求 dmin。 ? ????? ?? stdgu sm /? 分級(jí)沉降 含有兩種直徑不同或密度不同的混合物 ， 也可用沉降方法加以分離 。 當(dāng) a=0時(shí) ， u=ut， 代入 （ a） 式 024662233 ??? tsudgdgd ??????? 3 )(4 ?? ?? ?? st dgu ——沉降速度表達(dá)式 2022/10/24 阻力系數(shù) ξ 通過因次分析法得知 ， ζ 值是顆粒與流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù) Ret的函數(shù) 。 例如 固 體顆粒和氣體構(gòu)成的含塵氣體 固體顆粒和 液體構(gòu)成的懸浮液 不 互溶液體構(gòu)成的乳濁液 液體 顆粒和氣體構(gòu)成的含霧氣體 概 述 2022/10/24 非均相物系 分散相 分散物質(zhì) 處于分散狀態(tài)的物質(zhì) 如：分散于流體中的固體顆粒 、液滴或氣泡 連續(xù)相 分散相介質(zhì) 包圍著分散相物質(zhì)且處于連續(xù)狀態(tài)的流體 如： 氣態(tài)非均相物系中的氣體 液態(tài)非均相物系中的連續(xù)液體 分離 機(jī)械 分離 沉降 過濾 不同的物理性質(zhì) 連續(xù)相與分散相 發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式 分散相和連續(xù)相 2022/10/24 第一節(jié) 篩分 一、顆粒的特性 最基本特性：大小、形狀和表面積。 對(duì)于非球形顆粒：雷諾準(zhǔn)數(shù) Ret中的直徑要用當(dāng)量直徑 de代替 。已知： 粒子形狀 正方體 粒子尺寸 棱長為 ~ 方鉛礦密度 ρs1=7500kg/m3 石英密度 ρs2=2650kg/m3 20℃ 水的密度和粘度 ρ= μ= 103 Pa 粒徑為 10μm的顆粒的沉降必在滯流區(qū) ， ? ? ? ? ? ? smgdu st /1836252??????? ?????? ? ??1??tSbl uVn 15 6 3 ????? ?? 取 33層 板間距為 1?? nHh m0 75 1335 ???2022/10/24 （二）沉降槽（增稠器） 懸浮液放在大型容器中，其中的固體顆粒在重力下沉降，達(dá)到澄清液與稠漿的操作，稱為沉聚（ sedimentation）。如前頁圖所示，上部為圓筒形、下部為圓錐形；含塵氣體從圓筒上側(cè)的矩形進(jìn)氣管以切線方向進(jìn)入，藉此來獲得器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 2022/10/24 實(shí)測的粒級(jí)效率曲線 ， 直徑小于 10μm的顆粒 ， 也有可觀的分離效果 ， 而直徑大于 dc的顆粒 ， 還有部分未被分離下來 直徑小于 dc的顆粒中 有些在旋風(fēng)分離器進(jìn)口處已很靠近壁面 ， 在停留時(shí)間內(nèi)能夠達(dá)到壁面上 有些在器內(nèi)聚結(jié)成了大的顆粒 ， 因而具有較大的沉降速度 直徑大于 dc的顆粒 氣體渦流的影響 ， 可能沒達(dá)到器壁 。 sm /5 3 7 3???含塵氣體在操作狀況下的總流量為： smV S / 50027376005500 3????2022/10/24 所需旋風(fēng)分離器的臺(tái)數(shù)為： 39。 過濾操作中所處理的懸浮液 濾漿 通過多孔介質(zhì)的液體 濾液 被截留住的固體物質(zhì) 濾渣 （ 濾餅 ） 實(shí)現(xiàn)過濾操作的外力有重力 、 壓力 、 離心力 ， 化工中應(yīng)用最多的是 壓力過濾 。 對(duì)于顆粒床層的滯流流動(dòng) ， K’值可取為 5。 恒壓過濾時(shí)，濾餅不斷變厚致使阻力逐漸增加。 懸浮液 在指定壓強(qiáng)下經(jīng)濾漿通路由濾框角上的孔道并行進(jìn)入各個(gè)濾框 ， 濾液 分別穿過濾框兩側(cè)的濾布 ， 沿濾板板面的溝道至濾液出口排出 。圓筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) ， 憑借分配頭的作用使這些孔道依次分別與真空管及壓縮空氣管相通 ， 因而在回轉(zhuǎn)一周的過程中每個(gè)扇形格表面即可順序進(jìn)行過濾 、 洗滌 、 吸干 、 吹松 、 卸餅等項(xiàng)操作 2022/10/24 2022/10/24 2） 分配頭的結(jié)構(gòu)及工作原理 分配頭由緊密貼合著的轉(zhuǎn)動(dòng)盤與固定盤構(gòu)成 ， 轉(zhuǎn)動(dòng)盤隨筒體一起旋轉(zhuǎn) ， 固定盤內(nèi)側(cè)面各凹槽分別與各種不同作用的管道相通 。濾餅厚度一般保持在 40mm以內(nèi) ， 轉(zhuǎn)筒過濾機(jī)所得濾餅中的液體含量很少低于 10%， ?？蛇_(dá) 30%左右 。 2022/10/24 對(duì)于 板框壓濾機(jī) ， 也可用此法求最大生產(chǎn)能力 ， 但是 ，由于洗滌速率與最終過濾速率不同 , 21 22222 VKAaVKAD ???2a應(yīng)改為 8a。 間歇式離心機(jī)中又有人工及自動(dòng)卸料之分。 固體顆粒床層的三種操作類型 (1) 固定床 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） 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 2022/10/24 壓降 ①散式流化： △ pf= Pa △ pf：流化床層的修正壓強(qiáng)差 mp： 整個(gè)床層內(nèi)顆粒的質(zhì)量 A： 床層橫截面積