第三章非均相物系的分离和固体流态化

第三章非均相物系分离1.基本概念非均相物系：凡物系内部有隔开两相的界面存在，而界面两侧的物料性质截然不同者称为～。分散相：非均相物系里，处于分散状态的物质称为分散相。连续相：包围着分散物质而处于连续状态的流体称为连续相。–均相物系常用的分离方法：精馏、吸收、萃取、干燥、结晶、膜分离、吸附等–非均相物系：过滤、沉降根据外力不同：重力沉降、离心沉降2.非均相物系分离的目的：（1）回收分散物质（2）净化分散物质(3)环境保护和安全生产。第一节颗粒及床层的特性3－1－1颗粒的特征一、颗粒的大小及形状（一）单一颗粒1、球形颗粒：对于球形颗粒，通常用直径表示其尺寸，其它尺寸均表示为与直径的关系：体积表面积比表面积实际颗粒的体积等于当量球形颗粒的体积时，球形颗粒的直径称为体积当量直径。2、非球形颗粒：常用当量直径和形状系数来表示其特征。体积当量直径：实际颗粒的表面积等于当量球形颗粒的表面积时，球形颗粒的直径称为表面积当量直径。表面积当量直径：实际颗粒的比表面积等于当量球形颗粒的比表面积时，球形颗粒的直径称为比表面积当量直径。比表面积当量直径：颗粒的形状与球形颗粒的差异程度。（二）形状系数（球形度）：对于非球形颗粒，必须有两个参数才能确定其特征，通常选用体积当量直径和形状系数来表征颗粒的体积、表面积和比表面积。即：由于相同体积时球形颗粒的表面积最小，因此任何非球形颗粒的球形度均小于1，对于球形颗粒，s＝1。psSS;2mSp颗粒的表面积，度；颗粒的形状系数或球形s36epdVsepdS2espda6颗粒群的平均比表面积直径：（二）颗粒的平均粒径（颗粒平均直径的计算方法很多）iiieadxGGdd11iiadxd1;mda平均比表面积直径，;mdi筛分直径，率粒径段内颗粒的质量分iidx3、堆积密度（表观密度）b：粒子体积包括颗粒间的空隙，则称为粒子的堆积密度。显然，bs三、粒子的密度1、密度：单位体积内的粒子质量称为粒子的密度。2、真实密度s：粒子体积不包括颗粒间的空隙，则称为粒子的真实密度。（4）基本常识：非球形球形，均非均，边壁中心，乱堆床层在0.47～0.70。3－1－2颗粒床层的特性一、床层的空隙率颗粒床层：由颗粒群堆积而成的、具有一定厚度的静止颗粒层.其疏密程度常用空隙率表示：说明：（1）与颗粒形状、大小、均匀程度、堆积方法有关，具体数值由实验获得；（2）的数值直接影响流体流经床层的阻力大小；（3）工业上通常假设各向同性；aab)1(;/32mmab床层比表面积，;/32mma颗粒的比表面积，床层空隙率sbbda6。密度，分别为堆积密度和真实式中3/,mkgbssbbs)1(,式表达：之间的近似关系可用下单位床层体积具有的颗粒表面积称为床层的比表面积。若忽略颗粒间接触面积的影响，则：床层的比表面积也可根据堆积密度估算：第一节沉降过程沉降操作：在某种力的作用下，利用分散相和连续相之间密度的差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。实现沉降操作的作用力:即重力沉降和离心沉降通常是重力和离心力，3－2－1重力沉降一、沉降速度（一）颗粒的自由沉降1、单颗粒运动的受力分析gdFsg36重力gdFb36浮力22uAFd阻力阻力系数，无因次；;,422mdAA为向上的投影面积，其值颗粒在垂直于其运动方smu/速度，颗粒相对于流体的降落设有一表面光滑的球形颗粒，置于静止的流体介质中，如果颗粒密度大于流体密度，则必发生相对运动，受力情况如图。假设颗粒的密度为s，直径为d，流体的密度，阻力与相对运动速度u有关，仿照管内流体阻力计算式，可写成如下关系：根据牛顿第二定律：maFFFdba式中ddududgdss32236)2(4)(6;,kgm颗粒的质量2/,sma加速度.,s时间或：因此加速阶段是指颗粒的相对运动速度u由0ut的这个阶段。保持为ut的阶段称为等速阶段。2、沉降的两个阶段当颗粒开始沉降的瞬间u=0，则Fd=0，此时Fg－Fb0，故加速度a具有最大值，随u值的增加，曳力有一定的数值Fd0，直到某一数值时，Fg－Fb－Fd=0,此时u值不再增加而恒定,Vs≤A∙utttuHVHA或为满足除尘要求，气流的停留时间至少与颗粒的沉降时间相等，即：若降尘室设置n层水平隔板，则多层降尘室的生产能力为：上式表明：对一定物系,降尘室的处理能力只取决于降尘室的底面积，而与高度无关。因此降尘室常设计成扁平形，或在室内设置多层水平板。ttsuAnblunV)1()1(为避免沉降颗粒被重新卷起，通常板间距∆H≥40mm，且一般使气流流动处于层流区。降尘室;mH降尘室的高度，;ml降尘室的长度，;/smu通过速度，气体在降将尘室的水平;/3smVs体积流量），含尘气体通过降尘室的降尘室的生产能力（即ttsuAnblunV)1()1(1、沉降槽的构造与操作2、浓悬浮液的沉聚过（二）沉降槽（三）分级器3－2－2离心沉降依靠惯性离心力的作用二实现的沉降过程称为离心沉降分类：气固分离――旋风分离器；气液分离――旋液分离器，沉降离心机一、惯性离心力作用下的沉降速度当流体带着颗粒旋转时，如果颗粒的密度大于流体密度，在惯性离心力的作用下，颗粒将沿切线方向甩出。设颗粒与中心轴的距离为R，切线速度为uT，如颗粒呈球形，密度s，直径d，流体的密度，则颗粒在径向上受到三个力的作用，则三个力分别为：根据沉降速度的定义，以上三个力达到平衡时颗粒在径向上相对于流体的速度ur便是它在此位置上的离心沉降速度，即：RudTs236惯性离心力RudT236向心力2422rud阻力02466222323rTTsudRudRudRuduTsr23)(4