非均相物系的分离和固体流态化

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1、 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

2、 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

3、 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

4、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。 ps SS ;2mSp 颗 粒 的 表 面 积 ， 度 ；颗 粒 的 形 状 系 数 或 球 形 s36 ep dV sep

5、dS 2 esp da 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 ） iiiea dxGGdd 11 iia dxd 1 ;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ii dx 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

6、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

7、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( ;/ 32 mmab 床 层 比 表 面 积 ， ;/ 32 mma 颗 粒 的 比 表 面 积 ， 床 层 空 隙 率 sbb da 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

8、。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

9、分 析 gdF sg 36重 力 gdFb 36浮 力 2 2uAF d 阻 力阻 力 系 数 ， 无 因 次 ； ;,4 22 mdAA 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

10、 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 ： maFFF dba 式 中 ddududgd ss 3223 6)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 0u t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 Fb0，故 加 速 度 a具 有 最 大

11、值 ，随 u值 的 增 加 ， 曳 力 有 一 定 的 数 值 Fd0，直 到 某 一 数 值 时 ， Fg Fb Fd=0, 此 时 u值 不 再 增 加 而 恒 定 , VsAut tt uHVHA 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

12、 计 成 扁 平 形 ， 或 在 室 内 设 置 多 层 水 平 板 。 tts uAnblunV )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 ;/3 smVs 体 积 流 量 ） ，含 尘 气 体 通 过 降 尘 室 的降 尘 室 的 生 产 能 力 （ 即 tts uAnblunV )1()1( （ 二 ） 沉 降 槽（ 三 ）

13、 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 u T，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 ：Rud Ts 236 惯 性 离 心 力 Rud T236 向 心 力 24 22 rud 阻 力 02466 222323 rTTs udRudRud Rudu Tsr 23 )(4