化工设备-机械分离和固体流态化.ppt

第二章 非均相物系的分离和固体流态化（heterogenous system separation） §2-1 概 述 化工生产过程中，经常遇到非均相混合物的分离，如焙烧气中悬浮细小固体颗粒的体系；沉淀液体中悬浮固体颗粒的体系，非均相混合物的分离是经常要使用的操作。 非均相分离涉及的体系主要有两种，1、气体非均相体系：气体中含有悬浮的固体颗粒，或液滴所形成的混合物，（常见的是气固）。2、液体非均相体系：液体中含有分散的固体颗粒（悬浮液）或与液体不互溶的液滴（乳浊液）或气泡（泡沫液）形成的混合物，常见的是液固。 在非均相混合物中，处于连续状态的流体称为连续相，处于分散状态的称为分散相， 非均相混合物的分离通常采用力学和流体力学的原理进行分离。一般称为机械分离，根据体系的性质（如分散相浓度、颗粒大小、形状、密度、连续相性质、粘度、密度等）和分离的要求不同，可以采用不同的分离方法，气体混合物与液体混合物的性质有较大差别，分离方法各有特点，但这些方法都是基于共同的力学、流体力学规律和原理，我们放在一起来讨论。 非均相混合物的分离方法主要可分为以下几种。 （1）沉降（重力） （2）过滤 （3）惯性碰撞 （4）洗涤 分离非均相混合物的主要目的 （1）收集分散物质。如结晶、粉尘 （2）净化、除尘。如硫酸生产烟道气 （3）环保。如废气、废液中的固体颗粒 §2-2 重力沉降（gravity settling） 对于非均相物系的分离，如果是在力场中利用分散相和连续相之间的密度差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程，称为沉降 实现沉降操作的作用力可以是重力或惯性离心力，沉降过程又分为重力沉降和离心沉降两种方式。 一、描述颗粒的几何特征参数（大小、形状、面积） 1、颗粒的当量直径（equivalent diameter） 对于规则形状的颗粒，其大小可用它的某一主要线性尺度来表示，其它尺寸可以用此长度的比例来表示。如常见球形，可以用它的直径来表示大小，而体积和表面积可分别表示为： VP=（π/6）d3 A=πd2 颗粒的表面积一般用比表面积来表示，它的定义是单位体积颗粒所具有的表面积，对于球形颗粒来讲 a=A/VP= （2-1） 比表面积与d反比，对于不规则的颗粒，其大小和形状的表示比较困难，需要采用人为规定的方法，通常使用球形颗粒作比较，用当量直径和形状系数来表示。 A、等体积当量直径（dev），已知颗粒的体积Vp （2-2）看作球形 B、等比表面当量直径 （2-3） a——不规则颗粒比表面积 1、颗粒的形状系数（shape factor） 颗粒的形状可用形状系数来表示，最常用的形状系数是球形度Φ（sphericity），它的定义为 Φ= 与球形相差越大，Φ值越小，等体积形状，球形表面最小，对于大多数粉碎颗粒，球形度Φ在0.6-0.7，通过球形度的概念，我们可把dev与dea联系起来。 Φ= （2-4） dea=Φdev (2-5) 二、沉降过程 1、沉降速度（terminal velocity）ut 颗粒在流体中的流动可以看成是颗粒与流体间产生的相对运动，只要颗粒与流体的密度不同，在力场的作用下，颗粒在流体中就产生相对运动，如重力，可利用这一性质来分离颗粒和流体。 颗粒在流体中的相对运动是一种平行的相对运动，这样我们就只考虑流体与颗粒间的相对速度，而不考虑是流体或是颗粒静止不动。 一般的颗粒都可以看作是球形的，下面就以光滑球形颗粒在静止流体中沉降为例来讨论沉降过程。 把球形颗粒放入静止的流体中， 颗粒就会受到重力与流体浮力的 作用，如果颗粒与流体的密度不 同，则颗粒受到的重力与浮力就 会不等，如果颗粒的密度ρs 大 于流体的密度ρ， 颗粒受到的重力为 Fg =mg=(π/6)d3ρs