第4章--固液分离.ppt

学习目的与要求 掌握固体颗粒的物理性质；颗粒体与流体相对运动的阻力；球形颗粒 在静止流体中的自由沉降。 掌握悬浮液的性质；沉降槽的构造。了解悬浮液的沉降过程，沉降槽的设计；絮凝剂在液-固分离中的作用。 掌握过滤的基本理论；了解典型的过滤设备。 了解离心分离基本概念，离心机构造。学会计算过滤机的生产能力。 多媒体教学课程：冶金设备基础 昆明理工大学冶金与能源工程学院 第*页/共33页 第4章 固液分离 固液分离应用的冶金领域： 湿法：浸出液的分离、浓缩、脱水等 火法：火法精炼除渣、铝液除氧化铝等 离心分离在熟料溶出浆液分离过程中的应用 压滤机在临钢转炉除尘污水固液分离中的应用 过滤器在稀酸净化固液分离中的应用 固液分离在湿法炼锌中的应用 固液分离在高镍锍硫酸选择性浸出工艺中的应用 液固分离在烧结法氧化铝生产过程赤泥处理中的应用 4.1液固两相流 悬浮液：固体微粒分散在液相中所形成的分散物系 4.1.1固体颗粒的物理性质 (3)颗粒密度与堆积密度 真 密 度：单位实体体积颗粒具有的质量； 堆积密度(假密度) ：单位体积颗粒(含颗粒间空隙、颗粒上裂缝与小孔的 体积)具有的质量 (1)颗粒大小的表示方法 球形颗粒:用直径大小表示 非球形颗粒：代表尺寸(粒径)表示。 (2) 颗粒形状 球形系数ψs =与该颗粒体积相同的球体表面积S/该颗粒的表面积Sp，又称为球状系数(球形度)。 (4)颗粒填充特性 孔隙率ε = 孔隙体积/颗粒群总体积= 孔隙体积/(颗粒体积+孔隙体积) 粒径均一的球形粒子群：立方体排列时 ε = 0.4764 菱形排列时 ε = 0.2595 任意填充时 ε ≈ 0.4 颗粒粒径可通过电镜法、筛分法或沉降速度法测量 颗粒形状往往以它与等体积的球形颗粒的偏离程度来表示。 非均相物系：凡物系内含有隔开的两相界面存在且界面两侧物料性质截然不同，称为多相混合物或非均相物系。 气态非均相物系：含尘或含雾气体 液态非均相物系：悬浮液、乳浊液及含有气泡的液体。 阻力系数ε0与雷诺准数Re的关系曲线 4.1.2 颗粒体与流体相对运动的阻力 流体以一定的速度绕过静止固体颗粒时，由于流体有粘性，对颗粒产生反作用力；相反，当固体颗粒在静止流体中流动时，流体同样对颗粒产生作用力。两种情况作用力的性能相同，称为阻力。实际上，只要流体与颗粒之间有相对运动，就会有这种阻力产生。 1.球形物体的阻力 对于非球形颗粒， dp用de代替： ε0与Re的关系曲线 de:与一个颗粒体积相等的圆球的直径 球形颗粒ε0 –Re曲线的区域：(ψs =1的曲线) (1) Re1时：ε0 =24/Re 为层流区域。流体围绕球体的流线是平滑的，而且球体前半部与后半部大体相对称，此时的边界属于层流边界层，阻力决定于流体粘性力的大小，称为表面阻力。 (2) 1Re1000时： 流体与球体的相对速度增大时，流动渐渐过渡到湍流流动，球体四周一方面保持平滑的流线，同时也产生了一定数量的漩涡，此时粘性力与惯性力同时影响ε0，称为过渡阻力区； (3) 1000Re2×105时：除球体周围的边界层以外，流动完全发展为湍流，在球后面发生了边界层分离，产生了大量的漩涡，能量损失主要是由于大量漩涡造成的，称为形状阻力，该区域称为涡流阻力区。其阻力系数 ε0=0.44 球形颗粒ε0 –Re曲线的三个区域 4.1.3 球形颗粒在静止流体中的自由沉降 1.沉积终速 ----球形颗粒的有效重力 ----颗粒的绝对速度，称沉降速度，颗粒在静止流体中运动时u=us ----球形颗粒的有效重力加速度，与颗粒和流体密度有关 -----阻力加速度 阻力 重力 浮力 颗粒沉积的运动方程 ---球形颗粒的自由沉降速度 (3) 湍流区域，Re1000，牛顿公式： (2) 过渡区域，1Re1000，艾伦公式： (1) 层流区域 Re1时，斯托克斯沉积终速公式； 球形物体在不同流动类型的自由沉降终速 2.沉降终速的计算---试差法 沉降终速的计算步骤： 第一步：假设流体的流动型态，初步确定出Re的范围 第二步：与流体流动型态相对应的公式求出uo 第三步：用求得的uo 核算出Re,看其值是否在假设范围内。 沉降终速的计算公式 例题4.1 例题：一直径为1.0mm，密度为2500kg/m3的玻璃球在20℃的水中沉降，试求其沉降终速。 (1) 假设流形为层流 解：已知条件：20℃水的密度ρ =998.2kg/m3，μ =1