清华大学化工原理04第4章非均相物系的分离1.ppt

《 化 工 原 理 》（上） 主讲人：戴猷元 2003.2 目 录 绪论 第一章 流体流动 第二章 流体输送机械 第三章 流体流过颗粒和颗粒层的流动 第四章 非均相物系的分离 第五章 传热 第六章 蒸发 总结 第一节 重力沉降及设备 分离介质 气－固 降尘室 分散相 液－固 沉降槽 连续相 一、降尘室 假设：① 气流滞流流动（平推流） ②沉降高度H，ut以dmin计 1、处理量VS（一定） 与H无关：H↘， VS一定 u↗?停↘， ?沉 ↘。 2、可采用多层，适当降低H。 a、保证滞流 b、 方便清理 3、一般情况下 a、气体流速1～3m/s，Re(流动)＝1400-1700 b、H=40mm-100mm，（除尘） c、除尘颗粒75μm以上。 二、悬浮液沉降槽 目的：取清液；取沉渣（增稠器） 1、沉降过程分析 AB界面在一定时间内等速下降、干扰沉降、 颗粒大小不超过6:1 、相同速度。 相对于器壁：uo表观沉降速度（不同于ut）。 其后：uo＝f(c)，AD界面下降缓慢：压紧过程。 2、连续沉降槽计算 清液上浮溢流 → A，h， 固体进入底流 → 求A 假设：固相全部由底流排出；溢流清液无固体。W：固体质量流量kg/h； X：某截面悬浮液固液比；XC：底流悬浮液固液比。 以固体为分析对象：固相实际流速＝u+uo， u：悬浮液体向下运动 (底流带走部分液体) 底流中固相体积流量：W/ρS 底流总体积流量： 各截面固体流道： 若以浓度C，kg(固)/m3(悬浮液)表示： 若以料浆体积流量Q，固相体积分率ef进料，eC出料： 一般方法： 简单模型 后×安 5m以下×1.5 小试求uo=f(c) 全系数 30m以上×1.2 求h：压紧时间比沉降时间大得多，tr实验测定，压紧区高度h。 附加75%安全量，其它高度取1～2m。 第二节离心沉降及设备 一、旋风分离器：(Cyclone) 1、基本原理 主体：上部圆形筒 下部锥形筒 含尘气体由上部切线进入，螺旋向下， 尘沉落于壁面下落，气体沿中芯螺旋上升。 旋转方向相同 5?m以上尘粒， （不用于粘性，含湿高，腐蚀介质） 具体过程十分复杂： ①速度：切向、径向、轴向 ②压力：器壁最高（略低于进口）、向中心降低、气芯可降到负压 2、结构尺寸及处理量： ①入口：高H，宽B ②处理量：V = uiBH ui－15～20 m/s ③标准式：h=D/2 B=D/4 D1=D/2 H1=2D H2=2D S=D/8 D2=D/4 3、临界粒径dC dC：能被完全分离的最小粒径。 假设： ①在Cyclone内切线速度恒定uT = ui ②颗粒穿过一定厚度气流：B ③颗粒与气流相对运动为层流 ④忽略?空 设气体在Cyclone内转N圈 dC随B(D)↗而↗，→大型分离效果差，并联。☆假设①、②并不合理，但处理简单。 4、分离效率 1) 粒级效率ηi 对于dPi≥dC，ηi＝100％ 但计算dC时考虑沉降距离为B，对于dPi dC颗粒，若沉降距离小于B（B’ B）,亦可以分离： 假设：进入待分离气流中大小颗粒均匀分布，即与筒壁距离小于B’的各种直径颗粒所占分率均为B’/B。 2)分割粒径d50(cut diameter)对应的粒径d50 3)总效率 5、压降 主要包括 进、出口，磨擦、局部阻力 动能损失 6、选型和计算 处理量 V 设计原则：高效率 分离效率η 低阻力 压降 例如：长径比大，出入口截面小 ? 效率高，阻力大 设计计算步骤：已知 V m3/s 由Δpf →ui（假设） C入(kg/m3) 由ui → dc (d50 ) → D(ηi分布) dpi分布 ηo总效率 Vi = uiBH Δpf 要求压降，V/Vi=n，n为小数时，再推回至适当的整数 η旋风组η同等处理量大直径分离器, η单个小直径设备 (气量分配，排灰口增多) 二、离心机