平均粒径为μm的固体颗粒床层流化 淮阴工学院化工原理课程网站.ppt

化工原理多媒体课件 淮阴工学院 生命科学与化学工程学院 3.1 概述 3.2 颗粒及颗粒床层的特性 3.3 沉降分离 3.4 过滤 3.5 离心机 3.6 固体流态化 3.1 概述Overview 1 混合物分类 均相混合物（homogeneous mixture） 溶液，混合气体 非均相混合物（heterogeneous mixture） 气态：含尘气体、含雾气体 液态：悬浮液、乳浊液、泡沫液 2 非均相混合物的分离方法 机械分离（mechanical separation） 依靠外力使分散相与连续相发生相对运动 外力：重力，离心力，压力 3.1 概述 颗粒相对于流体运动 气固系统 沉降分离：重力沉降、离心沉降 液固系统 增浓：重力增稠器，离心沉降 乳浊液：离心分离机 流体相对于颗粒床层运动 液固系统 过滤：重力过滤、加压（真空）过滤、离心过滤 3.1 概述 4 机械分离目的 回收有价值的分散组分 净化分散介质 环境保护和安全生产 3.2 颗粒及颗粒床层的特性 Characterization of Particles and Particulate Beds 3.2.1 颗粒的特性 3.2.2 颗粒床层的特性 3.2.3 流体通过床层流动的压降 3.2.1 颗粒的特性 1 单一颗粒特性 1）球形颗粒 2）非球形颗粒 （1）体积当量直径 （2）形状系数（球形度） 非球形颗粒需要两个参数描述其性质 2 颗粒群的特性 1）粒度分布 筛分：泰勒标准筛 累计分布函数曲线和频率分布函数曲线 平均比表面积粒径 2）粒子的平均粒径 1 床层空隙率 2 床层的比表面积 3 床层的自由截面积 各向同性：自由截面等于床层孔隙率 壁效应：流体分布不均匀 1 床层的简化模型（物理模型） 长度L，当量直径deb的一组平行细管 细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙容积 细管的内表面积等于颗粒床层的全部表面积 2 流体通过床层压降的数学描述 3 模型参数的实验测定（参数估计） （1）康采尼实验结果（层流） （2）欧根实验结果 例3－1 在横截面积为1m2的固定床反应器中装填直径d=3mm、高度等于直径的圆柱形催化剂1m3。催化剂的质量G=980kg，其真密度?s=1760kg/m3。试求（1）催化剂的当量直径de、球形度?s、床层孔隙率?及比表面积ab；（2）20oC的空气从下向上通过催化剂层，空塔速度u=0.2m/s，空气流经催化剂床层的压降 3.3 沉降分离Sedimentation Separations 定义：在外力场作用下，利用分散相和连续相之间的密度差，使之发生相对运动而实现非均相混合物分离的操作。 分类： 重力沉降，离心沉降 自由沉降，干扰沉降 刚性球形颗粒的自由沉降 3.3.1 重力沉降 3.3.2 离心沉降 1 沉降速度 1）球形颗粒的自由沉降 重力： 浮力： 阻力： 沉降过程：加速段，恒速段 沉降速度 2）阻力系数 层流区，斯托克斯公式 过渡区，艾伦公式 湍流区，牛顿公式 3）影响沉降速度的因素 流体粘度：表面曳力，形体曳力 颗粒的体积分数： 小于0.2% 器壁效应 颗粒形状的影响，注意微细颗粒 4）沉降速度的计算 （1）试差法，假设为某一区，然后验证。 （2）摩擦数群法 已知颗粒直径求沉降速度 已知沉降速度求颗粒直径 （3）无因次判据法（适用于已知粒径求速度） 层流区 过渡区 湍流区 例3－2 试计算直径为95?m、密度为3000kg/m3的固体颗粒分别在20oC的空气和水中的自由沉降速度。 2 重力沉降设备 1)降尘室 （1）单层降尘室 要求层流，气速一般小于1m/s，可除去大于50μm的颗粒 位于降尘室最高点的颗粒沉降至底室需要的时间 气体通过降尘室的时间 （2）多层降尘室 隔板间距：40－100mm 降尘室可以完全除去的最小颗粒直径，假设在层流区，沉降速度： 流动阻力小，分离50 ?m的粗颗粒，作预除尘 流体处于层流区 例3－3 拟采用降尘室回收常压炉气中所含的球形固体颗粒。降尘室底面积为10m2，宽和高均为2m。操作条件下，气体的密度为0.75kg/m3，粘度为2.6×10-5Pa.s；固体的密度为3000kg/m3；降尘室的生产能力为3m3/s。试求（1）理论上能完全捕集下来的最小颗粒直径；（2）粒径为40?m的颗粒的回收百分率；（3）如欲完全回收直径为10?m的尘粒，在原降尘室内需设置多少层水平隔板？ 2）沉降槽 结构与操作 作用 提高悬浮液浓度 得到澄清液体 3）分级器 不同粒度的颗粒进行分离 不同密