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化工原理--固体颗粒流体力学基础与机械分离 ppt课件

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第三章机械分离和固体流态化《化工原理》课件

第三章机械分离和固体流态化《化工原理》课件
5
非均相物系的分离方法
1、气-固体系
旋风分离器 ：含尘气体从入口导入除尘器的外壳和排气 管之间，形成旋转向下的外旋气流。悬浮于外旋流的粉 尘在离心力的作用下移向器壁，并随外旋流旋转到除尘 器底部，由排尘孔排出。净化后的气体形成上升的内旋 流并经过排气管排出。
应用范围及特点 旋风除尘器适用于净化大于5～10微米 的非粘性、非纤维的干燥粉尘。它是一种结构简单、操 作方便、耐高温、设备费用和阻力较低（80～160毫米水 柱）的装置。 旋风除尘器广泛应用于空气净化、烟道除 尘、细小颗粒回收等领域。 例如，火力发电厂的锅炉烟 道上就装有这种装置，它有效的降低了排出的烟尘，否 则，早晨起来时，电厂附近的马路上会铺满D
u02
2
d 2
4
浮力Fb
mg s
等速段：该段的颗粒运动速度称为 沉降速度，用u0表示。
重力沉降速度：以球形颗粒为例
合 外 F cF 力 bF D0
mg1s
u02
2
d2
4
0
质m 量力或 gFm c ra
颗粒在流体中沉降时受力
频率分布曲线
9
二、颗粒群的特性
平均直径
长度平均直径
d L m n 1 d 1n 1 n 2 d n 2 2 n n 3 3 d 3 n k n k d ki k 1n id i
k
n i
i 1
表面积平均直径 ----每个颗粒平均表面积等于全部颗粒的表面积之
21
增稠器（沉降槽）
用于分离出液-固混合物
加料
结构：请点击观看动画
与降尘室一样， 水平 沉降槽的生产能 力是由截面积来 挡板
保证的，与其高

颗粒流体力学(课堂PPT)

颗粒流体力学(课堂PPT)
• ⑦ 系统中颗粒的粒径范围为10-5～10cm。
3
颗粒流体的两相流动三种典型情况
• （1）固定床：流体穿过固定的颗粒层的流动，例 如立窑中粒料的煅烧，移动式炉篦上熟料的冷却、 料浆的过滤脱水以及过滤层收尘等过程；
• （2）流化床：当流体速度增加到一定程度，固定 颗粒层呈现较疏松的活动（假液化）状态（即流 化床）的流动，例如流态化烘干预热、粉状物料 的空气搅拌以及空气输送斜槽的气力输送等过程；
Cw
Mp Mp M
f
(2-3)
(2-2)
若以单位质量流体所拥有的固体颗粒质量表 示，则有
C' M p M w
f
(2-4)
6
若已知两相流密度ρm,则上述各式可直接用密度表示
Cv
m p
f f
(2-5)
C
' v
m p
f m
Cwm pff
gp m
Cvgm p
(2-6) (2-7)
Cw ' m pm f gm p Cv' gm p
第二章 颗粒流体力学
本章提要 • 固体物料的气力输送、离心分离等都涉及
到颗粒流体力学。本章主要介绍了固体颗 粒在流体中阻力系数、重力沉降和离心沉 降，讨论了Stokes公式、非球形颗粒沉降 和干扰沉降修正系数，介绍了流体通过颗 粒层的层流状态、湍流状态及流化床。
1
• 在流体力学中，只研究单一相的均质流体的流动问题。 但是，在自然界的许多工程中，常遇到处理许多不同态 物质的混合物的流动问题。通常把状态不同的多相物质 共存于同一流动体系中的流动称为多相流功，简称多相 流。最普通的一种多相流动为两相流动。它是由四种态 物质（即固态、液体、气体和等离子体）中的任意两种 态结合组成。有关这些两相流动问题的结论和分析，亦 可以推广应用到多相流动的情况。本章主要介绍颗粒流 体两相的流动力学，这些情形中，固体颗粒均匀或不均 匀地分布在流体中，形成两相流动体系。

化工原理机械分离沉降分离PPT课件

化工原理机械分离沉降分离PPT课件

4．非球形颗粒处理办法
①颗粒非球形时，曳力系数还受颗粒形状影响。
②技术上采用球形度表示颗粒形状
与该颗粒等体积球的表 面积
s
颗粒表面积
③非球形颗粒的雷诺数采用当量直径de计算：
3 6V
de
3.1.2 重力沉降分离设备
1．降尘室
（1）工作原理 气体入室减速 颗粒的沉降运动&随气体运动 沉降运动时间<气体停留时间分离 说明 ① d，容易除去 ②气量V，容易除去
（2）能(100%)被除去的最小颗粒直径 100%去除——室顶到室底
所需沉降时间=H/ut
在室内停留时间=L/u
分离满足的条件： H L
ut u
分离所需最低沉降速度ut
Hu L
HBu LB
Vs At
最低沉降速度~能被分离的最小颗径
ut
gdm2 in s 18
Vs At
dmin
18 Vs
ur
d 2 sui2 18rm
假设(2)沉降时间
B ur
18rm B d 2 sui2
气芯前圈数 = N
运行距离 2rm N
有效停留时间 2rm N
ui
某一粒径能(100%)被分离出的条件
其穿越B所需时间<停留时间
B ur
18rm B d 2 sui2
2rm N
ui
9B d Nui s dc
④ Ret>2105 阻力系数骤然下降 层流边界层湍流边界层 分离点后移，尾流区收缩，形体阻力突然下降
Ret (3 ~ 10) 105 近似取=0.1
颗粒沉降所处区域判断方法
u 4d s g
3
Ret

南京理工化工原理课件3 --机械分离和固体流态化

南京理工化工原理课件3 --机械分离和固体流态化
1．间歇过滤机的生产能力
操作周期为 T=θ +θ
θ
W+θ D
θ ——一个操作循环内的过滤时间，s；
W——一个操作循环内的洗涤时间，s；
θ D——一个操作循环辅助操作所需时间，s。
则生产能力
3600V 3600V Q T W D
V——一个操作循环内所获得的滤液体积，m3
二、连续过滤机的生产能力
阻力：

6
1 2 Fd Ap u 2
根据牛顿第二运动定律：
Fg Fb Fd ma

u 2 3 d s g d g d d s a 6 6 4 2 6
3 3 2


加速阶段：开始沉降瞬间，u=0，因而Fd=0，加速度a等 速阶段：u=ut时,阻力、浮力与重力三者的代数和为零， 加速度a=0。 ut——“沉降速度”，又叫“终端速度”。由于工业上沉 降操作所处理的颗粒往往甚小，阻力随速度增长甚快， 可在短时间内就达到等速运动，所以加速阶段常常可以 忽略不计。
对于不可压缩滤饼
dq p uR 常数 d r q qe
p ruR 2 ruR qe
压强差随过滤时间成直线增高。
3．先恒速后恒压 恒压阶段 ：
dV KA2 d 2 V Ve
KA2 d V Ve dV 2
令VR、θ R分别代表升压阶段终了瞬间的滤液体积 及过滤时间，则上式的积分形式为
dV Ad p V Ve r A
可压缩滤饼的情况比较复杂，它的比阻是两侧压强 差的函数。考虑到滤饼的压缩性，通常可借用下面的 经验公式来粗略估算压强差增大时比阻的变化
r=r'（Δ p）s

化工原理机械分离PPT课件

化工原理机械分离PPT课件

南京工业大学
NJUT
四、过滤设备
1.过滤设备种类 ➢按操作方式： 间歇式： 连续式：
➢按压强差 压滤 吸滤 离心过滤机
南京工业大学
NJUT
2.加压叶滤机
南京工业大学
NJUT
南京工业大学
NJUT
3. 板框压滤机
南京工业大学
NJUT
五、物料衡算p101
设过滤面积Am2，滤液Vm3，滤饼厚度 Lm，滤饼空隙率ε 悬浮液: 滤液V （V+LA） 滤饼LA：液体LAε 固体LA(1-ε)
2）床层的空隙率ε
ε＝（床层体积-颗粒所占的体积）/床层体积＝空 隙体积/床层体积
ε表示床层中颗粒堆积的疏密程度，ε大疏松，ε小 紧密
ε＝ε（颗粒的形状、粒度分布，充填方式）
一般乱堆0.47＜ε＜0.7
南京工业大学
NJUT
堆积密度：单位体积固定床内固体颗 粒的质量
真实密度：颗粒的密度
南京工业大学
NJUT
过滤介质：滤布、金属丝网等
南京工业大学
NJUT
2）深层过滤（深床过滤）：适用于悬
浮液中固体颗粒的体积百分数小于0.1% 且固体颗粒粒径较小的场合。
特点：p113 不形成滤饼，粒子粘附在孔道壁面上而被截留 整个过滤过程中过滤阻力不变
过滤介质：细小坚硬的固体颗粒堆积生成的固 定床 粒状介质：细纱、石棉、硅藻土等多用于深床 过滤。 多孔道固体介质：多孔陶瓷，多孔塑料
南京工业大学
NJUT
洗涤速率(dV/dτ)W与过滤终了时速率(dV/dτ)E的关 系：
洗涤推动力∆pW =过滤终了时的压强差∆p，洗涤液 μW=滤液μ，则
叶滤机（置换洗涤法）p104
过滤终了时滤饼厚度＝洗涤滤饼厚度

化工原理流体流动与输送机械精品PPT课件

化工原理流体流动与输送机械精品PPT课件
1.1.1.连续介质的假定
质点指的是一个含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于 设备尺寸、但比分子自由程却大的多。
连续介质假定：假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间 没有间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。
工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观研究流体。
1.1.2.流体的压缩性
不可压缩性流体：流体的体积不随压力变化而变化，如液 体；
（5）流体输送设计型和操作型问题的定量计算。 ∮基本内容：
（1）密度、比容、比重及影响因素；压力、压力的不同表示方法， 流体静止的基本方程；U型管压差计、皮托管、液位计、液封、 流体流动的基本方程、连续性方程、柏努里方程；
（2）粘度、牛顿粘性定律、雷诺数、边界层效应、边界层形成、 边界层分离。
（3）直管阻力、局部阻力、当量长度、当量直径、因次分析法。 （4）简单管路计算，各流量计的结构及测定原理； （5）离心泵基本原理、构造；离心泵基本方程式；离心泵主要特 性参数、特性曲线、安装高度、工作点与流量调节；
17
1 流体流动与输送机械——1.2 流体静力学
（2）双液体U管压差计
适用于压差较小的场合。
密度接近但不互溶的两种指示液A和
C
(A C ) ；
扩大室内径与U管内径之比应大于
10 。
p1 p2 Rg( A C )
18
1 流体流动与输送机械——1.2 流体静力学
（3） 倒U形压差计 指示剂密度小于被测流体密度，
如空气作为指示剂
p1 p2 Rg( 0 ) Rg
（4） 倾斜式压差计 适用于压差较小的情况。
（5） 复式压差计 适用于压差较大的情况。
19
1 流体流动与输送机械——1.2 流体静力学

化工原理流体流动与输送机械PPT课件

1.1.1.连续介质的假定
质点指的是一个含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于 设备尺寸、但比分子自由程却大的多。
连续介质假定：假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间 没有间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。
工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观研究流体。
1.1.2.流体的压缩性
不可压缩性流体：流体的体积不随压力变化而变化，如液 体；
M m M 1 y 1 M 2 y 2 M n y n
y1, y2yn——气体混合物中各组分的摩尔(体积)分数。
11
1 流体流动与输送机Байду номын сангаас——1.1 流体基本性质
1.1.5.压力
流体的压力（p）是流体垂直作用于单位面积上的力，严格 地说应该称压强。称作用于整个面上的力为总压力。
压力（小写）
p
P
A
力（大写） 面积
N [p] m2 Pa
记：常见的压力单位及它们之间的换算关系
1atm =101300Pa=101.3kPa=0.1013MPa
=10330kgf/m2=1.033kgf/cm2
=10.33mH2O =760mmHg
12
1 流体流动与输送机械——1.1 流体基本性质
压力的大小常以两种不同的基准来表示：一是绝对真空， 所测得的压力称为绝对压力；二是大气压力，所测得的压强称 为表压或真空度。一般的测压表均是以大气压力为测量基准。
第1章 流体流动与输送机械
1.1 流体基本性质 1.2 流体静力学 1.3 流体动力学 1.4 流体流动的内部结构 1.5 流体流动阻力 1.6 1.7 流速与流量的测量 1.8 流体输送机械
1
∮计划学时：12学时
∮基本要求：

南工大化工原理第三章颗粒流体力学基础与机械分离


过滤基本方程式
可压缩滤饼 压缩性指数 s= 0
～
r r0 (p)
1
s
不可压缩滤饼：s=0
过滤基本方程式
dq p d r0 (q qe )
1 s
过滤基本方程
令：
2(p) K r0
1 s
（ 恒压过滤常数）
dq K d 2(q qe )
过滤设备

2
2 1 u 1.75 3 dm
欧根方程的误差约为±25%
Re’ ﹤20/6时 右第二项可略 Re’ ﹥1000/6时 右第一项可略
*** 颗粒床层简化模型常用的有一维、二维和三维模型， 这些模型都是将流体通过固定床层的流动进行了大量的 简化，因此所得到的数学模型只能在一定范围内反映事 物的规律。随着科学技术的发展，特别是数学理论的发 展，一些新的在更大程度上能反映流动规律的模型相继 问世。如流体流过一个颗粒表面，当流速较小时颗粒后 面的流体运动是定常的，当流速大到一定程度会发生边 界层分离现象，颗粒后面的流体运动变为湍流运动， 这就属于数学中的混沌现象， 由此建立的混沌模型就 比较复杂。又如固定床层中的颗粒通常看成球形，对于 非球形颗粒通常用平均半径来表示，当考虑颗粒的具体 的不规则形状时，就可能出现非整数维数，由此建立的 数学模型也就很复杂了。但在工程上使用最广、最成熟 的是一维模型。介绍床层的一维简化模型。
1.表格式：表1 石英砂的筛分数据
编号 筛号范围 平均粒径dp， 质量分数 mm x 9/10 10/12 12/14 14/16 16/20 20/24 24/28 1.816 1.524
筛上粒子的 d
筛孔尺寸 d， mm 1.651（10号） 1.397 （12号） 1.168 （14号） 0.991 （16号） 0.833 （20号） 0.701 （24号） 0.589 （28号）

电子教案与课件：《化工原理》 第3章-固体颗粒流体力学基础与机械分离


Fg 重力
F （重力 浮力） 阻力
Fg Fd Fb m a
•2021/2/7
重力： Fg
6
d 3sg
（N）
u
浮力：
Fb
6
d 3g
（N） u0
阻力系数
加速段 匀速段
阻力：
Fd
d2
4
ut2
2
（N）
t
•2021/2/7
颗粒做匀速运动，沉降速度恒定不变，该速度称
为自由沉降速度。达到恒定的沉降速度时，合力
常用的粒径测量方法： 1、沉降分析 2、激光粒度分析 3、显微镜粒度分析 4、自动计数器法
•2021/2/7
3.2 固体颗粒在流体中运动时的阻力
曳力或阻力：当流体以一定的速度绕过静止的固体 颗粒流动时，黏性流体会对颗粒施加一定的阻力； 反之，当固体颗粒在静止流体中移动时，流体同样 会对颗粒施加作用力，这两种情况的作用力性质相 同，称为~
球形颗粒，各区域的曲线可用不同的计算式表示：
①层流区(Stokes区)
准确
②过渡区(Allen区)
③湍流区(牛顿区)
近似
•2021/2/7
4.3 沉降分离(Sedimentation)原理及设备
沉降：在某种力场中利用分散相和连续相间密度之 差，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。 分为重力沉降和离心沉降。 一、重力沉降（Gravitational sedimentation）
（H, L, d, Vs, 操作条件等）
分离所需最低沉降速度
即：Vs≤ ut A→除尘条件 降尘室的生产能力：单位时间内通过降尘室的含尘 气体的体积流量。即:Vs=BHu
停留时间=沉降时间，有Lut=Hu

化工原理机械分离PPT课件


化 学 工 程 系
Ret＜2时（Stokes区)
24 Ret
ut
gd
2
s
18
2≤ Ret ＜ 500时（Allen 区)
18.5 0.6 Ret
500 ≤ Ret 时(Newton区)
0.44
化 学 工 程 系
3. 沉降速度的计算
试差法
假设沉降属于斯托克斯区 选用斯托克斯公式计算ut 检验Ret范围：10-4＜Ret＜2 是 否 重新 假设
pc
pc

2
3
2
51 a Lu

3
化 学 工 程 系
（2）过滤基本方程

过滤速度与过滤速率
A pc dV 2 2 d 5a 1 L
3
pc dV u 2 2 Ad 5a 1 L
（2）分离效率 粒的质

化 学 工 程 系
——旋风分离器所收集的该颗 量分数。
C1 C2 0 C1
总效 率
粒级效率

p,i
C1,i C2,i C1,i
化 学 工 程 系
粒级效率曲线
化 学 工 程 系
d 标准旋风分离器的 p d50
化 学 工 程 系
（3）压降
p
1. 概述 （1）概念和术语

过滤
滤浆 滤饼 过滤介质
滤液
化 学 工 程 系
（2）过滤方式

深层过滤

滤饼过滤
化 学 工 程 系
（3）过滤介质和滤饼

过滤介质
可压缩滤饼
滤饼
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4.3 沉降分离
4.3.1 重力沉降 4.3.2 离心沉降
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4.3.1 重力沉降
（1）光滑球形颗粒在静止流体中的自由沉降
4.3.1 重力沉降
4.3.1 重力沉降
（2）重力沉降设备 降尘室
4.3.1 重力沉降
沉降槽
4.3.1 重力沉降
分级器
4.3.2 离心沉降
化工原理
第四章 固体颗粒流体力学 基础与机械分离
第四章 固体颗粒流体力学基础与
机械分离
4.31
固体颗粒特性
4.32 固体颗粒在流体中运动时的阻力
43.3
沉降分离
4.34
过滤
43.5
固体流态化
43.6
其他机械分离技术
4.1 固体颗粒特性
4.1.1 单一颗粒特性 4.1.2 颗粒群的特性 4.1.3 粒径测量
失影响，造成气体的压强降低，该压降可表示为
P ui2
2
（4-23）
4.3.2 离心沉降
旋液分离器
4.3.2 离心沉降
环流式旋风除尘器与液固分离器
4.3.2 离心沉降
4.3.2 离心沉降
离心沉淀机
4.4 沉降
4.4.1 过滤原理 4.4.2 过滤基本方程式 4.4.3 过滤设备 4.4.4 过滤操作的改进
4.5.1 固体流态化现象
4.5.1 固体流态化现象
4.5.1 固体流态化现象
（1）腾涌现象
（2）沟流
4.5.2 固体流态化流体力学特性
（1）压降与流速的关系
4.5.2 固体流态化流体力学特性
（2）流化床的流体空速范围 ① 临界流化速度umf
umf
um f
s s a
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4.4.1 过滤原理
（1）过滤过程
4.4.1 过滤原理
4.4.1 过滤原理
（2）过滤操作分类
4.4.1 过滤原理
（3）过滤介质
4.4.2 过滤原理
（1）过滤基本方程式表述
p f

l d
u2
2

64 du
l d
u2
2

32lu
d2
u 1 dV A0 dt
年提出了一种新的过滤方式，即料浆沿过滤介质平面 的平行方向高速流动，使滤饼在剪切力作用下被大部 分铲除，以维持较高的过滤能力。因滤液与料浆流动 方向呈错流，故称错流式过滤，又因滤饼被基本铲除 ，亦称为无滤饼过滤，但较多的称法为动态过滤。
4.4.4 过滤操作的改进
（3）深层过滤 以固体颗粒固定床作为过滤介质，将悬浮液中的
等刚性好的颗粒。助滤剂有两种使用方法，一种是把 助滤剂与水混合成的悬浮液在滤布上先进行预滤，使 滤布上形成l~3mm助滤剂层然后正式过滤，此法可防 止滤布堵塞；另一种是将助滤剂混在料浆中一道过滤 ，此法只能用于滤饼不予回收的情况。
4.4.4 过滤操作的改进
（2）动态过滤 为了在过滤过程中限制滤饼的增厚，蒂勒于1977
4.6.1 静电除尘 4.6.2 湿法捕集
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4.6.1 静电除尘
4.6.1 静电除尘
4.6.1 静电除尘
平均比表面积直径。设有一批大小不等的球形颗粒， 其总质量为G，经筛分分析得到相邻两号筛直径的直径可写为
da
1 xi
di
（4-9）
4.1.3 粒径测量
4.1.3 粒径测量
4.2 固体颗粒在流体中运动时的阻力
4.2 固体颗粒在流体中运动时的阻力
固体粒子截留在床层内部，且过滤介质表面不生成滤 饼的过滤称为深层过滤。
4.5 固体流态化
4.5.1 固体流态化现象 4.5.2 固体流态化流体力学特性 4.5.3 分布板对流化质量的影响 4.5.4 固体流态化技术的应用
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4.5.1 固体流态化现象
（1）固定床阶段 （2）流化床阶段 ① 散式流化 ② 聚式流化 （3）输送床阶段
4.5.3 分布板对流化质量的影响
（1）分布板的作用 （2）分布板的形式
4.5.3 分布板对流化质量的影响
4.5.3 分布板对流化质量的影响
4.5.4 固体流态化技术的应用
4.5.4 固体流态化技术的应用
4.5.4 固体流态化技术的应用
4.5.4 固体流态化技术的应用
4.6 其他机械分离技术
验测定。
4.4.3 过滤设备
（1）板框压滤机
4.4.3 过滤设备
（2）加压叶滤机
4.4.3 过滤设备
（3）转筒真空过滤机
4.4.3 过滤设备
（4）袋式过滤器
4.4.3 过滤设备
4.4.3 过滤设备
（4）袋式过滤器
4.4.4 过滤操作的改进
（1）使用助滤剂 常用的助滤剂有硅藻土、珍珠岩或石棉粉、炭粉
A0 A
（4-27）
（4-28） （4-29）
4.4.2 过滤原理
（2）恒压过滤基本方程式
V 0
V
Ve dV

A2p
r
t
dt
0
q2 2qeq Kt
（4-34） （4-35）
K与物料特性及压强差有关，单位为m2/s；qe与过
滤介质阻力大小有关，单位为m3/m2。二者均可由实
a
② 带出速度
（4-37）
4.5.2 固体流态化流体力学特性
（3）流化床的操作范围 流化床的操作范围，为空塔速度的上下极限，用
比值ut/umf的大小来衡量。ut/umf称为流化数。对于细 颗粒，ut/umf=91.7；对于大颗粒，ut/umf=8.62。
研究表明，上面两个ut/umf的上下限值与实验数据 基本相符，ut/umf值常在10~90之间。细颗粒流化床较 粗颗粒有更宽的流速操作范围。
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4.1.1 单一颗粒特性
（1）球形颗粒 （2）非球形颗粒
V d3
6
S d2
a 6 d
de

3
6Vp

（4-1） （4-2） （4-3）
（4-4）
4.1.2 颗粒群的特性
（1）粒度分布
4.1.2 颗粒群的特性
（2）颗粒的平均直径 颗粒平均直径的计算方法很多，其中最常用的是
（1）离心沉降速度
4.3.2 离心沉降
（2）离心沉降设备 旋风分离器
4.3.2 离心沉降
① 临界直径 ② 分离效率
dc
9B Ne sui
（4-22）
4.3.2 离心沉降
n
0 xi pi i 1
（4-22）
③ 阻力损失气体通过旋风分离器时受器壁的摩擦阻力
、流动时局部阻力以及气体旋转运动所产生的动能损