1、2021-6-121 學習回顧 傳熱: 傳熱機理 三種傳熱方式 傳熱過程的計算 換熱器 2021-6-122 第三章 非均相物系的分離 3.1 概述概述 ( (1 1) ). .收集分散物質收集分散物質( (回收有用物質回收有用物質) ) 如從氣流干燥器排出尾氣中回收帶出的固體顆粒作為如從氣流干燥器排出尾氣中回收帶出的固體顆粒作為 產品，或者從某些排污中回收帶走的液體等。產品，或者從某些排污中回收帶走的液體等。 ( (2 2) ). .凈化分散介質凈化分散介質( (凈化物料凈化物料) ) 如除去渾濁液中的固相雜質而使其成為清液，或者使如除去渾濁液中的固相雜質而使其成為清液，或者使 壓縮后氣體中

2、的油滴分離而凈化氣體等。壓縮后氣體中的油滴分離而凈化氣體等。 ( (3 3) ). .環境保護與安全生產環境保護與安全生產( (環境保護的需要環境保護的需要) ) 象煙道氣的排放、廢液的排放都要求其含固量達到一象煙道氣的排放、廢液的排放都要求其含固量達到一 定標準，以防止對大氣、河海等環境污染。定標準，以防止對大氣、河海等環境污染。 混合物的分類混合物的分類 均相物系：物系內部各處物料性質均勻而不存在相界面的混合物系。均相物系：物系內部各處物料性質均勻而不存在相界面的混合物系。 非均相物系：物系內部有明顯的相界面存在而界面兩側物料的性質不同非均相物系：物系內部有明顯的相界面存在而界面兩側物料的

3、性質不同 的混合物系。的混合物系。 非均相機械分離過程涉及固體顆粒非均相機械分離過程涉及固體顆粒, ,可以把固體看成球形可以把固體看成球形. . 流體對固體顆粒的繞行流體對固體顆粒的繞行: : 固體靜止固體靜止, ,流體動流體動; ;流體靜止流體靜止, ,固體沉降固體沉降; ;或相對運動或相對運動. . 2021-6-125 懸浮液的形成: 第一,在前置生產工序前因工藝要求加入固 體顆粒; 第二,在前置生產工序中從液相中析出固體 產品或因反應生成固體及固體雜質. 生產中液固分離有不同的目的:得到含液量 比較少的固體產品即低液體損失率,或得到 含固體顆粒比較少的清液,即低的固體損失 率. 202

4、1-6-126 顆粒和顆粒床層特性簡述 亦稱球形度，用于表征顆粒的形狀與球形的差異程度。亦稱球形度，用于表征顆粒的形狀與球形的差異程度。 定義：體積與實際顆粒相等時球形顆粒表面積與實際顆粒定義：體積與實際顆粒相等時球形顆粒表面積與實際顆粒 的表面積之比，即：的表面積之比，即： 空隙率空隙率：單位體積床層中的空隙體積，：單位體積床層中的空隙體積，m m3 3/m/m3 3， p S S 床層體積 顆粒所占體積床層體積 床層體積 空隙體積 2021-6-127 以液相加氫為例 含有催化劑的物料:催化劑要回收,循環使用;料液 進入下一步反映. 顆粒大小對分離的難易程度的影響: 根據需要控制粒度大小.

5、 3.2 沉降分離 3.2.1 沉降概述 沉降是指在某種力的作用下，固粒相對于流體產生定向運動而實現分離的沉降是指在某種力的作用下，固粒相對于流體產生定向運動而實現分離的 操作過程。其依據是利用兩相間密度的差異，受力時其運動速度不同從而操作過程。其依據是利用兩相間密度的差異，受力時其運動速度不同從而 發生相對運動。進行沉降操作的作用力可以是重力，也可以是慣性離心力，發生相對運動。進行沉降操作的作用力可以是重力，也可以是慣性離心力， 故沉降分為重力沉降和離心沉降。衡量沉降進行的快慢程度通常用沉降速故沉降分為重力沉降和離心沉降。衡量沉降進行的快慢程度通常用沉降速 度來表示。度來表示。 3.3.2

6、2. .2 2 沉降速度沉降速度 自由沉降：發生在稀疏顆粒的流體中自由沉降：發生在稀疏顆粒的流體中 干擾沉降：多發生在液態非均相物系中，沉降速度低。干擾沉降：多發生在液態非均相物系中，沉降速度低。 以下討論自由沉降過程。以下討論自由沉降過程。 壓縮沉降壓縮沉降: : 2021-6-129 3.2.3 3.2.3 自由沉降自由沉降 沉降的加速階段沉降的加速階段 沉降的恒速階段沉降的恒速階段 速度加大速度加大, ,阻力也變大阻力也變大, ,阻力變大加速度變阻力變大加速度變 小小, ,小到為小到為0 0即是恒速階段即是恒速階段. . 沉降速度沉降速度u ut t-終端速度終端速度 ) 2 (Re R

7、e ) 2 ( p p p D f du u AF 用前式計算沉降速度時，需先確定阻力系數用前式計算沉降速度時，需先確定阻力系數值。通過因次分析，值。通過因次分析， 是顆粒形狀、顆粒與流體相對運動雷諾數是顆粒形狀、顆粒與流體相對運動雷諾數ReRet t=du=dut t/的函數，由實的函數，由實 驗測得的綜合結果在下圖中示出。驗測得的綜合結果在下圖中示出。 對于球形顆粒的曲線，從圖可看出，按對于球形顆粒的曲線，從圖可看出，按ReRet t值大致分為三個區，各區值大致分為三個區，各區 內曲線所對應的內曲線所對應的可分別用相應的數學關系式表示?？煞謩e用相應的數學關系式表示。 1.1.滯流區滯流區(

8、 (斯托克斯定律區斯托克斯定律區) 10) 10-4 -4 Re Ret t 2 2 t Re 24 2.2.過渡區過渡區( (艾倫定律區艾倫定律區) 1) 1ReRet t10103 3 6 . 0 t Re 5 .18 3.3.湍流區湍流區( (牛頓定律區牛頓定律區) 10) 103 3 ReRet t22m)d2m) 適用條件適用條件(1)(1)顆粒靜止，流體運動顆粒靜止，流體運動 (2) (2)顆粒運動，流體靜止顆粒運動，流體靜止 (3) (3)顆粒流體作相反方向運動顆粒流體作相反方向運動 (4) (4)顆粒、流體作相同方向運動，但速度不同顆粒、流體作相同方向運動，但速度不同 2021

9、-6-1215 例3-1,3-2見教材111頁 斯托克斯定律的含義:FD=3dpu 臨界直徑：臨界直徑：指理論上能夠完全分離出來的指理論上能夠完全分離出來的 最小顆粒直徑最小顆粒直徑. . 2021-6-1216 3.2.4 干擾沉降 顆粒群的運動; 干擾沉降的成因; 干擾沉降的速度. 3.2.5 重力沉降設備 重力沉降是最簡單的沉降分離方法，它既可用于分離氣重力沉降是最簡單的沉降分離方法，它既可用于分離氣 固非均相物系，也可用于分離液固非均相物系；既可用于將混固非均相物系，也可用于分離液固非均相物系；既可用于將混 合物系中的顆粒與流體分開，也可用來使不同大小或密度不同合物系中的顆粒與流體分開

10、，也可用來使不同大小或密度不同 的顆粒分開。依據重力沉降原理進行操作的裝置稱為重力沉降的顆粒分開。依據重力沉降原理進行操作的裝置稱為重力沉降 設備設備. 1).1). 降塵室降塵室 利用重力沉降從氣流中分離利用重力沉降從氣流中分離 出塵粒的設備稱為降塵室，常見出塵粒的設備稱為降塵室，常見 的如圖所示。的如圖所示。 操作原理：操作原理：含塵氣體進入降塵室后，因流動截面積的擴大而含塵氣體進入降塵室后，因流動截面積的擴大而 使顆粒與氣體間產生相對運動，顆粒向室底作沉降運動。只要在使顆粒與氣體間產生相對運動，顆粒向室底作沉降運動。只要在 氣流通過降塵室的時間內顆粒能夠降至室底，塵粒便可從氣流中氣流通過

11、降塵室的時間內顆粒能夠降至室底，塵粒便可從氣流中 分離出來。分離出來。 ut u S q HA 流動通過設備的流量 設備內的流動容積 顆粒降至室底所需時間為顆粒降至室底所需時間為t t： 當當t t時，塵粒便從氣流中分離出來，即有：時，塵粒便從氣流中分離出來，即有： H/u H/ut tlbH/lbH/q qv v q qv vuut tlb lb t t u H 降塵室一般為矩形方體設降塵室一般為矩形方體設 備，其長、寬和高分別用備，其長、寬和高分別用l l、b b、 H H表示，兩端分別為含塵氣體進表示，兩端分別為含塵氣體進 口和凈化氣出口，氣體流量為口和凈化氣出口，氣體流量為 Vs,mV

12、s,m3 3/s/s。 設氣體通過降塵室的時間為設氣體通過降塵室的時間為： 球形顆粒沉降速度的計算 假設沉降處在滯流區，則選用假設沉降處在滯流區，則選用StokesStokes公式：公式： 例例3-33-3見見113113頁頁 18 )( u 2 min t gd s 增稠器 利用重力沉降從懸浮液中利用重力沉降從懸浮液中 分離固相的設備稱為分離固相的設備稱為增稠器增稠器，它，它 可從懸浮液中分出清液而得到稠可從懸浮液中分出清液而得到稠 厚的沉渣，又稱為增稠器。按操厚的沉渣，又稱為增稠器。按操 作方式分為間歇式和連續式，一作方式分為間歇式和連續式，一 般化工生產中均采用連續般化工生產中均采用連續

13、增稠器增稠器。 連續沉降槽是底部略成錐狀的大直徑淺槽，連續沉降槽是底部略成錐狀的大直徑淺槽，如圖如圖。懸浮液經中央進料管送到液面。懸浮液經中央進料管送到液面 以下以下0.30.31.01.0m m處，分散到槽的整個橫截面上。因截面積的擴大顆粒下沉，清液向上處，分散到槽的整個橫截面上。因截面積的擴大顆粒下沉，清液向上 流動，經由槽頂四周設置的溢流堰排出，沉到槽底的沉渣由緩緩轉動的耙撥向底部中流動，經由槽頂四周設置的溢流堰排出，沉到槽底的沉渣由緩緩轉動的耙撥向底部中 心的排渣口排出。連續沉降槽的操作屬于穩定操作狀態，上部為清液區，下部為增稠心的排渣口排出。連續沉降槽的操作屬于穩定操作狀態，上部為清

14、液區，下部為增稠 區，增稠區內顆粒的濃度自上而下逐步增高，而且各部位區內的粒子濃度、沉降速度區，增稠區內顆粒的濃度自上而下逐步增高，而且各部位區內的粒子濃度、沉降速度 等不隨時間而變化。等不隨時間而變化。 連續沉降槽直徑大，大者可達百米以上，高度為連續沉降槽直徑大，大者可達百米以上，高度為2 24 4米。米。 為節省占地面積，有時將數個沉降槽疊在一起構成多層沉降槽，為節省占地面積，有時將數個沉降槽疊在一起構成多層沉降槽， 共用一根共同的軸帶動各槽的耙。耙的轉速很低，一般在共用一根共同的軸帶動各槽的耙。耙的轉速很低，一般在 0.10.11rpm1rpm之內，以防將已沉積的固粒重新攪起。之內，以防

15、將已沉積的固粒重新攪起。 連續沉降槽適于處理量大而顆粒濃度不高的懸浮液，對于連續沉降槽適于處理量大而顆粒濃度不高的懸浮液，對于 顆粒細微的料漿，常需加入高分子量的絮凝劑，使細粒之間發顆粒細微的料漿，常需加入高分子量的絮凝劑，使細粒之間發 生凝聚而促進沉降作用，以提高其生產能力和得到符合要求的生凝聚而促進沉降作用，以提高其生產能力和得到符合要求的 清液，其底部排出的沉渣還含有約清液，其底部排出的沉渣還含有約50%50%的液體。的液體。 2021-6-1222 分級器 利用重力沉降可將懸浮液中不同粒度的顆 粒進行粗略的分離,或將兩種密度不同密度 的顆粒進行分類,這樣的過程稱為分級.實現 分級操作的

16、設備稱為分級器. 2021-6-1223 2 2 分級器分級器 利用重力沉降可將懸浮液中不同粒度的顆粒進行粗略的分級，或將兩 種不同密度的物質進行分類。圖3-7為分級器示意圖。 2021-6-1224 3.2.6 沉降過程的強化 凝聚或絮凝 離心沉降 2021-6-1225 3.2.7 離心沉降設備 轉鼓式離心機轉鼓式離心機 離心沉降所處理的非均相物系中固粒直徑通常很小，沉降離心沉降所處理的非均相物系中固粒直徑通常很小，沉降 一般在滯流區進行，故其沉降速度可表示為：一般在滯流區進行，故其沉降速度可表示為： 碟式分離機碟式分離機 管式高速離心機管式高速離心機 r d p2 2 r 18 )( u

17、 2021-6-1226 1 1 轉鼓式離心機轉鼓式離心機 與重力沉降器的原理相同，在沉降式離心機 中，凡沉降所需時間t小于流體在設備內的 停留時間r的顆粒均可被沉降而除去。顆粒 在離心力場中的運動方程可寫為 2021-6-1227 2 2 碟式分離機碟式分離機 )/ln(18 )( AB 2 A 2 B 2 pp 2 s RR RR dH V 生產能力 碟式分離機的轉鼓內裝有許多倒錐形碟片，碟片直徑一般為0.20.6m，碟 片數目約為50100片。轉鼓以47008500rmin的轉速旋轉，分離因數 可達400010000。 用于乳濁 液的分離 碟片上開孔 用于澄清時 碟片上不開孔 2021-

18、6-1228 3 3 管式高速離心機管式高速離心機 3.3 過濾 過濾是分離懸浮液最普遍和最有效的單元操作之一。與沉降相比，過過濾是分離懸浮液最普遍和最有效的單元操作之一。與沉降相比，過 濾可使懸浮液的分離更迅速更徹底，特別是對于粒徑很小，很難分離的濾可使懸浮液的分離更迅速更徹底，特別是對于粒徑很小，很難分離的 懸浮液，沉降方法均難實現，這時需采用過濾操作。懸浮液，沉降方法均難實現，這時需采用過濾操作。 過濾：過濾：以某種以某種多孔物質多孔物質為介質，在為介質，在外力作用外力作用下，使懸浮液中的下，使懸浮液中的液體液體 通過介質的孔道通過介質的孔道，而使，而使固體顆粒被截留固體顆粒被截留在介質

19、上，從而實現固、液分離在介質上，從而實現固、液分離 的單元操作。的單元操作。 過濾操作所處理的懸浮液稱為過濾操作所處理的懸浮液稱為濾漿或料漿濾漿或料漿 所用的多孔性介質稱為所用的多孔性介質稱為過濾介質過濾介質 通過過濾介質的液體稱為通過過濾介質的液體稱為濾液濾液 被截留下來的顆粒層稱為被截留下來的顆粒層稱為濾餅或濾渣濾餅或濾渣 實現過濾操作的外力實現過濾操作的外力有重力，壓強差或慣性有重力，壓強差或慣性 離心力，在化工生產中應用最多的是過濾介質離心力，在化工生產中應用最多的是過濾介質 上、下游兩側的壓強差。上、下游兩側的壓強差。 懸浮液 (濾漿) 濾餅 過濾介質 濾液 1. 過濾方式 過濾操作

20、分兩類：過濾操作分兩類： 1.1.餅層過濾：固體顆粒呈餅層狀沉積于過濾介質的上游一側。餅層過濾：固體顆粒呈餅層狀沉積于過濾介質的上游一側。 適于處理固體含量較高適于處理固體含量較高( (固體體積分率在固體體積分率在1 1以上以上) )的懸浮液。的懸浮液。 真正發揮分離作用的是濾餅層，而不是過濾介質。真正發揮分離作用的是濾餅層，而不是過濾介質。 因為顆粒在介質表面發生因為顆粒在介質表面發生“架橋架橋”現象，可以截留小顆粒，現象，可以截留小顆粒， 開始濾液混濁需重新處理。開始濾液混濁需重新處理。 2.2.深床過濾：固體顆粒的沉積發生在深床過濾：固體顆粒的沉積發生在 較厚的粒狀過濾介質床層內部。適于

21、較厚的粒狀過濾介質床層內部。適于 處理顆粒小、含量少處理顆粒小、含量少( (固體體積分率在固體體積分率在 0.10.1以下以下) )的懸浮液。的懸浮液。 真正發揮作用的是過濾介質。真正發揮作用的是過濾介質。 化工中所處理的懸浮液濃度往往較化工中所處理的懸浮液濃度往往較 高。故本章只討論餅層過濾。高。故本章只討論餅層過濾。 過濾介質 過濾介質的作用是使清液通過，截留和支承濾餅。對其過濾介質的作用是使清液通過，截留和支承濾餅。對其 要求是：要求是： 1. 1.具有多孔性，孔道大小合適；具有多孔性，孔道大小合適； 2. 2.具有足夠的機械強度和盡可能小的流動阻力；具有足夠的機械強度和盡可能小的流動阻

22、力； 3. 3.具有相應的耐腐蝕性、耐熱性、抗老化性等。具有相應的耐腐蝕性、耐熱性、抗老化性等。 工業上常用的過濾介質種類主要有：工業上常用的過濾介質種類主要有： (1)(1)織物介質織物介質( (濾布濾布) )：由棉、毛、絲、麻等天然纖維或尼綸、：由棉、毛、絲、麻等天然纖維或尼綸、 聚氯乙烯纖維等合成纖維及玻璃絲、金屬絲聚氯乙烯纖維等合成纖維及玻璃絲、金屬絲(Cu(Cu、NiNi、不銹鋼、不銹鋼) ) 等材料制成的網。被截留的最小顆粒直徑等材料制成的網。被截留的最小顆粒直徑5 565m65m，應用最廣；，應用最廣； (2)(2)粒狀介質粒狀介質( (粒狀介質粒狀介質) )：由細而硬的粒狀物質：由細而硬的粒狀物質( (砂、木碳、硅砂、木碳、硅 藻土、石綿、纖維球、碎石等藻土、石綿、纖維球、碎石等) )堆積而成。用于深床過濾堆積而成。用于深床過濾; ; (3)(3)多孔固體介質：多孔陶瓷、多孔塑料等具有細微孔道固體多孔