第三章非均相物系的分离全精选文档.ppt
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1、第三章非均相物系的分离全本讲稿第一页,共三十五页3.1 概述概述一一 混合物的分类混合物的分类均相混合物均相混合物-液相混合物(精馏)液相混合物(精馏)气相混合物(吸收)气相混合物(吸收)非均相混合物非均相混合物-气态非均相混合物气态非均相混合物 液态非均相混合物液态非均相混合物二非均相物系二非均相物系1定义:由具有不同物理性质的分散物质和连续介质所组成的定义:由具有不同物理性质的分散物质和连续介质所组成的 物系称物系称为非均相混合物或非均相物系。为非均相混合物或非均相物系。2分散相:在非均相物系中处于分散状态的物质称为分散物质或分散相。分散相:在非均相物系中处于分散状态的物质称为分散物质或分
2、散相。3连续相:包围分散物质且处于连续状态的物质称为分散介质或连续相。连续相:包围分散物质且处于连续状态的物质称为分散介质或连续相。本讲稿第二页,共三十五页三非均相混合物的分离方法三非均相混合物的分离方法 由于分散相和连续相具有不同物理性质,故工业上通常采用机由于分散相和连续相具有不同物理性质,故工业上通常采用机械方法分离,要实现这种分离必须使分散相和连续相发生相对运械方法分离,要实现这种分离必须使分散相和连续相发生相对运动。机械分离操作方法分为两类:动。机械分离操作方法分为两类:1沉降:沉降:颗粒相对于流体(静止或运动)运动而实现悬浮物系分离的过程颗粒相对于流体(静止或运动)运动而实现悬浮物
3、系分离的过程 称为沉降分离。实现沉降操作的作用力可以是重力,也可以是惯称为沉降分离。实现沉降操作的作用力可以是重力,也可以是惯 性离心力。因此沉降过程有重力沉降和离心沉降。性离心力。因此沉降过程有重力沉降和离心沉降。2过滤:过滤:流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过程称为过滤。流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过程称为过滤。实现过滤操作的外力可以是重力,压强差或惯性离心力。因此过实现过滤操作的外力可以是重力,压强差或惯性离心力。因此过滤可以分为重力过滤,加压过滤,真空过滤和离心过滤。滤可以分为重力过滤,加压过滤,真空过滤和离心过滤。本讲稿第三页,共三十五页四非均相混合物的分离目
4、的四非均相混合物的分离目的1收集分散物质收集分散物质2净化分散介质净化分散介质3环境保护和安全生产。环境保护和安全生产。本章着重讨论:本章着重讨论:气相非均相混合物气相非均相混合物-重力沉降和离心沉降重力沉降和离心沉降 液相非均相混合物液相非均相混合物-过滤过滤本讲稿第四页,共三十五页3.2 颗粒及颗粒床层的特性颗粒及颗粒床层的特性一一 颗粒的特性颗粒的特性表述颗粒特性的主要参数为颗粒的形状,大小和表面积。表述颗粒特性的主要参数为颗粒的形状,大小和表面积。1单一颗粒特性单一颗粒特性(1)球形颗粒)球形颗粒球形颗粒通常用直径表示其大小,球形颗粒的各有关特性均可用直径表示。球形颗粒通常用直径表示其
5、大小,球形颗粒的各有关特性均可用直径表示。V=66d 球形颗粒体积球形颗粒体积m S=d 球形颗粒表面积球形颗粒表面积m a=6 d 单位体积颗粒具有的表面积单位体积颗粒具有的表面积m m(2)非球形颗粒)非球形颗粒非球形颗粒通常用体积当量直径和形状系数表示其特性。非球形颗粒通常用体积当量直径和形状系数表示其特性。de=6vp de为体积当量直径为体积当量直径 vp非球形颗粒的实际体积非球形颗粒的实际体积s=S Sp s为颗粒的形状系数或球形度为颗粒的形状系数或球形度 S与该颗粒体积相同的圆球的表面积与该颗粒体积相同的圆球的表面积 Sp颗粒的表面积颗粒的表面积 本讲稿第五页,共三十五页2颗粒群
6、的特性颗粒群的特性 工业中遇到的颗粒大多是由大小不同的粒子组成的集合体,称为工业中遇到的颗粒大多是由大小不同的粒子组成的集合体,称为非均一性粒子或多分散性粒子。具有同一粒径的颗粒称为单一性粒子非均一性粒子或多分散性粒子。具有同一粒径的颗粒称为单一性粒子或单分散性粒子。不同粒径范围内所含粒子的个数或质量为粒度分布。或单分散性粒子。不同粒径范围内所含粒子的个数或质量为粒度分布。二二 颗粒床层的特性颗粒床层的特性(1)床层空隙率)床层空隙率固定床层中颗粒堆积的疏密程度可用空隙率来表示,其定义如下:固定床层中颗粒堆积的疏密程度可用空隙率来表示,其定义如下:的大小反映了床层颗粒的紧密程度,的大小反映了床
7、层颗粒的紧密程度,对流体流动的阻力有极大的影响。对流体流动的阻力有极大的影响。本讲稿第六页,共三十五页(2)(2)床层比表面床层比表面 颗粒比表面颗粒比表面取取 的床层考虑,的床层考虑,所以所以 *此式是近似的,在忽略床层中固颗粒相互此式是近似的,在忽略床层中固颗粒相互接触而彼此覆盖使裸露的颗粒表面积减少时成立。接触而彼此覆盖使裸露的颗粒表面积减少时成立。(3)床层自由截面积分率)床层自由截面积分率A。空隙率与床层自由截面积分率之间有何关系?假设床层颗粒是均匀堆积(即空隙率与床层自由截面积分率之间有何关系?假设床层颗粒是均匀堆积(即认为床层是各向同性的认为床层是各向同性的)。想象用力从床层四周
8、往中间均匀压紧,把颗粒都。想象用力从床层四周往中间均匀压紧,把颗粒都压到中间直径为长为压到中间直径为长为L L的圆柱中(圆柱内没有空隙)。的圆柱中(圆柱内没有空隙)。所以对颗粒均匀堆积的床层所以对颗粒均匀堆积的床层(各向同性床层),在数值上各向同性床层),在数值上 本讲稿第七页,共三十五页三三流体通过颗粒床层的压降流体通过颗粒床层的压降 流体通过复杂的通道时的阻力(压降)难以进行理论计算,必须依靠实验来解决问题。现在介绍一种实验规划方法数学模型法。(1)床层的简化物理模型)床层的简化物理模型 单位体积床层所具有的颗粒表面积 和床层空隙率 对流动阻力有决定性的作用。简化模型是将床层中不规则的通道
9、 假设成长度为L当量直径为de的一组平行细管并且规定:细管的内表面积等于床层颗粒的全部表面;细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙体积。本讲稿第八页,共三十五页 (2)流体压降的数学模型)流体压降的数学模型流体流过圆管的阻力损失数学描述:体积流量所以 本讲稿第九页,共三十五页式中 为单位床层高度的虚拟压强差当床层不高,重力的影响可以忽略时 上式为流体通过固定床压降的数学模型,未知的待定系数 称为模型参 数,就其物理意义而言称为固定床的流动摩擦系数。本讲稿第十页,共三十五页(3)模型的检验和模型参数的估值)模型的检验和模型参数的估值当床层雷诺数 时 实验数据符合下式式中 称为康采尼常数,其值为5.
10、0。的可能误差不超过10%。合理简化得到康采尼方程 从康采尼方程或欧根方程可看出,影响床层压降的变量有三类:操作变量 流体物性 和 床层特性 和 在上述因素中,影响最大的是空隙率本讲稿第十一页,共三十五页3.3 沉降分离沉降分离引言:流体对固体颗粒的绕流情况引言:流体对固体颗粒的绕流情况 流体与固体颗粒之间的相对运动可分为以下三种情况:颗粒静止,流体对其做绕流;流体静止,颗粒作沉降运动;颗粒与流体都运动,但保持一定的相对运动。只要相对速度相同,上述三种情况并没有本质区别,本节就从刚性球形颗粒的自由沉降入手讨论沉降分离。一重力沉降一重力沉降(在重力场中进行的沉降)(1)沉降的过程 将一个表面光滑
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