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单元三 非均相混合物的分离
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均相混合物
1、混合物
非均相混合物 :有两种相态
( 有明显的相界面 ,性质不均匀 )
气 -固物系 :含尘气体 ;
2、非均相混合物 液 -液物系 :乳浊液 ;
液 -固物系 :悬浮液 ;
连续相(分散介质)、分散相(分散物质)
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经过受力分析:
根据牛顿第二定律:
浮力 Fb
阻力 Fd
重力 Fg
24
6F
6F
22
3b
3g
udF
gd
gd
d
s
阻力:
浮力:
重力:
adu
dd ss 32
23
624)(
6
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颗粒的沉降过程分为两个阶段
加速阶段: u=0,Fd=0,a=amax
u↑, fd↑, a↓
等速阶段: u=ut时, Fd=Fg-Fb, a=0
3
g)(d4u
2
ud
4)(d
6
st
2t2
s3
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2 、阻力系数 :
实验测得 :
(1) 层流区 (10-4<Ret≤2)
(2) 过渡区 (2<Ret≤103)
(3) 湍流区 (103<Ret≤2×105)
3 、沉降速度的计算
(1) 层流区:斯托克斯公式
tPt
udff Re
18
2 PP
t
gdu
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( 2)过渡区
( 3)湍流区
注:计算时先假设沉降所在区域,后利用公式进行计算,最后再进行判断假设是否成立,如成立计算结果有效;如不成立,则重新进行假设重新计算,直到判断成立。
4.1
1
6.043.0
6.1
153.0
PP
t
gdu
gdu PPt
74.1
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二、离心沉降
1 、离心沉降:利用离心力的作用使固体颗粒迅
速沉降的操作。
2、离心加速度
3、离心沉降速度(受力分析)
r
ura t
22
024
)(6
22
23 r
PT
SP
ud
R
ud
R
ud TSP2
r 3
)(4u
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注: ζ 及沉降速度仍可以按重力沉降方法计算。
4、离心分离因数
Kc值一般在 102~ 105之间,其大小反映了离心沉降设备的效能为重力沉降设备的倍数,是离心分离设备性能的一项重要指标。
提高离心分离因数的方法:提高转速、设备直径。
5、颗粒运动的绝对速度 up;
重力沉降速度离心沉降速度
gR
u
u
uK T
t
rC
2
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三、沉降分离设备
1 、沉降分离设备的指标
( 1)基本要求 :tr ≥ ts
停留时间 沉降时间
( 2)分离性能指标
总效率:沉降下来的颗粒的重量与颗粒总重量的比值。
粒级分离效率ηi:在一定粒径颗粒的总量中,被分
离的部分所占的质量百分数。
临界直径 dpc: 粒级效率 100% 时的颗粒直径。
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最大生产能力:规定了临界粒径后设备的处理量。
二、重力沉降设备
1、降尘室
含尘气体的处理量
降尘室的处理量与降尘室的高度无关。
u
Ltr
ut
u
ts u
Ht
tu
H
u
L
tBLuBHuV
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2 、旋液分离器
旋风分离器相比,旋液分离器的特点是 (1) 形状细长,直径小,圆锥部分长,以利于颗粒的分离; (2) 中心经常有一个处于负压的气柱,有利于提高分离效果。旋液分离器中颗粒沿壁面高速运动,磨损严重,一般采用耐磨材料制造。
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3 、沉降离心机
( 1)工作原理:利用机械带动液体旋转,分离非
均相混合物的设备。
( 2)种类:立式、卧式;间歇式、连续式;
人工卸料式、螺旋卸料式、刮刀卸料式。
( 3)管式分离机、螺旋卸料沉降离心机
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第二节 过 滤
过滤:在推动力的作用下,使液 -固或气 -固混合物
中的流体通过多孔性介质,固体颗粒被截留,
实现固体与流体分离的操作。
一、概述1 、滤饼过滤与深层过滤
2、过滤介质:使流体透过而截留固体的可渗透性材料。
( 1)砂粒、无烟煤、活性炭、金属网、滤布
深层过滤 饼层过滤
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4 、过滤基本参数
( 1)处理量
( 2)生产能力:单位时间内得到的滤液的体积,
m3滤液 /h;
( 3)生产率 G:单位时间、单位面积内过滤出的干
固体质量, kg 干固体 /(m2.s) ;
( 4)过滤面积 A
( 5)悬浮液固相浓度 c:单位体积悬浮液中含有的
固体颗粒的总体积。
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( 6)滤饼含液量 ω: 滤饼中所含液体的质量分数。
( 7)滤饼与滤液的体积比 ν : m3滤饼 /m3滤液;
( 8)过滤速率 : 单位时间内获得的滤液的体
积, m3滤液 /s;
( 9)过滤速度 :单位时间内单位过滤面积上
得到的滤液的体积, m3滤液 /(m2.s);
dt
dV
Adt
dV
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二、恒压过滤
1 、过滤的基本方程
流动模型:液体在圆管内的层(滞)流流动。
哈根·泊谡叶公式:
( 1)空隙率 ε:单位体积床层中的空隙体积,
m3/m3;
( 2)滤液的流速:
2
32
d
lup f
A
A0床层体积空隙体积
dt
dV
Au
0
1
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( 3)滤液通过滤饼的流动可看成是液体以速度 u通过长度为 L(滤饼厚度) 、直径为 d0 的并联管
路的流动。
( 4)滤液通过过滤介质的流动阻力可折合为以流速 u流过厚度为 Le (当量滤饼厚度)的滤饼的阻力。
20
32
d
uLLp ef
ef
LL
dp
dtA
dV
dtA
dVu
32
20
0
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其中: 滤饼的比阻,1/ m2;
由于滤饼厚度随时间变化,则:
过滤基本方程
20
32
dr
阻力推动力
e
f
e
f
LLr
p
LL
dp
Adt
dV
32
20
VAL A
VL
A
VL ee
ef
VVr
pA
Adt
dV
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对于可压缩滤饼:
s :滤饼的压缩性指数,0-1间;(对于不可压缩滤饼, s= 0 )
r0:单位压强差下滤饼的比阻,1/ m2;
2、恒压过滤方程
sfprr 0
t
fV
e
dtr
pAdVVV
0
2
0
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令:
—— 恒压过滤方程
其中:K、 qe由实验测定。
rp
K f
2
tAr
pVVV fe
222
2
A
Vq
A
Vq ee
tKAVVV e22 2
Ktqqq e 22
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2 、转筒真空过滤机
( 1)结构:转鼓、分配头;
( 2)工作原理:
( 3)生产能力:
浸没度 ψ:转鼓浸入液面以下面积占整个
转鼓面积的百分率。
过滤时间: (注: n为转鼓每分钟转数)
nt
60
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m3/h ;
若过滤介质阻力可忽略,则:
( 4)特点:连续操作,处理量大,成本高,过滤
速度低
ee qqKtq 2
eet qq
n
KnAnAqV 260
6060
nBKnAVt '6060
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3 、过滤离心机
( 1)种类:三足式、卧式刮刀卸料式、离心卸料
式等;
( 2)操作过程:过滤、洗涤、甩干、卸料、洗网
( 3)操作特点:
操作时间可随意控制,分离 1μm 以上的颗粒,
生产能力大,但不易保持颗粒形状的完整。
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第三节 分离设备的选择
一、气—固分离
降尘室: 50 μm 以上;用于含尘气体的预分离;
旋风分离器: 5 μm 以上;非粘性、非纤维状固体;
湿式除尘器: 1μm 以上;除粉尘,非水硬性固体;
袋滤器: 0.1 μm 以上;气体的净化或干粉的回收;
电除尘器: 0.01μm 以上;效率高,处理能力大;