资源简介

(共29张PPT)
第2章 非均相物系分离
2.4.1 气体的其他净制方法
气体的净制是化工生产过程中较为常见的分离操作。
实现气体的净制除可利用前面介绍的沉降与过滤方法外，还可利用惯性、静电、洗涤等分离方法。
1. 惯性分离器是利用夹带于气流中的颗粒或液滴的惯性进行分离。
在气体流动的路径上设置障碍物，气流或液流绕过障碍物时发生突然的转折，颗粒或液滴便撞击在障碍物上被捕集下来。
惯性分离器的操作原理与旋风分离器相近，颗粒的惯性愈大，气流转折的曲率半径愈小，则其分离效率愈高。
所以颗粒的密度与直径愈大，则愈易分离；适当增大气流速度及减小转折处的曲率半径也有利于提高分离效率。
一般说来，惯性分离器的分离效率比降尘室略高，可作为预除尘器使用。
2.静电除尘器当对气体的除尘（雾）要求极高时，可用静电除尘器进行分离。
静电除尘（雾）器的分离原理是让含有悬浮尘粒或雾滴的气体通过高压不均匀直流静电场，使气体发生电离，在电离过程中，产生的离子附着于悬浮尘粒或液滴上使之带电，带电粒子或液滴在电场力的作用下，向着电性与之相反的电极运动吸附于电极并恢复中性，吸附在电极上的尘粒或液滴在振打或冲洗电极时落入灰斗，从而实现含尘或含雾气体的分离。
静电除尘的分离效率极高，可达99.99％，处理量大，阻力较小。但设备费和运转费都很高，安装、维护、管理要求严格。
3.文丘里除尘器是一种湿法除尘设备。其结构与文丘里流量计相似，由收缩管、喉管及扩散管三部分组成，只是喉管四周均匀地开有若干径向小孔，有时扩散管内设置有可调锥，以适应气体负荷的变化。
操作中，含尘气体以50～100m/s的速度通过喉管时，把液体由喉管外围夹套经径向小孔进入喉管内，，并喷成很细的雾滴，促使尘粒润湿并聚结变大，随后引入旋风分离器或其它分离设备进行分离。文丘里除尘器结构简单紧凑、造价较低、操作简便，但阻力较大，其压力降一般为2000～5000Pa，需与其它分离设备联合使用。
4.泡沫除尘器也是常用的湿法除尘设备之一，其外壳为圆形或方形筒体，中间装有水平筛板，将内部分成上下两室。
液体由上室的一侧靠近筛板处进入，并水平流过筛板，气体由下室进入，穿过筛孔与板上液体接触，在筛板上形成一泡沫层，泡沫层内气液混合剧烈，泡沫不断破灭和更新，从而创造了良好的捕尘条件。
气体中的尘粒一部分（较大尘粒）被从筛板泄漏下来的液体吸去，由器底排出，另一部分（微小尘粒）则在通过筛板后被泡沫层所截留，并随泡沫液经溢流板流出。泡沫除尘器具有分离效率高、构造简单、阻力较小等优点，但对设备的安装要求严格，特别是筛板的水平度对操作影响很大。
2.4.2 非均相分离方法的选择
1.气－固非均相物系的分离方案及设备选择下面主要从生产中要求除去的最小颗粒大小出发，简略介绍气－固非均相物系的分离设备的选择。
①50μm以上的颗粒选择降尘室。
②5μm以上的颗粒选择旋风分离器。
③5μm以下的颗粒选择湿法除尘设备、电除尘器、袋滤器等。其中文丘里除尘器可除去1μm以上的颗粒，袋滤器可除去0.1μm以上的颗粒，电除尘器可除去0.01μm以上的颗粒。
2.液－固非均相物系的分离方案及设备选择对于液－固非均相物系的分离方案及设备选择，主要从分离目的出发，进行介绍。
①以获得固体产品为目的颗粒浓度<1%（体积分数，下同）。以连续沉降槽、旋液分离器、离心沉降机等进行浓缩，以便进一步进行分离。颗粒浓度>10%、粒径>50μm：离心过滤机。颗粒粒径<50μm：压差式过滤机。颗粒浓度>5%，可采用转筒真空过滤机；颗粒浓度较低时，可采用板框过滤机。
②以澄清液体为目的本着节能、高效的原则，分别选用各种分离设备对不同大小的颗粒进行分离。为提高澄清效率，可在料液中加入助滤剂或絮凝剂，若澄清要求非常高，可用深层过滤作为澄清操作的最后一道工序。
1 床层的流态化过程
三个阶段：固定床、流化床、颗粒输送。
固体流态化及气力输送
(1) 固定床阶段
颗粒静止（流体空床流速小，颗粒受曳力小）；
床层高度 、空隙率，均保持不变；
阻力服从欧根方程( ）。
(2) 流化床( 沸腾床 ) 阶段
空床流速↑，颗粒受曳力↑，把颗粒托起；
临界流化状态(起始流化状态）：
最小流化速度
空床流速一定时，有一个稳定的床层上界面 。
(3) 颗粒（气力或液力）输送
当u =ut时，颗粒被带走。
带出速度：颗粒被吹出的临界速度。
2 流化床类似液体的特性
流化床类似液体的性质
（1） 密度比床层密度小的物体能浮在床层的上面;
（2） 床层倾斜，床层表面仍能保持水平；
（3） 床层中任意两截面间的压差可用静力学关系式
表示（△p=ρgL,）；
（4） 有流动性，颗粒能像液体一样从器壁小孔流出；
（5） 联通两个高度不同的床层时，床层能自动调整平衡。
3 流体通过流化床的阻力
固定床阶段，阻力服从欧根方程，如图中a段；
流化床阶段，床层压降基本恒定，如图中cd 段；
1
2
3
5
10
20
30
40
50
100
水力或气力输送
流化床
固定床
斜率=1
umf
a
a'
夹带开始
△
p,mm
H
2
O
e
空气流速
u
cm/s
流化床阻力损失与流速的关系（空气、沙粒系统）
c,d
b
ut
即：流化床层阻力=单位面积床层中颗粒的总重力，
因此流化床阶段，床层压降基本恒定。
流化床阶段，近似认为颗粒处于动态平衡。
4 流化床的流化类型与不正常现象
（1）流化类型
① 散式流化：颗粒均匀地分散在流动的流体中，有一稳定的
上界面。 如：大多数液-固流化。
② 聚式流化：床层中存在两个不同的相
乳化相（固体浓度大、分布均匀的连续相），
气泡相（夹带少量固体颗粒以气泡形式通过床
层的不连续相）。 如：气-固流态化
③ 判断依据：弗鲁特准数Fr
（2）腾涌
① 现象：气泡长大将床层分成相互分开的气泡和颗粒层
颗粒层象活塞一样被气泡向上推动，
到达床层上界面，气泡崩裂，颗粒分散下落。
② 原因：气-固流化床中床层高度与直径的比值过大或气速过高。
③ 后果：床层阻力大幅度波动，器壁被颗粒磨损加剧，
设备振动，甚至将床中构件冲坏
（3）沟流现象
① 现象：气体通过床层时形成短路，床层内密度分布不均匀，
气、固接触不良，部分床层变成死床。
② 原因：与颗粒的特性、堆积情况、床层直径及气体分布板有关。
③ 发生沟流现象时，床层阻力较正常值低
5 流化床的操作
(1) 临界流化速度
临界流化状态：可按固定床计算
说明：公式误差较大，一般应以实验数据为准。
(2) 带出速度 ut
颗粒被流体带走时，
注意：计算不均匀颗粒床层的带出速度
用最小颗粒直径，保证操作可靠性。
(3) 流化床操作范围
① 浓相区（床层）高度：床层上界面以下的床层高度。
6 流化床的高度与直径
(1) 流化床的高度
高度=浓相区高度+稀相区高度
浓相区
稀相区
② 稀相区高度（分离高度 ）：浓相区上界面到稀相区颗粒浓度
恒定处的距离。
◆ 分离高度取决于颗粒的粒度分布、颗粒的密度和气体的密度、粘度及结构尺寸和气速。
◆ 目前，尚无可靠的计算公式。
◆ 气速愈大，分离高度愈大。
(2) 流化床的直径
确定好流化床的操作气速后，即可根据气体的处理量确定流化床所需的直径D 。
V - 气体的处理量，m3/s ； u - 流化床的实际操作气速，m/s。
7 气力输送的一般概念
气力输送：利用气体进行颗粒输送的过程。常用介质：空气。
气力输送的优点：
① 系统密闭，可避免物料飞扬，减少物料损失，改善劳动条件；
② 输送管线受地形与设备设置的限制小；
③ 输送的同时易于进行物料的干燥、加热、冷却等操作；
④ 设备紧凑，易于实现过程的连续化与自动化。
气力输送的缺点：
① 动力消耗大、颗粒尺寸受一定限制；
② 在输送过程中颗粒易破碎；
③ 管壁受到磨损；
④ 不适用于含水量大、有粘附性或高速运动时易产生静电的物料。
8 气力输送的类型
气力输送类型：稀相输送、密相输送。
固气比R：单位质量气体所输送的固体质量。
（1）稀相输送
固气比 R <25以下（通常为0.1~5)的气力输送，
输送距离不长,一般为100m以下。
(2) 密相输送
固气比 R >25的气力输送；
用高压气体压送物料。

展开更多......

收起↑