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1、5.顆 粒 的 沉 降 和 流 態(tài) 化 5.1 概 述 5.2顆 粒 的 沉 降 運(yùn) 動(dòng) 5.3沉 降 分 離 設(shè) 備5.4固 體 流 態(tài) 化 技 術(shù)5.5氣 力 輸 送 在流體與顆粒組成的非均相物系中，考察流體(連續(xù)相)與顆粒間（分散相）的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。包括：顆粒靜止，流體對(duì)其繞流；流體靜止，顆粒作沉降運(yùn)動(dòng)；兩者都動(dòng)但具有一定的相對(duì)速度?？杉僭O(shè)顆粒靜止，流體以一定的速度對(duì)之作繞流；流體靜止，顆粒在流體中運(yùn)動(dòng)，分析流體對(duì)顆粒的作用力化工過程：兩相物系的沉降 重力沉降和離心沉降(Settling)固體物料的干燥(Dryness)等物理化學(xué)過程固體顆粒的輸送(Transportation) 5.2.1

2、流體對(duì)固體顆粒的繞流動(dòng) (1)曳力(Drag)與阻力(Residence)的關(guān)系當(dāng)流體以一定速度繞過顆粒流動(dòng)時(shí)，流體與顆粒之間產(chǎn)生一對(duì)大小相等、方向相反的作用力，將流體作用于顆粒上的力稱為曳力，而將顆粒作用于流體上的力稱為阻力。 5-1圖為流體流過固體時(shí)，固體表面的受力情況。一般，總曳力由形體曳力和表面曳力兩部分組成。工程上大都將形體曳力和表面曳力合在一起，即研究總曳力。 dAdApF A A wD sincos 總 曳 力 ： dAdApdF wD sincos 顆 粒 微 元 ： 形體曳力和表面曳力的影響因素: 為壓力改變所導(dǎo)致的曳力，主要取決于顆粒的形狀和位向，稱為形體曳力；而 則是由于

3、流體和顆粒表面的摩擦所導(dǎo)致的曳力，主要由顆粒表面積的大小決定，稱為表面曳力。 dAdApdF wD sincos 顆 粒 微 元 ： dAdApF A A wD sincos 總 曳 力 ： (2)曳力系數(shù) 關(guān) 系 由 實(shí) 驗(yàn) 測(cè) 定 雷 諾 準(zhǔn) 數(shù)p ppd duduuA FRe Re)(Re)(22 44.0102Re500)()3( Re 5.18500Re2)()2( Re242Re)()1( 1 5 6.0 t pp ppNewtonAllenStokes 區(qū)湍 流 區(qū) 區(qū)過 渡 區(qū) 區(qū)層 流 區(qū)對(duì) 球 形 顆 粒 2 顆粒在流體中的流動(dòng) 在力場(chǎng)中，流體中的顆粒受到三個(gè)力的作用：(1

4、)質(zhì)量力 ,通常為重力或離心力。其大小可表示為： 重力場(chǎng)Fg=mg 離心力場(chǎng)FC=mr2 球形顆粒 m=dp3p/6(2)浮力Fb，依阿基米德定律，浮力在數(shù)值上等于同體積流體在力場(chǎng)中所受的場(chǎng)力，故 重力場(chǎng) F b= mg / P 離心力FC=mr2 / P(3)曳力FD smu mdAA uAF gdF gdF PPPD b sg /,.4. )(. )(266 222 33 速 度顆 粒 相 對(duì) 于 流 體 的 沉 降 向 的 平 面 上 的 投 影 面 積顆 粒 在 垂 直 于 其 運(yùn) 動(dòng) 方無 因 次阻 力 系 數(shù) 與 顆 粒 運(yùn) 動(dòng) 方 向 相 反阻 力 方 向 向 上浮 力 方 向

5、向 上重 力 方 向 向 下 )(3 )(4 0,043)( 624)(6 : ,0 2 3223 tpppt tDbg ppp p pppp Dbg udgdu dduuFFF udgddu ddudddumudgd dduFFF 顆 粒 的 沉 降 速 度 速 度 即 為此 顆 粒 與 流 體 間 的 相 對(duì)顆 粒 呈 勻 速 降 落時(shí)當(dāng)根 據(jù) 牛 頓 第 二 定 律 有 其 加 速 度 為顆 粒 呈 加 速 降 落時(shí)當(dāng) 在 靜 止 流 體 中 的 沉 降 ：討 論 在 重 力 作 用 下 顆 粒 gduNewton gduStokes spt tspt pt )(74.144.0 102

6、Re500)2( 18 )( Re242Re)1( 52 區(qū)沉 降 速 度區(qū) 顆 粒 在 力 場(chǎng) 中 的 運(yùn) 動(dòng) 階 段 分 為 兩 個(gè) 階 段 ： 加 速 段 和 恒 速 段 。 隨 著 顆 粒 運(yùn) 動(dòng) 速 度 的 增 大 ， 顆 粒 所 受 的 曳 力 也不 斷 增 大 ， 必 存 在 某 一 時(shí) 刻 使 顆 粒 所 受 的 諸 力 之 和為 零 ， 從 此 時(shí) 起 ， 顆 粒 將 在 流 體 中 作 勻 速 運(yùn) 動(dòng) ， 這時(shí) 顆 粒 的 運(yùn) 動(dòng) 速 度 稱 為 終 端 速 度 。 stokes區(qū) ut d2 說 明 同 一 物 系 ， 大 顆 粒 易 沉 降 ； ut 1/ 在 同 一

7、物 系 ， 不 同 的 操 作 條 件 （ t不 同 ） 氣 -固 tut 液 -固 tut 即 高 溫 對(duì) 氣 -固 分 離 不 利 ， 對(duì) 液 -固 分 離 有 利 ut （ s-）與 流 速 平 方 成 正 比 。湍 流 時(shí) ：與 流 速 一 次 方 成 正 比 。層 流 時(shí) ： 22222 222 055.02444.02 324242 tptppD pttptptpD ududuAF duududuAF 5.2.2靜止流體中顆粒的自由沉降 目的：從含有固體顆粒的流體中將固體和液體分離開 基本原理：利用流體和顆粒之間的密度差，在質(zhì)量力的作用下使顆粒與流體之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)兩者的

8、分離。 沉降的分類：重力沉降和離心沉降。1.重力沉降速度的計(jì)算1) 單個(gè)球形顆粒的自由沉降顆粒在重力場(chǎng)中沉降可只考慮恒速段，這個(gè)恒定的速度就是顆粒在重力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的終端速度，稱為沉降速度。 試差法計(jì)算顆粒的沉降速度 計(jì)算步驟為：先假設(shè)沉降屬于某一區(qū)域，按此區(qū)內(nèi)的公式求出ut，再核算Rep以校驗(yàn)最初的假設(shè)是否正確，如不正確，需重新試算。 2)非球形顆粒的自由沉降 球形度影響顆粒的沉降速度。當(dāng)Rep相同時(shí)，顆粒的球形度越小，其沉降速度也越小。3)大小不均勻顆粒的沉降 為使顆粒與流體達(dá)到規(guī)定分離程度，在計(jì)算沉降速度時(shí)，應(yīng)以能夠達(dá)到規(guī)定分離程度的最小顆粒的沉降速度為準(zhǔn)。4) 影響沉降速度的其他因素 主要

9、要考慮端效應(yīng)和壁效應(yīng)、顆粒濃度（干擾沉降）、氣泡和液滴及分子運(yùn)動(dòng)的影響。 2 干擾沉降 當(dāng)流體中顆粒的含量較大時(shí)，顆粒沉降時(shí)彼此影響，這種沉降稱為干擾沉降。干擾沉降時(shí)一方面由于大量顆粒向下沉降而使流體被置換而產(chǎn)生顯著的向上運(yùn)動(dòng)，造成顆粒沉降速度小于自由沉降速度，另一方面，大量顆粒的存在，也使流體的表觀密度和表觀粘度（即混合物的密度和粘度）都增大，所有這些因素都使顆粒的沉降速度減小。 壁效應(yīng)和端效應(yīng) 當(dāng)顆粒直徑 與容器直徑D相比不算太小時(shí)，容器壁面會(huì)對(duì)顆粒的沉降產(chǎn)生影響，使其受到較大的曳力。一般d p/D 0.01時(shí)，就顯出器壁的影響，使沉降速度減小。 3 流體分子運(yùn)動(dòng)的影響 當(dāng)顆粒直徑小到可與

10、流體分子的平均自由程相比擬時(shí)（如23m以下），顆粒作不定向和隨機(jī)性運(yùn)動(dòng)，它們可穿過流體分子的間隙，使沉降速度大于斯托克斯定律計(jì)算的數(shù)值。另一方面，細(xì)顆粒的沉降將受流體分子碰撞的影響，當(dāng)顆粒直徑小于0.1m時(shí)，布朗運(yùn)動(dòng)的影響起主要作用，難以用重力沉降法除去流體中的顆粒。 4 氣泡和液滴的運(yùn)動(dòng) 液滴與氣泡在流動(dòng)中會(huì)變形和產(chǎn)生內(nèi)部循環(huán)流動(dòng)。它們?cè)诹鲃?dòng)時(shí)受到形體曳力的作用而有壓扁的趨向，而表面張力的存在則有會(huì)使其保持球形狀。當(dāng)顆粒尺寸較?。ㄈ缧∮?.5mm左右）時(shí)，由于單位體積的表面能很大，幾乎保持球形，則可用前述計(jì)算公式來求沉降或浮升速度；當(dāng)顆粒尺寸較大時(shí)，由于液滴或氣泡在曳力作用下的變形及其內(nèi)部的

11、流體產(chǎn)生循環(huán)運(yùn)動(dòng)的影響，都將影響到曳力系數(shù)和沉降速度，因此，就與剛性的固體顆粒有所不同，前述公式不再適用，應(yīng)該參閱有關(guān)資料來考慮。 5.3.1 重力沉降設(shè)備（降塵室；沉降槽） 基本特征：體積大。利用重力沉降分離氣固非均相混合物時(shí)，稱為降塵室，分離液固非均相混合物時(shí)，稱為沉降槽。1. 降塵室 作用：分離氣體中塵粒的重力沉降設(shè)備。 操作：在氣體從降塵室入口流向出口的過程中，氣體中的顆粒隨氣體向出口流動(dòng)，同時(shí)向下沉降。如顆粒在到達(dá)降塵室出口前已沉到室底的集塵斗內(nèi)，則顆粒從氣體中分離出來，否則將被氣體帶出。這是一個(gè)大空箱，含塵氣體從一端進(jìn)入，以流速u水平通過降塵室，塵埃以自由沉降速度u t 向室底沉降

12、，只要能保證氣體在室內(nèi)停留時(shí)間足夠長(zhǎng)，以便顆粒達(dá)到室底面，便能在出口得到凈化的氣體。 假設(shè)降塵室的底面積和高分別用A、H表示。氣體在降塵室的水平通過速度為u, m/s 降塵室的生產(chǎn)能力(含塵氣體在室內(nèi)的體積流量)為qV, m3/s 任一顆粒在室內(nèi)的停留時(shí)間為：r=AH/ qV位于降塵室最高點(diǎn)顆粒沉到室底所需時(shí)間： t =H/ut顆粒在降塵室中能被分離下來的條件為：沉降條件 r t 或 AH/ qV H/ut 或qVA ut為什么降塵室多做成扁平狀？理論上 降塵室的生產(chǎn)能力只與降塵室的長(zhǎng)度、寬度及沉降速度ut有關(guān)，與降塵室高度無關(guān)。因此不必將設(shè)備做得太高。所以降塵室一般采用扁平的幾何形狀，也可在

13、室內(nèi)加多層隔板，形成多層降塵室。常用的隔板間距為40100mm qV= (n+1) A底 ut n為隔板數(shù)解題時(shí)，由qV 、 A底可求出能分離的最小顆粒直徑dmin 降 塵 室 特 點(diǎn) ：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，流動(dòng)阻力小，但體積龐大，分離效率低，一般作預(yù)除塵用,適用于除去粒度50m的粗顆粒。 注意： a. 設(shè)計(jì)時(shí)顆粒直徑的選擇：以上分析是基于顆粒在降塵室頂端能被分離的條件，顯然，在此條件下，處于其他位置的同直徑顆粒也都能被除去。由于所處理的氣體中粉塵顆粒的大小不均，因此，作設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以所需分離的最小顆粒直徑為基準(zhǔn)。 b. 氣體速度的選擇：降塵室中的氣體流速不能過高，應(yīng)保證氣體流動(dòng)的雷諾數(shù)處于層流區(qū)，防止將已

14、沉降下來的顆粒重新卷起。一般降塵室內(nèi)氣體速度應(yīng)不大于3m/s，具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)要求除去的顆粒大小而定，對(duì)于易揚(yáng)起的粉塵（如淀粉、炭黑等），氣體速度應(yīng)低于1m/s。 降塵室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、阻力小，但體積龐大、分離效率低，只適合于分離直徑在75m以上的粗粒，一般作預(yù)除塵用。 2 沉 降 槽利用重力沉降分離懸浮液的設(shè)備稱為沉降槽。沉降槽通 常只能用于分離出不很細(xì)的顆粒，得到的是清液與含50%左右固體顆粒的增稠液，所以這種設(shè)備也稱為增稠器。 3 增 稠 器有澄清液體和增稠懸浮液的的雙重功能，清夜產(chǎn)率取決于增稠器的直徑，顆粒的停留時(shí)間取決于進(jìn)口管以下增稠器的深度 離心沉降的目的：對(duì)密度小或直徑較小的顆粒，因其質(zhì)

15、量力較小，很難用重力沉降法從流體中除去。此時(shí)可采用離心沉降法。工業(yè)上應(yīng)用的離心沉降設(shè)備有兩種型式：旋分分離器和離心機(jī)。離心沉降原理示意 離心沉降利用沉降設(shè)備使流體和顆粒旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下，由于流體和顆粒間存在密度差，所以顆粒沿徑向與流體產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而使顆粒和流體分離。由于在高速旋轉(zhuǎn)的流體中，顆粒所受的離心力比重力大得多，且可依需要調(diào)節(jié)，所以其分離效果好于重力沉降。 離心沉降與重力沉降有何不同？ 顆粒質(zhì)量一定，重力沉降速度是恒定的，而離心沉降速度卻隨旋轉(zhuǎn)半徑及旋轉(zhuǎn)速度的不同而發(fā)生變化；另一個(gè)區(qū)別在于：重力沉降的方向向下，而離心沉降方向?yàn)殡x心方向。 離心分離因素是離心分離設(shè)備的重要性能指標(biāo)

16、離心分離因素是離心分離設(shè)備的重要性能指標(biāo)。在某些高速的離心機(jī)上，分離因數(shù)可高達(dá)數(shù)十萬。對(duì)于本節(jié)將要討論的旋風(fēng)分離器和旋液分離器來說，分離因數(shù)雖不如離心機(jī)那么大，但其效能已遠(yuǎn)較重力沉降設(shè)備高。如，當(dāng)旋轉(zhuǎn)半徑0.4m，顆粒旋轉(zhuǎn)速度u=20m/s，則分離因數(shù) a=102。 流 體 和 顆 粒 的 切 向 速 度離 心 分 離 因 素重 力 之 比 ：同 一 顆 粒 所 受 離 心 力 與. .22ru grugra 1 旋 風(fēng) 分 離器旋風(fēng)分離器在工業(yè)上應(yīng)用已有近百年的歷史，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、操作方便、分離效率高等特點(diǎn)，目前仍是工業(yè)上常用的分離和除塵設(shè)備?；?本 結(jié) 構(gòu) ：見圖。它是一種最簡(jiǎn)單

17、的旋風(fēng)分離器，主要由進(jìn)氣管、上圓筒、下部的圓錐筒、中央升氣管組成。 操作原理：含塵氣體從進(jìn)氣管沿切向進(jìn)入，受圓筒壁的約束旋轉(zhuǎn)，做向下的螺旋運(yùn)動(dòng)，氣體中的粉塵隨氣體旋轉(zhuǎn)向下，同時(shí)在離心力的作用下向器壁移動(dòng)，沿器壁落下，沿錐底排入灰斗；氣體旋轉(zhuǎn)向下到達(dá)圓錐底部附近時(shí)轉(zhuǎn)入中心升氣管而旋轉(zhuǎn)向上，最后從頂部排出。旋風(fēng)分離器的性能 評(píng)價(jià)旋風(fēng)分離器性能好壞的指標(biāo)主要有三項(xiàng)： (a)臨界直徑 (b）分離效率：包括總效率 和分級(jí)效率（粒級(jí)效率） 。 (c)旋風(fēng)分離器的壓強(qiáng)降（阻力） (a)旋風(fēng)分離器的臨界直徑 旋風(fēng)分離器能夠完全分離出來的最小顆粒直徑稱為臨界直徑。臨界直徑是評(píng)價(jià)旋風(fēng)分離器分離效率高低的重要依據(jù)。

18、 (b）分離效率：(包括總效率 和粒級(jí)效率） 總效率 ： 即進(jìn)入旋風(fēng)分離器的全部粉塵能被分離出來的粉塵質(zhì)量分率。 C進(jìn)、C出分別為旋風(fēng)分離器入口和出口中的總含塵量 ?？傂适枪こ躺献畛Ｓ玫?，也是最容易測(cè)定的分離效率。此表示法的最大缺點(diǎn)是不能表明旋風(fēng)分離器對(duì)各種尺寸顆粒的不同分離效果。 分級(jí)效率 是按顆粒的大小分別表示某一尺寸的顆粒被分離的效率，一般按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算。進(jìn) 出進(jìn) C CCo 進(jìn) 出進(jìn) i iii C CC 有時(shí)也把旋風(fēng)分離器的分級(jí)效率 標(biāo)繪成粒徑比 的函數(shù)曲線， d50是分級(jí)效率恰為50%的顆粒直徑，稱為分割粒徑(dpc 或 d50)。圖5-12為標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器的 曲線，對(duì)于同一形式

19、且尺寸及比例相同的旋風(fēng)分離器，無論大小，皆可通用同一條曲線。 旋風(fēng)分離器的總效率O，不僅取決于各種尺寸顆粒的分級(jí)效率，而且取決于氣流中所含塵粒的粒度分布。如果已知?dú)饬髦袎m粒的質(zhì)量分率x i，且又知分級(jí)效率曲線，則可按下式計(jì)算總效率，即： 圖 5-12 (c)旋風(fēng)分離器的壓強(qiáng)降 壓強(qiáng)降是評(píng)價(jià)旋風(fēng)分離器性能好壞的重要指標(biāo)。當(dāng)氣體流經(jīng)旋風(fēng)分離器時(shí)，由于進(jìn)氣管、排氣管及主體器壁所引起的摩擦阻力、氣體流動(dòng)時(shí)的局部阻力及氣體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能損失等，造成大量的能量消耗。這種能量的損失可用下式表示： 式中 u 為進(jìn)口氣速，為阻力系數(shù)。與旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)和尺寸有關(guān)，對(duì)于同一結(jié)構(gòu)形式及比例相同的旋風(fēng)分離器，為

20、常數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器阻力系數(shù)=8.0 通常旋風(fēng)分離器的阻力大約為5002000Pa。 旋風(fēng)分離器的進(jìn)氣口方向 ：切向進(jìn)口、傾斜螺旋面進(jìn)口、蝸殼形進(jìn)口及軸向進(jìn)口。由于切向進(jìn)口方式簡(jiǎn)單，使用較多；傾斜面進(jìn)口，便于使流體進(jìn)入旋風(fēng)分離器后產(chǎn)生向下的螺旋運(yùn)動(dòng)，但其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)制造都不太方便，近年來已較少使用；蝸殼形進(jìn)口可以減小氣體對(duì)筒體內(nèi)氣流的沖擊干擾，有利于顆粒的沉降，加工制造也較為方便，因此也是一種較好的進(jìn)口方式。軸向進(jìn)口常用于多管式旋風(fēng)分離器，為使氣流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，在筒體與排氣管之間設(shè)有各種形式的葉片。 旋風(fēng)分離器的常用型式 ：標(biāo)準(zhǔn)型、CLT、CLT/A、CLP標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器各部位尺寸比例如

21、圖示。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造、處理量大，適用于捕集密度大且顆粒尺寸也較大的粉塵。 擴(kuò)散式圓筒下部為一上小下大的外殼，底部有一中央帶孔的倒錐形分隔屏，氣流在其上部轉(zhuǎn)向排氣管，少量氣體在分隔屏與外殼之間的環(huán)隙，將粉塵送入灰斗后，再從中央小孔上升，就減少了粉塵重新卷起的可能性，提高分離效率。這種形式的旋風(fēng)分離器適用于凈化顆粒濃度較高的氣體。 5-14 CLP型CLP型采用蝸殼式進(jìn)口，進(jìn)氣口位置較低且?guī)в信月贩蛛x室。根據(jù)器體及分離室的形狀不同，又分為A型和B型。圖示為CLP/B型。含塵氣體進(jìn)入分離器后即分成上、下兩股旋流，較大的顆粒隨旋轉(zhuǎn)向下的主氣流運(yùn)動(dòng)，達(dá)到筒壁落下；細(xì)微塵粒則由一小股旋轉(zhuǎn)向上的氣流帶到

22、頂部，在筒蓋下面形成強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)的灰塵環(huán)，促進(jìn)細(xì)微塵粒的聚結(jié)，然后由氣流攜帶經(jīng)旁路分離室下行，沿切向進(jìn)入主體下部，粉塵沿壁面落入灰斗，氣體則與內(nèi)部主氣流匯合。 2 離 心 機(jī) 利用慣性離心力分離非均相混合物的機(jī)械，除了旋風(fēng)（液）分離器外，更重要的的是離心機(jī)。離心機(jī)分離的混合物中至少有一種是液體，即為懸浮液或乳濁液。它與旋風(fēng)（液）分離器的主要區(qū)別在于離心機(jī)是由設(shè)備（轉(zhuǎn)鼓）本身旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，而旋風(fēng)（液）分離器則是由被分離的混合物以切線方向進(jìn)入設(shè)備而引起。 離心機(jī)的主要部件是一個(gè)載著物料以高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓，產(chǎn)生的應(yīng)力很大。離心機(jī)由于可產(chǎn)生很大的離心力，故可以分離出容易用一般過濾方法不能除去的小顆粒，又

23、可以分離包含兩種密度不同的液體的混合物。離心機(jī)的分離因數(shù)也很大，例如懸浮液用過濾方法處理若需1小時(shí)，用離心分離只需幾分鐘，而且可以得到比較干的固體渣。 離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓直徑越大、轉(zhuǎn)速越大，離心力就越大，分離因數(shù)a越大。(對(duì)照：旋風(fēng)分離器直徑小，則分離性能好)離心機(jī)按離心力的大小可分為：常速（a50000)。按分離方式分為：過濾式離心機(jī)：鼓壁上開孔，覆以濾布，懸浮液注入其中隨之旋轉(zhuǎn)。液體受離心力后穿過濾布及鼓壁上的小孔排出，而固體顆粒則截留在濾布上。用于乳濁液的分離。非均相混合物被鼓帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，密度大的趨向器壁運(yùn)動(dòng)，密度小的集中在中央，分別從靠近外周和位于中央的溢流口流出。沉降式離心機(jī)：鼓壁上無孔，懸

24、浮液中顆粒直徑很小而濃度不大，則沉降到鼓壁上到一定厚度之后將其取出，清夜則常從鼓 的上方的開口溢流而出。 典型的國產(chǎn)離心機(jī)：三足式離心機(jī)（轉(zhuǎn)鼓式間歇離心機(jī)）、轉(zhuǎn)鼓式自動(dòng)卸料連續(xù)離心機(jī)（臥式刮刀卸料離心機(jī)）和管式高速離心機(jī)等。三足式離心機(jī)是應(yīng)用最為廣泛的一種間歇離心機(jī)。轉(zhuǎn)鼓又稱濾筐，是直立的，開口向上，從底部帶動(dòng)。機(jī)的外殼、轉(zhuǎn)鼓和傳動(dòng)裝置都懸在三個(gè)支柱上。機(jī)蓋打開后，料漿經(jīng)加料管送入；機(jī)殼關(guān)閉后才能運(yùn)轉(zhuǎn)，從鼓壁上的小孔甩出的液體集中于機(jī)殼的底部，用管子連續(xù)地引出。直徑一般多在1m以下，轉(zhuǎn)速每分鐘幾百至一千多轉(zhuǎn)，離心因數(shù)一般在6001200。 5.4 固 體 流 態(tài) 化 (Fluidization

25、)技 術(shù)流態(tài)化及氣力輸送技術(shù)目前已廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)中。5.4.1 流化床的基本概念在垂直裝填有固體顆粒的床層中，流體自下而上通過顆粒床層，隨著流速從小到大變化，床層將出現(xiàn)下述三種不同的狀態(tài)。 （1） 固定床階段 特點(diǎn)：流體通過床層的流速較低；流體對(duì)顆粒的曳力較小，顆粒之間緊密相接，靜止不動(dòng)；床層高度不變；流體通過床層的阻力隨流速的增加而增大，其關(guān)系可以用歐根公式表示，如圖（a）。（2）流化床階段 特點(diǎn)：當(dāng)流體速度增加到一定值時(shí)，流體對(duì)顆粒的曳力增加到與顆粒的凈重力（重力減去浮力）相等，或者說流體通過床層的阻力等于單位截面床層的重量時(shí)，顆粒開始浮動(dòng)，但仍未脫離原來的位置，如圖 (b)。此時(shí)流體在

26、床層空隙中的流速等于顆粒的沉降速度。若在此狀態(tài)時(shí)再稍稍增大流速，顆粒便互相離開，床層的高度也會(huì)有所提高，則這時(shí)的狀態(tài)稱為起始流化狀態(tài)或臨界流化狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的流速稱為起始流化速度或最小流化速度 。 在臨界流化狀態(tài)時(shí)，若繼續(xù)增大流速，則顆粒間的距離增大，顆粒在床層中進(jìn)行劇烈的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，這個(gè)階段稱為流化床階段。在此階段，隨著流體空床流速的增加，床層高度增高，床層的空隙率也增大，使顆粒間的流體流速保持不變；同時(shí)，床層的阻力卻幾乎保持不變，等于單位截面床層的重量。流化床階段還有一個(gè)特點(diǎn)是床層有明顯的上界面，如圖（c、d）所示（3）氣力（或液力）輸送階段 特點(diǎn)：當(dāng)流體流速增加到等于顆粒的沉降速度時(shí)，顆粒被流

27、體帶出器外，床層的上界面消失，此時(shí)的流速稱為流化床的帶出速度，流速高于帶出速度后為流體輸送階段，如圖（e）所示。 5.4.2 實(shí) 際 的 流 化 現(xiàn) 象由于流體與顆粒的性質(zhì)、顆粒的尺寸及床層結(jié)構(gòu)、流速等條件的不同，流化床中可以出現(xiàn)兩種流化類型：散式流化和聚式流化。當(dāng)設(shè)計(jì)不當(dāng)或操作不當(dāng)時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)以下兩種不正?，F(xiàn)象。（1） 散式流化 特點(diǎn)：固體顆粒均勻地分散在流動(dòng)的流體中。當(dāng)流速增大時(shí)，床層逐漸膨脹而沒有氣泡產(chǎn)生，顆粒彼此分開，床層中各處的空隙率均勻增大，床層高度上升，并有一穩(wěn)定的上界面。 通常兩相密度差小的系統(tǒng)趨向散式流化，故大多數(shù)液-固流化屬于散式流化。 （2） 聚式流化 特點(diǎn)：床層中存在兩

28、個(gè)不同的相。 一般來說，超過流化所需最小氣量的那部分氣體以氣泡形式通過流化床層，氣泡在床層上界面處破裂，造成上界面的波動(dòng)，因此床層也不像散式流化那樣平穩(wěn)，流體通過床層的阻力的波動(dòng)也較大。隨著氣體流量的增大，通過乳化相的流體流速幾乎不變，增加的氣量都以氣泡的形式通過床層，所以氣泡的尺寸和生成頻率增加，床層上界面和阻力的波動(dòng)增大。 一般氣-固流態(tài)化系統(tǒng)多為聚式流化。 騰涌(Slugging)現(xiàn)象 主要發(fā)生在氣-固流化床中，如果床層高度與直徑的比值過大，或氣速過高時(shí)，就會(huì)發(fā)生小氣泡合并成為大氣泡的現(xiàn)象。當(dāng)氣泡直徑長(zhǎng)到與床徑相等時(shí)，則將床層分成幾段，形成相互分開的氣泡和顆粒層。顆粒層象活塞那樣被氣泡向

29、上推動(dòng)，在達(dá)到床層上界面后氣泡崩裂，顆粒分散下落，這種現(xiàn)象稱為騰涌現(xiàn)象。 溝流(Channeling)現(xiàn)象 溝流是指氣體通過床層時(shí)形成短路，大量氣體沒有能與固體顆粒很好地接觸即穿過溝道上升。發(fā)生溝流現(xiàn)象時(shí)，床層內(nèi)密度分布不均勻，而且氣、固接觸不良，不利于氣、固間的傳質(zhì)、傳熱及化學(xué)反應(yīng)；同時(shí)部分床層變成死床，這部分床層的空隙率很大，顆粒不懸浮在氣流中，故氣體通過床層的壓降較正常值（即單位床層截面的重量）低。 5.4.3 流 化 床 的 主 要 特 性流 化 床 中 的 流 -固 運(yùn) 動(dòng) 很 象 沸 騰 著 的 液 體 ， 并 且 在 很 多方 面 表 現(xiàn) 出 類 似 于 液 體 的 性 質(zhì) ，

30、如 圖 所 示 。 5-24 （ 1） 密度比床層密度小的物體能浮在床層上面，見圖(a)；（2） 床層傾斜，床層表面仍能保持水平，見圖(b)；（3） 床層中任意兩截面間的壓差可用靜力學(xué)關(guān)系式表示（p=gL,其中和L分別為床層的密度的高度），見圖（c）； （4） 有流動(dòng)性，顆粒能像液體一樣從器壁小孔流出，見圖（d）；（5） 聯(lián)通兩個(gè)高度不同的床層時(shí)，床層能自動(dòng)調(diào)整平衡，見圖（e）。 利用流化床的這種似液性，可以設(shè)計(jì)出不同的流-固接觸方式，易于實(shí)現(xiàn)過程的連續(xù)化與自動(dòng)化。流化床階段床層的阻力有什么特點(diǎn)？ 流化床階段床層阻力恒等于單位截面床層顆粒凈重力 。 流 體 通 過 流 化 床 的 阻 力 流體

31、通過顆粒床層的阻力與流體表觀流速（空床流速）之間的關(guān)系可由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。 圖是以空氣通過砂粒堆積的床層測(cè)得的床層阻力與空床氣速之間的關(guān)系。由圖可見，最初流體速度較小時(shí)，床層內(nèi)固體顆粒靜止不動(dòng)，屬固定床階段，在此階段，床層阻力與流體速度間的關(guān)系符合歐根方程；當(dāng)流體速度達(dá)到最小流化速度后，床層處于流化床階段，在此階段，床層阻力基本上保持恒定。 5.4.4 流 化 床 的 操 作 范 圍 流 化 床 操 作 氣 速 應(yīng) 如 何 選 擇 ？ 流化床的正常操作范圍為氣速高于臨界流化速度umf ，低于顆粒的帶出速度 ut（即沉降速度，流化床操作范圍的上限）。當(dāng)粒度不均勻的混合顆粒進(jìn)行流化時(shí)，計(jì)算臨界流化速度時(shí)

32、應(yīng)該用顆粒的平均直徑，而計(jì)算帶出速度時(shí)，則必須用較小顆粒的直徑。對(duì)于細(xì)顆粒u t/ umf =91.6 對(duì)于大顆粒ut/ umf =8.61 5.5 氣 力 輸 送5.5.1 概 述 當(dāng)流體自下而上通過顆粒床層時(shí)，流體的速度增加到流體對(duì)顆粒的曳力大于顆粒所受的凈重力，則顆粒將被流體從床層帶出而與流體一起流動(dòng)，這種過程稱為顆粒的流體輸送。 利用氣體進(jìn)行顆粒輸送的過程即為氣力輸送，最常用的輸送介質(zhì)是空氣，對(duì)于易燃、易爆的物料，可用氮?dú)獾榷栊詺怏w輸送。 氣力輸送的主要優(yōu)點(diǎn)是：（1） 系統(tǒng)密閉，可避免物料飛揚(yáng)，減少物料損失，改善勞動(dòng)條件； （2） 輸送管線受地形與設(shè)備布置的限制小，在無法鋪設(shè)道路或安裝

33、輸送機(jī)械的地方選擇氣力輸送尤為適宜；（3） 在輸送同時(shí)易于進(jìn)行物料的干燥、加熱、冷卻等操作（4） 設(shè)備緊湊，易于實(shí)現(xiàn)過程的連續(xù)化與自動(dòng)化，便于與連續(xù)的生產(chǎn)過程銜接。 5.5.2氣 力 輸 送 的 裝 置根據(jù)顆粒在管內(nèi)的密集程度不同，可將氣力輸送分為稀相輸送和密相輸送。一般用固氣比的大小來衡量顆粒在管內(nèi)的密集程度，固氣比即單位質(zhì)量氣體所輸送的固體質(zhì)量，用R=M/G表示。稀相輸送 固氣比在25以下（通常為 ）時(shí)的氣力輸送為稀相輸送。它的輸送距離不長(zhǎng)，一般為100m以下，目前在我國應(yīng)用較多。在稀相輸送中氣流的速度較高（一般為1830m/s），顆粒呈懸浮狀態(tài)。稀相輸送裝置主要有真空吸引式和低壓壓送式兩

34、種。密相輸送 固氣比大于25的輸送為密相輸送。它用高壓氣體壓送物料，氣源表壓可高達(dá)0.7MPa，常用的設(shè)備分充氣式和脈沖式兩種。 重 要 概 念 ： 自 由 沉 降 、 沉 降 速 度 、 影 響 沉 降 速 度 的 因 素 、 離 心 分 離 因 素 本 質(zhì) 上 是 顆 粒 與 流 體 的 相 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) 速 度 設(shè) 備 ： 降 塵 室 結(jié) 構(gòu) 公 式 ： 斯 托 克 斯 公 式 182 gdu ppt （ Re2） 降 塵 室 ： 能 100%去 除 的 最 小 顆 粒 滿 足 tuHuL 沉 降 時(shí) 間停 留 時(shí) 間 氣 體 處 理 能 力 底AuV ts min ， 與 底 面 積 呈 正 比 ， 與 高 度 無 關(guān) 。 固 體 流 態(tài) 化 重 要 概 念 ： 流 態(tài) 化 的 幾 個(gè) 階 段 性 狀 及 其 主 要 特 征 流 化 床 的 主 要 性 質(zhì) 第 五 章 小 結(jié)