第三章第三节

1、1第三章第三章 机械分离与固体流态化机械分离与固体流态化第一节第一节 筛分筛分一、颗粒的特性二、颗粒群的特性三、筛分第二节第二节 沉降分离沉降分离一、沉降原理二、沉降设备2第三章 机械分离与固体流态化 第三节第三节 过滤过滤 一、概述二、过滤基本方程三、过滤常数的测定四、滤饼洗涤五、过滤设备及过滤计算习题课3第三章 机械分离与固体流态化 第四节第四节 离心分离离心分离 第五节第五节 固体流态化固体流态化一、什么是流态化二、流化床的两种形态三、流化床的主要特性 小结小结4概述：均相物系：指物系内部各处均匀且无相界面，包括溶液、气体混合物等。非均相物系：指物系内部有隔不同相的界面且界面两侧的物料性

2、质有差异。包括： 气固系统（如空气中的尘埃等含尘气体）； 液固系统（如液体中的固体颗粒，悬浮液）； 气液系统（如气体中的液滴，含雾气体）； 液液系统（如乳浊液中的微滴）。5 非均相物系分离的依据是连续相与分散相具有不同的物理性质（如密度），故可用机械方法进行分离。利用密度差进行分离时，必须使分散相与连续相产生相对运动，因此，分离非均相物系的单元操作遵循流体力学的基本规律，按两相运动方式的不同分为筛分、沉降和离心分离和过滤。非均相物系的分离主要用于：1、回收有用物质，如颗粒状催化剂的回收；2、净化气体，如除尘、废液、废气中有害物质的清除等。 6v非均相物系的分离方法 1、气-固体系 旋风分离器

3、：含尘气体从入口导入除尘器的外壳和排气管之间，形成旋转向下的外旋气流。悬浮于外旋流的粉尘在离心力的作用下移向器壁，并随外旋流旋转到除尘器底部，由排尘孔排出。净化后的气体形成上升的内旋流并经过排气管排出。 应用范围及特点 旋风除尘器适用于净化大于510微米的非粘性、非纤维的干燥粉尘。它是一种结构简单、操作方便、耐高温、设备费用和阻力较低（80160毫米水柱）的装置。 旋风除尘器广泛应用于空气净化、烟道除尘、细小颗粒回收等领域。 例如，火力发电厂的锅炉烟道上就装有这种装置，它有效的降低了排出的烟尘，否则，早晨起来时，电厂附近的马路上会铺满一层烟灰。 7 2、固-固体系 如果是一个可溶而另一个难溶的

4、话，可以加水溶解，然后过滤，蒸发就可以 如果都可溶，看它们的溶解度随温度变化大不大，如果是一个大一个不大的话，可以加水溶解然后升温，再加固体直至饱和，再降温结晶。 3.液液分离 是两种互不相溶的（如氯仿和水溶液）用分液漏斗，静置分层后分离即可。原理是两种溶液不相溶和密度不同会出现分层现象。 4.液固分离，简单的用适当的滤器过滤，分别收集处理。另外就是使用离心机，原理是分子或颗粒的重量不同。 8第一节第一节筛分筛分一、颗粒的特性一、颗粒的特性-分离固体颗粒群分离固体颗粒群大小（粒径）大小（粒径）形状形状表面积表面积球形颗粒球形颗粒 非球形颗粒非球形颗粒 直径直径dp 当量直径，如体积当量直径当量

5、直径，如体积当量直径 deV颗粒的表面积表面积与颗粒体积相等的球的 球形度球形度 1 pdVAa6 球球eVda 69第一节第一节筛分筛分二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性粒度分布粒度分布-频率分布曲线（见下图）。频率分布曲线（见下图）。频率分布曲线频率分布曲线10二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性平均直径平均直径 kiikiiikkkLmndnnnnndndndndnd11321332211表面积平均直径表面积平均直径 kiikiiiAmndnd112-每个颗粒平均表面积每个颗粒平均表面积等于全部颗粒的表面积之等于全部颗粒的表面积之 和除以颗粒的总数和除以颗粒的总数长度平均直径长度平均直径313

6、1 kiiiVmdad体积平均直径体积平均直径 -每个颗粒平均体积每个颗粒平均体积等于全部颗粒的体积之等于全部颗粒的体积之 和除以颗粒的总数和除以颗粒的总数体积表面积平均直径体积表面积平均直径 -每个颗粒的平均比表面积每个颗粒的平均比表面积等于全部颗粒的等于全部颗粒的 比表面积平均值比表面积平均值 kiiikiiiVAmVAmdndndd13123266 比比表表面面积积 kiiiVmdad1111三、筛分三、筛分泰勒（泰勒（Tyler）标准筛）标准筛-其其筛孔大小以每英寸长度筛网筛孔大小以每英寸长度筛网上的孔数表示，称为上的孔数表示，称为“目目”。例如例如100目的筛即指每英寸目的筛即指每英

7、寸筛网上有筛网上有100个筛孔。个筛孔。目数越大，筛孔越小。目数越大，筛孔越小。筛网用金属丝筛网用金属丝制成，孔类似制成，孔类似正方形。正方形。 将几个筛子按筛孔从大到小的次序从上将几个筛子按筛孔从大到小的次序从上到下叠置起来，最底下置一无孔的盘到下叠置起来，最底下置一无孔的盘-底盘。样品加于顶端的筛上，摇动或振动底盘。样品加于顶端的筛上，摇动或振动一定的时间。通过筛孔的物料称为筛过物，一定的时间。通过筛孔的物料称为筛过物，未能通过的称为筛留物。筛留物的直径等未能通过的称为筛留物。筛留物的直径等于相邻两号筛孔宽度的算术平均值，将筛于相邻两号筛孔宽度的算术平均值，将筛留物取出称重，可得样品质量分

8、率分布曲留物取出称重，可得样品质量分率分布曲线。线。标准筛标准筛筛分筛分12第二节第二节 沉降分离沉降分离一、沉降原理一、沉降原理rmamg或或 sm g42220du 0 DbcFFF合合外外力力0421220 dumgs 1 1、自由沉降、自由沉降极短，通常可以忽略极短，通常可以忽略该段的颗粒运动速度称为该段的颗粒运动速度称为沉降速度，沉降速度，用用u0表示。表示。加速段：加速段：等速段：等速段：浮力浮力Fb 曳力曳力FD质量力质量力Fc颗粒在流体中沉降时受力-单个颗粒在无限流体单个颗粒在无限流体 中的降落过程中的降落过程重力沉降速度：重力沉降速度：以球形颗粒为例以球形颗粒为例 131 1

9、、自由沉降、自由沉降Re0=du0/ 1或2 层流区024162023 udgdss 340gdus 0Re24 1820gdus -斯托克斯定律斯托克斯定律 141 1、自由沉降、自由沉降离心沉降速度离心沉降速度 A B ur r1 O C r2 r ut 颗粒在旋转流场中的运动 u rcmaF 离离心心力力srbamF 浮浮力力AuFrD22 曳曳力力 34rsradu 对照重力场对照重力场v 离心加速度离心加速度ar= 2r=ut2/r不是常量不是常量v 沉降过程没有匀速段，但在小颗粒沉降过程没有匀速段，但在小颗粒沉降时，加速度很小，可近似作为匀速沉降时，加速度很小，可近似作为匀速沉降处

10、理沉降处理颗粒受力：颗粒受力：类似重力沉降速度推导，得：类似重力沉降速度推导，得： 340gdus 151 1、自由沉降、自由沉降 A B ur r1 O C r2 r ut 颗粒在旋转流场中的运动 u rRe24 rudrdadutssrsrgaKcC Rer=dur / 1或或2 层流区层流区对照重力场数值约为几千几万数值约为几千几万 1820gdus -离心分离因数离心分离因数162、实际沉降、实际沉降由于干扰作用，实际沉降速度由于干扰作用，实际沉降速度小于自由沉降速度。小于自由沉降速度。由于壁面效应，实际沉降速度小于自由沉降速度。由于壁面效应，实际沉降速度小于

11、自由沉降速度。v 干扰沉降干扰沉降 v 非球形颗粒的沉降非球形颗粒的沉降 v 壁面效应壁面效应 球形度越小，沉降速度越小球形度越小，沉降速度越小；颗粒的位向对沉降速度也有影响颗粒的位向对沉降速度也有影响。17二、沉降设备二、沉降设备 液液固固体体系系沉沉降降槽槽气气固固体体系系降降尘尘室室 离心沉降设备离心沉降设备重力沉降设备重力沉降设备 液液固固体体系系旋旋液液分分离离器器气气固固体体系系旋旋风风分分离离器器-用于除去用于除去75 m以上颗粒以上颗粒-用于除去用于除去510 m 颗粒颗粒181 1重力沉降设备重力沉降设备 气气体体 气气体体 进进口口 出出口口 集集灰灰斗斗 L B 含尘气体

12、含尘气体 u H u0 颗粒在降尘室中的运动颗粒在降尘室中的运动 t 停停留留时时间间 0 沉沉降降时时间间0 t若若uL0u高高度度降尘室降尘室则表明，该颗粒能在降尘室中则表明，该颗粒能在降尘室中除去。除去。思考思考1：为什么气体进入降尘为什么气体进入降尘室后，流通截面积要扩大？室后，流通截面积要扩大？思考思考2 2：为什么降尘室要做成扁平的？为什么降尘室要做成扁平的？结构：结构：除尘原理：除尘原理：为了增大停留时间。为了增大停留时间。19降尘室降尘室0uHuL 即即思考思考3：要想使某一粒度的颗粒在降尘室要想使某一粒度的颗粒在降尘室中被中被100%除去，必须满足什么条件？除去，必须满足什么

13、条件？00uHt 思考思考4：能够被能够被100%除去的最小颗粒，除去的最小颗粒，必须满足什么条件？必须满足什么条件？0 t 1820gdus 0min1818AVgLgHudsss L u B 气体气体 u0 H 颗粒在降尘室中的运动颗粒在降尘室中的运动 思考思考4：粒径比粒径比dmin小的颗粒，小的颗粒，被除去的百分数如何计算？被除去的百分数如何计算？20降尘室降尘室思考思考2 2：为什么降尘室要做成扁平的？为什么降尘室要做成扁平的？L u B气体气体 ut H 颗粒在降尘室中的运动颗粒在降尘室中的运动000uABLuBHuVs 0uHuL 多多层层降降尘尘室室 可见，降尘室最可见，降尘室

14、最大处理量与底面积、大处理量与底面积、沉降速度有关沉降速度有关, ,而而与降尘室高度无关。与降尘室高度无关。 故降尘室多做成故降尘室多做成扁平的。扁平的。 注意注意! 降尘室内气体流速不应过高，以免将降尘室内气体流速不应过高，以免将已沉降下来的颗粒重新扬起。根据经验，已沉降下来的颗粒重新扬起。根据经验，多数灰尘的分离，可取多数灰尘的分离，可取u3m/s，较易扬，较易扬起灰尘的，可取起灰尘的，可取u1.5m/s。最大处理量最大处理量-能够除去最小颗粒时的气体流量能够除去最小颗粒时的气体流量Vs21降尘室降尘室降尘室优、缺点降尘室优、缺点v结构简单，结构简单，v设备庞大、效率低设备庞大、效率低v只

15、适用于分离粗颗粒只适用于分离粗颗粒(直径直径75 m以上以上)，或作为，或作为预分离设备。预分离设备。 22增稠器（沉降槽）增稠器（沉降槽） 加料加料清液溢流清液溢流水平水平清液清液挡板挡板 耙耙 稠浆稠浆 连续式沉降槽请点击观看动画请点击观看动画结构：结构：除尘原理：除尘原理：用于分离出液用于分离出液- -固混合物固混合物与降尘室一样，与降尘室一样，沉降槽的生产能沉降槽的生产能力是由截面积来力是由截面积来保证的，与其高保证的，与其高度无关。故沉降度无关。故沉降槽多为扁平状。槽多为扁平状。 与降尘室相同与降尘室相同23增稠器（沉降槽）增稠器（沉降槽）u属于干扰沉降属于干扰沉降u愈往下沉降速度愈

16、慢愈往下沉降速度愈慢-愈往下颗粒浓度愈高，其表观粘愈往下颗粒浓度愈高，其表观粘度愈大，对沉降的干扰、阻力便愈大；度愈大，对沉降的干扰、阻力便愈大；u沉降很快的大颗粒又会把沉降慢的小颗粒向下拉，结果小颗沉降很快的大颗粒又会把沉降慢的小颗粒向下拉，结果小颗粒被加速而大颗粒则变慢。粒被加速而大颗粒则变慢。u有时颗粒又会相互聚结成棉絮状整团往下沉，这称为絮凝现有时颗粒又会相互聚结成棉絮状整团往下沉，这称为絮凝现象，使沉降加快。象，使沉降加快。u这种过程中的沉降速度难以进行理论计算，通常要由实验决这种过程中的沉降速度难以进行理论计算，通常要由实验决定。定。u因固因固- -液密度相差不是很悬殊，故较难分离

17、，因此，连续沉液密度相差不是很悬殊，故较难分离，因此，连续沉降槽的直径可以大到降槽的直径可以大到100 m100 m以上，高度却都在几米以内。以上，高度却都在几米以内。 特点：特点：请点击观看动画请点击观看动画242 2离心沉降设备离心沉降设备旋风分离器：旋风分离器： B 净化气体净化气体 含尘含尘 气体气体 A D 尘粒尘粒 标准型旋风分离器请点击观看动画请点击观看动画结构：结构：除尘原理：除尘原理： 含尘气体以切线方向进入，速度为含尘气体以切线方向进入，速度为1225 m s-1，按螺旋形路线向器底旋转，按螺旋形路线向器底旋转，接近底部后转而向上，成为气芯，然后接近底部后转而向上，成为气芯

18、，然后从顶部的中央排气管排出。气流中所夹从顶部的中央排气管排出。气流中所夹带的尘粒在随气流旋转的过程中逐渐趋带的尘粒在随气流旋转的过程中逐渐趋向器壁，碰到器壁后落下，自锥形底落向器壁，碰到器壁后落下，自锥形底落入灰斗（未绘出）。入灰斗（未绘出）。上部为圆筒形，下部为圆锥形。上部为圆筒形，下部为圆锥形。 25旋风分离器旋风分离器imuNr 2 停停留留时时间间停停留留时时间间 = 沉沉降降时时间间 r B 净化气体净化气体 含尘含尘 气体气体 A D 尘粒尘粒 标准型旋风分离器 能够从分离器内能够从分离器内100%分离出来的最小颗分离出来的最小颗粒的直径，用粒的直径，用dc表示。其满足：表示。其

19、满足：沉沉降降时时间间 rruB 几点假设：几点假设：v假设器内气体速度恒定，且等于进口气速假设器内气体速度恒定，且等于进口气速ui；v假设颗粒沉降过程中所穿过的气流的最大假设颗粒沉降过程中所穿过的气流的最大 厚度等于进气口宽度厚度等于进气口宽度B；v假设颗粒沉降服从斯托克斯公式。假设颗粒沉降服从斯托克斯公式。uiui临界粒径临界粒径miscmtscrrudrudu 1818)(2222 26旋风分离器旋风分离器22182iscmimudBruNr sicNuBd 9 B 净化气体净化气体 含尘含尘 气体气体 A D 尘粒尘粒 标准型旋风分离器结论：结论：旋风分离器越细、越长，旋风分离器越细、

20、越长，dc越小越小 N值与进口气速有关，对常用形式的旋风分离器，风速值与进口气速有关，对常用形式的旋风分离器，风速12 25 m s-1范围内，一般可取范围内，一般可取N =3 4.5，风速愈大，风速愈大，N也也愈大。愈大。 思考：思考：从上式可见，气体从上式可见，气体 ，入口，入口B ，气旋圈数，气旋圈数N ，进口气速，进口气速ui ，临界粒径越小，临界粒径越小，why？27旋风分离器旋风分离器评价旋风分离器性能的两个主要指标：评价旋风分离器性能的两个主要指标：分离性能：压降：用临界粒径和分离效率来表示 %100%100的颗粒，粒级效率均；的颗粒，粒级效率均为被分离出来的百分率。粒级效率：每

21、一种颗粒cpcpdddd总效率：被分离出来的颗粒占全部颗粒的质量分率小好，一般在小好，一般在500500 2000Pa2000Pa左右左右28v例题例题3-1 3-1 石英和方铅矿的混合球形颗粒在如图所示的水石英和方铅矿的混合球形颗粒在如图所示的水力分级器中进行分离。两者的密度分别为力分级器中进行分离。两者的密度分别为2650kg/m32650kg/m3和和7500kg/m37500kg/m3，且粒度范围均为，且粒度范围均为 。水温为。水温为2020。假设颗粒在分级器中均作自由沉降。试计算能够得到纯假设颗粒在分级器中均作自由沉降。试计算能够得到纯石英和纯方铅矿的粒度范围及三个分级器中的水流速度

22、石英和纯方铅矿的粒度范围及三个分级器中的水流速度m1002029v解：解：1 1、2 2、3 3号分级器直径逐渐增大而三者中上升水流量号分级器直径逐渐增大而三者中上升水流量均相同，所以水在三者中流速逐渐减小。水在均相同，所以水在三者中流速逐渐减小。水在1 1号中的速号中的速度最大，可将密度小的石英颗粒全部带走，于是度最大，可将密度小的石英颗粒全部带走，于是1 1号底部号底部可得到纯方铅矿。但是，也有部分小颗粒的方铅矿随同可得到纯方铅矿。但是，也有部分小颗粒的方铅矿随同全部石英被带走。在全部石英被带走。在2 2号分级器，控制水流速度，将全部号分级器，控制水流速度，将全部方铅矿全部沉降下来，但也有

23、部分大颗粒石英会沉降下方铅矿全部沉降下来，但也有部分大颗粒石英会沉降下来。在来。在3 3号分级器，控制水流速度，可将全部小石英粒子号分级器，控制水流速度，可将全部小石英粒子全部沉降下来。全部沉降下来。v综上所述，综上所述，1 1号分级器的作用在于要带走所有石英粒子（号分级器的作用在于要带走所有石英粒子（最大为最大为100100），因此），因此1 1号的水流速应该等于号的水流速应该等于100100石英的沉降石英的沉降速度；速度；2 2号的作用在于截下全部方铅矿（最小为号的作用在于截下全部方铅矿（最小为2020），因），因此此2 2号的水流速应该等于号的水流速应该等于2020方铅矿的沉降速度；方铅

24、矿的沉降速度；3 3号的作号的作用在于截下全部石英粒子（最小为用在于截下全部石英粒子（最小为2020），因此），因此3 3号水流速号水流速应该等于应该等于2020石英的沉降速度。石英的沉降速度。303132第三节第三节 过滤过滤 滤滤饼饼过过滤滤深深层层过过滤滤两两种种过过滤滤方方式式一、概述一、概述深层过滤深层过滤 这种过滤是在过这种过滤是在过滤介质内部进行的滤介质内部进行的，介质表面无滤饼，介质表面无滤饼形成。过滤用的介形成。过滤用的介质为粒状床层或素质为粒状床层或素烧（不上釉的）陶烧（不上釉的）陶瓷筒或板。瓷筒或板。 此法适用于从液此法适用于从液体中除去很小量的体中除去很小量的固体微粒，

25、例如饮固体微粒，例如饮用水的净化。用水的净化。33一、概述一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液-推动力：重力、压力、离心力推动力：重力、压力、离心力 滤饼过滤滤饼过滤深层过滤深层过滤两种过滤方式两种过滤方式滤饼过滤滤饼过滤34一、概述一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼过滤工业用过滤介质主要有：工业用过滤介质主要有： 棉、麻、丝、毛、合成纤维、金棉、麻、丝、毛、合成纤维、金属丝等编织成的滤布。属丝等编织成的滤布。过滤介质：过滤介质：多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。35一、概述一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼过滤滤饼的压缩性：滤饼的

26、压缩性： 空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。 36一、概述一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼过滤 使用时，可预涂，也可以混使用时，可预涂，也可以混入待滤的滤浆中一起过滤。入待滤的滤浆中一起过滤。 助滤剂能形成结构疏松、而助滤剂能形成结构疏松、而且几乎是不可压缩的滤饼。可改且几乎是不可压缩的滤饼。可改善原滤饼的可压缩性和过于致密善原滤饼的可压缩性和过于致密的缺点。的缺点。 助滤剂：助滤剂：-是颗粒细小、粒度分布范围较窄、坚硬而悬浮性好是颗粒细小、粒度分布范围较窄、坚硬而悬浮性好 的颗粒状或纤维固体，如硅藻土、纤维粉末、活性的颗粒状或纤维固体，如硅藻土、纤维

27、粉末、活性 炭、石棉。炭、石棉。37二、过滤基本方程二、过滤基本方程 L u V -滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系-即为流速，即为流速，单位时间内通单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积过单位过滤面积的滤液体积过滤速度过滤速度uAVq 其其中中ddddqAVu 滤饼过滤过程中，滤饼逐渐增厚，流动阻力也随之逐滤饼过滤过程中，滤饼逐渐增厚，流动阻力也随之逐渐增大，所以过滤过程属于不稳定的流动过程。故渐增大，所以过滤过程属于不稳定的流动过程。故 A38二、过滤基本方程二、过滤基本方程-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系 L le u de u 流体在固定床内流动的简化模型 (1

28、)细管长度细管长度le与床层高度与床层高度L成正比成正比(2)细管的内表面积等于全部颗粒的表面积，细管的内表面积等于全部颗粒的表面积， 流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。1、过滤基本方程的推导、过滤基本方程的推导简化模型简化模型：假定：假定：LKle0 润湿周边润湿周边流通截面积流通截面积 4ed 1444aVaVB细细管管的的全全部部内内表表面面积积细细管管的的流流动动空空间间真实速度真实速度 u u 1aaB滤饼体积滤饼体积滤饼的比表面积滤饼的比表面积颗粒的比颗粒的比表面积表面积39二、过滤基本方程二、过滤基本方程-滤液量滤液量

29、V过滤时间过滤时间 的关系的关系221udlpweef L le u u de u 流体在固定床内流动的简化模型 eR64 滤饼内，雷诺数很小，属层流流动，滤饼内，雷诺数很小，属层流流动， ude eR2132eedlpu 1p -哈根哈根-泊谡叶方程泊谡叶方程le、de表达式（见上页）表达式（见上页） uu AuuA 由质量守恒得：由质量守恒得：滤饼截滤饼截面积面积A40二、过滤基本方程二、过滤基本方程 LpaKu 1220312 Lrp 1 ddqAddVu 过滤阻力过滤阻力过滤推动力过滤推动力 eLrpLrpu 22 介质阻力）介质阻力）（滤饼阻力（滤饼阻力过滤总推动力过滤总推动力 eL

30、Lrpu p2 p1u-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系 2322012 maKr比比阻阻，单单位位令令 思考：思考：影响过滤阻力的因素有哪些？影响过滤阻力的因素有哪些？ 影响过滤速度的因素有哪些？影响过滤速度的因素有哪些？41二、过滤基本方程二、过滤基本方程-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系 eVVcrpA AddV 设每获得单位体积滤液时，被截留在过滤介质上的滤饼体设每获得单位体积滤液时，被截留在过滤介质上的滤饼体积为积为c（m3滤饼滤饼/m3滤液），则滤液），则 sprr 0令令 AddV esVVcrAp 01AcVL AcVLee eLLrpu 滤滤饼饼滤滤液

31、液1c思考：思考：滤饼中全是固体物吗？滤饼中全是固体物吗？压缩指数压缩指数0s1（可压缩滤饼）（可压缩滤饼）s=0（不可压缩滤饼）（不可压缩滤饼）42二、过滤基本方程二、过滤基本方程 crpKs012 令令 eVVKAddV 22 eqqKddq 2 -过滤基本方程过滤基本方程过滤常数，过滤常数，由实验测定由实验测定 pu思考：思考：影响影响K的因素有哪些？的因素有哪些？ 影响影响Ve或或qe的因素有哪些？的因素有哪些？-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系43二、过滤基本方程二、过滤基本方程-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系 crpKs012 32212 Car影响影响K

32、的因素：的因素：影响影响qe或或Ve 的因素：的因素：滤饼性质（滤饼性质（s、 、a）滤浆性质（滤浆性质（c、 ）推动力（推动力（ p）过滤介质的性质（孔的结构、过滤介质的性质（孔的结构、 、r0、厚度）、厚度） pu44二、过滤基本方程二、过滤基本方程-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系 222KAVVVe 2、恒压过滤、恒压过滤 crpKs012 过过滤滤阻阻力力过过滤滤推推动动力力 AddVu eVVKA 2 pu 表观速度表观速度特点：特点： K为常数为常数 积分得：积分得： 或或 Kqqqe 22若过滤介质阻力可忽略不计，则若过滤介质阻力可忽略不计，则 22KAV 或或 K

33、q 2，过滤速度愈来愈小。，过滤速度愈来愈小。恒压过滤方程恒压过滤方程45三、过滤常数的测定三、过滤常数的测定eqKqKq21 1500 1000 q 500 0 0 0.025 0.05 0.075 q 斜率1/K截距2qe/KCpsK log)1(log crpKs012 恒压时：恒压时： Kqqqe 22log plogK作图求出压作图求出压缩指数缩指数s /qq图46四、滤饼洗涤四、滤饼洗涤 洗涤液 w p Lw u 表观速度 洗洗涤涤速速度度洗涤阻力洗涤阻力洗涤推动力洗涤推动力 wAddV 思考：思考：洗涤阻力与洗涤阻力与哪些因素有关？哪些因素有关？与滤饼厚度、滤饼性质、洗涤液粘度、

34、介质阻力有关 v推动力、阻力不变推动力、阻力不变v洗涤速度为常数。洗涤速度为常数。wwwddVV 洗涤液量思考：思考：洗涤过程与过滤过程的有何异同？洗涤过程与过滤过程的有何异同？wwLrp wAwV 常数常数47四、滤饼洗涤四、滤饼洗涤 洗涤液 p u 表观速度 eeVVKAAddV 2 其其中中若推动力相同，则：若推动力相同，则：v洗涤速度与过滤终了速度的关系洗涤速度与过滤终了速度的关系? ?wwewLLAddVAddV 过过滤滤终终了了阻阻力力洗洗涤涤阻阻力力 LrpAddVe wAddV wwLrp 48五、过滤设备及过滤计算五、过滤设备及过滤计算 以以压压力力差差为为推推动动力力：如如

35、板板框框压压滤滤机机、叶叶滤滤机机、 回回转转真真空空过过滤滤机机等等； 以以离离心心力力为为推推动动力力：如如各各种种离离心心机机。 过滤过滤设备设备 49五、过滤设备及过滤计算五、过滤设备及过滤计算1 1、板框压滤机、板框压滤机滤框、滤板滤框、滤板 非非洗洗板板洗洗板板结构：结构：洗洗板板板框压滤机板框压滤机框框非非洗洗板板洗洗板板10 60块不等，块不等，过滤面积约为过滤面积约为2 80m2 滤框和滤板的左上角与右上滤框和滤板的左上角与右上角均有孔。角均有孔。 501 1、板框压滤机、板框压滤机洗洗板板板框压滤机板框压滤机框框非非洗洗板板洗洗板板一个操作循环：一个操作循环：过滤过滤滤液流

36、出滤液流出悬悬浮浮液液入入口口洗涤液流出洗涤液流出洗洗涤涤液液入入口口 222KAVVVe 洗涤洗涤卸渣、整理重装卸渣、整理重装思考：思考：对板框压滤机，下式中对板框压滤机，下式中V、Ve、A怎么取值？半个框的？一个怎么取值？半个框的？一个框的？还是框的？还是N个框的？个框的？均可。均可。511 1、板框压滤机、板框压滤机属间歇式属间歇式特点：特点：横穿洗涤：横穿洗涤：Lw=2L， Aw=A/2wwewLLAddVAddV 洗洗板板板框压滤机板框压滤机框框非非洗洗板板洗洗板板洗涤液流出洗涤液流出洗洗涤涤液液入入口口21 ewAddVAddV w 若若41 wwwewLALAddVddV 521

37、 1、板框压滤机、板框压滤机 板板 框框 悬浮液悬浮液 入口入口辅辅助助时时间间洗洗涤涤时时间间过过滤滤时时间间操操作作周周期期 生产能力：生产能力： 操作周期：操作周期： 单位时间内获得的滤液量或滤饼量单位时间内获得的滤液量或滤饼量 。222KAVVVe 其中：其中：wwwddVV Rwc RwcVVQ 531 1、板框压滤机、板框压滤机 板板 框框 悬浮液悬浮液 入口入口最佳操作周期：最佳操作周期： 生产能力最大时的操作周期生产能力最大时的操作周期令令dQdV=0可得：可得：wR 若过滤、洗涤的操作压力相同若过滤、洗涤的操作压力相同 滤液滤液 洗涤液洗涤液 w 介质阻力忽略不计介质阻力忽略

38、不计-最佳操作周期最佳操作周期 RVQ 2max Roptc 2, 542 2、叶滤机、叶滤机属间歇式属间歇式置换洗涤：置换洗涤：Lw=L ，Aw=A滤叶滤叶一个操作循环：一个操作循环：过滤、洗涤、卸渣、整理重装过滤、洗涤、卸渣、整理重装 特点：特点： 滤 浆 滤 液 滤 叶 的 构 造结构：结构： 222KAVVVe 思考：思考：对叶滤机，下式中对叶滤机，下式中V、Ve、A怎么取值怎么取值？一个滤叶的？还是？一个滤叶的？还是N个的？个的？均可。均可。? ewAddVAddV ? ewddVddV 552 2、叶滤机、叶滤机Rwc 操作周期：操作周期： 滤 浆 滤 液 滤 叶 的 构 造与板框

39、机相同与板框机相同生产能力：生产能力： 与板框机类似与板框机类似RwcVVQ 最佳操作周期：最佳操作周期： Roptc 2, 与板框机相同与板框机相同563 3、转筒真空过滤机、转筒真空过滤机置换洗涤：置换洗涤：Lw=L ，Aw=A属连续式属连续式过滤、洗涤、吹松、刮渣过滤、洗涤、吹松、刮渣转筒转筒-筒的侧壁上覆盖有金属网，长、径之比约为筒的侧壁上覆盖有金属网，长、径之比约为1/2 2，滤布滤布-蒙在筒外壁上。蒙在筒外壁上。分配头分配头-转动盘、固定盘转动盘、固定盘 浸没于滤浆中的过滤面积约占全部面积的浸没于滤浆中的过滤面积约占全部面积的30 40%转速为转速为0.1至至2 3（转（转/分）分

40、） 一个操作循环：一个操作循环：特点：特点：结构：结构：请点击观看动画请点击观看动画573 3、转筒真空过滤机、转筒真空过滤机 回转真空过滤机上的转筒过滤区过滤区洗涤区洗涤区吹干区吹干区卸渣区卸渣区Tn 1操操作作周周期期nVTVQ 222KAVVVe 其中：其中：操作周期：操作周期： 生产能力：生产能力： 思考：思考：对转筒真空过滤机，上式中对转筒真空过滤机，上式中V、Ve、A、 怎么取值？按过滤区？还是按怎么取值？按过滤区？还是按整个转筒？整个转筒？均可。均可。按整个转筒取：按整个转筒取：V，Ve，A， = T按过滤区取：按过滤区取： V， Ve， A， = TT 式式中中， n 浸没分数

41、浸没分数（转筒（转筒浸入面积占全部浸入面积占全部转筒面积的分率）转筒面积的分率）58593 3、转筒真空过滤机、转筒真空过滤机 回转真空过滤机上的转筒过滤区过滤区洗涤区洗涤区吹干区吹干区卸渣区卸渣区nKAV 22 若介质阻力忽略不计，则若介质阻力忽略不计，则 nKAnKnAQ Qn, 可见：可见：但这类方法受到一定的限制但这类方法受到一定的限制 60v例题：例题：3-13-1v某板框压滤机共有某板框压滤机共有2020只滤框，框的尺寸为只滤框，框的尺寸为v0.450.45* *0.450.45* *0.025m0.025m，用以过滤某种水悬浮液，用以过滤某种水悬浮液，v悬浮液中每立方米清水中带有

42、固体质量悬浮液中每立方米清水中带有固体质量25kg25kg，v滤饼中含水滤饼中含水5050（质量百分率）（质量百分率）v试求：滤框被滤饼完全充满时，过滤所得的滤试求：滤框被滤饼完全充满时，过滤所得的滤v液量（液量（m m3 3) )v( (固体密度固体密度=1500kg/m=1500kg/m3 3, ,水的密度水的密度=1000kg/m=1000kg/m3 3）61v例题例题3-23-2v拟用板框压滤机恒压过滤含拟用板框压滤机恒压过滤含CaCOCaCO3 3质量百分率为质量百分率为8 8的水悬浮液的水悬浮液2 2立方米，每立方米滤饼中含固体立方米，每立方米滤饼中含固体1000kg1000kg，

43、CaCOCaCO3 3密度为密度为2800kg/m32800kg/m3，过滤常数，过滤常数K=0.162m2/hK=0.162m2/h，过滤时间为，过滤时间为3030分钟。分钟。v试求：（试求：（1 1）滤液体积为多少立方米？）滤液体积为多少立方米？v （2 2）现有）现有56056056056050mm50mm规格的板框压滤规格的板框压滤机，问需要多少只滤框？（过滤介质忽略）机，问需要多少只滤框？（过滤介质忽略）62v解：解：v1 1：V V悬悬=V=V滤滤+V+V滤饼滤饼v V V滤滤=V=V悬悬-V-V滤饼滤饼 _ _v悬浮液的平均密度悬浮液的平均密度: : v =X =X固固/固固+X

44、+X液液/液液v =0.08/2800+0.92/1000 =0.08/2800+0.92/1000v =1054kg/m =1054kg/m3 3v 2m 2m3 3悬浮液的质量悬浮液的质量=V=V悬悬悬悬v M M悬悬=2=21054=2108kg1054=2108kgv 质量百分率为质量百分率为8%8%v M M固固=2108=21080.08=168.64kg0.08=168.64kg63v每立方米滤饼中含固体每立方米滤饼中含固体1000kg1000kgv1/1000=V1/1000=V饼饼/168.64/168.64（m m固固=168.64kg=168.64kg）vV V滤饼滤饼=

45、0.16864m=0.16864m3 3vV V滤滤=V=V悬悬-V-V滤饼滤饼=2-0.16864=1.83m=2-0.16864=1.83m3 3v(2) V(2) V2 2=KA=KA2 2vA=A=vn n0.560.562 22=6.432=6.43v左右各有一块滤布需乘左右各有一块滤布需乘2 2，n n为滤布数为滤布数vn=10.2511n=10.2511只只v检验滤饼是否能放下检验滤饼是否能放下v11110.5620.5620.05=0.172m0.05=0.172m3 30.16864m0.16864m3 32221.836.430.162 0.5VmK64例题例题3-3 3-

46、3 某板框过滤机有某板框过滤机有5 5个滤框，框的尺寸为个滤框，框的尺寸为635635 635635 25mm25mm。过滤操作在。过滤操作在2020、恒定压差下进行，过滤常数、恒定压差下进行，过滤常数K K=4.24=4.24 1010-5-5m m2 2/s/s，q qe e=0.0201m=0.0201m3 3/m/m2 2，滤饼体积与滤液体积之，滤饼体积与滤液体积之比比c c=0.08 m=0.08 m3 3/m/m3 3，滤饼不洗涤，卸渣、重整等辅助时间为，滤饼不洗涤，卸渣、重整等辅助时间为1010分钟。试求框全充满所需时间。分钟。试求框全充满所需时间。 现改用一台回转真空过滤机过滤

47、滤浆，所用滤布与前相同，现改用一台回转真空过滤机过滤滤浆，所用滤布与前相同，过滤压差也相同。转筒直径为过滤压差也相同。转筒直径为1m1m，长度为，长度为1m1m，浸入角度为，浸入角度为120120 。问转鼓每分钟多少转才能维持与板框过滤机同样的生。问转鼓每分钟多少转才能维持与板框过滤机同样的生产能力？产能力？ 假设滤饼不可压缩。假设滤饼不可压缩。65以一个框为基准进行计算。以一个框为基准进行计算。30101. 0025. 0635. 0635. 0mV 饼饼滤液量滤液量 cVV饼饼 23/156. 0806. 0126. 0mm Kqqqe 222806. 0635. 0635. 022mAA

48、侧侧 过滤面积过滤面积再根据恒压过滤方程得：再根据恒压过滤方程得：K=4.24 10-5m2/sqe=0.0201m3/m2AVq 3126. 008. 00101. 0m min0 .129 .7211024. 40201. 0156. 02156. 02522 sKqqqe 【解解】框全充满所需时间？框全充满所需时间？（框全充满）（框全充满）66 smVQD/10773. 460100 .12126. 05534 改用回转真空过滤机后，压差不变，故改用回转真空过滤机后，压差不变，故K不变；不变；滤布不变，故滤布不变，故qe不变。不变。K=4.24 10-5m2/s，qe=0.0201m3/

49、m2过滤面积过滤面积214. 311mDLA 30631. 014. 30201. 0mAqVee 31360120 板框：板框：smnVQQ/10773. 434 设转筒每分钟转设转筒每分钟转n转，则回转真空过滤机生产能力转，则回转真空过滤机生产能力nKAVVVe 222 回转真空过滤机：回转真空过滤机：3166. 0mV 转鼓每分钟多少转才能维持与板框过滤机同样的生产能力？转鼓每分钟多少转才能维持与板框过滤机同样的生产能力？67434.773 102.875 100.170.166nr p srpm 6869707172第四节第四节离心分离离心分离 利用离心力分离非均相混合物。其设备除前述

50、的利用离心力分离非均相混合物。其设备除前述的旋风（液）分离器外，还有离心机旋风（液）分离器外，还有离心机 。73第五节第五节 固体流态化固体流态化 固体流态化运用在粉粒状物料的输送、混合、加热或固体流态化运用在粉粒状物料的输送、混合、加热或冷却、干燥、吸附、煅烧和气冷却、干燥、吸附、煅烧和气 固反应等过程中。固反应等过程中。 (a)固定床 (b)流化床 (c)气力输送 浮力浮力 曳力曳力 u （真正速度）（真正速度） 重力重力 u（表观速度） 一、什么是流态化？一、什么是流态化？此时流体的真正速度 u u074二、流化床的两种形态二、流化床的两种形态 聚 式 流 化 床 床内颗粒的分散状态和扰

51、动程度平缓地加大，床层床内颗粒的分散状态和扰动程度平缓地加大，床层的上界面较为清晰。的上界面较为清晰。 散式流化床：液固体系散式流化床：液固体系聚式流化床：气固体系聚式流化床：气固体系乳化相（密相）乳化相（密相）气泡相（稀相）气泡相（稀相）两种不正常现象两种不正常现象腾涌现象沟流现象75三、流化床的主要特性三、流化床的主要特性 (a) (b) (c) (d) 流化床的类似于液体的特性pWA液体样特性：液体样特性： 76三、流化床的主要特性三、流化床的主要特性gmgmpAlp 恒定的压力损失恒定的压力损失：床层颗床层颗粒质量粒质量床内流床内流体质量体质量又又 pslmALm不变不变变变 p2 p

52、1 1 1 2 2 A L 整个床层受力平衡，即合力为零。整个床层受力平衡，即合力为零。 流化床的机械能衡算：流化床的机械能衡算： gLppf 77 固定床 流化床 带出开始 C A D A 起始流化速度 带出速度 logu 流化床压力损失与气速关系 logpf B 三、流化床的主要特性三、流化床的主要特性 聚式流化床gmgALpAApsspf)( 床层净重量床层净重量（重力浮力）（重力浮力）常数常数78例例3-3 3-3 画出流化床压力损失与气速关系图，并简单画出流化床压力损失与气速关系图，并简单解释各段意义？解释各段意义？压力损失与气速关系图压力损失与气速关系图vABAB段为固定床阶段，随

53、着气速增大，压力损失增段为固定床阶段，随着气速增大，压力损失增大，大，ABAB段斜率为段斜率为1 1，压力损失与气速成正比；，压力损失与气速成正比；vBCBC段为流动床阶段，速度不变，压力损失不变；段为流动床阶段，速度不变，压力损失不变；vCDCD段为气体输送阶段，由于气体被带走，床内压段为气体输送阶段，由于气体被带走，床内压力损失下降。力损失下降。DCB压力损失A气速79图中表述了聚式流化床压降与流速的关系，请指出，、图中表述了聚式流化床压降与流速的关系，请指出，、线段分别代表什么阶段，和分别代表什么现象？线段分别代表什么阶段，和分别代表什么现象？80v，分别代表固定床、流化床、输送床阶段；

54、，分别代表固定床、流化床、输送床阶段；、分别代表沟流和腾涌现象。、分别代表沟流和腾涌现象。v画图并说明流化床的压力损失与气速的关系画图并说明流化床的压力损失与气速的关系v在流态化阶段，流体通过床层的压力损失等于流化床中在流态化阶段，流体通过床层的压力损失等于流化床中全部颗粒的净重力。全部颗粒的净重力。ABAB段为固定床阶段，由于流体在此段为固定床阶段，由于流体在此阶段流速较低，颗粒较细时常处于层流状态，压力损失阶段流速较低，颗粒较细时常处于层流状态，压力损失逾表观速度的一次放成正比，因此该段为斜率为逾表观速度的一次放成正比，因此该段为斜率为1 1的直线的直线。ABAB段表示从流化床恢复到固定床

55、时的压力损失变段表示从流化床恢复到固定床时的压力损失变化关系；由于颗粒从逐渐减慢的上升气流中落下所形成化关系；由于颗粒从逐渐减慢的上升气流中落下所形成的床层比随机装填的要疏松一些，导致压力损失也小一的床层比随机装填的要疏松一些，导致压力损失也小一些，些，BCBC段略向上倾斜是由于流体流过器壁及分布板时的段略向上倾斜是由于流体流过器壁及分布板时的阻力损失随气速增大而造成的。阻力损失随气速增大而造成的。CDCD段向下倾斜，表示此段向下倾斜，表示此时由于某些颗粒开始为上升气流所带走，床内颗粒量减时由于某些颗粒开始为上升气流所带走，床内颗粒量减少，平衡颗粒重力所需的压力自然不断下降，直至颗粒少，平衡颗

56、粒重力所需的压力自然不断下降，直至颗粒全部被带走。全部被带走。81小结小结沉降沉降 设备：设备：降尘室结构降尘室结构 1820gdus 0uHuL沉降时间沉降时间停留时间停留时间 底底AuVs0 公式：公式：（Re2）降尘室：降尘室： 能能100%去除的最小颗粒满足去除的最小颗粒满足 气体处理能力气体处理能力与底面积呈正比，与高度无关。与底面积呈正比，与高度无关。重要概念：重要概念：自由沉降、沉降速度、影响沉降速度的因素自由沉降、沉降速度、影响沉降速度的因素斯托克斯公式斯托克斯公式82小结小结1 1、重要概念：、重要概念：滤浆滤浆滤饼滤饼过滤介质过滤介质滤液滤液生产能力生产能力 nKAnVTV

57、QRwVQQQRweV ：，连连续续式式时时当当，间间歇歇式式：，max0过滤：过滤：83小结小结2 2、公式：、公式：过过滤滤阻阻力力过过滤滤推推动动力力 AddVuLrp eVVKA 2spK 1 222KAVVVe Kqqqe 22与滤饼性质有关（比阻与滤饼性质有关（比阻r0、比表面积、比表面积a、空隙、空隙率率 、压缩指数、压缩指数s）与滤浆的性质（浓度、密度、粘度）有关。与滤浆的性质（浓度、密度、粘度）有关。与推动力有关与推动力有关r与滤饼的结构、性质与滤饼的结构、性质（比表面积（比表面积a、空隙率、空隙率 ）有关有关Ve与过滤介质的性质有关与过滤介质的性质有关恒压过滤方程恒压过滤方

58、程84小结小结wwwewLALAddVddV wwwddVV w 41 w （板框）（叶滤机、转筒真空机）洗涤：洗涤：85小结小结86小结小结板框机、叶滤机、转筒真空过滤机的结构、特点板框机、叶滤机、转筒真空过滤机的结构、特点 3、设备：、设备：87小结小结固体流态化固体流态化重要概念：重要概念： 什么是流态化？什么是流态化？ 流化床的主要特性流化床的主要特性88v例例2-12-1：离心泵特性曲线的测定：离心泵特性曲线的测定v附图为测定离心泵特性曲线的实验装置，实验中已测出附图为测定离心泵特性曲线的实验装置，实验中已测出如下一组数据：如下一组数据：v泵进口处真空表读数泵进口处真空表读数p1=2

59、.67p1=2.6710104 4Pa(Pa(真空度真空度) )v泵出口处压强表读数泵出口处压强表读数p2=2.55p2=2.5510105 5Pa(Pa(表压表压) )v泵的流量泵的流量Q=12.5Q=12.510103 3 m m3 3/s/sv功率表测得电动机所消耗功率为功率表测得电动机所消耗功率为6.2kW6.2kWv吸入管直径吸入管直径d d1 1=80mm,=80mm,压出管直径压出管直径d d2 2=60mm=60mmv两测压点间垂直距离两测压点间垂直距离Z Z2 2Z Z1 1=0.5m=0.5mv泵由电动机直接带动，传动效率可视为泵由电动机直接带动，传动效率可视为1 1，电动

60、机的效率，电动机的效率为为0.930.93v实验介质为实验介质为2020的清水的清水v试计算在此流量下泵的压头试计算在此流量下泵的压头H H、轴功率、轴功率N N和效率和效率。8990v解：（解：（1 1）泵的压头）泵的压头 在真空表及压强表所在在真空表及压强表所在截面截面1 11 1与与2 22 2间列柏努利方程：间列柏努利方程：v 式中式中 Z2Z2Z1=0.5mZ1=0.5mv p1= p1=2.672.67104Pa104Pa（表压）（表压）v p2=2.55p2=2.55105Pa105Pa（表压）（表压）v u1= u1= v u2= u2=m/s49. 208. 0105 .12