第三章机械分离

知识目标：掌握沉降分离和过滤操作的基本概念和原理掌握机械分离设备的类型、结构及相关计算能力目标：能根据生产工艺要求合理选择分离方法、设备类型及尺寸掌握过滤操作的强化措施第三章机械分离第三章机械分离分离

悬浮液（固-液混合物）乳浊液（液-液混合物）含尘气体、含雾气体（固-气、液-气混合物）

------沉降、过滤混合物均相混合物内部各点均匀且不存在相界面，如互溶液体及气体混合物。

3.1概述第三章流体输送机械沉降：颗粒相对于流体而运动的过程称为沉降。实现沉降操作的作用力可以是重力，或惯性离心力。故沉降过程有重力沉降和离心沉降两种。3.2沉降过程自由沉降第三章流体输送机械3.2.1重力沉降加速段极短，通常可以忽略等速段的颗粒运动速度称为沉降速度，用ut表示。沉降分两个阶段：加速段、等速段ut1)重力沉降速度第三章流体输送机械1或2滞流区/斯托克斯区过渡区、湍流区ut的计算参见教材p146如何求？(3-24)P145图3-2ζ-Ret的关系第三章流体输送机械2)沉降速度的计算试差法试差过程：①

设沉降处于滞流区/斯托克斯区②由滞流区计算式求ut③校核＜1、2第三章流体输送机械3)重力沉降设备——降尘室沉降设备第三章流体输送机械降尘室则表明，该颗粒能在降尘室中完全被除去。则表明，该颗粒刚好能完全除去。？第三章流体输送机械100%除去的条件:降尘室生产能力:第三章流体输送机械思考：如何提高生产能力？第三章流体输送机械降尘室特点：第三章流体输送机械增稠器（沉降槽）第三章流体输送机械3.2、离心沉降3.2.1离心沉降速度

重力加速度(g)为常数离心加速度不是常量向心力Fb阻力FD重力Fc=mg浮力Fb阻力FD区别：第三章流体输送机械第三章流体输送机械离心分离因素：离心沉降的效果远高于重力沉降的分离效果。当处理相同（气固）混合物且沉降处于滞流区，同种颗粒：P155当R=0.4m,uT=20m/s时，Kc=102一般Kc=5~2500第三章流体输送机械旋风分离器：构造图3-7标准旋风分离器尺寸p156操作原理切向进入速度10~25m/s，外旋、内旋。3.2.2、离心沉降设备第三章流体输送机械评价旋风分离器性能的两个主要指标：P158图3-9可查粒级效率分割直径d50第三章流体输送机械3.3、影响沉降的因素由于干扰作用，实际沉降速度小于自由沉降速度。由于壁面效应，实际沉降速度小于自由沉降速度。干扰沉降

非球形颗粒的沉降壁面效应球形度越小，沉降速度越小颗粒的位向对沉降速度也有影响。第三章流体输送机械例3-1某除尘室高2m、宽2m、长5m，用于矿石焙烧炉的炉气除尘。矿尘的密度为4500kg/m3，其形状近于圆球。操作条件下气体流量为25000m3/h，气体密度为0.6kg/m3、粘度为3×10-5Pas

。试求理论上能完全除去的最小矿粒直径。

解：降尘室能完全除去的最小颗粒的沉降速度为：假定沉降在层流区:

校核:第三章流体输送机械例3-2:有一玉米淀粉水悬浮液，温度20℃，淀粉颗粒平均直径为15μm，淀粉颗粒吸水后的密度为1020kg，试求颗粒的沉降速度。解：假定沉降在层流区进行

已知：查出20℃的水:校核:计算有效第三章流体输送机械概述过滤基本方程式恒压过滤方程式滤饼洗涤过滤设备及过滤计算

第二节过滤第三章流体输送机械一、概述深层过滤滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤推动力：重力、压力、离心力

过滤：流体相对于颗粒而运动的过程称为过滤。

第三章流体输送机械滤饼过滤滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤过滤介质：要求：多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。工业中常用过滤介质主要有：

织物介质:如棉、麻、丝、毛、合成纤维、金属丝等编织成的滤布。多孔性固体介质:如素瓷板或管、

烧结金属等。滤饼层起到了主要的过滤介质的作用。第三章流体输送机械滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼的压缩性：

空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。

助滤剂：质地坚硬，能形成疏松饼层的固体颗粒。（如硅藻土、碳酸钙等）第三章流体输送机械二、过滤基本方程式p166-170过滤过程流动的特点：流体在过滤时同一截面上的流速分布很不均匀且流速较小过程不稳定V—θ关系层流滤液(V)△p第三章流体输送机械1、过滤基本方程的推导p166-170简化模型：滤饼内，雷诺数很小，属层流流动，于是：第三章流体输送机械ε：孔隙率α:比表面积m2/m3第三章流体输送机械---单位时间内通

过单位过滤面

积的滤液体积即过滤速度△p2△p1u表观速度r：比阻—滤流通量比阻的含义？第三章流体输送机械

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υ（m3滤饼/m3滤液），则

代入过滤速度表达式中：第三章流体输送机械影响K的因素：影响qe或Ve

的因素：滤饼性质（、a）滤浆性质（ν、）推动力（p）过滤介质的性质（孔的结构、、r、厚度）△pu表观速度第三章流体输送机械比阻r:(3-44)P167ε：孔隙率α:比表面积m2/m3S:可压缩指数S=0~1滤饼不可压缩:S=0

υ：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。滤液(V)△p第三章流体输送机械过滤基本方程式:V：滤液量；θ：过滤时间；A：过滤面积；△p：过滤压力差。Ve：虚拟滤液量；过滤速率：滤液(V)△p(3-53)p170虚拟滤液量(Ve)虚拟滤饼层高度p166-170第三章流体输送机械过滤基本方程式:第三章流体输送机械-----过滤基本方程过滤常数滤饼不可压缩时s=0第三章流体输送机械2、恒压过滤方程式p170-171K为常数

积分得：

或若过滤介质阻力可忽略不计—恒压过滤方程式—恒压过滤方程式注意：V/q、θ均为累计量。(3-57)p171(3-57a)p171第三章流体输送机械过滤过程的特点是什么？什么是比阻？其影响因素是什么？影响过滤速率的影响有哪些？第三章流体输送机械写出过滤的基本方程式写出恒压过滤方程式写出过滤常数K的表达式何谓比阻p166-171第三章流体输送机械例3-3.在100KPa的恒压下过滤某悬浮液，温度30℃，过滤面积为40m2，并已知滤渣的比阻为，υ值为0.05。过滤介质的阻力忽略不计，滤渣为不可压缩，试求：(1)要获得10m3滤液需要多少过滤时间？(2)若仅将过滤时间延长一倍，可以再获得多少滤液？(3)若仅将过滤压差增加一倍，同样获得10m3滤液时需要多少过滤时间？温度为30℃时，滤液粘度为0.8007cp.解：（1）求过滤时间过滤介质阻力可以忽略不计，滤渣为不可压缩的恒压过滤方程为：第三章流体输送机械（2）求过滤时间延长一倍时增加的滤液量

故增加的滤液量为:第三章流体输送机械（3）求过滤压差增加一倍，获得10m3滤液所需时间

即过滤时间为原来的一半。

第三章流体输送机械恒压过滤方程式：过滤过滤介质阻力可忽略第三章流体输送机械四、过滤设备及过滤计算过滤设备

三、过滤常数的测定第三章流体输送机械1、板框过滤机滤框、滤板结构：洗板板框压滤机框非洗板洗板滤液流出悬浮液入口1060块不等，过滤面积约为280m2

洗涤液流出洗涤液入口一个操作循环：过滤、洗涤、卸渣、整理重装

属间歇式特点：横穿洗涤：Lw=2LAw=(1/2)A第三章流体输送机械属间歇式置换洗涤：Lw=L，Aw=A2、叶滤机滤叶结构：一个操作循环：过滤、洗涤、卸渣、整理重装

特点：第三章流体输送机械置换洗涤：Lw=L属连续式过滤、洗涤、吹松、刮渣3、回转真空过滤机转筒---筒的侧壁上覆盖有金属网，长、径之比约为1/22，滤布---蒙在筒外壁上。分配头---转动盘、固定盘

构造：一个操作循环：浸没于滤浆中的过滤面积约占全部面积的3040%转速为0.13（转/分）

特点：第三章流体输送机械五、滤饼的洗涤

1、洗涤目的3、洗涤速率4、洗涤时间

洗涤速率与过滤终了时的过滤速率有关，这个关系取决于滤液设备上采用的洗涤方式。2、特点洗涤时推动力、阻力不变，洗涤速率为常数。单位时间内消耗的洗涤液体积，以表示。第三章流体输送机械洗涤速率与过滤速率(终了)间的关系

若推动力相同:滤液与洗涤液粘度相同:板框过滤机（横穿洗涤法）：叶滤机（置换洗涤法）：Lw=L，Aw=ALw=2L，Aw=(1/2)A第三章流体输送机械板框过滤机(横穿洗涤法)：叶滤机置换洗涤法：4、洗涤时间第三章流体输送机械六、过滤机的生产能力

其中过滤时间：1、间歇式过滤机：其中洗涤时间：辅助时间:θD第三章流体输送机械2、连续过滤机：（滤布阻力可以忽略时）A：过滤面积K：过滤常数Ψ：浸没度n：转速第三章流体输送机械例3-4、某板框压