第2章-机械分离

目录第二章机械分离第一节过滤一、概述二、过滤的基本理论三、过滤的计算习题课目录第二节沉降一、重力沉降二、离心沉降三、离心分离习题课目录第三节机械分离原理在食品工业中的应用一、概述二、常用的食品工业机械分离设备三、食品工业机械分离新技术小结

第二章机械分离分离

悬浮液-----固-液混合物乳浊液-----液-液混合物含尘气体----气-固混合物

含雾气体----气-液混合物------筛分、沉降、过滤------将在下册中介绍第一节过滤一、概述深层过滤这种过滤是在过滤介质内部进行的，介质表面无滤饼形成。过滤用的介质为粒状床层或素烧（不上釉的）陶瓷筒或板。此法适用于从液体中除去很小量的固体微粒，例如饮用水的净化。一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液----推动力：重力、压力、离心力

滤饼过滤一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤工业用过滤介质主要有：棉、麻、丝、毛、合成纤维、金属丝等编织成的滤布。过滤介质：多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。一、概述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。

一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤使用时，可预涂，也可以混入待滤的滤浆中一起过滤。助滤剂能形成结构疏松、而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的缺点。助滤剂：----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

炭、石棉。二、过滤基本方程----即为流速，单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积过滤速度u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

A二、过滤基本方程(1)细管长度le与床层高度L成正比(2)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。1、过滤基本方程的推导简化模型：假定：真实速度

u

滤饼体积滤饼的比表面积颗粒的比表面积二、过滤基本方程滤饼内，雷诺数很小，属层流流动，------哈根-泊谡叶方程le、de表达式（见上页）由质量守恒得：滤饼截面积A二、过滤基本方程△p2△p1u思考：影响过滤阻力的因素有哪些？影响过滤速度的因素有哪些？二、过滤基本方程

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c（m3滤饼/m3滤液），则令滤饼滤液1c思考：滤饼中全是固体物吗？压缩指数0<s<1（可压缩滤饼）s=0（不可压缩滤饼）二、过滤基本方程-----过滤基本方程过滤常数，由实验测定△pu思考：影响K的因素有哪些？影响Ve或qe的因素有哪些？二、过滤基本方程影响K的因素：影响qe或Ve

的因素：滤饼性质（s、、a）滤浆性质（c、

）推动力（

p）过滤介质的性质（孔的结构、

、r0、厚度）△pu二、过滤基本方程2、恒压过滤△pu表观速度特点：

K为常数

积分得：

或若过滤介质阻力可忽略不计，则

或，过滤速度愈来愈小。恒压过滤方程三、过滤常数的测定恒压时：log

p~logK作图求出压缩指数s

/q~q图三、过滤计算生产能力：

操作周期：

单位时间内获得的滤液量或滤饼量。1、生产能力

（一）间歇过滤机的计算2、滤饼的洗涤思考：洗涤阻力与哪些因素有关？与滤饼厚度、滤饼性质、洗涤液粘度、介质阻力有关

推动力、阻力不变洗涤速度为常数。思考：洗涤过程与过滤过程的有何异同？若推动力相同，滤液与洗水粘度相同，则：2、滤饼洗涤洗板板框压滤机框非洗板洗板洗涤液流出洗涤液入口洗涤速率为最终过滤速率的δ，其中置换法δ=1，横穿法

δ=1/4洗水量与最终滤液量的J倍3、最佳操作周期最佳操作周期：

生产能力最大时的操作周期令dQ／dV=0可得：若过滤、洗涤的操作压力相同滤液＝洗涤液w

介质阻力忽略不计------最佳操作周期

（二）、连续过滤机的计算置换洗涤：Lw=L，Aw=A属连续式过滤、洗涤、吹松、刮渣转筒---筒的侧壁上覆盖有金属网，长、径之比约为1/2

2，滤布---蒙在筒外壁上。分配头---转动盘、固定盘浸没于滤浆中的过滤面积约占全部面积的30

40%转速为0.1至23（转/分）

一个操作循环：特点：结构：请点击观看动画3、转筒真空过滤机其中：操作周期：

生产能力：

思考：对转筒真空过滤机，上式中V、Ve、A、

怎么取值？按过滤区？还是按整个转筒？均可。按整个转筒取：V，Ve，A，

=

T按过滤区取：

V，

Ve，

A，

=

T

浸没分数（转筒浸入面积占全部转筒面积的分率）3、转筒真空过滤机若介质阻力忽略不计，则

可见：但这类方法受到一定的限制

习题课【例】

某板框过滤机有5个滤框，框的尺寸为635

635

25mm。过滤操作在20℃、恒定压差下进行，过滤常数K=4.24

10-5m2/s，qe=0.0201m3/m2，滤饼体积与滤液体积之比c=0.08m3/m3，滤饼不洗涤，卸渣、重整等辅助时间为10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滤浆，所用滤布与前相同，过滤压差也相同。转筒直径为1m，长度为1m，浸入角度为120

。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？假设滤饼不可压缩。以一个框为基准进行计算。滤液量

过滤面积再根据恒压过滤方程得：K=4.24

10-5m2/sqe=0.0201m3/m2思考：以5个框为基准，如何求解？【解】框全充满所需时间？（框全充满）改用回转真空过滤机后，压差不变，故K不变；滤布不变，故qe不变。K=4.24

10-5m2/s，qe=0.0201m3/m2过滤面积板框：设转筒每分钟转n转，则回转真空过滤机生产能力回转真空过滤机：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？习题课作业：返回目录第二节沉降一、重力沉降（一）沉降速度极短，通常可以忽略该段的颗粒运动速度称为沉降速度，用u0表示。加速段：等速段：浮力Fb

曳力FD

质量力Fc颗粒在流体中沉降时受力自由沉降---单个颗粒在无限流体中的降落过程重力沉降速度：以球形颗粒为例

1、自由沉降Re0=du0

/

1或2层流区

如图2-6中的实线所示。

----斯托克斯定律

作业：（三）、影响沉降速度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。（四）．重力沉降室降尘室则表明，该颗粒能在降尘室中除去。思考1：为什么气体进入降尘室后，流通截面积要扩大？思考2：为什么降尘室要做成扁平的？结构：除尘原理：为了增大停留时间。降尘室思考3：要想使某一粒度的颗粒在降尘室中被100%除去，必须满足什么条件？思考4：能够被100%除去的最小颗粒，必须满足什么条件？思考4：粒径比dmin小的颗粒，被除去的百分数如何计算？降尘室思考2：为什么降尘室要做成扁平的？可见，降尘室最大处理量与底面积、沉降速度有关,而与降尘室高度无关。故降尘室多做成扁平的。

注意!!

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，多数灰尘的分离，可取u<3m/s，较易扬起灰尘的，可取u<1.5m/s。最大处理量------能够除去最小颗粒时的气体流量Vs降尘室降尘室优、缺点结构简单，设备庞大、效率低只适用于分离粗颗粒(直径75

m以上)，或作为预分离设备。

作业：（五）悬浮液的重力沉降属于干扰沉降愈往下沉降速度愈慢-----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；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。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。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。因固-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100m以上，高度却都在几米以内。

特点：请点击观看动画增稠器（沉降槽）请点击观看动画结构：除尘原理：用于分离出液-固混合物与降尘室一样，沉降槽的生产能力是由截面积来保证的，与其高度无关。故沉降槽多为扁平状。

与降尘室相同二、离心沉降旋风分离器：请点击观看动画结构：除尘原理：含尘气体以切线方向进入，速度为12～25m

s-1，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向器壁，碰到器壁后落下，自锥形底落入灰斗（未绘出）。上部为圆筒形，下部为圆锥形。

旋风分离器能够从分离器内100%分离出来的最小颗粒的直径，用dc表示。其满足：几点假设：假设器内气体速度恒定，且等于进口气速ui；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B；假设颗粒沉降服从斯托克斯公式。uiui临界粒径＝旋风分离器结论：旋风分离器越细、越长，dc越小N值与进口气速有关，对常用形式的旋风分离器，风速12

25m

s-1范围内，一般可取N=34.5，风速愈大，N也愈大。思考：从上式可见，气体

，入口B，气旋圈数N

，进口气速ui

，临界粒径越小，why