化工原理課件第三章 機(jī)械分離和固體流態(tài)化

1、四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化1/62第三章第三章 機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化教學(xué)要求教學(xué)要求3-0概述概述3-1顆粒及顆粒顆粒及顆粒 床層的特性床層的特性3-2沉降過程沉降過程3-3過濾過濾復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化2/62教學(xué)要求教學(xué)要求重重 點(diǎn)：點(diǎn)：沉降速率的計算；過濾基本方程及恒壓過濾計算沉降速率的計算；過濾基本方程及恒壓過濾計算。覆蓋內(nèi)容：覆蓋內(nèi)容：顆粒及顆粒群的顆粒及顆粒群的性質(zhì)性質(zhì)（體

2、積、表面積、比表面（體積、表面積、比表面積、空隙率及平均自由截面積）；沉降的基本概念（重積、空隙率及平均自由截面積）；沉降的基本概念（重力沉降、離心沉降、自由沉降和干擾沉降）；力沉降、離心沉降、自由沉降和干擾沉降）；沉降速度沉降速度的計算的計算；旋風(fēng)分離器的；旋風(fēng)分離器的性能參數(shù)性能參數(shù)（臨界直徑、分離效率、（臨界直徑、分離效率、粒級率、分割直徑）；降沉室的結(jié)構(gòu)與設(shè)計，旋風(fēng)分離粒級率、分割直徑）；降沉室的結(jié)構(gòu)與設(shè)計，旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分離原理及設(shè)計方法。過濾操作的基本概器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分離原理及設(shè)計方法。過濾操作的基本概念，念，過濾基本方程及計算過濾基本方程及計算（濾液量、過濾時間、洗滌時（濾液

3、量、過濾時間、洗滌時間和生產(chǎn)能力）；常用過濾設(shè)備（板筐壓濾機(jī)、葉濾機(jī)間和生產(chǎn)能力）；常用過濾設(shè)備（板筐壓濾機(jī)、葉濾機(jī)和回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)）的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；過濾常數(shù)的測定方法和回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)）的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；過濾常數(shù)的測定方法。四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化3/62非均相物系非均相物系均相物系均相物系懸浮液 （固-液混合物） 、 乳濁液 （液-液混合物） 、 含塵氣體、含霧氣體 （固-液、 固-氣混合物） 離心過濾真空過空加壓壓過重力過力過濾分離離心沉降重力沉力沉降分離混合物分類混合物分類機(jī)械分離的兩機(jī)械分離的兩種操作方式

4、種操作方式 3.0 概述一種物質(zhì)以分子、離子狀態(tài)均勻分散在另一種物質(zhì)中。有明顯相界面；不同相間有有明顯相界面；不同相間有明顯的物理化學(xué)性質(zhì)差異。明顯的物理化學(xué)性質(zhì)差異。通過施加適當(dāng)通過施加適當(dāng)外力使兩相間外力使兩相間發(fā)生相對運(yùn)動，發(fā)生相對運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)非均相混實(shí)現(xiàn)非均相混合物的分離。合物的分離。四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化4/621 回收有價值的分散物質(zhì)2 凈化分散介質(zhì)以滿足生產(chǎn)工藝要求3 環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn)工業(yè)上分離非均相混合物的目的：四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原

5、理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化5/623.1 顆粒及顆粒床層和特性顆粒及顆粒床層和特性3.1.1 顆粒的特性顆粒的特性一一 、單一顆粒的大小和形狀、單一顆粒的大小和形狀 1、球形顆粒、球形顆粒d:直徑36:dV體積2:ds表面積da6:比表面積四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化6/622、非球形顆粒、非球形顆粒PeaPes3Pea6dSd6Vd比表面積當(dāng)量直徑：表面積當(dāng)量直徑：體積當(dāng)量直徑：S-與實(shí)際顆粒體積相等的圓球的表面積；與實(shí)際顆粒體積相等的圓球的表面積；SP-顆粒的實(shí)際表面積顆粒的實(shí)際表面積以

6、某種特性相當(dāng)?shù)那蛐晤w粒特性相當(dāng)?shù)那蛐晤w粒代表，相應(yīng)的球的直徑稱當(dāng)量直徑。當(dāng)量直徑當(dāng)量直徑22226)(616esevpevevevesppeapddSSddddVSda四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化7/62二、顆粒群的特性二、顆粒群的特性對球形顆粒，以一個參數(shù)即顆粒直徑dp便可唯一地確定其體積、表面積和比表面積；對非球形顆粒，則必須定義兩個參數(shù)才能確定其體積、表面積和比表面積。通常定義體積當(dāng)量直徑dev(以下為方便起見簡寫為de )和形狀系數(shù)。體積相同時，球形顆粒的表面積最小，體積相同時，球形顆粒的表面積最小

7、，形狀系數(shù)總是?。ǖ龋┯?。1.粒度分布的測量與定量表示篩號或稱目數(shù)篩分分析結(jié)果圖示法分布函數(shù)頻率函數(shù)篩過量篩余量粒度分布的篩分分析四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化8/62分布函數(shù)曲線分布函數(shù)曲線令某號篩子 (其篩孔尺寸為dpi ) 的篩過量(即該篩號以下的顆粒質(zhì)量的總和) 占試樣總量的分率為Fi ，不同篩號的 Fi 與其篩孔尺寸d pi 可標(biāo)繪成圖所示的曲線，此曲線稱為分布函數(shù)。 分布函數(shù)曲線有兩個重要特性： 1.對應(yīng)于某一尺寸 d pi 的 Fi 值表示直徑小于 d pi 的顆粒占全部試樣的質(zhì)量分率。例如，

8、當(dāng)某批顆粒中50%的顆粒直徑小于 1.7m，則簡單表示為 d50 =1.7m。 2.在該批顆粒的最大直徑 d pmax處, 其分布函數(shù)為 1。四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化9/62頻率函數(shù)曲線頻率函數(shù)曲線設(shè)某號篩面上的顆粒占全部試樣的質(zhì)量百分率為 xi ，這些顆粒的直徑介于相鄰兩號篩孔直徑di 與di -1之間?，F(xiàn)以粒徑dp 為橫坐標(biāo)，將該粒徑范圍內(nèi)顆粒的質(zhì)量分率Xi 用一矩形的面積表示(如圖所示)，矩形的高度等于：iiiiddxf1平均分布密度di -1-di , dpi 四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材

9、化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化10/62如果相鄰兩號篩孔直徑無限接近，則矩形數(shù)目無限增多，而每個矩形的面積無限縮小并趨近一條直線。將這些直線的頂點(diǎn)連接起來，可得到一條光滑的曲線，稱為頻率函數(shù)曲線。曲線上任一點(diǎn)的縱坐標(biāo) fi稱為粒徑為dpi 的顆粒的頻率函數(shù)。頻率函數(shù)曲線有兩個重要特性：1.在一定粒度范圍內(nèi)的顆粒占全部顆粒的質(zhì)量分率等于該粒度范圍內(nèi)頻率函數(shù)曲線下的面積；原則上講，粒度為某一定值的顆粒的質(zhì)量分率為零。 2.頻率函數(shù)曲線下的全部面積等于 1。分布函數(shù)與頻率函數(shù)的關(guān)系pipipdpiddpiddfFdddFf0)()(四川理工學(xué)院四川

10、理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化11/622.平均直徑平均直徑:,:)(得按表面積相等等所有顆粒的形狀系數(shù)相設(shè)：徑最常用平均比表面積直顆粒的平均粒徑adiiadx1d 11或或iiiiadxGGdd式中：式中：da-平均比表面積直徑，平均比表面積直徑，m； di-篩分直徑，篩分直徑，m； xi-di粒徑段內(nèi)顆粒的質(zhì)量分率粒徑段內(nèi)顆粒的質(zhì)量分率三、粒子的密度三、粒子的密度b3s: )( )(kg/m:表觀密度堆積密度真密度四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固

11、體流態(tài)化12/623.1.2 顆粒床層的特性床床層層體體積積顆顆粒粒體體積積床床層層體體積積 -一一 床層空隙率床層空隙率二二 床層的比表面積床層的比表面積-單位體積床層具有的顆粒表面積單位體積床層具有的顆粒表面積當(dāng)忽略顆粒之間接觸面積的影響時，有：當(dāng)忽略顆粒之間接觸面積的影響時，有：aab)1 (三三 床層的各向同性床層的各向同性 床層橫截面上可供流體通過的自由截面床層橫截面上可供流體通過的自由截面(即空隙截面即空隙截面)與床層截面之比與床層截面之比在數(shù)值上等于空隙率，即床層中自由截面的大小與床層的在數(shù)值上等于空隙率，即床層中自由截面的大小與床層的軸向高度軸向高度無關(guān)。無關(guān)。自由截面沿半徑的

12、不均勻自由截面沿半徑的不均勻壁效應(yīng)壁效應(yīng)床層直徑顆粒直徑四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化13/623.2 沉降過程沉降操作：在某中力的作用下，利用分散相與連續(xù)相間的密度差異，使之發(fā)生相對運(yùn)動而實(shí)現(xiàn)分離的操作過程。分為：重力沉降、離心沉降。3.2.1 3.2.1 重力沉降重力沉降自由沉降：單個顆粒或顆粒之間的距離很大使顆粒間互不影響。浮力浮力 Fb 曳力曳力 FD質(zhì)量力質(zhì)量力 Fc 顆粒在流體中沉降時受力cssadgd3366或或gd36AutD22沉降的兩個階段沉降的兩個階段：加速段、等速段加速段、等速段 對單

13、個球形顆粒受力分析：maFFFDbc合外力四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化14/62浮力浮力 Fb 曳力曳力 FD質(zhì)量力質(zhì)量力 Fc 顆粒在流體中沉降時受力cssadgd3366或或gd36AutD22一一重重力力沉沉降降速速度度 042)(6223ptDsdugd加速段極短，通?？梢院雎?等速段的顆粒運(yùn)動速度稱為沉降速度(終端速度)，用 ut表示。 0816223 tDppppudgd Dpptgdu 34 四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分

14、離和固體流態(tài)化15/62 182gduppt Re24 D 110:4etRStokes區(qū)3101:etRAllen區(qū)6 . 05 .18etDR6 . 0)(27. 0etpptRgdu5310210:etRNuwton區(qū)44. 0Dgduppt)(74. 1四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化16/621顆粒的體積濃度顆粒的體積濃度 2非非球球形形顆顆粒粒的的沉沉降降 球球形形度度越越小小，沉沉降降速速度度越越小小 顆顆粒粒的的位位向向?qū)Τ脸两到邓偎俣榷纫惨灿杏杏坝绊戫?3壁壁面面效效應(yīng)應(yīng) 二、影響沉降的因素

15、二、影響沉降的因素由于干擾作用，大顆粒的實(shí)際沉降速度小于自由沉降速度；小顆粒的沉降速度增大。由于壁面效應(yīng)，實(shí)際沉降速度小于自由沉降速度。Dduutt1 . 21在Stokes區(qū)，器壁的影響：四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化17/62三、沉降速度的計算三、沉降速度的計算1 試差法試差法2 摩擦數(shù)群法摩擦數(shù)群法四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化18/62323234)(:KRgdKetp令Stokes區(qū)：區(qū)：K69.13213)(4t

16、petugR由已知數(shù)據(jù)計算etetetRRR曲線查出由1tetpuRd 選擇相應(yīng)公式計算選擇相應(yīng)公式計算ut四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化19/62三重力沉降設(shè)備三重力沉降設(shè)備1降塵室降塵室氣氣體體 氣氣體體進(jìn)進(jìn)口口 出出口口 集集灰灰斗斗 降降塵塵室室 L B 氣體氣體 u H ut 顆粒在降塵室中的運(yùn)動顆粒在降塵室中的運(yùn)動 t 若若則表明，該顆粒能在降塵室中除去。 停停留留時時間間uL t 沉沉降降時時間間tu高高度度四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固

17、體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化20/62L u B氣體氣體 ut H 顆粒在降塵室中的運(yùn)動顆粒在降塵室中的運(yùn)動思考思考 1：為什么降塵室要做成扁平的？為什么降塵室要做成扁平的？ ttsuABLuBHuV底底生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力 182gduppt tuHuL 能夠滿足 100%除去某粒度顆粒時的氣體 處理量-生產(chǎn)能力 可見：降塵室生產(chǎn)能力與底面積、沉降 速度有關(guān)，而與降塵室高度無關(guān) 多多層層降降塵塵室室注意：降塵室內(nèi)氣體流速不應(yīng)過高，以免將已沉降下來的顆粒重新?lián)P起。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，多數(shù)灰塵的分離，可取 u3m/s，較易揚(yáng)起灰塵的，可取 u1.5m/s。 四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研

18、室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化21/62思思考考 2 2：要要想想使使某某一一粒粒度度的的顆顆粒粒在在降降塵塵室室中中被被 1 10 00 0% %除除去去，必必須須滿滿足足什什么么條條件件？ ttuH 思思考考 3 3：能能夠夠被被 1 10 00 0% %除除去去的的最最小小顆顆粒粒，必必須須滿滿足足什什么么條條件件？ t tuHuL 即即 LgHudpp 18min思思考考 4 4：粒粒徑徑比比 d dp pm mi in n小小的的顆顆粒粒，被被除除去去的的百百分分?jǐn)?shù)數(shù)為為多多少少？ L u B 氣體氣體 ut H 顆粒在降塵室中的運(yùn)動顆粒在降塵室中的

19、運(yùn)動 182gduppt 四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化22/62結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)簡單， 但設(shè)備龐大、效率低，但設(shè)備龐大、效率低， 只適用于分離粗顆粒只適用于分離粗顆粒-直徑直徑 75 m 以上的顆粒，以上的顆粒， 或作為預(yù)分離設(shè)備。或作為預(yù)分離設(shè)備。 2 降塵室的特點(diǎn)降塵室的特點(diǎn)四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化23/623 沉降槽沉降槽 用來提高懸浮液濃度并同時得到澄清液體。(1) 構(gòu)造構(gòu)造四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化

20、系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化24/62一一、離離心心沉沉降降速速度度 離心加速度 aT=2r=uT2/r 不是常量 A B ur r1 O C r2 r uT u 顆粒在旋轉(zhuǎn)流場中的運(yùn)動 TmaTF離離心心力力pTbamF浮浮力力AuFrDD22曳力曳力沉降過程沒有勻速段，但在小顆粒沉降時，加速度很小，可近似作為勻速沉降處理 Dcppradu 34 對照重力場 Dpptgdu 34 3.2.2 3.2.2 離心沉降離心沉降與重力沉降的比較：沉降速度的大與重力沉降的比較：沉降速度的大小、方向小、方向四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工

21、程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化25/62 A B ur r1 O C r2 r u u 顆粒在旋轉(zhuǎn)流場中的運(yùn)動RudRdaduTppppTppRgaT2- 離 心 分離因數(shù) 52500 gauuTtrRe24 D Rep=dput/ 1 或 2 層流區(qū) 二、離心分離因子二、離心分離因子四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化26/62三、三、 構(gòu)造及操作原理構(gòu)造及操作原理旋風(fēng)分離器是得用慣性離心力有作用從氣流中分離出塵粒的設(shè)備，其外旋流的上部是主要的除塵

22、區(qū)。 B 凈化氣體凈化氣體 含塵含塵 氣體氣體 A D 塵粒塵粒 標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器四、四、 旋風(fēng)分離器的性能旋風(fēng)分離器的性能停留時間停留時間 = 沉降時間沉降時間 r 1 1 臨界直徑：能臨界直徑：能100%100%分離出來的最小顆粒的直徑，分離出來的最小顆粒的直徑，用用d dc c表示。其滿足：表示。其滿足：幾點(diǎn)假設(shè)：幾點(diǎn)假設(shè)：a假設(shè)氣體速度恒定，且等于進(jìn)口氣速假設(shè)氣體速度恒定，且等于進(jìn)口氣速ui；b假設(shè)顆粒沉降過程中所穿過的氣流的最大假設(shè)顆粒沉降過程中所穿過的氣流的最大厚度等于進(jìn)氣口寬度厚度等于進(jìn)氣口寬度B；c假設(shè)顆粒沉降服從斯托克斯公式。假設(shè)顆粒沉降服從斯托克斯公式。iemuNR2停留時

23、間停留時間四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化27/62沉降時間沉降時間:rtuB miscmscrRudRudu1818)(2222而而22182iscmimudBRuNRsicNuBd9減小旋風(fēng)分離器直徑降低旋風(fēng)分離器的操作溫度提高操作流速增大顆粒密度改變旋風(fēng)分離器類型，增大有效圈數(shù)dc減小，分離效果更好，但有些因素有雙重影響四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化28/622旋風(fēng)分離器的分離效率旋風(fēng)分離器的分離效率分離效率是衡量氣流在

24、旋風(fēng)分離器內(nèi)凈化程度的指標(biāo)。總效率：被旋風(fēng)分離器除掉的總的顆粒質(zhì)量占進(jìn)口含塵氣體中全部顆粒質(zhì)量的分率1201ccc121iiiiccc0iixc1、c2 分別為進(jìn)、出口氣體中顆粒的質(zhì)量濃度(g/cm3)。 ci1、 ci2 分別為進(jìn)、出口氣體中平均粒徑為 di 的顆粒的質(zhì)量濃度。分效率（粒級效率）：入口氣體中某一粒級di的顆粒被旋風(fēng)分離器除掉的分率xi 為進(jìn)口氣體中粒徑為 di 的顆粒的質(zhì)量分率。 通常工業(yè)上用總效率表示旋風(fēng)分離器的效率。四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化29/62總效率與設(shè)備的操作性能及顆粒的粒

25、度分布有關(guān)。同一臺設(shè)備、同樣的操作條件和同樣的顆粒進(jìn)口濃度，分離粗顆粒時的總效率遠(yuǎn)高于分離細(xì)塵粒。故粒級效率才能準(zhǔn)確表達(dá)旋風(fēng)分離器的工作性能。 工程上更多地采用分割直徑分割直徑 d50（粒級效率為 50% 的顆粒的直徑）來評價旋風(fēng)分離器的性能。 d50 的物理意義的物理意義：假定這樣的顆粒在旋風(fēng)分離器中會位于一個假想的旋轉(zhuǎn)柱面上，所受的離心力與流體對其徑向運(yùn)動的阻力平衡，因此沉降于邊壁和被氣流帶出的機(jī)率各半。該參數(shù)可以更多地反映旋風(fēng)分離過程特征，所以粒級效率采用 d50 為基本量進(jìn)行表達(dá)，即 501iifd d對標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器piuDd27. 050四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)

26、工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化30/60.4 1.023456 7 8 9f1f50cdddd或?qū)嶒?yàn)測定的粒級效率曲線 i(d/d50)曲線只與旋風(fēng)分離器的類型有關(guān)，與器大小無關(guān)。id/dc四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化31/623旋風(fēng)分離器的阻力損失旋風(fēng)分離器的阻力損失旋風(fēng)分離器的特點(diǎn)：流量大、壓頭低。(1) 氣體的膨脹或壓縮引起的不可逆機(jī)械能損失；(2) 消耗于氣流旋轉(zhuǎn)

27、的加速度損失；(3) 摩擦阻力損失以及各個部位的局部阻力損失等。有理論或半理論式，但工程上主要采用經(jīng)驗(yàn)公式：212ipu 阻力系數(shù) 主要由旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)決定。同一結(jié)構(gòu)型式、不論其尺寸大小，阻力系數(shù) 接近定值。常用型號的旋風(fēng)分離器 值在 5.08.0 之間；入口氣速，分離效率，但阻力，不經(jīng)濟(jì)。壓降一般控制在 0.52kPa 左右(入口氣速 1525m/s)，采取縮小直徑、多臺并聯(lián)的方式滿足分離效率與大氣量的要求。 四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化32/62五、旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)和形式五、旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)和形式 為

28、提高旋風(fēng)分離器的分離效率和降低壓強(qiáng)降，在旋風(fēng)分離器的設(shè)計時主要考慮以下兩方面： 1) 采用細(xì)而長的器身延延長長氣氣體體的的停停留留時時間間長長提提高高離離心心力力細(xì)細(xì) 2) 減小渦流的影響 采用帶有旁路分離室或采用異形進(jìn)氣管的旋風(fēng)分離器可以改善上渦流的影響 四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化33/623.33.3過濾過濾與沉降分離相比，過濾操作可使懸浮液的分離更迅速和徹底3.3.1 過濾操作的基本概念 濾漿 濾餅過濾介質(zhì) 濾液 濾餅過濾操作示意圖四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室

29、化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化34/62 深床過濾 一一 、過濾方式、過濾方式1 1 過濾操作的推動力：重力、壓力差、慣性離心力過濾操作的推動力：重力、壓力差、慣性離心力a) 餅層過濾：架橋現(xiàn)象架橋現(xiàn)象濾餅濾餅過濾過濾b) 深床過濾特點(diǎn)：不形成濾餅，顆粒沉積于較厚的粒狀過濾介質(zhì)床層內(nèi)部2過濾的兩種方式過濾的兩種方式四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化35/62 特性：特性：多孔性介質(zhì) 要求：耐腐蝕、耐熱、足夠的機(jī)械強(qiáng)度。工業(yè)用過濾介質(zhì)主要有：1 1 織物介質(zhì)：織物介質(zhì)：能截流顆粒的最小直徑為565

30、m（多用于餅層過濾）.2 2 堆積介質(zhì)：堆積介質(zhì)：多種固體顆?；蚍蔷幙椑w維(多用于深床過濾中)3 3 多孔性固體介質(zhì)：多孔性固體介質(zhì)：如素瓷板或管、燒結(jié)金屬等;能攔截直徑為13m的小顆粒。二、過濾介質(zhì)：過濾介質(zhì)：四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化36/62三三 、濾餅的壓縮性和助濾劑、濾餅的壓縮性和助濾劑 1 1 可壓縮濾餅：可壓縮濾餅： 2 2 不可壓縮濾餅：不可壓縮濾餅：3 3 助濾劑：助濾劑：要求：要求：剛性顆粒；化學(xué)穩(wěn)定性；不可壓縮性常用：常用：不可壓縮的粉狀或纖維狀固體如硅藻土、纖維粉末、活性炭、石棉。

31、使用：可預(yù)涂，也可以混入待濾的濾漿中一起過濾。四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化37/623.3.2 過濾基本方程式過濾基本方程式一、濾液通過餅層的流動一、濾液通過餅層的流動床層的簡化物理模型床層的簡化物理模型 u u L l de 濾液在濾餅層中流動的簡化模型 顆粒床層中不規(guī)則的通道長度 le 平行細(xì)管原則：流通截面積=床層自由截面積 細(xì)管表面積=床層表面積四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化38/62管組濕潤周邊管組流通截面積4e

32、bd床層顆粒的全部表面積床層空隙體積4ebd441ebbdaa212ebebuLpd將流體通過顆粒床層的流動簡化為在長為 Le、當(dāng)量直徑 deb 的管內(nèi)流動，床層的壓降 p 表達(dá)為 u1 流體在虛擬細(xì)管內(nèi)的流速，等價于流體在床層顆?？障堕g的實(shí)際 (平均) 流速。1uuu1 與空床流速(又稱表觀流速) u、空隙率 的關(guān)系工程上，對單位床層高度上的壓降 ： 固定床流動摩擦系數(shù)2221331(1)128eebebpaauLLuuLLLdbfRe 四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化39/62康采尼（Kozeny）式：Re

33、b 214(1)ebbud uRea bKRe 223(1)bpaKuL床層雷諾數(shù)K 康采尼常數(shù)，= 5.0 康采尼（Kozeny）方程歐根（Ergun）關(guān)聯(lián)式：Reb=（0.17420）4.170.29bRe 0.11.0101000.010.11.010100100010000bRe與管內(nèi)與管內(nèi) Re 關(guān)系不同的是，關(guān)系不同的是， Reb 的變化是一條連續(xù)光的變化是一條連續(xù)光滑曲線，說明流體在顆粒床層滑曲線，說明流體在顆粒床層中由滯流到湍流是漸變過程，中由滯流到湍流是漸變過程，這反映了顆粒床層對流體速度這反映了顆粒床層對流體速度分布的均化作用。分布的均化作用。四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化

34、系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化40/62可用 A 與 deV 的乘積 (A deV) 代替 dea。 23322)1 (29. 0)1 (17. 4uauaLpb22332111501.75beaeapuuLdd 歐根 (Ergun) 方程當(dāng) Reb 2.8 (Rep 280 (Rep 1000) 時，歐根方程右側(cè)第一項可忽略。即流動為湍流時，壓降與流速的平方成正比而與粘度無關(guān)。 四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化41/62對過濾，床層Reb2，采用Koze

35、ny方程進(jìn)行描述，K值可取為5，于是：AddVLpauc22315過濾速度二、過濾速率二、過濾速率單位時間內(nèi)獲得的濾液體積LpAaddVc22315三、濾餅的阻力三、濾餅的阻力(濾餅的比阻)，則濾餅的阻力：rLR 四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化42/62LrpucddqAddV過濾阻力過濾阻力過濾推動力過濾推動力 四、過濾介質(zhì)的阻力四、過濾介質(zhì)的阻力 過濾介質(zhì)的阻力一般較小，但有時不可忽略，特別是在過濾初始濾餅層較薄的期間，通常將過濾介質(zhì)的阻力視為常數(shù)，于是：過濾介質(zhì)上、下游兩側(cè)的壓強(qiáng)差，pa過濾介質(zhì)的阻力，

36、1/mRpRpAddVcmm介質(zhì)阻力）介質(zhì)阻力）（濾餅阻力（濾餅阻力過濾總推動力過濾總推動力 eLLrpmmRpAddV四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化43/62vVVrpAeAddV五、過濾基本方程式五、過濾基本方程式AvVL/AvVLee/代入過濾速度表達(dá)式中代入過濾速度表達(dá)式中：壓縮指數(shù)壓縮指數(shù)s=s=0.20.2 0.80.8（可壓縮濾餅）（可壓縮濾餅）s=0s=0（不可壓縮濾餅）（不可壓縮濾餅）比阻sprr,令令A(yù)ddVvVVrApes,1故故spKvrk112k ,，令令 設(shè)每獲得單位體積濾液時，被

37、截留在過濾介質(zhì)上的濾餅體積為（m3濾餅/m3濾液），則任一瞬間的濾餅厚度L與當(dāng)時的濾液體積V的關(guān)系為：四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化44/62 3.3.3 3.3.3 恒壓過濾恒壓過濾 過濾操作是在恒定壓強(qiáng)差下進(jìn)行的。隨著操作的進(jìn)行，濾餅不斷變厚，致使過濾阻力逐漸增加，但推動力不變，因而過濾速率逐漸變小。 對一定的懸浮液，K可視為常數(shù)。則恒壓過濾時的過濾方程為：eqqKddq2eVVKAddV22-過濾基本方程過濾常數(shù)則有：則有：四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械

38、分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化45/62222KAVVVe若過濾介質(zhì)阻力可忽略不計，則 22KAV 3.3.4 3.3.4 恒速過濾和先恒速后恒壓過濾恒速過濾和先恒速后恒壓過濾特點(diǎn)：特點(diǎn)：過濾速率為常數(shù)，K不為常數(shù)常數(shù)常數(shù)ReUqAVVVKAAddV2一、恒速過濾一、恒速過濾四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化46/62 隨著恒壓過濾的進(jìn)行，過濾阻力不斷增大，為維持過濾速率恒定，操作壓強(qiáng)差隨時間的變化呈如下規(guī)律：eRRrvqUrvUp.2eR2ReRqrvUb ,rvUabap qUvr式中：均為常數(shù)，于是有

39、：、在一定條件下， 上式表明，對不可壓縮濾餅進(jìn)行恒速過濾時，其壓強(qiáng)差隨著過濾時間成直線增高。實(shí)際上很少采用把恒速過濾進(jìn)行到底的操作方法，而是采用先恒速后恒壓的復(fù)合過濾操作方法。四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化47/62二、先恒速后恒壓過濾二、先恒速后恒壓過濾恒速過濾的時間為R，得濾液VR，恒速結(jié)束的壓差為PR。RV (dV/d ) P esVVPkAddV12RRdPkAdVVVsVVe12)()()(2)(222RReRKAVVVVVsPkK12令：四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工

40、程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化48/62eqKqKq21222KAVVVe 1500 1000 q 500 0 0 0.025 0.05 0.075 q /qq 圖 斜率 1/K截距2qe/K3.3.5 3.3.5 過濾常數(shù)的測定過濾常數(shù)的測定一、恒壓下K、qe、e的測定四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化49/62CpsK log)1(logvrpKs,12求 出 壓 縮指數(shù) s 由截距eqK2可求出qe的值。 e由下式求得：eeKq2二、壓縮性指數(shù)二、壓縮性指數(shù)s s的測定的測定3.3

41、.6 3.3.6 濾餅的洗滌濾餅的洗滌特點(diǎn)：特點(diǎn)：洗滌推動力、阻力不變，洗滌速度為常數(shù) 洗滌阻力洗滌推動力wAddV與與濾濾餅餅厚厚度度、濾濾餅餅性性質(zhì)質(zhì)、洗洗滌滌液液粘粘度度、介介質(zhì)質(zhì)阻阻力力有有關(guān)關(guān) 四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化50/621洗滌速度與過濾終了速度間的關(guān)系 若推動力相同，則： wwwwwwewLALALrpALrpAAddVAddV,wwwddVV2洗滌時間w 葉濾機(jī)采用置換洗滌法，洗水與濾液的路徑相同,其洗滌速率與過濾終了時的過濾速率相等；板框過濾機(jī)采用的是貫穿洗滌法，洗水橫穿兩層濾布及

42、整個厚度的濾餅，流經(jīng)長度約為過濾終了時濾液流動路徑的兩倍，而供洗水流通的面積又僅為過濾面積的一半，故板框過濾機(jī)上洗滌速率約為過濾終了速率時的四分之一。四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化51/623.3.7 3.3.7 過濾設(shè)備過濾設(shè)備過濾設(shè)備 以壓力差為推動力：如葉濾機(jī)、板框壓濾機(jī)、回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)等；以離心力為推動力：如各種離心機(jī)一、一、板框過濾機(jī)板框過濾機(jī) 板板 框框 懸浮液懸浮液 入口入口 濾液流出濾液流出 板框壓濾機(jī)操作簡圖板框壓濾機(jī)操作簡圖1060 塊不等， 過濾面積約為 280m2 1.結(jié)構(gòu):濾框、濾板

43、（洗滌板、過濾板）四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化52/62濾液料漿清洗水洗滌液開啟關(guān)閉閥門漿料清洗水板框過濾機(jī)的濾板，濾框和過濾過程板框過濾機(jī)的濾板，濾框和洗滌過程四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化53/62輔輔助助時時間間洗洗滌滌時時間間過過濾濾時時間間操操作作周周期期Dw2 2 操作特點(diǎn)操作特點(diǎn)4 4生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力DwVVQ單位時間獲得的濾液量222KAVVVe其中其中：3洗滌速率洗滌速率操作條件與過濾終了相同，則：)(8

44、412eEwVVKAddVddV四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化54/62 濾 漿 濾 液 濾 葉 的 構(gòu) 造置換洗滌：Lw=L 屬間歇式 二、葉濾機(jī)二、葉濾機(jī)濾液淤泥濾漿123葉濾機(jī)示意圖四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化55/62三、三、轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)5671234IIIIIIa.轉(zhuǎn)動盤b.固定盤回轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)及分配頭結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)及分配頭結(jié)構(gòu)1轉(zhuǎn)筒；2濾餅；3割刀；4分配頭 5吸走濾液的真空凹槽；6吸走

45、洗水的真空凹槽；7通入壓縮空氣的凹槽I過濾區(qū)；II洗滌脫水區(qū)；III卸渣區(qū)1.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化56/62 轉(zhuǎn)筒-筒的側(cè)壁上覆蓋有金屬網(wǎng)，長、徑之比約為 1/22； 濾布-蒙在筒外壁上；分配頭-轉(zhuǎn)動盤、固定盤 浸沒于濾漿中的過濾面積約占全部面積的 3040% 轉(zhuǎn)速為 0.1 至 23（轉(zhuǎn)/分） 屬連續(xù)操作，一個操作循環(huán)由過濾、洗滌、吹松、刮渣等構(gòu)成。 置換洗滌：Lw=L 2 2 操作特點(diǎn)操作特點(diǎn) 回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)上的轉(zhuǎn)筒過濾區(qū)過濾區(qū)洗滌區(qū)洗滌區(qū)吹干區(qū)吹干區(qū)卸渣區(qū)卸渣區(qū)四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院

46、 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化57/623 3 生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力QQ：Tn 1操操作作周周期期nVTVQ 222KAVVVe其中：設(shè)轉(zhuǎn)筒浸入面積占全部轉(zhuǎn)筒面積的分率為浸沒分?jǐn)?shù)，則Tn nKAV 22 忽略介質(zhì)阻力時：nKAnKnAQ Qn, 四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院 材化系材化系 化學(xué)工程教研室化學(xué)工程教研室化工原理機(jī)械分離和固體流態(tài)化機(jī)械分離和固體流態(tài)化58/62例例.在在3105Pa的壓強(qiáng)差下對鈦白粉在水中的懸浮液進(jìn)行過的壓強(qiáng)差下對鈦白粉在水中的懸浮液進(jìn)行過濾實(shí)驗(yàn)，測得過濾常數(shù)濾實(shí)驗(yàn)，測得過濾常數(shù)K=5 10 5m2/S、qe=0.01m3/m2，又，又測得濾餅體積和濾液體積之比為測得濾餅體積和濾液體積之比為v=0.08?，F(xiàn)擬用有。現(xiàn)擬用有38個框的個框的BMY50/810-25型的板框壓濾機(jī)處理該料漿，過濾的推動力型的板框壓濾機(jī)處理該料漿，過濾的推動力及濾布與實(shí)驗(yàn)相同。求：及濾布與實(shí)驗(yàn)相同。求：1）過濾至框內(nèi)全部充滿濾餅所需）過濾至框內(nèi)全部充滿濾餅所需要的時間；要的時間；2）過濾完畢，用）過濾完畢，用0.1倍濾液量的清水進(jìn)行洗滌。倍濾液量的清水進(jìn)行洗滌。洗