第三,四章機(jī)械分離與固體流態(tài)化

目錄第三章機(jī)械分離與固體流態(tài)化第一節(jié) 篩分一、顆粒的特性二、顆粒群的特性三、篩分第二節(jié)沉降分離一、沉降原理二、沉降設(shè)備1目錄第三節(jié)過(guò)濾一、概述二、過(guò)濾基本方程三、過(guò)濾常數(shù)的測(cè)定四、濾餅洗滌五、過(guò)濾設(shè)備及過(guò)濾計(jì)算習(xí)題課2目錄第四節(jié)離心分離第五節(jié)固體流態(tài)化一、什么是流態(tài)化二、流化床的兩種形態(tài)三、流化床的主要特性小結(jié)第三版第18次印刷的教材更正3第三章機(jī)械分離與固體流態(tài)化分離

懸浮液-----固-液混合物乳濁液-----液-液混合物含塵氣體----氣-固混合物

含霧氣體----氣-液混合物------篩分、沉降、過(guò)濾------將在下冊(cè)中介紹4第一節(jié) 篩分一、顆粒的特性----分離固體顆粒群大?。剑┬螤畋砻娣e球形顆粒

非球形顆粒

直徑dp

當(dāng)量直徑，如體積當(dāng)量直徑

deV球形度

5第一節(jié) 篩分二、顆粒群的特性粒度分布-----頻率分布曲線（見(jiàn)下圖）、累計(jì)分布曲線(如圖3-1所示)。頻率分布曲線6二、顆粒群的特性平均直徑表面積平均直徑

----每個(gè)顆粒平均表面積等于全部顆粒的表面積之

和除以顆粒的總數(shù)長(zhǎng)度平均直徑體積平均直徑

----每個(gè)顆粒平均體積等于全部顆粒的體積之

和除以顆粒的總數(shù)體積表面積平均直徑

----每個(gè)顆粒的平均比表面積等于全部顆粒的

比表面積平均值7三、篩分泰勒（Tyler）標(biāo)準(zhǔn)篩------其篩孔大小以每英寸長(zhǎng)度篩網(wǎng)上的孔數(shù)表示，稱為“目”。例如100目的篩即指每英寸篩網(wǎng)上有100個(gè)篩孔。目數(shù)越大，篩孔越小。篩網(wǎng)用金屬絲制成，孔類(lèi)似正方形。將幾個(gè)篩子按篩孔從大到小的次序從上到下疊置起來(lái)，最底下置一無(wú)孔的盤(pán)-----底盤(pán)。樣品加于頂端的篩上，搖動(dòng)或振動(dòng)一定的時(shí)間。通過(guò)篩孔的物料稱為篩過(guò)物，未能通過(guò)的稱為篩留物。篩留物的直徑等于相鄰兩號(hào)篩孔寬度的算術(shù)平均值，將篩留物取出稱重，可得樣品質(zhì)量分率分布曲線。標(biāo)準(zhǔn)篩篩分返回目錄8第二節(jié)沉降分離一、沉降原理1、自由沉降極短，通常可以忽略該段的顆粒運(yùn)動(dòng)速度稱為沉降速度，用u0表示。加速段：等速段：浮力Fb曳力FD

質(zhì)量力Fc顆粒在流體中沉降時(shí)受力---單個(gè)顆粒在無(wú)限流體

中的降落過(guò)程重力沉降速度：以球形顆粒為例

91、自由沉降Re0=du0/

1或2層流區(qū)如圖3-2中的實(shí)線所示。

----斯托克斯定律

作業(yè)：101、自由沉降離心沉降速度對(duì)照重力場(chǎng)離心加速度ar=2r=ut2/r不是常量沉降過(guò)程沒(méi)有勻速段，但在小顆粒沉降時(shí)，加速度很小，可近似作為勻速沉降處理顆粒受力：類(lèi)似重力沉降速度推導(dǎo)，得：111、自由沉降Rer=dur/

1或2層流區(qū)對(duì)照重力場(chǎng)數(shù)值約為幾千～幾萬(wàn)-----離心分離因數(shù)122、實(shí)際沉降由于干擾作用，實(shí)際沉降速度小于自由沉降速度。由于壁面效應(yīng)，實(shí)際沉降速度小于自由沉降速度。干擾沉降

非球形顆粒的沉降壁面效應(yīng)球形度越小，沉降速度越小；顆粒的位向?qū)Τ两邓俣纫灿杏绊憽?3二、沉降設(shè)備---用于除去>75m以上顆粒---用于除去>5～10m顆粒141．重力沉降設(shè)備降塵室則表明，該顆粒能在降塵室中除去。思考1：為什么氣體進(jìn)入降塵室后，流通截面積要擴(kuò)大？思考2：為什么降塵室要做成扁平的？結(jié)構(gòu)：除塵原理：為了增大停留時(shí)間。15降塵室思考3：要想使某一粒度的顆粒在降塵室中被100%除去，必須滿足什么條件？思考4：能夠被100%除去的最小顆粒，必須滿足什么條件？思考4：粒徑比dmin小的顆粒，被除去的百分?jǐn)?shù)如何計(jì)算？16降塵室思考2：為什么降塵室要做成扁平的？可見(jiàn)，降塵室最大處理量與底面積、沉降速度有關(guān),而與降塵室高度無(wú)關(guān)。故降塵室多做成扁平的。

注意!!

降塵室內(nèi)氣體流速不應(yīng)過(guò)高，以免將已沉降下來(lái)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u<3m/s，較易揚(yáng)起灰塵的，可取u<1.5m/s。最大處理量------能夠除去最小顆粒時(shí)的氣體流量Vs17降塵室降塵室優(yōu)、缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備龐大、效率低只適用于分離粗顆粒(直徑75m以上)，或作為預(yù)分離設(shè)備。

作業(yè)：18增稠器（沉降槽）請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫(huà)結(jié)構(gòu)：除塵原理：用于分離出液-固混合物與降塵室一樣，沉降槽的生產(chǎn)能力是由截面積來(lái)保證的，與其高度無(wú)關(guān)。故沉降槽多為扁平狀。

與降塵室相同19增稠器（沉降槽）屬于干擾沉降愈往下沉降速度愈慢-----愈往下顆粒濃度愈高，其表觀粘度愈大，對(duì)沉降的干擾、阻力便愈大；沉降很快的大顆粒又會(huì)把沉降慢的小顆粒向下拉，結(jié)果小顆粒被加速而大顆粒則變慢。有時(shí)顆粒又會(huì)相互聚結(jié)成棉絮狀整團(tuán)往下沉，這稱為絮凝現(xiàn)象，使沉降加快。這種過(guò)程中的沉降速度難以進(jìn)行理論計(jì)算，通常要由實(shí)驗(yàn)決定。因固-液密度相差不是很懸殊，故較難分離，因此，連續(xù)沉降槽的直徑可以大到100m以上，高度卻都在幾米以內(nèi)。

特點(diǎn)：請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫(huà)202．離心沉降設(shè)備旋風(fēng)分離器：請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫(huà)結(jié)構(gòu)：除塵原理：含塵氣體以切線方向進(jìn)入，速度為12～25ms-1，按螺旋形路線向器底旋轉(zhuǎn)，接近底部后轉(zhuǎn)而向上，成為氣芯，然后從頂部的中央排氣管排出。氣流中所夾帶的塵粒在隨氣流旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中逐漸趨向器壁，碰到器壁后落下，自錐形底落入灰斗（未繪出）。上部為圓筒形，下部為圓錐形。

21旋風(fēng)分離器能夠從分離器內(nèi)100%分離出來(lái)的最小顆粒的直徑，用dc表示。其滿足：幾點(diǎn)假設(shè)：假設(shè)器內(nèi)氣體速度恒定，且等于進(jìn)口氣速u(mài)i；假設(shè)顆粒沉降過(guò)程中所穿過(guò)的氣流的最大

厚度等于進(jìn)氣口寬度B；假設(shè)顆粒沉降服從斯托克斯公式。uiui臨界粒徑＝22旋風(fēng)分離器結(jié)論：旋風(fēng)分離器越細(xì)、越長(zhǎng)，dc越小N值與進(jìn)口氣速有關(guān)，對(duì)常用形式的旋風(fēng)分離器，風(fēng)速1225ms-1范圍內(nèi)，一般可取N=34.5，風(fēng)速愈大，N也愈大。思考：從上式可見(jiàn)，氣體，入口B，氣旋圈數(shù)N

，進(jìn)口氣速u(mài)i

，臨界粒徑越小，why？23旋風(fēng)分離器評(píng)價(jià)旋風(fēng)分離器性能的兩個(gè)主要指標(biāo)：小好，一般在5002000Pa左右24旋液分離器Why?特點(diǎn)：

與旋風(fēng)分離器相比，直徑小、錐形部分長(zhǎng)。請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫(huà)結(jié)構(gòu)：返回目錄25第三節(jié)過(guò)濾一、概述深層過(guò)濾這種過(guò)濾是在過(guò)濾介質(zhì)內(nèi)部進(jìn)行的，介質(zhì)表面無(wú)濾餅形成。過(guò)濾用的介質(zhì)為粒狀床層或素?zé)ú簧嫌缘模┨沾赏不虬?。此法適用于從液體中除去很小量的固體微粒，例如飲用水的凈化。26一、概述濾漿濾餅過(guò)濾介質(zhì)濾液----推動(dòng)力：重力、壓力、離心力

濾餅過(guò)濾27一、概述濾漿濾餅過(guò)濾介質(zhì)濾液濾餅過(guò)濾工業(yè)用過(guò)濾介質(zhì)主要有：棉、麻、絲、毛、合成纖維、金屬絲等編織成的濾布。過(guò)濾介質(zhì)：多孔性介質(zhì)、耐腐蝕、耐熱并具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。28一、概述濾漿濾餅過(guò)濾介質(zhì)濾液濾餅過(guò)濾濾餅的壓縮性：

空隙結(jié)構(gòu)易變形的濾餅為可壓縮濾餅。

29一、概述濾漿濾餅過(guò)濾介質(zhì)濾液濾餅過(guò)濾使用時(shí)，可預(yù)涂，也可以混入待濾的濾漿中一起過(guò)濾。助濾劑能形成結(jié)構(gòu)疏松、而且?guī)缀跏遣豢蓧嚎s的濾餅?？筛纳圃瓰V餅的可壓縮性和過(guò)于致密的缺點(diǎn)。助濾劑：----是顆粒細(xì)小、粒度分布范圍較窄、堅(jiān)硬而懸浮性好

的顆粒狀或纖維固體，如硅藻土、纖維粉末、活性

炭、石棉。30二、過(guò)濾基本方程------濾液量V～過(guò)濾時(shí)間的關(guān)系----即為流速，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位過(guò)濾面積的濾液體積過(guò)濾速度u濾餅過(guò)濾過(guò)程中，濾餅逐漸增厚，流動(dòng)阻力也隨之逐漸增大，所以過(guò)濾過(guò)程屬于不穩(wěn)定的流動(dòng)過(guò)程。故

A31二、過(guò)濾基本方程------濾液量V～過(guò)濾時(shí)間的關(guān)系(1)細(xì)管長(zhǎng)度le與床層高度L成正比(2)細(xì)管的內(nèi)表面積等于全部顆粒的表面積，

流體的流動(dòng)空間等于床層中顆粒之間的全部空隙體積。1、過(guò)濾基本方程的推導(dǎo)簡(jiǎn)化模型：假定：真實(shí)速度

u濾餅體積濾餅的比表面積顆粒的比表面積32二、過(guò)濾基本方程------濾液量V～過(guò)濾時(shí)間的關(guān)系濾餅內(nèi)，雷諾數(shù)很小，屬層流流動(dòng)，------哈根-泊謖葉方程le、de表達(dá)式（見(jiàn)上頁(yè)）由質(zhì)量守恒得：濾餅截面積A33二、過(guò)濾基本方程△p2△p1u------濾液量V～過(guò)濾時(shí)間的關(guān)系思考：影響過(guò)濾阻力的因素有哪些？影響過(guò)濾速度的因素有哪些？34二、過(guò)濾基本方程------濾液量V～過(guò)濾時(shí)間的關(guān)系

設(shè)每獲得單位體積濾液時(shí)，被截留在過(guò)濾介質(zhì)上的濾餅體積為c（m3濾餅/m3濾液），則令濾餅濾液1c思考：濾餅中全是固體物嗎？壓縮指數(shù)0<s<1（可壓縮濾餅）s=0（不可壓縮濾餅）35二、過(guò)濾基本方程-----過(guò)濾基本方程過(guò)濾常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定△pu思考：影響K的因素有哪些？影響Ve或qe的因素有哪些？------濾液量V～過(guò)濾時(shí)間的關(guān)系36二、過(guò)濾基本方程------濾液量V～過(guò)濾時(shí)間的關(guān)系影響K的因素：影響qe或Ve

的因素：濾餅性質(zhì)（s、、a）濾漿性質(zhì)（c、）推動(dòng)力（p）過(guò)濾介質(zhì)的性質(zhì)（孔的結(jié)構(gòu)、、r0、厚度）△pu37二、過(guò)濾基本方程------濾液量V～過(guò)濾時(shí)間的關(guān)系2、恒壓過(guò)濾△pu表觀速度特點(diǎn)：

K為常數(shù)

積分得：

或若過(guò)濾介質(zhì)阻力可忽略不計(jì)，則

或，過(guò)濾速度愈來(lái)愈小。恒壓過(guò)濾方程38三、過(guò)濾常數(shù)的測(cè)定恒壓時(shí)：logp~logK作圖求出壓縮指數(shù)s

/q~q圖39四、濾餅洗滌思考：洗滌阻力與哪些因素有關(guān)？與濾餅厚度、濾餅性質(zhì)、洗滌液粘度、介質(zhì)阻力有關(guān)

推動(dòng)力、阻力不變洗滌速度為常數(shù)。思考：洗滌過(guò)程與過(guò)濾過(guò)程的有何異同？40四、濾餅洗滌若推動(dòng)力相同，則：洗滌速度與過(guò)濾終了速度的關(guān)系?41五、過(guò)濾設(shè)備及過(guò)濾計(jì)算過(guò)濾設(shè)備

42五、過(guò)濾設(shè)備及過(guò)濾計(jì)算1、板框壓濾機(jī)濾框、濾板結(jié)構(gòu)：洗板板框壓濾機(jī)框非洗板洗板1060塊不等，過(guò)濾面積約為280m2

請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫(huà)濾框和濾板的左上角與右上角均有孔。

請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫(huà)注：教材圖3-12有誤，應(yīng)將“濾液進(jìn)口”改為“濾漿進(jìn)口”；將“濾漿出口”改為“濾液出口”。圖下方代表濾液流動(dòng)方向的箭頭均改為向左方向431、板框壓濾機(jī)洗板板框壓濾機(jī)框非洗板洗板一個(gè)操作循環(huán)：過(guò)濾濾液流出懸浮液入口洗滌液流出洗滌液入口洗滌卸渣、整理重裝思考：對(duì)板框壓濾機(jī)，下式中V、Ve、A怎么取值？半個(gè)框的？一個(gè)框的？還是N個(gè)框的？均可。441、板框壓濾機(jī)屬間歇式特點(diǎn)：橫穿洗滌：Lw=2L，Aw=A/2洗板板框壓濾機(jī)框非洗板洗板洗滌液流出洗滌液入口451、板框壓濾機(jī)生產(chǎn)能力：

操作周期：

單位時(shí)間內(nèi)獲得的濾液量或?yàn)V餅量。其中：461、板框壓濾機(jī)最佳操作周期：

生產(chǎn)能力最大時(shí)的操作周期令dQ／dV=0可得：若過(guò)濾、洗滌的操作壓力相同濾液＝洗滌液w

介質(zhì)阻力忽略不計(jì)------最佳操作周期

472、葉濾機(jī)屬間歇式置換洗滌：Lw=L，Aw=A濾葉一個(gè)操作循環(huán)：過(guò)濾、洗滌、卸渣、整理重裝

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)：請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫(huà)思考：對(duì)葉濾機(jī)，下式中V、Ve、A怎么取值？一個(gè)濾葉的？還是N個(gè)的？均可。482、葉濾機(jī)操作周期：

與板框機(jī)相同生產(chǎn)能力：

與板框機(jī)類(lèi)似最佳操作周期：

與板框機(jī)相同493、轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)置換洗滌：Lw=L，Aw=A屬連續(xù)式過(guò)濾、洗滌、吹松、刮渣轉(zhuǎn)筒---筒的側(cè)壁上覆蓋有金屬網(wǎng)，長(zhǎng)、徑之比約為1/22，濾布---蒙在筒外壁上。分配頭---轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)、固定盤(pán)浸沒(méi)于濾漿中的過(guò)濾面積約占全部面積的3040%轉(zhuǎn)速為0.1至23（轉(zhuǎn)/分）

一個(gè)操作循環(huán)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)：請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫(huà)503、轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)其中：操作周期：

生產(chǎn)能力：

思考：對(duì)轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)，上式中V、Ve、A、怎么取值？按過(guò)濾區(qū)？還是按整個(gè)轉(zhuǎn)筒？均可。按整個(gè)轉(zhuǎn)筒取：V，Ve，A，=T按過(guò)濾區(qū)?。篤，Ve，A，=T

浸沒(méi)分?jǐn)?shù)（轉(zhuǎn)筒浸入面積占全部轉(zhuǎn)筒面積的分率）513、轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)若介質(zhì)阻力忽略不計(jì)，則

可見(jiàn)：但這類(lèi)方法受到一定的限制

52習(xí)題課【例】

某板框過(guò)濾機(jī)有5個(gè)濾框，框的尺寸為635635

25mm。過(guò)濾操作在20℃、恒定壓差下進(jìn)行，過(guò)濾常數(shù)K=4.2410-5m2/s，qe=0.0201m3/m2，濾餅體積與濾液體積之比c=0.08m3/m3，濾餅不洗滌，卸渣、重整等輔助時(shí)間為10分鐘。試求框全充滿所需時(shí)間?，F(xiàn)改用一臺(tái)回轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)過(guò)濾濾漿，所用濾布與前相同，過(guò)濾壓差也相同。轉(zhuǎn)筒直徑為1m，長(zhǎng)度為1m，浸入角度為120。問(wèn)轉(zhuǎn)鼓每分鐘多少轉(zhuǎn)才能維持與板框過(guò)濾機(jī)同樣的生產(chǎn)能力？假設(shè)濾餅不可壓縮。53以一個(gè)框?yàn)榛鶞?zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。濾液量

過(guò)濾面積再根據(jù)恒壓過(guò)濾方程得：K=4.2410-5m2/sqe=0.0201m3/m2思考：以5個(gè)框?yàn)榛鶞?zhǔn)，如何求解？【解】框全充滿所需時(shí)間？（框全充滿）54改用回轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)后，壓差不變，故K不變；濾布不變，故qe不變。K=4.2410-5m2/s，qe=0.0201m3/m2過(guò)濾面積板框：設(shè)轉(zhuǎn)筒每分鐘轉(zhuǎn)n轉(zhuǎn)，則回轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力回轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)：轉(zhuǎn)鼓每分鐘多少轉(zhuǎn)才能維持與板框過(guò)濾機(jī)同樣的生產(chǎn)能力？55習(xí)題課作業(yè)：返回目錄56第四節(jié) 離心分離利用離心力分離非均相混合物。其設(shè)備除前述的旋風(fēng)（液）分離器外，還有離心機(jī)。返回目錄57第五節(jié)固體流態(tài)化固體流態(tài)化運(yùn)用在粉粒狀物料的輸送、混合、加熱或冷卻、干燥、吸附、煅燒和氣固反應(yīng)等過(guò)程中。

一、什么是流態(tài)化？此時(shí)流體的真正速度u