《化工原理分离》PPT课件

化工原理,3.机械分离物系：均相、非均相相界面-性质不同、分散相和连续相非均相物系分离：机械方法-筛分沉降过滤非均相物系类别：连续相分散相气相固体颗粒尘、烟、霾液体颗粒-沫、雾液相固体颗粒-悬浮液液体颗粒-乳浊液3.1筛分：将大小不同的固体颗粒分开3.1.1固体颗粒大小：圆球直径测量：筛、计数与量度沉降推算标准筛与筛析系列泰勒筛两倍面积正方形宽度2倍目每英寸孔数号增大则直径减小10目孔直径2.00mm线直径0.900mm;50目孔直径0.297mm线直径0.215mm;100目孔直径0.149mm线直径0.110mm;200目孔直径0.074mm线直径0.053mm.筛析表示：平均值（上下筛号）质量分率,混合颗粒大小的分布质量分率颗粒直径（平均）曲线频率分布diai累计分布diai颗粒的平均大小长度平均直径算术平均数dLm；表面积平均直径dAm体积平均直径dVm；体积表面积平均直径dVAm非球形颗粒当量直径法（某个特性相当）（体积）形状因数法球形度表面积之比球/颗13.1.2筛操作原理筛分：筛过物筛留物往复、转动或振动设备：平板筛滚筒筛有效性与生产能力分割直径dc有效性：dc截留率1生产能力kg/m2.hm=kdc,标准筛机振动筛,滚动筛,3.2重力沉降密度差大小重力差异重力大颗粒离心力小粒3.2.1沉降速度球形颗粒的自由沉降重力沉降P143重力Fg浮力Fb阻力Fd加速阶段a0F0匀速阶段a=0F=0ut沉降速度=f(Re=dut/)层流区Rep0.3(200000=0.1,沉降速度计算试差：用公式utRep校对范围例1分级沉降完全分离层流n=1/2,湍流n=1,过渡n=1/1.6漂走前后部实际沉降干扰公式应用：静止流体运动流体逆向同向3.2.2降尘室P146图3-16降尘室.swf工作原理：扩大uutt=H/ut=L/uVs=bHu=bLuttVs=utA0层流例2,重力沉降,重力Fg,阻力Fd,浮力Fb,ut,L,H,u,ut,宽度b,教案10例1颗粒大小测定已测得密度为p=1630kg/m3的塑料珠在20的CCl4液体中的沉降速度为1.7010-3m/s，20时CCl4的密度=1590kg/m3，黏度=1.0310-3Pa.s，求此塑料珠的直径.解：设小珠沉降在斯托克斯定律区，按ut=gdp2(p-)/18可得dp=(18ut)/g(p-)1/2=（181.7010-31.0310-3)/9.81(1630-1590)1/2=2.8310-4m校核ReRep=dput/=2.8310-41.7010-31590/1.0310-3=0.7442计算有效，小珠直径约为0.283mm。,教案10例2降尘室空气处理能力的计算现有一底面积为2m2的降尘室，用于处理20的常压含尘空气，尘粒密度为1800kg/m3，现需将直径为25m以上的颗粒全部除去，试求：（1）该降尘室的含尘气体处理能力,m3/s；（2）若在该降尘室中均匀设置9块水平隔板，则含尘气体的处理能力为多少m3/s？解：(1)据题意，由附录查得20常压空气=1.2kg/m3,=1.8110-5Pa.s设100%除去的最小颗粒沉降处于斯托克斯定律区，则其沉降速度为ut=gdmin2(p-)/18=(2510-6)2(1800-1.2)9.81/181.8110-5=0.034m/s验Rep=dpminut/=2510-60.0341.2/1.8110-5=0.0562原假设成立，气体处理量为Vs=A底ut=20.034=0.068m3/s(2)当均匀设置n块水平隔板时，实际降尘面积(n+1)A底，所以气体处理量为Vs=(n+1)A底ut=1020.034=0.68m3/s。,3.2.3悬浮液沉聚P148图3-18干扰原因：1.附近颗粒干扰uFd2.有效密度、粘度3.大小颗粒间互曳，壁面效应P145过程：清液区等浓区变浓区沉聚区四层清液与沉聚区两层设备：沉降槽（池、桶）,清液区,等浓区,变浓区,沉聚区,悬浮液,清液,泥浆,沉降槽,3.3离心沉降惯性离心力旋转P149Fg=mg固定向下uTFcd,rFc沉降速度浮力向心力重力离心力阻力阻力urut力平衡ur不恒定，ut恒定,ur为径向分量,合成,ur与ut、uT螺旋形轨迹层流时分离因数,离心沉降,离心力Fc,ur,uT,向心力Fb,阻力Fd,r,轨迹,离心沉降速度,圆周速度,重力,旋风分离器的操作原理（气固）P150图3-20设备不动uiuT旋风分离.swf圆锥形切向进入螺旋形除尘区：外旋l流内旋流双层螺旋形ui1520m/sd=5m性能P150临界粒径最小完全分离直径假设1.进口ui等速(=圆周uT);2.沉降距离B;3.层流.沉降时间停留时间DBdc并联Ne=0.53.0标5,旋风分离器,旋风分离器,B,ui,颗粒,含尘气体,去尘气体,外旋内旋,h,分离效率P151总粒级pidi/dc粒级效率曲线P152图3-21理论di/dc1p=1实际相交有交界区吹起di/dc1p=0近壁聚结0=xipixi质量分率压降摩擦阻力局部阻力动能损失压降P152c=8.030200mmH2O例3,教案10例3旋风分离器计算气流中所含尘粒的密度p=2000kg/m3，气体的流量为5500标准m3/h,温度t=500,=0.43kg/m3，黏度=3.610-5Pa.s，拟采用标准型旋风分离器进行除尘，要求分离效率不低于90%，且知相应的临界粒径不大于10m；要求压强降不超过700Pa，试决定旋风分离器的尺寸与个数。解：已知标准型旋风分离器的阻力系数c=8.0，规定的允许压强降为：pf=c(ui2/2)=700Pa可知ui=2pf/c1/2=2700/8.00.431/2=20.2m/s又知按照要求的分离效率，临界粒径不大于10m，故取临界粒径dc=10mdc=9B/(Neuip)=1010-6m，Ne=5，ui=20.2m/s则B=Neuipdc2/9=5200020.2(1010-6)2/9(3.610-5)=0.196m旋风分离器的直径:D=4B=40.196=0.78m进气管截面积为：hB=(D/2)(D/4)=D2/8=(0.78)2/8=0.076m2,Nm3标准立方米D=4B(进口直径),每个旋风分离器的气体处理量为：Vs=(hB)ui=0.07620.2=1.535m3/s含尘气体在操作条件下的总流量为：Vs=(5500/3600)(273+500)/273=4.32m3/s所需旋风分离器的台数为：n=Vs/Vs=4.32/1.535=2.8台表明：为满足规定的气体处理量，压强降及分离效率三项指标，需要直径不大于的标准型旋风分离器至少三台。为便于安排，决定采用四台并联;以下按四台并联方案进行计算：每台的气体处理量为：Vs=Vs/4=1.08m3/s为保证指定的分离效率，临界粒径仍取为10m；重复上述方法确定分离器直径，dc=9B/(Neuip)B=D/4,ui=Vs/hB=8Vs/D2则D=(32NesVsdc2)/91/3=32520001.08(1010-6)2/93.610-51/3=0.695m核算压强降：ui=8Vs/D2=81.08/（0.695）2=17.9m/s,pf=c(ui2/2)=8.00.43(17.9)2/2=550Pa700Pa;或者以维持指定的最大允许压强降数值为前提，求得每台分离器的最小直径，当pf=700Pa时，进口气速应为20.2m/s，则进口截面积为：hB=D2/8=Vs/ui=1.08/20.2=0.0535m2,D=(80.0535)1/2=0.654m核算临界直径：dc=9(D/4)/Ne(8Vs/D2)s=9D3/(32NesVs)1/2=9.110-6m=9.1m10m临界直径小于10m，分离效率必能满足要求。这表明：采用四台并联，只要旋风分离器直径在0.6540.695m之间即能满足本本题要求。,结构形式与选用CLGCLTCLT/ACLP/A.B进气方式等细而长先定型式再定尺寸与个数依据Vsordcpf要知粒级效率与粒度分布多台并联窜流/灰均匀分布旋液分离器（液固）（液液）底流（含液）溢流空气芯增稠分级调流速互不相溶分液不能完全分开液固ui=10m/s,3.4离心机分离P153离心机.swf三足式离心机.swf概念:液态非均相混合物分离,液固液液（轻、重不溶）设备转动：高速旋转转鼓rn则Frr太大，机械强度要求高设备固定时uT一定时r则Fr；r或n则Fr分类及结构间歇、连续/立式卧式/过滤式、沉降式（液-固），分离式（液-液）管式碟片式螺旋式常速Kc50000,三足离心机,碟片沉降自动出渣,卧式螺旋卸料,普通管式超速,卧式刮刀,滤液,过滤介质,滤浆,滤饼,3.5过滤过滤示意图,滤浆,3.5.1过滤操作的基本概念P126图3-1多孔介质处理悬浮液（滤浆）外力（重力，压力差，离心力等）滤液与滤饼（滤渣）固液分离分类：饼层过滤（1含固量）；滤饼过滤.swf深层过滤-介质床层内部0.1含固量水厂深层过滤.swf过滤介质：要求多孔阻力小截留率高机械强度好饼支承物支承作用滤布粒状介质多孔固体介质滤饼：固定底层厚度阻力空隙率p可压缩性，p不变不可压缩,单位厚度阻力恒定助滤剂：可压缩性饼添加支撑渗透好阻力小不反应不溶解不压缩1、先涂2、加入悬浮液,3.5.2设备分间歇机：板框压滤机板框压滤机.swf叶滤机P134-136图3-5、8板框叶滤,连续机：转筒真空过滤机转鼓.swf圆盘真空过滤机P137图3-12转鼓圆盘操作步骤：间歇：装合过滤、洗涤(横穿、置换）、卸渣、整理连续：工作循环过滤、洗涤、卸渣,3.5.3过滤的基本理论P128过滤速度m3/m2.s层流式中：L厚度；le当量长度；Lr过滤阻力；r比阻单位厚度滤饼的阻力，r=pf/(uL)1/m2含空隙率、通道长与厚之比例K0、比表面积A0,实测pfu,ru,u,Lu,基本方程式P128速率公式变换式中：L=CV/AC单位m3饼/m3滤液,式中：r=r/m/kg,C=Ckg/m3,Ve过滤介质当量滤液体积，虚拟,恒压：p定Lpf则u恒速：u不变pfp恒压过滤方程式P131p常数rC均为常数则分离变量积分Ve(V+Ve)，0为过滤常数pKs压缩性指数，不可压缩s=0,如何测?书：实验作曲线实验测定K,Ve,e,改变p，测定各自的K,再作lnKlnp曲线测定r0,sP132恒速过滤方程式P131恒速时为常数,则故可得方程假设K不变（实际由于压差增大，K有变化）,过滤计算a知A、,求V;b知V、,求A两者前提是已知方程及K间歇机计算P138过滤洗涤重装操作周期：C=F+w+RF方程计算，w洗涤水量、洗涤速率计算，R可定洗涤速率=最终过滤速率P133横穿（滤饼厚度是过滤的两倍，而面积只是1/2）=1/4，置换=1最佳操作周期P143,不同p不同则需校例1、2生产能力m3/s(m3/h)连续机P139操作周期C=1/n=浸入角度/360F=C生产能力e=0则Ve=0，nVh，n太高则饼薄，太高，操作困难，洗涤吸干吹松例3,教案11例1叶滤机过滤面积的计算过滤过程的计算某固体粉末水悬浮液固含量的质量百分数w=0.02，温度为20，固体密度s=3200kg/m3，已通过小试过滤实验测得滤饼的比阻r=1.821013m-2，滤饼不可压缩，滤饼空隙率=0.6，过滤介质阻力的当量滤液量qe=0，现工艺要求每次过滤时间30min，每次处理悬浮液8m3，选用操作压强p=0.12MPa，若用叶滤机来完成此任务，则该叶滤机过滤面积为多大？解：由题意：=1800s,=110-3Pa.s,=1000kg/m3,悬浮液体积分数为=（w/s）/（w/s）+(1-w)/=(0.02/3200)/(0.02/3200)+(1-0.02)/1000=6.3410-3固m3/m3悬浮液滤液V=V悬1-/(1-)=81-6.3410-3/(1-0.6)=7.87m3C=8/(1-)V=1.6110-4(cm3饼/m3滤液）K=2p/rc=20.12106/(1.8210131.6110-4110-3)=8.2810-4m2/s当qe=0时，Ve=0由V2+2VVe=KA2得：A=V/(K)1/2=7.87/(8.2810-41800)1/2=6.45m2,教案11例2板框压滤机的生产能力计算拟用一台板框压滤机过滤悬浮液CaCO3，CaCO3密度为2930kg/m3，含固量质量分率w=0.023，滤框的容渣体积为45045025mm，有40个滤框，过滤温度25，p=3105Pa，待滤框充满后在同样压差下用清水横穿洗涤滤饼，洗涤水量为滤液体积的1/10，已知每m3滤液可形成0.025m3的滤饼，试求：（1）过滤时间F；（2）洗涤时间w；（3）压滤机的生产能力（设辅助时间为60min）。已知qe=0.0268,=0.89410-3Pa.sK=7.4510-5m-2/s解：此例属操作型问题(1)计算滤框中充满滤饼所经历的过滤时间F框内滤饼总体积400.4520.025=0.203m3滤液量V=0.203/0.025=8.1m3过滤面积A=400.4522=16.2m2q=V/A=8.1/16.2=0.5m3/m2,过滤时间F=(q2+2qqe)/K=(0.52+20.50.0268)/7.4510-5=3720s（2）洗涤时间w；横穿洗涤（dV/d）w=1/4（dV/d）F=1/8KA2/(V+Ve)=2.86410-4m3/sVw=0.1V=0.18.1=0.81m3故w=Vw/（dq/d）w=0.81/2.86410-4=2830s（3）生产能力QQ=V/(F+w+R)=8.1/(3720+2830+3600)=7.9810-4m3/s=2.87m3/h.,教案11例3连续机的计算密度为1116kg/m3的某种悬浮液于53300Pa的真空度下用小型转筒真空过滤机作试验，测得过滤常数K=5.1510-6m2/s，每送出1m3滤液所得的滤饼中含有固相594kg，固相密度为1500kg/m3，液相为水。现用一直径1.75m，长0.98m的转筒真空过滤机进行生产操作，维持与试验时相同的真空度，转速为1r/min，浸没角度为125.50，且知滤布阻力可忽略，滤饼不可压缩，求：（1）过滤机的生产能力Q；（2）转筒表面的滤饼厚度L.解：（1）生产能力Q转筒过滤面积A=DL=1.750.98=5.39m2转筒的浸没度=125.5/360=0.349,每分钟转速为1次，n=1/60,过滤常数K=5.1510-6m2/s，将数据代入Vh=3600A(Kn)1/2=36005.39(5.1510-60.3491/60)1/2=3.36m3/h.（2）滤饼厚度L应先物料衡算，求出饼/滤液体积比，以1m3悬浮液为准，设其中固相质量分率为x,则1116x/1500+1116(1-x)/1000=1x=0.312，故知，1m3悬浮液中的固相质量=11160.312=348kg,1m3悬浮液所得滤液体积=348/594=0.586m3,1m3悬浮液所得滤饼体积=1-0.586=0.414m3于是，饼液体积比c=0.414/0.586=0.706饼m3/滤液m3转筒每转一周所得滤液量应为V=Vhc/3600=3.3660/3600=0.056m3则相应的滤饼体积为Vc=cV=0.7060.056=0.0394m3故知滤饼厚度为L=Vc/A=0.0394/5.39=0.0073m=7.3mm,机械分离重点：,过滤原理P126过滤基本方程P135过滤常数K与p、的关系P130恒压过滤、恒速过滤、过滤常数测定方法P131横穿、置换洗涤速率、洗涤时间P133过滤设备P134操作周期与生产能力、计算例题P138沉降速度计算公式的推导P144、自由与离心沉降、Kc的含义P149沉降分区及公式P145沉降影响因素P145设备及计算P146旋风分离器的性能dcP151pfP152P151离心机P153,分离习题课,1、用双锥分级器对方铅矿与石英两种粒子的混合物进行分离，分级器工质为20的水。已知粒子尺寸范围d=0.080.7mm.方铅矿p1=7500kg/m3，石英p2=2650kg/m3，水20=998kg/m3，=1.00410-3Pa.s,假定为球形粒子，且作自由沉降，试求：（1）欲获得纯方铅矿粒，水的上升速度至少应为多少？（2）所得纯方铅矿粒的最大尺寸范围如何？解：因方铅矿密度比石英大，尺寸相等的两种粒子中以方铅矿沉降较快，因此应该按大石英粒子自由沉降速度决定水的流速。这样能带走全部石英粒子而获得尽可能多的纯方铅矿。设与最大石英粒子的沉降速度相对应的Re处在2500过渡状态区（阿仑区），则,=18.5/Rep0.6ut=0.269gdp(p)Re0.6/Re=du/代入ut=0.2699.810.710-3(2650998)/9980.710-3ut998/1.00410-30.6ut0.7=0.2690.10667.124=0.2043ut=0.103m/s校Re范围Re=0.710-30.103998/1.00410-3=72在阿仑区，假定正确。水流上升速度为u=0.103m/s（2）所得的纯方铅矿粒中尺寸最小者应是其沉降速度恰等于0.103m/s的粒子。设Re在阿仑区，则ut=0.269gdp(p)Re0.6/0.103=0.2699.81d(7500998)/998d0.103998/1.00410-30.6=0.26963.91dd0.61014.24=68.5d0.8,d=2.9610-4m=0.296mm校Re范围Re=2.9610-40.103998/1.00410-3=30.3在阿仑区，假定正确。则最大尺寸范围为0.2960.7mm。,2、用直径为2m，长为8m的转筒真空过滤机过滤，料液中固相质量分率为0.08，固相密度为1800kg/m3，滤饼不可压缩，其含水量为25%，qe=0.00