第三章-机械分离PPT课件

1、化工原理,胡福田 TEL：E-mail: hftian2002 163. com,第三章 机械分离与固体流态化,1.本章学习目的 重点掌握沉降和过滤这两种机械分离操作的原理、过程计算、典型设备的结构与特性，能够根据生产工艺要求，合理选择设备类型和尺寸。 2.本章应掌握的内容 a 沉降分离（包括重力沉降和离心沉降）的原理、过程计算、分离器的选型。 b 过滤操作的原理、过滤基本方程式推导的思路，恒压过滤的计算、过滤常数的测定,第一节、筛分 第二节、沉降分离 第三节、过滤 第四节、固体流态化,第三章 机械分离与固体流态化,第一节 筛 分,1.1 颗粒特性,球形颗粒：直径 表

2、面积 体积 比表面积,非球形颗粒： 形状因数 体积当量直径 比表面积,第一节 筛 分,1.2 颗粒群特性,粒度（尺寸）分布：某一粒度范围的颗粒的质量分数随粒度的变化关系,平均直径：当量长度平均直径、当量表面积平均直径、当量体积平均直径,第一节 筛 分,1.3 筛分,筛分原理：目是每英寸长度筛网上的孔数 筛分时,将几个筛子按筛孔从大到小的次序自上而下叠置,样品加于顶端的筛子,振动一定时间.通过筛孔的物料为筛过物 ,未通过的为筛留物,第一节 筛 分,1.3 筛分,筛的有效性与生产能力 分割直径dc: 比分割直径小的颗粒的通过率与比分割直径大的颗粒的截留率的乘积称为筛的有效性. 单位时间能够加到单位

3、面积筛表面上的物料质量称为筛的生产能力,第二节 沉降分离,一、重力沉降 二、离心沉降,沉降分离：利用非均相混合物在重力场或离心力场中,由各成分受力不同而加以分离的方法,一、重力沉降,1.1 重力沉降原理,自由沉降:单个颗粒在无限大流体中的降落过程,自由沉降速度：开始时,颗粒降落速度为零,阻力为零,加速下降;速度增加,阻力增大直到与净重力相等,加速度为零,此后等速下降,一、重力沉降,1.1 重力沉降原理,自由沉降速度大小,一、重力沉降,1.2 重力沉降速度计算公式,一、重力沉降,1.3 重力沉降速度计算方法,试差法,一、重力沉降,1.4 重力沉降分离设备,降沉室设备 颗粒沉降被除去的条件,一、重

4、力沉降,完全被分离出的最小颗粒直径,最大处理量,二、离心沉降,2.1离心沉降原理 2.2离心沉降速度,二、离心沉降,2.3离心沉降分离设备,旋风分离器：结构、主要性能,临界直径、分离效率,第三节 过 滤,3.1 概述 深层过滤、滤饼过滤 过滤介质、滤饼的可压缩性、助滤剂,3.2 过滤设备 压滤机结构,悬浮液从框右上角进入滤框，固体颗粒被截留在框内形成滤饼，滤液穿过滤饼和滤布到达两侧的板，经板面从板的左下角旋塞排出。洗液从洗板左上角进入，依次穿过滤布、滤饼、滤布，到达非洗涤板，从其下角的旋塞排出,非洗涤板编号为1、框为2、洗涤板为3，则板框的组合方式服从1232123之规律,第三节 过 滤,3.

5、3 过滤的基本理论 过滤速度,第三节 过 滤,3.3 过滤的基本理论,床层的简化物理模型,表面积相等；空隙体积相等,第三节 过 滤,3.4 过滤基本方程式及其推导,第三节 过 滤,3.4 过滤基本方程式及其推导,第三节 过 滤,3.5 恒压过滤方程式,忽略介质阻力,第三节 过 滤,3.6 过滤常数测定,第三节 过 滤,3.6 过滤常数 测定,第三节 过 滤,3.7 滤饼洗涤,洗涤速率,洗涤速率是过滤终点过滤速率的1/4,第三节 过 滤,3.8 生产能力,间歇过滤机,最大生产能力条件,第三节 过 滤,3.8 生产能力,连续过滤机,思考题,1.板框过滤机恒压过滤某悬浮液，一个操作周期的滤液6m3，

6、其中过滤需时30min，洗涤及拆装等共用去40min，设滤饼不可压缩，介质阻力忽略不计。试求： （1） 该机的生产能力； （2） 仅将操作压力加倍，而过滤时间、辅助时间等其他条件都不变，该机生产能力将提高多少？ （3） 若改用真空转筒过滤机，该机旋转一周可得0.0428m3滤液，该机转速为多少方能维持生产能力与（1）相同,思考题,解（1）= 30/60 h ，W+D= 40/60 h ，V = 6m3 Q = V /（+W+D）= 660/（30+40）= 5.14 m3/h （2） K = 2kp1-S= 2kp ，V2 = KA2= 2kpA2 （V2/V1）2= 2 ，V2 = V12

7、= 62 = 8.49 m3 生产能力提高：（8.49-6）/6 = 41.5% （3）设转速为n（r/min），生产能力为Q 则有：Q= 0.042860n = 5.14 故： n = 5.14/（0.042860） = 2 r/min,思考题,2. 用板框过滤机恒压下过滤某种悬浮液，过滤机的尺寸为：滤框的边长为810mm(正方形)，每框厚度为42mm，共10个框。现已测得：过滤10分钟得到滤液1.31m3,再过滤10分钟共得到滤液1.905m3,已知每m3滤液可形成0.1m3的滤饼，试计算： （1）过滤常数K为多少m2/s? （2）将滤框完全充满滤饼所需的过滤时间为多少分钟 ? （3） 若

8、洗涤时间和辅助时间共45分钟，求该机生产能力为多少m3滤液/h ,思考题,1)过滤面积A=0.812210=13.12m2 根据恒压过滤速率方程:V2+2VVe=KA2 将=10min,V=1.31m3;=20min,V=1.905m3代入上式解出:K=2.0110-5m2/s Ve=0.1376m3/s (2)滤框充满时所得滤饼体积:V饼=0.8120.04210=0.2756m3 滤框充满时所得滤液体积:V=V饼/=0.2756/0.1=2.756m3 =(V2+2VVe)2/KA2 (3)生产能力,思考题,思考题,3. 有一板框过滤机，恒压下过滤某种悬浮液，过滤1h后，得到滤液60m3,

9、然后用5m3的清水（物性与滤液相近）进行洗涤，拆装时间为20min，已测得Ve=4m3,试求： （1）过滤末速率为多少m3滤液/h ? （2） 洗涤时间为多少h ? （3）该机生产能力为多少m3滤液/h ,第四节 固体流态化,一、流态化的基本概念,1.1流态化现象,固定床阶段： 当流体通过床层的空塔速度较低时，颗粒所受的曳力较小，能够保持静止状态，流体只能穿过静止颗粒之间的空隙而流动，这种床层称为固定床,第四节 固体流态化,一、流态化的基本概念,1.1流态化现象,流化床阶段,1）临界流化状态：当流体空塔速度增大到颗粒床层开始松动，床层略有膨胀，但颗粒仍不能自由运动，床层的这种情况称为初始流化或

10、临界流化。 （2）流化床：当u1u0颗粒间流体的实际速度等于颗粒的沉降速度时，床层开始膨胀、增高，空隙率也随之增大，此时颗粒与流体之间的摩擦力恰好与其净重力相平衡,第四节 固体流态化,一、流态化的基本概念,1.1流态化现象,颗粒输送阶段 若流速再升高达到某一极限时（u1u0），流化床的上界面消失，颗粒分散悬浮于气流中，并不断被气流带走，这种床层称为稀相输送床，颗粒开始被带出的速度称为带出速度，其数值等于颗粒在该流体中的沉降速度,第四节 固体流态化,一、流态化的基本概念,1.2两种不同流化形式,散式流化（均匀流化）：固体颗粒均匀的分散在流化介质中,聚式流化：对于密度差较大的系统（气固），一般趋向

11、于形成聚式流化。超过流化所需最小气量的那部分气体以气泡形式通过颗粒层上升至床层上界面即破裂，并可能夹带部分固体物质,第四节 固体流态化,二、流化床的压强,特点： 1、在固定床区域和流化床区域间有一“驼峰”。这是因为固定床的颗粒间相互挤压，需要较大的推动力才能使床层松动，直至颗粒达到悬浮状态时，压降便从“驼峰”段降到水平段，此后降基本不随气速而变，最初的床层愈紧密，“驼峰”段越陡峭。 2、流化阶段的压降略向上倾斜。这是由于气体通过床层时的压强降除绝大部分用于平衡床层颗粒的重力外，还有很少一部分能量消耗于颗粒之间的碰撞及颗粒容器壁之间的摩擦,第四节 固体流态化,三、流化床的操作流速范围,1.临界流

12、化速度 测定流化床回到固定床的一系列压降与气体流速的对应数值，标绘在对数坐标纸上得到流化速度,2.带出速度 颗粒的带出速度即为颗粒的沉降速度。计算时以最小颗粒直径计算,要使固体颗粒床层在流化状态下操作，必须使气速高于临界气速，而最大气速又不得超过颗粒带出速度,第四节 固体流态化,四、流化床的主要特点,流化床内的固体颗粒处于悬浮状态并不停地运动，这种颗粒的剧烈运动和均匀混合使床层基本处于全混状态，整个床层的温度、组成均匀一致，这一特征使流化床中气固系统的传热大大强化，床层的操作温度也易于调控,第四节 固体流态化,五、流化床的不正常现象,1、腾涌现象：如床层高度与直径之比太大，或气速过高时，会发生气泡合并成大气泡的现象，当气泡