第三章第三节

1、1 第三章第三章 机械分离与固体流态化机械分离与固体流态化 第一节第一节 筛分筛分 一、颗粒的特性 二、颗粒群的特性 三、筛分 第二节第二节 沉降分离沉降分离 一、沉降原理 二、沉降设备 2 第三章 机械分离与固体流态化 第三节第三节 过滤过滤 一、概述 二、过滤基本方程 三、过滤常数的测定 四、滤饼洗涤 五、过滤设备及过滤计算 习题课 3 第三章 机械分离与固体流态化 第四节第四节 离心分离离心分离 第五节第五节 固体流态化固体流态化 一、什么是流态化 二、流化床的两种形态 三、流化床的主要特性 小结小结 4 概述： 均相物系：指物系内部各处均匀且无相界面，包括 溶液、气体混合物等。 非均相

2、物系：指物系内部有隔不同相的界面且界面 两侧的物料性质有差异。 包括： 气固系统（如空气中的尘埃等含尘气体）； 液固系统（如液体中的固体颗粒，悬浮液）； 气液系统（如气体中的液滴，含雾气体）； 液液系统（如乳浊液中的微滴）。 5 非均相物系分离的依据是连续相与分散相具有 不同的物理性质（如密度），故可用机械方法进行 分离。利用密度差进行分离时，必须使分散相与连 续相产生相对运动，因此，分离非均相物系的单元 操作遵循流体力学的基本规律，按两相运动方式的 不同分为筛分、沉降和离心分离和过滤。 非均相物系的分离主要用于： 1、回收有用物质，如颗粒状催化剂的回收； 2、净化气体，如除尘、废液、废气中有

3、害物质的清 除等。 6 v非均相物系的分离方法 1、气-固体系 旋风分离器 ：含尘气体从入口导入除尘器的外壳和排气 管之间，形成旋转向下的外旋气流。悬浮于外旋流的粉 尘在离心力的作用下移向器壁，并随外旋流旋转到除尘 器底部，由排尘孔排出。净化后的气体形成上升的内旋 流并经过排气管排出。 应用范围及特点 旋风除尘器适用于净化大于510微米 的非粘性、非纤维的干燥粉尘。它是一种结构简单、操 作方便、耐高温、设备费用和阻力较低（80160毫米水 柱）的装置。 旋风除尘器广泛应用于空气净化、烟道除 尘、细小颗粒回收等领域。 例如，火力发电厂的锅炉烟 道上就装有这种装置，它有效的降低了排出的烟尘，否 则

4、，早晨起来时，电厂附近的马路上会铺满一层烟灰。 7 2、固-固体系 如果是一个可溶而另一个难溶的话，可以加水溶解，然后 过滤，蒸发就可以 如果都可溶，看它们的溶解度随温度变 化大不大，如果是一个大一个不大的话，可以加水溶解然 后升温，再加固体直至饱和，再降温结晶。 3.液液分离 是两种互不相溶的（如氯仿和水溶液）用分液漏斗，静置 分层后分离即可。原理是两种溶液不相溶和密度不同会出 现分层现象。 4.液固分离，简单的用适当的滤器过滤，分别收集处理。 另外就是使用离心机，原理是分子或颗粒的重量不同。 8 第一节第一节筛分筛分 一、颗粒的特性一、颗粒的特性 -分离固体颗粒群分离固体颗粒群 大小（粒径

5、）大小（粒径） 形状形状 表面积表面积 球形颗粒球形颗粒 非球形颗粒非球形颗粒 直径直径dp 当量直径，如体积当量直径当量直径，如体积当量直径 deV 颗粒的表面积 表面积与颗粒体积相等的球的 球形度球形度 1 p dV A a 6 球球 eV d a 6 9 第一节第一节筛分筛分 二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性 粒度分布粒度分布 -频率分布曲线（见下图）。频率分布曲线（见下图）。 频率分布曲线频率分布曲线 10 二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性 平均直径平均直径 k i i k i ii k kk Lm ndn nnnn dndndndn d 11 321 332211 表面积平均直径表面

6、积平均直径 k i i k i iiAm ndnd 11 2 -每个颗粒平均表面积每个颗粒平均表面积等于全部颗粒的表面积之等于全部颗粒的表面积之 和除以颗粒的总数和除以颗粒的总数 长度平均直径长度平均直径 3 1 3 1 k ii i Vm d a d 体积平均直径体积平均直径 -每个颗粒平均体积每个颗粒平均体积等于全部颗粒的体积之等于全部颗粒的体积之 和除以颗粒的总数和除以颗粒的总数 体积表面积平均直径体积表面积平均直径 -每个颗粒的平均比表面积每个颗粒的平均比表面积等于全部颗粒的等于全部颗粒的 比表面积平均值比表面积平均值 k i ii k i ii VAm VAm dn dn d d 1

7、 3 1 2 3 2 66 比比表表面面积积 k ii i Vm d a d 1 1 11 三、筛分三、筛分 泰勒（泰勒（Tyler）标准筛）标准筛-其其 筛孔大小以每英寸长度筛网筛孔大小以每英寸长度筛网 上的孔数表示，称为上的孔数表示，称为“目目”。 例如例如100目的筛即指每英寸目的筛即指每英寸 筛网上有筛网上有100个筛孔。个筛孔。 目数越大，筛孔越小。目数越大，筛孔越小。 筛网用金属丝筛网用金属丝 制成，孔类似制成，孔类似 正方形。正方形。 将几个筛子按筛孔从大到小的次序从上将几个筛子按筛孔从大到小的次序从上 到下叠置起来，最底下置一无孔的盘到下叠置起来，最底下置一无孔的盘- 底盘。样

8、品加于顶端的筛上，摇动或振动底盘。样品加于顶端的筛上，摇动或振动 一定的时间。通过筛孔的物料称为筛过物，一定的时间。通过筛孔的物料称为筛过物， 未能通过的称为筛留物。筛留物的直径等未能通过的称为筛留物。筛留物的直径等 于相邻两号筛孔宽度的算术平均值，将筛于相邻两号筛孔宽度的算术平均值，将筛 留物取出称重，可得样品质量分率分布曲留物取出称重，可得样品质量分率分布曲 线。线。 标准筛标准筛 筛分筛分 12 第二节第二节 沉降分离沉降分离 一、沉降原理一、沉降原理 r mamg或或 s m g 42 22 0 du 0 Dbc FFF合合外外力力 0 42 1 2 2 0 d u mg s 1 1、

9、自由沉降、自由沉降 极短，通常可以忽略极短，通常可以忽略 该段的颗粒运动速度称为该段的颗粒运动速度称为 沉降速度，沉降速度，用用u0表示。表示。 加速段：加速段： 等速段：等速段： 浮力浮力Fb 曳力曳力FD 质量力质量力Fc 颗粒在流体中沉降时受力 -单个颗粒在无限流体单个颗粒在无限流体 中的降落过程中的降落过程 重力沉降速度：重力沉降速度：以球形颗粒为例以球形颗粒为例 13 1 1、自由沉降、自由沉降 Re0=du0/ 1或2 层流区 0 24 1 6 2 0 23 ud g d s s 3 4 0 gd u s 0 Re 24 18 2 0 gd u s -斯托克斯定律斯托克斯定律 14

10、 1 1、自由沉降、自由沉降 离心沉降速度离心沉降速度 A B ur r1 O C r2 r ut 颗粒在旋转流场中的运动 u rc maF 离心力离心力 srb amF 浮力浮力 A u F r D 2 2 曳力曳力 3 4 rs r ad u 对照重力场对照重力场 v 离心加速度离心加速度ar= 2r=ut2/r不是常量不是常量 v 沉降过程没有匀速段，但在小颗粒沉降过程没有匀速段，但在小颗粒 沉降时，加速度很小，可近似作为匀速沉降时，加速度很小，可近似作为匀速 沉降处理沉降处理 颗粒受力：颗粒受力： 类似重力沉降速度推导，得：类似重力沉降速度推导，得： 3 4 0 gd u s 15 1

11、 1、自由沉降、自由沉降 A B ur r1 O C r2 r ut 颗粒在旋转流场中的运动 u r Re 24 r udrdad u tssrs r 181818 22222 g a K c C Rer=dur / 1或或2 层流区层流区 对照重力场 数值约为几千几万数值约为几千几万 18 2 0 gd u s -离心分离因数离心分离因数 16 2、实际沉降、实际沉降 由于干扰作用，实际沉降速度由于干扰作用，实际沉降速度 小于自由沉降速度。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。由于壁面效应，实际沉降速度小于自由沉降速度。 v 干扰沉降干扰沉降 v 非球形颗粒的沉降非

12、球形颗粒的沉降 v 壁面效应壁面效应 球形度越小，沉降速度越小球形度越小，沉降速度越小； 颗粒的位向对沉降速度也有影响颗粒的位向对沉降速度也有影响。 17 二、沉降设备二、沉降设备 液固体系液固体系沉降槽沉降槽 气固体系气固体系降尘室降尘室 离心沉降设备离心沉降设备 重力沉降设备重力沉降设备 液液固固体体系系旋旋液液分分离离器器 气气固固体体系系旋旋风风分分离离器器 -用于除去用于除去75 m以上颗粒以上颗粒 -用于除去用于除去510 m 颗粒颗粒 18 1 1重力沉降设备重力沉降设备 气体气体 气体气体 进口进口 出口出口 集灰斗集灰斗 L B 含尘气体含尘气体 u H u0 颗粒在降尘室中

13、的运动颗粒在降尘室中的运动 t 停停留留时时间间 0 沉沉降降时时间间 0 t 若若 u L 0 u 高高度度 降尘室降尘室 则表明，该颗粒能在降尘室中则表明，该颗粒能在降尘室中 除去。除去。 思考思考1：为什么气体进入降尘为什么气体进入降尘 室后，流通截面积要扩大？室后，流通截面积要扩大？ 思考思考2 2：为什么降尘室要做成扁平的？为什么降尘室要做成扁平的？ 结构：结构： 除尘原理：除尘原理： 为了增大停留时间。为了增大停留时间。 19 降尘室降尘室 0 u H u L 即即 思考思考3：要想使某一粒度的颗粒在降尘室要想使某一粒度的颗粒在降尘室 中被中被100%除去，必须满足什么条件？除去，

14、必须满足什么条件？ 0 0 u H t 思考思考4：能够被能够被100%除去的最小颗粒，除去的最小颗粒， 必须满足什么条件？必须满足什么条件？ 0 t 18 2 0 gd u s 0 min 1818 A V gLg Hu d s ss L u B 气体气体 u0 H 颗粒在降尘室中的运动颗粒在降尘室中的运动 思考思考4：粒径比粒径比dmin小的颗粒，小的颗粒， 被除去的百分数如何计算？被除去的百分数如何计算？ 20 降尘室降尘室 思考思考2 2：为什么降尘室要做成扁平的？为什么降尘室要做成扁平的？ L u B 气体气体 ut H 颗粒在降尘室中的运动颗粒在降尘室中的运动 000 uABLuB

15、HuVs 0 u H u L 多多层层降降尘尘室室 可见，降尘室最可见，降尘室最 大处理量与底面积、大处理量与底面积、 沉降速度有关沉降速度有关, ,而而 与降尘室高度无关。与降尘室高度无关。 故降尘室多做成故降尘室多做成 扁平的。扁平的。 注意注意! 降尘室内气体流速不应过高，以免将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，已沉降下来的颗粒重新扬起。根据经验， 多数灰尘的分离，可取多数灰尘的分离，可取u3m/s，较易扬，较易扬 起灰尘的，可取起灰尘的，可取u1.5m/s。 最大处理量最大处理量-能够除去最小颗粒时的气体流量能够除去最小颗粒时的气体流量Vs 21 降

16、尘室降尘室 降尘室优、缺点降尘室优、缺点 v结构简单，结构简单， v设备庞大、效率低设备庞大、效率低 v只适用于分离粗颗粒只适用于分离粗颗粒(直径直径75 m以上以上)，或作为，或作为 预分离设备。预分离设备。 22 增稠器（沉降槽）增稠器（沉降槽） 加加料料 清清液液溢溢流流 水水平平清清液液 挡挡板板 耙耙 稠稠浆浆 连续式沉降槽 请点击观看动画请点击观看动画结构：结构： 除尘原理：除尘原理： 用于分离出液用于分离出液- -固混合物固混合物 与降尘室一样，与降尘室一样， 沉降槽的生产能沉降槽的生产能 力是由截面积来力是由截面积来 保证的，与其高保证的，与其高 度无关。故沉降度无关。故沉降

17、槽多为扁平状。槽多为扁平状。 与降尘室相同与降尘室相同 23 增稠器（沉降槽）增稠器（沉降槽） u属于干扰沉降属于干扰沉降 u愈往下沉降速度愈慢愈往下沉降速度愈慢-愈往下颗粒浓度愈高，其表观粘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；度愈大，对沉降的干扰、阻力便愈大； u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。粒被加速而大颗粒则变慢。 u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。象，使沉降加快。 u这种过

18、程中的沉降速度难以进行理论计算，通常要由实验决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。定。 u因固因固- -液密度相差不是很悬殊，故较难分离，因此，连续沉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降槽的直径可以大到100 m100 m以上，高度却都在几米以内。以上，高度却都在几米以内。 特点：特点： 请点击观看动画请点击观看动画 24 2 2离心沉降设备离心沉降设备 旋风分离器：旋风分离器： B 净化气体净化气体 含尘含尘 气体气体 A D 尘粒尘粒 标准型旋风分离器 请点击观看动画请点击观看动画结构：结构： 除尘原理：除尘原理： 含尘气体以切线方向进

19、入，速度为含尘气体以切线方向进入，速度为 1225 m s-1，按螺旋形路线向器底旋转，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，自锥形底落向器壁，碰到器壁后落下，自锥形底落 入灰斗（未绘出）。入灰斗（未绘出）。 上部为圆筒形，下部为圆锥形。上部为圆筒形，下部为圆锥形。 25 旋风分离器旋风分离器 i m u Nr 2 停停留留时时间间 停停留留时时间间 = 沉沉降降时时间间 r

20、 B 净化气体净化气体 含尘含尘 气体气体 A D 尘粒尘粒 标准型旋风分离器 能够从分离器内能够从分离器内100%分离出来的最小颗分离出来的最小颗 粒的直径，用粒的直径，用dc表示。其满足：表示。其满足： 沉沉降降时时间间 r r u B 几点假设：几点假设： v假设器内气体速度恒定，且等于进口气速假设器内气体速度恒定，且等于进口气速ui； v假设颗粒沉降过程中所穿过的气流的最大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厚度等于进气口宽度B； v假设颗粒沉降服从斯托克斯公式。假设颗粒沉降服从斯托克斯公式。 ui ui 临界粒径临界粒径 m isc m tsc r r ud r

21、ud u 1818 )( 2222 26 旋风分离器旋风分离器 22 182 isc m i m ud Br u Nr si c Nu B d 9 B 净化气体净化气体 含尘含尘 气体气体 A D 尘粒尘粒 标准型旋风分离器 结论：结论：旋风分离器越细、越长，旋风分离器越细、越长，dc越小越小 N值与进口气速有关，对常用形式的旋风分离器，风速值与进口气速有关，对常用形式的旋风分离器，风速 12 25 m s-1范围内，一般可取范围内，一般可取N =3 4.5，风速愈大，风速愈大，N也也 愈大。愈大。 思考：思考：从上式可见，气体从上式可见，气体 ，入口，入口B ，气旋圈数，气旋圈数N ，进口气

22、速，进口气速ui ，临界粒径越小，临界粒径越小，why？ 27 旋风分离器旋风分离器 评价旋风分离器性能的两个主要指标：评价旋风分离器性能的两个主要指标： 分离性能： 压降： 用临界粒径和分离效率来表示 %100 %100 的颗粒，粒级效率均 ；的颗粒，粒级效率均为 被分离出来的百分率。粒级效率：每一种颗粒 cp cp dd dd 总效率：被分离出来的颗粒占全部颗粒的质量分率 小好，一般在小好，一般在500500 2000Pa2000Pa左右左右 28 v例题例题3-1 3-1 石英和方铅矿的混合球形颗粒在如图所示的水石英和方铅矿的混合球形颗粒在如图所示的水 力分级器中进行分离。两者的密度分别

23、为力分级器中进行分离。两者的密度分别为2650kg/m32650kg/m3和和 7500kg/m37500kg/m3，且粒度范围均为，且粒度范围均为 。水温为。水温为2020。 假设颗粒在分级器中均作自由沉降。试计算能够得到纯假设颗粒在分级器中均作自由沉降。试计算能够得到纯 石英和纯方铅矿的粒度范围及三个分级器中的水流速度石英和纯方铅矿的粒度范围及三个分级器中的水流速度 m10020 29 v解：解：1 1、2 2、3 3号分级器直径逐渐增大而三者中上升水流量号分级器直径逐渐增大而三者中上升水流量 均相同，所以水在三者中流速逐渐减小。水在均相同，所以水在三者中流速逐渐减小。水在1 1号中的速号

24、中的速 度最大，可将密度小的石英颗粒全部带走，于是度最大，可将密度小的石英颗粒全部带走，于是1 1号底部号底部 可得到纯方铅矿。但是，也有部分小颗粒的方铅矿随同可得到纯方铅矿。但是，也有部分小颗粒的方铅矿随同 全部石英被带走。在全部石英被带走。在2 2号分级器，控制水流速度，将全部号分级器，控制水流速度，将全部 方铅矿全部沉降下来，但也有部分大颗粒石英会沉降下方铅矿全部沉降下来，但也有部分大颗粒石英会沉降下 来。在来。在3 3号分级器，控制水流速度，可将全部小石英粒子号分级器，控制水流速度，可将全部小石英粒子 全部沉降下来。全部沉降下来。 v综上所述，综上所述，1 1号分级器的作用在于要带走所

25、有石英粒子（号分级器的作用在于要带走所有石英粒子（ 最大为最大为100100），因此），因此1 1号的水流速应该等于号的水流速应该等于100100石英的沉降石英的沉降 速度；速度；2 2号的作用在于截下全部方铅矿（最小为号的作用在于截下全部方铅矿（最小为2020），因），因 此此2 2号的水流速应该等于号的水流速应该等于2020方铅矿的沉降速度；方铅矿的沉降速度；3 3号的作号的作 用在于截下全部石英粒子（最小为用在于截下全部石英粒子（最小为2020），因此），因此3 3号水流速号水流速 应该等于应该等于2020石英的沉降速度。石英的沉降速度。 30 31 32 第三节第三节 过滤过滤 滤滤饼

26、饼过过滤滤 深深层层过过滤滤 两两种种过过滤滤方方式式 一、概述一、概述 深层过滤深层过滤 这种过滤是在过这种过滤是在过 滤介质内部进行的滤介质内部进行的 ，介质表面无滤饼，介质表面无滤饼 形成。过滤用的介形成。过滤用的介 质为粒状床层或素质为粒状床层或素 烧（不上釉的）陶烧（不上釉的）陶 瓷筒或板。瓷筒或板。 此法适用于从液此法适用于从液 体中除去很小量的体中除去很小量的 固体微粒，例如饮固体微粒，例如饮 用水的净化。用水的净化。 33 一、概述一、概述 滤浆 滤饼 过滤介质 滤液 -推动力：重力、压力、离心力推动力：重力、压力、离心力 滤滤饼饼过过滤滤 深深层层过过滤滤 两两种种过过滤滤方

27、方式式 滤饼过滤滤饼过滤 34 一、概述一、概述 滤浆 滤饼 过滤介质 滤液 滤饼过滤滤饼过滤 工业用过滤介质主要有：工业用过滤介质主要有： 棉、麻、丝、毛、合成纤维、金棉、麻、丝、毛、合成纤维、金 属丝等编织成的滤布。属丝等编织成的滤布。 过滤介质：过滤介质： 多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。 35 一、概述一、概述 滤浆 滤饼 过滤介质 滤液 滤饼过滤滤饼过滤 滤饼的压缩性：滤饼的压缩性： 空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。 36 一、概述一、概述 滤浆 滤饼 过滤介质 滤液 滤饼过滤滤饼过滤 使

28、用时，可预涂，也可以混使用时，可预涂，也可以混 入待滤的滤浆中一起过滤。入待滤的滤浆中一起过滤。 助滤剂能形成结构疏松、而助滤剂能形成结构疏松、而 且几乎是不可压缩的滤饼。可改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善原滤饼的可压缩性和过于致密 的缺点。的缺点。 助滤剂：助滤剂： -是颗粒细小、粒度分布范围较窄、坚硬而悬浮性好是颗粒细小、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、活性的颗粒状或纤维固体，如硅藻土、纤维粉末、活性 炭、石棉。炭、石棉。 37 二、过滤基本方程二、过滤基本方程 L u V -滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关

29、系 -即为流速，即为流速，单位时间内通单位时间内通 过单位过滤面积的滤液体积过单位过滤面积的滤液体积 过滤速度过滤速度u A V q 其中其中 d d d dq A V u 滤饼过滤过程中，滤饼逐渐增厚，流动阻力也随之逐滤饼过滤过程中，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。故渐增大，所以过滤过程属于不稳定的流动过程。故 A 38 二、过滤基本方程二、过滤基本方程 -滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系 L le u de u 流体在固定床内流动的简化模型 (1)细管长度细管长度le与床层高度与床层高度L成正比成正比 (2)细管的内表面积等于全部颗粒的

30、表面积，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。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、过滤基本方程的推导 简化模型简化模型：假定：假定： LKle 0 润湿周边润湿周边 流通截面积流通截面积 4 e d 1 444 aVa V B 细细管管的的全全部部内内表表面面积积 细细管管的的流流动动空空间间 真实速度真实速度 u u 1aaB 滤饼体积滤饼体积 滤饼的比表面积滤饼的比表面积 颗粒的比颗粒的比 表面积表面积 39 二、过滤基本方程二、过滤基本方程 -滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系 2 2 1 u

31、 d lp w e e f L le u u de u 流体在固定床内流动的简化模型 eR 64 滤饼内，雷诺数很小，属层流流动，滤饼内，雷诺数很小，属层流流动， ude e R 21 32 e e d l p u 1 p -哈根哈根-泊谡叶方程泊谡叶方程 le、de表达式（见上页）表达式（见上页） u u AuuA 由质量守恒得：由质量守恒得： 滤饼截滤饼截 面积面积 A 40 二、过滤基本方程二、过滤基本方程 L p aK u 1 2 2 0 3 12 Lr p 1 d dq Ad dV u 过滤阻力过滤阻力 过滤推动力过滤推动力 e Lr p Lr p u 22 介质阻力）介质阻力）（滤

32、饼阻力（滤饼阻力 过滤总推动力过滤总推动力 e LLr p u p2 p1 u -滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系 2 3 2 2 0 12 m aK r比比阻阻，单单位位令令 思考：思考：影响过滤阻力的因素有哪些？影响过滤阻力的因素有哪些？ 影响过滤速度的因素有哪些？影响过滤速度的因素有哪些？ 41 二、过滤基本方程二、过滤基本方程 -滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系 e VVcr pA Ad dV 设每获得单位体积滤液时，被截留在过滤介质上的滤饼体设每获得单位体积滤液时，被截留在过滤介质上的滤饼体 积为积为c（m3滤饼滤饼/m3滤液），则滤液），则 s prr 0

33、令令 Ad dV e s VVcr Ap 0 1 A cV L A cV L e e e LLr p u 滤滤 饼饼 滤滤 液液 1c 思考：思考：滤饼中全是固体物吗？滤饼中全是固体物吗？ 压缩指数压缩指数 0s1（可压缩滤饼）（可压缩滤饼） s=0（不可压缩滤饼）（不可压缩滤饼） 42 二、过滤基本方程二、过滤基本方程 cr p K s 0 1 2 令令 e VV KA d dV 2 2 e qq K d dq 2 -过滤基本方程过滤基本方程 过滤常数，过滤常数， 由实验测定由实验测定 p u 思考：思考：影响影响K的因素有哪些？的因素有哪些？ 影响影响Ve或或qe的因素有哪些？的因素有哪些

34、？ -滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系 43 二、过滤基本方程二、过滤基本方程 -滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系 cr p K s 0 1 2 3 2 2 12 Ca r 影响影响K的因素：的因素： 影响影响qe或或Ve 的因素：的因素： 滤饼性质（滤饼性质（s、 、a） 滤浆性质（滤浆性质（c、 ） 推动力（推动力（ p） 过滤介质的性质（孔的结构、过滤介质的性质（孔的结构、 、r0、厚度）、厚度） p u 44 二、过滤基本方程二、过滤基本方程 -滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系 22 2KAVVV e 2、恒压过滤、恒压过滤 cr p K s 0 1

35、 2 过过滤滤阻阻力力 过过滤滤推推动动力力 Ad dV u e VV KA 2 p u 表观速度表观速度 特点：特点： K为常数为常数 积分得：积分得： 或或 Kqqq e 2 2 若过滤介质阻力可忽略不计，则若过滤介质阻力可忽略不计，则 22 KAV 或或 Kq 2 ，过滤速度愈来愈小。，过滤速度愈来愈小。 恒压过滤方程恒压过滤方程 45 三、过滤常数的测定三、过滤常数的测定 e q K q Kq 21 1500 1000 q 500 0 0 0.025 0.05 0.075 q 斜率1/K 截距2qe/K CpsK log)1(log cr p K s 0 1 2 恒压时：恒压时： Kq

36、qq e 2 2 log plogK作图求出压作图求出压 缩指数缩指数s /qq图 46 四、滤饼洗涤四、滤饼洗涤 洗涤液 w p Lw u 表观速度 洗洗涤涤速速度度 洗涤阻力洗涤阻力 洗涤推动力洗涤推动力 w Ad dV 思考：思考：洗涤阻力与洗涤阻力与 哪些因素有关？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 v推动力、阻力不变推动力、阻力不变 v洗涤速度为常数。洗涤速度为常数。 w w w d dV V 洗涤液量 思考：思考：洗涤过程与过滤过程的有何异同？洗涤过程与过滤过程的有何异同？ wwL r p w A w V 常数常数 47 四、滤饼洗涤四、滤饼洗涤

37、洗涤液 p u 表观速度 ee VV KA Ad dV 2 其其中中 若推动力相同，则：若推动力相同，则： v洗涤速度与过滤终了速度的关系洗涤速度与过滤终了速度的关系? ? ww e w L L Ad dV Ad dV 过滤终了阻力过滤终了阻力 洗涤阻力洗涤阻力 Lr p Ad dV e w Ad dV wwL r p 48 五、过滤设备及过滤计算五、过滤设备及过滤计算 以以压压力力差差为为推推动动力力：如如板板框框压压滤滤机机、叶叶滤滤机机、 回回转转真真空空过过滤滤机机等等； 以以离离心心力力为为推推动动力力：如如各各种种离离心心机机。 过滤过滤 设备设备 49 五、过滤设备及过滤计算五、

38、过滤设备及过滤计算 1 1、板框压滤机、板框压滤机 滤框、滤板滤框、滤板 非非洗洗板板 洗洗板板 结构：结构： 洗洗 板板 板框压滤机板框压滤机 框框 非非 洗洗 板板 洗洗 板板 10 60块不等，块不等， 过滤面积约为过滤面积约为2 80m2 滤框和滤板的左上角与右上滤框和滤板的左上角与右上 角均有孔。角均有孔。 50 1 1、板框压滤机、板框压滤机 洗洗 板板 板框压滤机板框压滤机 框框 非非 洗洗 板板 洗洗 板板 一个操作循环：一个操作循环： 过滤过滤 滤液流出滤液流出 悬悬 浮浮 液液 入入 口口 洗涤液流出洗涤液流出 洗洗 涤涤 液液 入入 口口 22 2KAVVV e 洗涤洗涤

39、 卸渣、整理重装卸渣、整理重装 思考：思考：对板框压滤机，下式中对板框压滤机，下式中V、 Ve、A怎么取值？半个框的？一个怎么取值？半个框的？一个 框的？还是框的？还是N个框的？个框的？ 均可。均可。 51 1 1、板框压滤机、板框压滤机 属间歇式属间歇式特点：特点： 横穿洗涤：横穿洗涤：Lw=2L， Aw=A/2 ww e w L L Ad dV Ad dV 洗洗 板板 板框压滤机板框压滤机 框框 非非 洗洗 板板 洗洗 板板 洗涤液流出洗涤液流出 洗洗 涤涤 液液 入入 口口 2 1 e w Ad dV Ad dV w 若若 4 1 ww w e w LA LA d dV d dV 52

40、1 1、板框压滤机、板框压滤机 板板 框框 悬浮液悬浮液 入口入口 辅辅助助时时间间洗洗涤涤时时间间过过滤滤时时间间操操作作周周期期 生产能力：生产能力： 操作周期：操作周期： 单位时间内获得的滤液量或滤饼量单位时间内获得的滤液量或滤饼量 。 2 2 2 KA VVV e 其中：其中： w w w d dV V Rwc Rwc VV Q 53 1 1、板框压滤机、板框压滤机 板板 框框 悬浮液悬浮液 入口入口 最佳操作周期：最佳操作周期： 生产能力最大时的操作周期生产能力最大时的操作周期 令令dQdV=0可得：可得： wR 若过滤、洗涤的操作压力相同若过滤、洗涤的操作压力相同 滤液滤液 洗涤液

41、洗涤液 w 介质阻力忽略不计介质阻力忽略不计 -最佳操作周期最佳操作周期 R V Q 2 max Roptc 2 , 54 2 2、叶滤机、叶滤机 属间歇式属间歇式 置换洗涤：置换洗涤：Lw=L ，Aw=A 滤叶滤叶 一个操作循环：一个操作循环：过滤、洗涤、卸渣、整理重装过滤、洗涤、卸渣、整理重装 特点：特点： 滤 浆 滤 液 滤 叶 的 构 造 结构：结构： 22 2KAVVV e 思考：思考：对叶滤机，下式中对叶滤机，下式中V、Ve、A怎么取值怎么取值 ？一个滤叶的？还是？一个滤叶的？还是N个的？个的？ 均可。均可。 ? e w Ad dV Ad dV ? e w d dV d dV 55

42、 2 2、叶滤机、叶滤机 Rwc 操作周期：操作周期： 滤 浆 滤 液 滤 叶 的 构 造 与板框机相同与板框机相同 生产能力：生产能力： 与板框机类似与板框机类似 Rwc VV Q 最佳操作周期：最佳操作周期： Roptc 2 , 与板框机相同与板框机相同 56 3 3、转筒真空过滤机、转筒真空过滤机 置换洗涤：置换洗涤：Lw=L ，Aw=A 属连续式属连续式 过滤、洗涤、吹松、刮渣过滤、洗涤、吹松、刮渣 转筒转筒-筒的侧壁上覆盖有金属网，长、径之比约为筒的侧壁上覆盖有金属网，长、径之比约为1/2 2， 滤布滤布-蒙在筒外壁上。蒙在筒外壁上。 分配头分配头-转动盘、固定盘转动盘、固定盘 浸没

43、于滤浆中的过滤面积约占全部面积的浸没于滤浆中的过滤面积约占全部面积的30 40% 转速为转速为0.1至至2 3（转（转/分）分） 一个操作循环：一个操作循环： 特点：特点： 结构：结构：请点击观看动画请点击观看动画 57 3 3、转筒真空过滤机、转筒真空过滤机 回转真空过滤机上的转筒 过滤区过滤区 洗涤区洗涤区 吹干区吹干区 卸渣区卸渣区 T n 1 操作周期操作周期 nV T V Q 22 2KAVVV e 其中：其中： 操作周期：操作周期： 生产能力：生产能力： 思考：思考：对转筒真空过滤机，上式中对转筒真空过滤机，上式中V、 Ve、A、 怎么取值？按过滤区？还是按怎么取值？按过滤区？还是

44、按 整个转筒？整个转筒？ 均可。均可。 按整个转筒取：按整个转筒取：V，Ve，A， = T 按过滤区取：按过滤区取： V， Ve， A， = T T 式式中中， n 浸没分数浸没分数（转筒（转筒 浸入面积占全部浸入面积占全部 转筒面积的分率）转筒面积的分率） 58 59 3 3、转筒真空过滤机、转筒真空过滤机 回转真空过滤机上的转筒 过滤区过滤区 洗涤区洗涤区 吹干区吹干区 卸渣区卸渣区 n KAV 22 若介质阻力忽略不计，则若介质阻力忽略不计，则 nKA n KnAQ Qn, 可见：可见： 但这类方法受到一定的限制但这类方法受到一定的限制 60 v例题：例题：3-13-1 v某板框压滤机共

45、有某板框压滤机共有2020只滤框，框的尺寸为只滤框，框的尺寸为 v0.450.45* *0.450.45* *0.025m0.025m，用以过滤某种水悬浮液，用以过滤某种水悬浮液， v悬浮液中每立方米清水中带有固体质量悬浮液中每立方米清水中带有固体质量25kg25kg， v滤饼中含水滤饼中含水5050（质量百分率）（质量百分率） v试求：滤框被滤饼完全充满时，过滤所得的滤试求：滤框被滤饼完全充满时，过滤所得的滤 v液量（液量（m m3 3) ) v( (固体密度固体密度=1500kg/m=1500kg/m3 3, ,水的密度水的密度=1000kg/m=1000kg/m3 3） 61 v例题例题

46、3-23-2 v拟用板框压滤机恒压过滤含拟用板框压滤机恒压过滤含CaCOCaCO3 3质量百分率为质量百分率为8 8 的水悬浮液的水悬浮液2 2立方米，每立方米滤饼中含固体立方米，每立方米滤饼中含固体 1000kg1000kg，CaCOCaCO3 3密度为密度为2800kg/m32800kg/m3，过滤常数，过滤常数 K=0.162m2/hK=0.162m2/h，过滤时间为，过滤时间为3030分钟。分钟。 v试求：（试求：（1 1）滤液体积为多少立方米？）滤液体积为多少立方米？ v （2 2）现有）现有56056056056050mm50mm规格的板框压滤规格的板框压滤 机，问需要多少只滤框？

47、（过滤介质忽略）机，问需要多少只滤框？（过滤介质忽略） 62 v解：解： v1 1：V V悬悬=V=V滤滤+V+V滤饼滤饼 v V V滤滤=V=V悬悬-V-V滤饼滤饼 _ _ v悬浮液的平均密度悬浮液的平均密度: : v =X =X固固/固固+X+X液液/液液 v =0.08/2800+0.92/1000 =0.08/2800+0.92/1000 v =1054kg/m =1054kg/m3 3 v 2m 2m3 3悬浮液的质量悬浮液的质量=V=V悬 悬 悬 悬 v M M悬悬=2=21054=2108kg1054=2108kg v 质量百分率为质量百分率为8%8% v M M固固=2108=

48、21080.08=168.64kg0.08=168.64kg 63 v每立方米滤饼中含固体每立方米滤饼中含固体1000kg1000kg v1/1000=V1/1000=V饼饼/168.64/168.64（m m固固=168.64kg=168.64kg） vV V滤饼滤饼=0.16864m=0.16864m3 3 vV V滤滤=V=V悬悬-V-V滤饼滤饼=2-0.16864=1.83m=2-0.16864=1.83m3 3 v(2) V(2) V2 2=KA=KA2 2 vA=A= vn n0.560.562 22=6.432=6.43 v左右各有一块滤布需乘左右各有一块滤布需乘2 2，n n为

49、滤布数为滤布数 vn=10.2511n=10.2511只只 v检验滤饼是否能放下检验滤饼是否能放下 v11110.5620.5620.05=0.172m0.05=0.172m3 30.16864m0.16864m3 3 22 2 1.83 6.43 0.162 0.5 V m K 64 例题例题3-3 3-3 某板框过滤机有某板框过滤机有5 5个滤框，框的尺寸为个滤框，框的尺寸为635635 635635 25mm25mm。过滤操作在。过滤操作在2020、恒定压差下进行，过滤常数、恒定压差下进行，过滤常数 K K=4.24=4.24 1010-5 -5m m2 2/s /s，q qe e=0.

50、0201m=0.0201m3 3/m/m2 2，滤饼体积与滤液体积之，滤饼体积与滤液体积之 比比c c=0.08 m=0.08 m3 3/m/m3 3，滤饼不洗涤，卸渣、重整等辅助时间为，滤饼不洗涤，卸渣、重整等辅助时间为1010 分钟。试求框全充满所需时间。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，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。转筒直径为过滤压差也相同。转筒直径为1m1m，长度为，长度为1m1m，浸入角度为，浸入角度为 120120 。问转鼓每分钟多少转才能维持与板框过滤机同样的生。问转鼓每分钟多少转才能维持与板

51、框过滤机同样的生 产能力？产能力？ 假设滤饼不可压缩。假设滤饼不可压缩。 65 以一个框为基准进行计算。以一个框为基准进行计算。 3 0101. 0025. 0635. 0635. 0mV 饼饼 滤液量滤液量 c V V 饼饼 23 /156. 0 806. 0 126. 0 mm Kqqq e 2 2 2 806. 0635. 0635. 022mAA 侧侧 过滤面积过滤面积 再根据恒压过滤方程得：再根据恒压过滤方程得： K=4.24 10-5m2/s qe=0.0201m3/m2 A V q 3 126. 0 08. 0 0101. 0 m min0 .129 .721 1024. 4 0

52、201. 0156. 02156. 0 2 5 2 2 s K qqq e 【解解】框全充满所需时间？框全充满所需时间？ （框全充满）（框全充满） 66 sm V Q D /10773. 4 60100 .12 126. 055 34 改用回转真空过滤机后，压差不变，故改用回转真空过滤机后，压差不变，故K不变；不变； 滤布不变，故滤布不变，故qe不变。不变。 K=4.24 10-5m2/s，qe=0.0201m3/m2 过滤面积过滤面积 2 14. 311mDLA 3 0631. 014. 30201. 0mAqV ee 3 1 360 120 板框：板框： smnVQQ/10773. 4 3

53、4 设转筒每分钟转设转筒每分钟转n转，则回转真空过滤机生产能力转，则回转真空过滤机生产能力 n KAVVV e 22 2 回转真空过滤机：回转真空过滤机： 3 166. 0mV 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？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？ 67 4 3 4.773 10 2.875 100.17 0.166 nr p srpm 68 69 70 71 72 第四节第四节离心分离离心分离 利用离心力分离非均相混合物。其设备除前述的利用离心力分离非均相混合物。其设备除前述的 旋风（液）分离器外，还有离心机旋风（液）分离器外，还有离心机 。 73 第五节第

54、五节 固体流态化固体流态化 固体流态化运用在粉粒状物料的输送、混合、加热或固体流态化运用在粉粒状物料的输送、混合、加热或 冷却、干燥、吸附、煅烧和气冷却、干燥、吸附、煅烧和气 固反应等过程中。固反应等过程中。 (a)固定床 (b)流化床 (c)气力输送 浮力浮力 曳力曳力 u （真正速度）（真正速度） 重力重力 u（表观速度） 一、什么是流态化？一、什么是流态化？ 此时流体的真正速 度 u u0 74 二、流化床的两种形态二、流化床的两种形态 聚 式 流 化 床 床内颗粒的分散状态和扰动程度平缓地加大，床层床内颗粒的分散状态和扰动程度平缓地加大，床层 的上界面较为清晰。的上界面较为清晰。 散式

55、流化床：液固体系散式流化床：液固体系 聚式流化床：气固体系聚式流化床：气固体系 乳化相（密相）乳化相（密相） 气泡相（稀相）气泡相（稀相） 两种不正常现象两种不正常现象 腾涌现象 沟流现象 75 三、流化床的主要特性三、流化床的主要特性 (a) (b) (c) (d) 流化床的类似于液体的特性 pWA 液体样特性：液体样特性： 76 三、流化床的主要特性三、流化床的主要特性 gmgmpA lp 恒定的压力损失恒定的压力损失： 床层颗床层颗 粒质量粒质量 床内流床内流 体质量体质量 又又 p s l m ALm 不变不变变变 p2 p1 1 1 2 2 A L 整个床层受力平衡，即合力为零。整个

56、床层受力平衡，即合力为零。 流化床的机械能衡算：流化床的机械能衡算： gLpp f 77 固定床 流化床 带出开始 C A D A 起始流化速度 带出速度 logu 流化床压力损失与气速关系 logpf B 三、流化床的主要特性三、流化床的主要特性 聚式流化床 g m gALpAAp s s p f )( 床层净重量床层净重量 （重力浮力）（重力浮力） 常数常数 78 例例3-3 3-3 画出流化床压力损失与气速关系图，并简单画出流化床压力损失与气速关系图，并简单 解释各段意义？解释各段意义？ 压力损失与气速关系图压力损失与气速关系图 vABAB段为固定床阶段，随着气速增大，压力损失增段为固定

57、床阶段，随着气速增大，压力损失增 大，大，ABAB段斜率为段斜率为1 1，压力损失与气速成正比；，压力损失与气速成正比； vBCBC段为流动床阶段，速度不变，压力损失不变；段为流动床阶段，速度不变，压力损失不变； vCDCD段为气体输送阶段，由于气体被带走，床内压段为气体输送阶段，由于气体被带走，床内压 力损失下降。力损失下降。 D C B 压力损失 A 气速 79 图中表述了聚式流化床压降与流速的关系，请指出，、图中表述了聚式流化床压降与流速的关系，请指出，、 线段分别代表什么阶段，和分别代表什么现象？线段分别代表什么阶段，和分别代表什么现象？ 80 v，分别代表固定床、流化床、输送床阶段；

58、，分别代表固定床、流化床、输送床阶段； 、分别代表沟流和腾涌现象。、分别代表沟流和腾涌现象。 v画图并说明流化床的压力损失与气速的关系画图并说明流化床的压力损失与气速的关系 v在流态化阶段，流体通过床层的压力损失等于流化床中在流态化阶段，流体通过床层的压力损失等于流化床中 全部颗粒的净重力。全部颗粒的净重力。ABAB段为固定床阶段，由于流体在此段为固定床阶段，由于流体在此 阶段流速较低，颗粒较细时常处于层流状态，压力损失阶段流速较低，颗粒较细时常处于层流状态，压力损失 逾表观速度的一次放成正比，因此该段为斜率为逾表观速度的一次放成正比，因此该段为斜率为1 1的直线的直线 。ABAB段表示从流化

59、床恢复到固定床时的压力损失变段表示从流化床恢复到固定床时的压力损失变 化关系；由于颗粒从逐渐减慢的上升气流中落下所形成化关系；由于颗粒从逐渐减慢的上升气流中落下所形成 的床层比随机装填的要疏松一些，导致压力损失也小一的床层比随机装填的要疏松一些，导致压力损失也小一 些，些，BCBC段略向上倾斜是由于流体流过器壁及分布板时的段略向上倾斜是由于流体流过器壁及分布板时的 阻力损失随气速增大而造成的。阻力损失随气速增大而造成的。CDCD段向下倾斜，表示此段向下倾斜，表示此 时由于某些颗粒开始为上升气流所带走，床内颗粒量减时由于某些颗粒开始为上升气流所带走，床内颗粒量减 少，平衡颗粒重力所需的压力自然不

60、断下降，直至颗粒少，平衡颗粒重力所需的压力自然不断下降，直至颗粒 全部被带走。全部被带走。 81 小结小结 沉降沉降 设备：设备：降尘室结构降尘室结构 18 2 0 gd u s 0 u H u L 沉降时间沉降时间停留时间停留时间 底底 AuVs 0 公式：公式： （Re2） 降尘室：降尘室： 能能100%去除的最小颗粒满足去除的最小颗粒满足 气体处理能力气体处理能力 与底面积呈正比，与高度无关。与底面积呈正比，与高度无关。 重要概念：重要概念：自由沉降、沉降速度、影响沉降速度的因素自由沉降、沉降速度、影响沉降速度的因素 斯托克斯公式斯托克斯公式 82 小结小结 1 1、重要概念：、重要概念