机械分离与固体流态化

1、长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering（一）离心沉降原理（一）离心沉降原理s sr r2 2t t4 4d d( ( - -) ) u uu u = =3 3r rs sr r2 2t t2 2d d ( ( - -) )1 18 8u uu u = =r r知识回顾：（二）离心沉降设备（二）离心沉降设备1.旋风分离器2.旋液分离器长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering1.过滤原理知识回顾：一、过滤的基本原理2.过滤介质支撑滤饼和截留固体颗粒的多孔物质。3.过滤方法深层过滤、滤饼过滤4.滤饼的洗涤回收滤

2、饼中残留的滤液或除去滤饼中的可溶性盐。长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering二、过滤设备板框压滤机;叶滤机;转筒真空过滤机知识回顾： 1 - 2 3 2 1 2 3 2 - 1滤浆/洗液过滤过程：置换洗涤：滤液长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering 1 - 2 3 2 1 2 3 2 - 1洗液废洗液洗涤过程： 横穿洗涤：知识回顾：洗涤厚度与过滤厚度，洗涤面积与过滤面积之间的关系？洗涤厚度与过滤厚度，洗涤面积与过滤面积之间的关系？长江大学机械工程学院School of Mechanical Engine

3、ering3.3 过过 滤滤3.3.1 过滤的基本原理3.3.2 过滤设备3.3.3 过滤的基本理论3.3.4 滤饼的洗涤3.3.5 过滤计算长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering3.3.3 过滤的基本理论过滤计算的目的：求V与之间的关系颗粒床层 一组平行细管 流体通道 细管内表面之和床层颗粒的全部表面积 细管的总体积床层全部空隙体积 （a）滤饼假设：（b）简化模型一、颗粒床层的物理模型长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering二、过滤的基本参数 孔隙率：空隙体积/滤饼总体积 比表面积：颗粒总表面积/颗粒总

4、体积 孔道平均长度le：床层厚度0elK LL滤饼厚度3.3.3 过滤的基本理论u1滤液体积流量滤饼空隙率滤饼截面积 滤液虚拟管中流速u1dVA d 长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering孔道（细管）当量直径dede4流通截面积湿润周边长lele4细管的流动空间细管的全部内表面积4滤饼体积孔隙率比表面积颗粒体积4滤饼体积孔隙率比表面积滤饼体积（1-孔隙率）4（1-）3.3.3 过滤的基本理论长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering三、过滤速度及其表达滤液体积流量滤饼截面积 u瞬时过滤速度；A滤饼层总截面积

5、；过虑时间； V滤液体积；q单位过滤面积所得的滤液量。3.3.3 过滤的基本理论ddqAddVu说明： u1与u的关系udAdVu11.定义长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering2. 过程推动力虑浆侧和滤液侧的压差12ppp 滤饼压降过滤介质压降3.3.3 过滤的基本理论P1P2长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering3. p1的表达Hagen-Poiseuille方程3.3.3 过滤的基本理论21132eedulpeeldpu322111uueeldp3221LpK12203)1(2Lrp1推动力阻力e

6、4d =(1)rK1)1 (22203r 滤饼的比阻长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering4. 过滤介质的阻力近似：介质阻力折合成厚度为Le的滤饼阻力5. 总推动力与总阻力3.3.3 过滤的基本理论AddVu Lrp1eLrp2)(eLLrp长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering6. 过滤速度的表达形式认为滤饼不可压缩时：AL = cVAL = cV系数：c 获得单位体积滤液所得滤饼体积对于过滤介质：e ee ecVcVL =L =A AcVcVL =L =A AVe：滤出厚度为Le的一层滤饼所获得的滤

7、液量3.3.3 过滤的基本理论)(eLLrpAddVue ep pA A= =r rc c( ( V V + + V V ) )长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering认为滤饼可压缩时：s s0 0r= rr= rp pe eV Vp pA Au u= = =A Ad dr rc c( ( V V + + V V ) )1 1- -s s0 0e ep pA A= =r rc c( (V V + + V V ) )3.3.3 过滤的基本理论102spKrc令：e ed dV VK KA Au u = = =A Ad d2 2( ( V V + + V

8、 V ) )2 2e ed dV VK KA A= =d d2 2( ( V V + + V V ) )或者：e ed dq qK K= =d d2 2( (q q+ + q q ) )长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering四、恒压过滤方程式2 2e ed dV VK KA A= =d d2 2( ( V V + + V V ) )2V V2 22 2e e0 00 00 0( (V V + + V V ) ) d dV V = =K K A A d d= = K K A Ad d恒压过滤方程式：2 22 2e eV V + + 2 2V VV V

9、 = = K KA A 2 2e eq q + + 2 2q qq q = = K K或：3.3.3 过滤的基本理论22V =KA 忽略过滤介质阻力：2 2q q = = K K或：对于一定的悬浮液，r0，c均为常数，故K也为常数。长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering过滤常数K,qe（或Ve）的影响因素过滤计算必须在过滤常数具备的条件下进行。从理论上直接计算过滤常数比较困难，用实验方法测定。操作压力滤饼及颗粒的性质滤浆的浓度滤液的性质过滤介质的性质五、过滤常数的测定3.3.3 过滤的基本理论2 2e eq q + + 2 2q qq q = =

10、K K 2 22 2e eV V + + 2 2V VV V = = K KA A 长江大学机械工程学院School of Mechanical EngineeringKqqqe22微分Kddqqqe2KqqKdqde22KqqKqe22用增量代替3.3.3 过滤的基本理论qq斜率：2/K , 截距2qe/K方法一：方法二：作/q q图，直线斜率:1/K，截距:2qe/KKqqqe 22KqqKqe21长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering例1：在实验室内用一片过滤面积为0.05m2的滤叶在36kpa（绝）下进行吸滤（大气压为101kpa）。在30

11、0s内共吸出400cm3滤液，再过600s，又吸出400cm3滤液。（1）试估算过滤常数K、qe；（2）估算再收集400cm3滤液所需的时间。长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering解：方法一：/s 300 900/s 300 900q/mq/m33m m-2-2 8 81010-3 -3 16161010-3-3/q/sm/q/sm-1-1 37.5 37.510103 3 56.2556.2510103 3KqqKqe21AVq 63-3102.34108-161037.5-56.25K1733332eKq4.27 108 10q37.5 104

12、 10 m /m2 q222 -72K4.27 10 m /s长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering方法二：KqqKqe22/s 300 900/s 300 900q/mq/m33m m-2-2 8 81010-3 -3 16161010-3-3/ /q/smq/sm-1-1 37.5 37.510103 3 757510103 363-31068. 4108-161037.5-75K2s /m104.27104.682K27-623337em/m01016107521027. 4qq2Kq哪一种计算方法正确？长江大学机械工程学院School of

13、 Mechanical Engineering/s 300 900/s 300 900q/mq/m33m m-2-2 8 81010-3 -3 16161010-3-3/q/sm/q/sm-1-1 37.5 37.510103 3 56.2556.2510103 3KqqKqe21KqqKqe21KqqKqe22/s 300 900/s 300 900q/mq/m33m m-2-2 8 81010-3 -3 16161010-3-3/ /q/smq/sm-1-1 37.537.510103 3 757510103 3/ /q/smq/sm-1-1 37.537.510103 3 7575101

14、03 3长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering（2）当V=1200cm3时，qV/A=2.410-2m3/m2361075.18q1034. 2qs1800900s900-1800长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering3.3.4 滤饼的洗涤一、 洗涤速率二、 洗涤时间长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering 目的：回收滤饼中滤液，或除去滤饼中可溶性杂质； 方法：恒压洗涤，压差为过滤的最终压差； 特点：洗涤速率恒定（滤饼厚度不变，阻力恒定） 计算内容：使用一定量

15、洗涤液时所需要的洗涤时间 。 3.3.4 滤饼的洗涤长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering洗涤速率洗涤推动力洗涤阻力WAddV=1e0()seepdVuAdrLLWuWeWsWWWLLrpAddVu)(01单位时间内通过滤饼层的洗涤液体积3.3.4 滤饼的洗涤长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering11We()()sWesWeWpLLdVdVAdAdpLLALLpALLpddVddVWeWsWesw11eW假设w，p=pw板框式压滤机叶滤机 置换洗涤LW=L , AW=A1置换洗涤横穿洗涤LW=L , A

16、W=A1LW=2L , LWe=2Le ,AW=A/21/4WedVddVd长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering洗涤时间WddVVWWALLpALLpddVddVWeWsWesw11eW22()eedVKAdVV2w2()edVKAdVV3.3.4 滤饼的洗涤长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering设洗涤液量与滤液量成正比，即 VW=JV3.3.4 滤饼的洗涤WddVVWW2We2dVKAdVV（）(a)叶滤机洗涤时间(b) 板框压滤机洗涤时间（横穿洗涤）2e2e)( J2)(2KAVVVKAVVVWW

17、e22J()WVV VKAe28J()WVV VKAe2J(qq )qK长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering例2：在试验装置中过滤钛白（ TiO2 ）的水悬浮液，过滤压力为 3 k g f / c m2（ 表 压 ） ， 求 得 过 滤 常 数 如 下 ： qe=0.01m3/m2,K=510-5m2/s，又测出滤渣体积与滤液体积之比c=0.08m3/m3。现要用工业压滤机过滤同样的料液，过滤压力及所用滤布亦与实验时相同。压滤机型号为BMY33/810-45。机械工业部标准TH39-62规定：B代表板框式，M代表明流，Y代表采用液压压紧装置。这一

18、型号设备滤框空处长与宽均为810mm，厚度为45mm，共有26个框，过滤面积为33，框内总容量为0.760m3。试计算： （1）过滤进行到框内全部充满滤渣所需要过滤时间；（2）过滤后用相当于滤液量1/10的清水进行横穿洗涤，求洗涤时间；（3）洗涤后卸渣、清理、装合等共需要40分钟，求每台压滤机的生产能力，分别以每小时平均可得多少TiO2滤渣计。长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering30.769.5m0.08Vcc滤饼体积框内总容量3 3e ee eV V = = q q A A = = 0 0. . 0 01 13 33 3= = 0 0. . 3

19、 33 3m m2 22 2e eF FV V + + 2 2V VV V = = K KA A 2222e eF F2-522-52V + 2V V9. 5 + 2V + 2V V9. 5 + 29. 59. 50. 330. 33 = 1772. 6s= 1772. 6sK A5K A510 10 3333解（1）一个操作周期可得滤液体积虚拟滤液体积：由过滤方程式：过滤时间：长江大学机械工程学院School of Mechanical EngineeringW WV= 0. 1V = 0. 95V= 0. 1V = 0. 95（2）最终过滤速率由过滤基本方程微分求得：洗涤速率为最终过滤速率

20、的1/4。洗涤水量为：洗涤时间：W WW W- - 3 34 4V V4 40 0. .9 95 5= = = = 1 13 39 92 2s sd dV V / /d d2 2. .7 73 31 10 0终了2 22 2- -5 5- -3 33 3e ed dV VA A K K3 33 3 5 51 10 0 = = = = 2 2. . 7 73 31 10 0 m m/ /s sd d2 2( (V V + + V V ) )2 2 9 9. . 5 5+ + 0 0. . 3 33 3终了2 2w w2 22 2J J V V = =K KA A能否用 计算洗涤时间？长江大学机械

21、工程学院School of Mechanical Engineering总 结一、过滤的基本理论1.颗粒床层的物理模型 （a）滤饼（b）简化模型长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering2.过滤的基本参数基本概念：孔隙率/ 比表面积 /孔道平均长度le孔道（细管）当量直径dede4（1-）u1滤液体积流量滤饼空隙率滤饼截面积滤液虚拟管中流速u1 总总 结结长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering3. 过滤速度及其表达dVuAd 总总 结结1u21132eep dulLrp1推动力阻力12ppp eLrp2)(eLLrpcVcVL =L =A AeecVcVL =L =A Ae ed dV Vp