机械分离与固体流态化课件

化工原理化工原理电子教案电子教案/目录目录1目录目录第三章第三章 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、颗粒群及颗粒床层的特性三、筛分第二节第二节 沉降分离沉降分离一、沉降原理二、沉降设备化工原理化工原理电子教案电子教案/目录目录2目录目录 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化工原理化工原理电子教案电子教案/目录目录3目录目录第五节第五节 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、流化床的主要特性四、气力输送 第三章第三章 小结小结化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章4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 非非均均相相物物系系均均相相物物系系分离分离 悬浮液悬浮液-固固-液混合物液混合物乳浊液乳浊液-液液-液混合物液混合物含尘气体含尘气体-气气-固混合物固混合物 含雾气体含雾气体-气气-液混合物液混合物-筛分、沉降、过滤筛分、沉降、过滤-将在下册中介绍将在下册中介绍化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章5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分离目的分离目的：回收物质回收物质：净制物质净制物质：环境要求环境要求：如结晶器排出的母液中分离出晶粒；如结晶器排出的母液中分离出晶粒；如除去含尘气体中的尘粒；如除去含尘气体中的尘粒；如废水、废气的排放；如废水、废气的排放；化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章6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）大小（粒径）形状形状比表面积比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 pdVAa6 球球eVda 6化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章7二、颗粒群及颗粒床层的特性二、颗粒群及颗粒床层的特性1 1、颗粒群的特性、颗粒群的特性1)1)粒度分布粒度分布-频率分布曲线（见下图）、累计分布频率分布曲线（见下图）、累计分布曲线曲线(如图如图3-1所示所示)。频率分布曲线频率分布曲线化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章8二、颗粒群及颗粒床层的特性二、颗粒群及颗粒床层的特性2).2).平均直径平均直径 kiikiiikkkLmndnnnnndndndndnd11321332211表面积平均直径表面积平均直径 kiikiiiAmndnd112-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3131 kiiiVmdad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 kiiikiiiVAmVAmdndndd13123266 比表面积比表面积 kiiiVmdad11化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章9二、颗粒群及颗粒床层的特性二、颗粒群及颗粒床层的特性-床层体积 颗粒体积床层体积2 2、颗粒床层的特性、颗粒床层的特性2)2)床层自由截面积床层自由截面积 1)1)床层孔隙率床层孔隙率3)3)床层的比表面积床层的比表面积 -床层中颗粒之间的空隙体积和整个床层体积之比；床层中颗粒之间的空隙体积和整个床层体积之比；-床层截面上未被颗粒占据，流体可自由通过的面积；床层截面上未被颗粒占据，流体可自由通过的面积；-单位体积床层具有的颗粒表面积单位体积床层具有的颗粒表面积(颗粒与床层接触颗粒与床层接触的表面积的表面积)；66 1psdd壁效应壁效应孔隙率在床层上分布不均孔隙率在床层上分布不均匀，在容器避免附近大，在床层中匀，在容器避免附近大，在床层中心处小心处小；各向同性特性各向同性特性自由截面积与床层截面积比在数值上等于孔隙率自由截面积与床层截面积比在数值上等于孔隙率；化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章10三、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返回目录返回目录化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章11第二节第二节 沉降分离沉降分离一、沉降原理一、沉降原理rmamg或或 sgm 42220du 0 DbcFFF合合外外力力0421220 dumgs 1 1、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 化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章121 1、自由沉降、自由沉降Re0=du0/2 层流区024162023 udgdss 340gdus 如图如图3-2中的实线所示。中的实线所示。0Re24 1820gdus -斯托克斯定律斯托克斯定律 化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章通过因次分析，是颗粒形状、颗粒与流体相对运动雷诺数Re0=du0/的函数，由实验测得的综合结果在下图中示出。对于球形颗粒的曲线，从图可看出，按Re0值大致分为三个区，各区内曲线所对应的可分别用相应的数学关系式表示。1.1.滞流区滞流区(斯托克斯定律区斯托克斯定律区)ReRe0 0110Re242.2.过渡区过渡区(阿仑区阿仑区)2Re2Re0 05005006.00Re5.183.3.湍流区湍流区(牛顿区牛顿区)500Re500Re0 0275 m以上颗粒以上颗粒-用于除去用于除去510 m 颗粒颗粒化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章181 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uL0u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。化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章19降尘室降尘室0uHuL 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，必须满足什么条件？00uHt 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 1820gdus 0min1818AVgLgHudsss 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？化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章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000uABLuBHuVs 0uHuL 多层降尘室多层降尘室 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化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章21降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。作业：作业：化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章22增稠器（沉降槽）增稠器（沉降槽）加料加料清液溢流清液溢流水平水平清液清液挡板挡板 耙耙 稠浆稠浆 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。故沉降槽多为扁平状。槽多为扁平状。与降尘室相同与降尘室相同化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章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化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章242 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。化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章25旋风分离器旋风分离器imuNr 2 停留时间停留时间停停留留时时间间 =沉沉降降时时间间 r 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 rruB 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。uiui临界粒径临界粒径miscmtscrrudrudu 1818)(2222 化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章26旋风分离器旋风分离器22182iscmimudBruNr sicNuBd 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 ，进口气速，进口气速ui ，临界粒径越小，临界粒径越小，why？化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章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cpcpdddd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左右左右化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章28旋液分离器旋液分离器 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Why?特点：特点：与旋风分离器相比，直径小、锥形部分长。与旋风分离器相比，直径小、锥形部分长。请点击观看动画请点击观看动画结构：结构：返回目录返回目录化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章29第三节第三节 过滤过滤 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。化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章30一、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方式式滤饼过滤滤饼过滤结论：结论：1.1.真正发挥分离作用的是滤饼层，而不是过滤介质。真正发挥分离作用的是滤饼层，而不是过滤介质。2.2.颗粒在介质表面发生颗粒在介质表面发生“架桥架桥”现象，可以截留小颗粒，开始滤液混浊需重新处理。现象，可以截留小颗粒，开始滤液混浊需重新处理。化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章31一、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。化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章32一、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。其空隙率减小，过滤阻力增大。其空隙率减小，过滤阻力增大。化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章33一、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。化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章34二、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uAVq 其其中中ddddqAVu 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化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章35二、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：LKle0 润湿周边润湿周边流通截面积流通截面积 4ed1444aVaVcBc细管的全部内表面积细管的流动空间真实速度真实速度 u u1 1 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化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章36二、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2211udlpweef L le u u de u 流体在固定床内流动的简化模型 eR64 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，1eRude21132eedlpu1p-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）uu 1AuuA1由质量守恒得：由质量守恒得：滤饼截滤饼截面积面积A化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章37二、过滤基本方程二、过滤基本方程 LpaKu 1220312 Lrp 1 ddqAddVu 过滤阻力过滤阻力过滤推动力过滤推动力 eLrpLrpu 22 介质阻力）介质阻力）（滤饼阻力（滤饼阻力过滤总推动力过滤总推动力 eLLrpu p2 p1u-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系 2322012 maKr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？化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章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 eVVcrpA AddV 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 sprr 0令令 AddV esVVcrAp 01AcVL AcVLee eLLrpu 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）化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章39二、过滤基本方程二、过滤基本方程 crpKs012 令令 eVVKAddV 22 eqqKddq 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 pu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？-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系 AddV esVVcrAp 01化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章40二、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 crpKs012 322012aKr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）pu化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章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 222KAVVVe 2、恒压过滤、恒压过滤 crpKs012 过过滤滤阻阻力力过过滤滤推推动动力力 AddVu eVVKA 2 pu 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 Kqqqe 22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 22KAV 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化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章42三、过滤常数的测定三、过滤常数的测定eqKqKq21 1500 1000 q 500 0 0 0.025 0.05 0.075 q 斜率1/K截距2qe/KCpsK log)1(log crpKs012 恒压时：恒压时：Kqqqe 22log plogK作图求出压作图求出压缩指数缩指数s/qq图化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章43四、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 wAddV 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。wwwddVV 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？wwLrp wAwV 常数常数化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章44四、滤饼洗涤四、滤饼洗涤LrpAddVe 洗涤液 p u 表观速度 eeVVKAAddV 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?wwewLLAddVAddV 过滤终了阻力过滤终了阻力洗涤阻力洗涤阻力 wAddV wwLrp ALLAddVddVwwwew化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章45五、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 化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章46五、过滤设备及过滤计算五、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 请点击观看动画请点击观看动画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。请点击观看动画请点击观看动画化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章471 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 222KAVVVe 洗涤洗涤卸渣、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。化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章481 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/2wwewLLAddVAddV 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21 ewAddVAddV w 若若41 wwwewLALAddVddV 化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章491 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。222KAVVVe 其中：其中：wwwddVV Rwc RwcVVQ 化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章501 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 RVQ 2max Roptc 2,化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章512 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：请点击观看动画请点击观看动画 222KAVVVe 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。?ewAddVAddV?ewddVddV 化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章522 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RwcVVQ 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化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章533 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化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章543 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Tn 1操操作作周周期期nVTVQ 222KAVVVe 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，=TT 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）化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章553 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nKAV 22 若介质阻力忽略不计，则若介质阻力忽略不计，则 nKAnKnAQ 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 化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章56习题课习题课【例例】某板框过滤机有某板框过滤机有5个滤框，框的尺寸为个滤框，框的尺寸为635 635 25mm。过滤操作在。过滤操作在20、恒定压差下进行，过滤常数、恒定压差下进行，过滤常数K=4.24 10-5m2/s，qe=0.0201m3/m2，滤饼体积与滤液体积之，滤饼体积与滤液体积之比比c=0.08 m3/m3，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10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。转筒直径为同，过滤压差也相同。转筒直径为1m，长度为，长度为1m，浸入角，浸入角度为度为120。问转鼓每分钟多少转才能维持与板框过滤机同样。问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？的生产能力？假设滤饼不可压缩。假设滤饼不可压缩。化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章57以一个框为基准进行计算。以一个框为基准进行计算。30101.0025.0635.0635.0mV 饼饼滤液量滤液量 cVV饼饼 23/156.0806.0126.0mm Kqqqe 222806.0635.0635.022mAA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/sqe=0.0201m3/m2AVq 3126.008.00101.0m min0.129.7211024.40201.0156.02156.02522 sKqqqe 思考：思考：以以5个框为基准，如何求解？个框为基准，如何求解？【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）化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章58 smVQD/10773.460100.12126.05534 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214.311mDLA 30631.014.30201.0mAqVee 31360120 板框：板框：smnVQQ/10773.434 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nKAVVVe 222 回转真空过滤机：回转真空过滤机：3166.0mV 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？化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章59习题课习题课mprsprn 17.010875.2166.010773.434作作 业：业：P121:7,9,10;返回目录返回目录思考题：思考题：P121:8;化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章60第五节第五节 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 u1（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 u1 u0化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章61二、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化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章62三、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：化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章63三、流化床的主要特性三、流化床的主要特性gmgmpAlp 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splmALm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：gLppf 化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章64 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gmgALpAApsspf)(床层净重量床层净重量（重力浮力）（重力浮力）常数常数化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章65/70四、气力输送四、气力输送指管道中气体保持一定的速度，此速度足以使指管道中气体保持一定的速度，此速度足以使加入管道中的固体颗粒随同气流一起运动并输送到加入管道中的固体颗粒随同气流一起运动并输送到指定地点。指定地点。输送介质：空气、惰性气体（对输送易输送介质：空气、惰性气体（对输送易燃、易爆材料时）。燃、易爆材料时）。1.1.气力输送定义气力输送定义2.2.气力输送分类气力输送分类稀相输送：稀相输送：100kg/m3；固气比：；固气比：k0.125kg固体固体/kg气体；气体；密相输送：密相输送：100kg/m3；固气比：；固气比：k25数百数百kg 固固体体/kg气体；气体；化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章66/70四、气力输送四、气力输送优点：优点：1).系统密闭，可避免粉尘飞扬，减少物料损失，改善劳动条系统密闭，可避免粉尘飞扬，减少物料损失，改善劳动条件；件；2).输送管线不受地形限制，在无法铺设管道或安装输送机械输送管线不受地形限制，在无法铺设管道或安装输送机械的地方尤为适宜；的地方尤为适宜；3).设备紧凑，易实现连续化、自动化操作；设备紧凑，易实现连续化、自动化操作；4).输送量大，操作费用低；输送量大，操作费用低；5).应用范围宽，可进行干燥、粉碎、冷却、加热等操作中。应用范围宽，可进行干燥、粉碎、冷却、加热等操作中。缺点：缺点：1).能耗相对较高；能耗相对较高；2).对管道的磨损严重。对管道的磨损严重。3.3.气力输送优、缺点气力输送优、缺点4.4.气力输送应用气力输送应用返回目录返回目录：粮食生产加工等：粮食生产加工等化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章67小结小结沉降沉降 设备：设备：降尘室结构降尘室结构 1820gdus 0uHuL沉沉降降时时间间停停留留时时间间 底底AuVs0 公式：公式：（Re02）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化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章68小结小结1 1、重要概念：、重要概念：滤浆滤浆滤饼滤饼过滤介质过滤介质滤液滤液生产能力生产能力 nKAnVTVQRwVQQQRweV ：，连连续续式式时时当当，间间歇歇式式：，max0过滤：过滤：化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章69小结小结2 2、公式：、公式：过过滤滤阻阻力力过过滤滤推推动动力力 AddVuLrp eVVKA 2spK 1 222KAVVVe Kqqqe 22与滤饼性质有关（比阻与滤饼性质有关（比阻r0、比表面积、比表面积a、空隙、空隙率率、压缩指数、压缩指数s）与滤浆的性质（浓度、密度、粘度）有关。与滤浆的性质（浓度、密度、粘度）有关。与推动力有关与推动力有关r与滤饼的结构、性质与滤饼的结构、性质（比表面积（比表面积a、空隙率、空隙率）有关有关Ve与过滤介质的性质有关与过滤介质的性质有关恒压过滤方程恒压过滤方程化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章70小结小结wwwewLALAddVddVwwwddVVw 41 w （板框）（叶滤机、转筒真空机）洗涤：洗涤：化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章71小结小结化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章72小结小结板框机、叶滤机、转筒真空过滤机的结构、特点板框机、叶滤机、转筒真空过滤机的结构、特点 3、设备：、设备：化工原理化工原理电子教案电子教案/第三章第三章73小结小结固体流态化固体流态化重要概念：重要概念：什么是流态化？什么是流态化？流化床的主要特性流化床的主要特性