机械分离与固体流态化化工原理课件要点课件

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1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2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3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）。4 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、废气中有害物质的清除等。5v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，早晨起来时，电厂附近的马路上会铺满一层烟灰。6 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。7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球形度球形度 8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9二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性平均直径平均直径表面积平均直径表面积平均直径 -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10三、筛分三、筛分泰勒（泰勒（Tyler）标准准筛-其其筛孔大小以每英寸孔大小以每英寸长度度筛网网上的孔数表示，称上的孔数表示，称为“目目”。例如例如100目的目的筛即指每英寸即指每英寸筛网上有网上有100个个筛孔。孔。目数越大，目数越大，筛孔越小。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到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下叠置起来，最底下置一无孔的盘-底底盘。样品加于顶端的筛上，摇动或振动一定盘。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，未能的时间。通过筛孔的物料称为筛过物，未能通过的称为筛留物。筛留物的直径等于相邻通过的称为筛留物。筛留物的直径等于相邻两号筛孔宽度的算术平均值，将筛留物取出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线。称重，可得样品质量分率分布曲线。标准筛标准筛筛分筛分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，通常可以忽略该该段段的的颗颗粒粒运运动动速速度度称称为为沉降速度，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 121 1、自由沉降、自由沉降Re0=du0/1或2 层流区-斯托克斯定律斯托克斯定律 131 1、自由沉降、自由沉降离心沉降速度离心沉降速度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 沉沉降降过过程程没没有有匀匀速速段段，但但在在小小颗颗粒粒沉沉降降时时，加加速速度度很很小小，可可近近似似作作为为匀匀速速沉沉降处理降处理颗粒受力：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：141 1、自由沉降、自由沉降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-离心分离因数离心分离因数152、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。16二、沉降设备二、沉降设备-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171 1重力沉降设备重力沉降设备降尘室降尘室则则表表明明，该该颗颗粒粒能能在在降降尘尘室室中中除去。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。18降尘室降尘室思考思考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？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？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？19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？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!降降尘尘室室内内气气体体流流速速不不应应过过高高，以以免免将将已已沉沉降降下下来来的的颗颗粒粒重重新新扬扬起起。根根据据经经验验，多多数数灰灰尘尘的的分分离离，可可取取u3m/s，较较易易扬扬起灰尘的，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Vs20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只只适适用用于于分分离离粗粗颗颗粒粒(直直径径75 m以以上上)，或或作作为预分离设备。为预分离设备。21增稠器（沉降槽）增稠器（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22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，其表观粘度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；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，连续沉降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232 2离心沉降设备离心沉降设备旋风分离器：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。24旋风分离器旋风分离器 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：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25旋风分离器旋风分离器结论：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？26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：小好，一般在小好，一般在500500 2000Pa2000Pa左右左右27v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28v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石英的沉石英的沉降速度；降速度；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），），因此因此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号的号的作用在于截下全部石英粒子（最小为作用在于截下全部石英粒子（最小为2020），因此），因此3 3号水流号水流速应该等于速应该等于2020石英的沉降速度。石英的沉降速度。293031第三节第三节 过滤过滤 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，介质表面无滤饼形介质表面无滤饼形成。过滤用的介质成。过滤用的介质为粒状床层或素烧为粒状床层或素烧（不上釉的）陶瓷（不上釉的）陶瓷筒或板。筒或板。此法适用于从液体此法适用于从液体中除去很小量的固中除去很小量的固体微粒，例如饮用体微粒，例如饮用水的净化。水的净化。32一、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 滤饼过滤滤饼过滤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工业用过滤介质主要有：工业用过滤介质主要有：棉棉、麻麻、丝丝、毛毛、合合成成纤纤维维、金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。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。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 使使用用时时，可可预预涂涂，也也可可以以混混入入待滤的滤浆中一起过滤。待滤的滤浆中一起过滤。助滤剂能形成结构疏松、而且助滤剂能形成结构疏松、而且几乎是不可压缩的滤饼。可改善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的原滤饼的可压缩性和过于致密的缺点。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 的颗粒状或纤维的颗粒状或纤维固体，如硅藻土、纤维粉末、活性固体，如硅藻土、纤维粉末、活性 炭、石棉。炭、石棉。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-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 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 A37二、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(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：真实速度真实速度 u u 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，-哈根哈根-泊谡叶方程泊谡叶方程le、de表达式（表达式（见上页见上页）由质量守恒得：由质量守恒得：滤饼截滤饼截面积面积A39二、过滤基本方程二、过滤基本方程 p2 p1u-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系思考：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？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 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 令令滤滤饼饼滤滤液液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）41二、过滤基本方程二、过滤基本方程-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42二、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）pu43二、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、恒压过滤、恒压过滤 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 或或，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44三、过滤常数的测定三、过滤常数的测定恒压时：恒压时：log plogK作图求出压作图求出压缩指数缩指数s/qq图45四、滤饼洗涤四、滤饼洗涤思考：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。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？46四、滤饼洗涤四、滤饼洗涤若推动力相同，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?47五、过滤设备及过滤计算五、过滤设备及过滤计算过滤过滤设备设备 48五、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。491 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？一个框怎么取值？半个框的？一个框的？还是的？还是N个框的？个框的？均可。均可。501 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511 1、板框压滤机、板框压滤机生产能力：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。其中：其中：521 1、板框压滤机、板框压滤机最佳操作周期：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：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 532 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：结构：结构：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。542 2、叶滤机、叶滤机操作周期：操作周期：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最佳操作周期：最佳操作周期：与板框机相同与板框机相同553 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563 3、转筒真空过滤机、转筒真空过滤机其中：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？还是按整怎么取值？按过滤区？还是按整个转筒？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 浸浸没没分分数数（转转筒筒浸浸入入面面积积占占全全部部转筒面积的分率）转筒面积的分率）57583 3、转筒真空过滤机、转筒真空过滤机若介质阻力忽略不计，则若介质阻力忽略不计，则 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 59v例题：例题：3-13-1v某板框压滤机共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v0.45*0.45*0.025m0.45*0.45*0.025m，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）60v例题例题3-23-2v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88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56056050mm56056050mm规格的板框压滤规格的板框压滤机，问需要多少只滤框？（过滤介质忽略）机，问需要多少只滤框？（过滤介质忽略）61v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+0.92/1000v =1054kg/m =1054kg/m3 3v 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=21054=2108kg=21054=2108kgv 质量百分率为质量百分率为8%8%v M M固固=21080.08=168.64kg=21080.08=168.64kg62v每立方米滤饼中含固体每立方米滤饼中含固体1000kg1000kgv1/1000=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 3vV V滤滤=V=V悬悬-V-V滤饼滤饼=2-0.16864=1.83m=2-0.16864=1.83m3 3v(2)V(2)V2 2=KA=KA2 2vA=A=vn0.56n0.562 22=6.432=6.43v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v110.5620.05=0.172m110.5620.05=0.172m3 30.16864m0.16864m3 363例例题题3-3 3-3 某某板板框框过过滤滤机机有有5 5个个滤滤框框，框框的的尺尺寸寸为为635635 635635 25mm25mm。过过滤滤操操作作在在2020、恒恒定定压压差差下下进进行行，过过滤滤常常数数K K=4.24=4.24 1010-5-5m m2 2/s/s，q qe e=0.0201m=0.0201m3 3/m/m2 2，滤滤饼饼体体积积与与滤滤液液体体积积之之比比c c=0.08=0.08 m m3 3/m/m3 3，滤滤饼饼不不洗洗涤涤，卸卸渣渣、重重整整等等辅辅助助时时间间为为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。现现改改用用一一台台回回转转真真空空过过滤滤机机过过滤滤滤滤浆浆，所所用用滤滤布布与与前前相相同同，过过滤滤压压差差也也相相同同。转转筒筒直直径径为为1m1m，长长度度为为1m1m，浸浸入入角角度度为为120120。问问转转鼓鼓每每分分钟钟多多少少转转才才能能维维持持与与板板框框过过滤滤机机同同样样的的生产能力？生产能力？假设滤饼不可压缩。假设滤饼不可压缩。64以一个框为基准进行计算。以一个框为基准进行计算。滤液量滤液量 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/m2【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）65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过滤面积过滤面积板框：板框：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回转真空过滤机：回转真空过滤机：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？6667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。68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。一、什么是流态化？一、什么是流态化？此时流体的真正速度 u u069二、流化床的两种形态二、流化床的两种形态 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70三、流化床的主要特性三、流化床的主要特性液体样特性：液体样特性：71三、流化床的主要特性三、流化床的主要特性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不变不变变变整个床层受力平衡，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：72三、流化床的主要特性三、流化床的主要特性床层净重量床层净重量（重力浮力）（重力浮力）常数常数73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。74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，线段分别代表什么阶段，和和分别代表什么现象？分别代表什么现象？75v，分别代表固定床、流化床、输送床阶段；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段表示从流化床恢复到固定床时的压力损失变化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的关系；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些，床层比随机装填的要疏松一些，导致压力损失也小一些，BCBC段略向上倾斜是由于流体流过器壁及分布板时的阻力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。损失随气速增大而造成的。CDCD段向下倾斜，表示此时由段向下倾斜，表示此时由于某些颗粒开始为上升气流所带走，床内颗粒量减少，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断下降，直至颗粒全部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。被带走。76小结小结沉降沉降 设备：设备：降尘室结构降尘室结构 公式：公式：（Re2）降降尘室：室：能能100%去除的最小去除的最小颗粒粒满足足 气体气体处理能力理能力与底面与底面积呈正比，与高度无关。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77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过滤：过滤：78小结小结2 2、公式：、公式：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79小结小结洗涤：洗涤：80小结小结81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：82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83