机械分离与固体流态化

目的筛即指每英寸筛网上有100个 筛孔。
目数越大，筛孔越小。
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-----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，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，
将筛留物取出称重，可得样品质量分率分布曲线。
三、流化床的主要特性
小结
第三版第18次印刷的教材更正
3
化工原第理3页》，电共子69教页。案/目录
第三章 机械分离与固体流态化
分离
均相物系 ------将在下册中介绍 非均相物系 ------筛分、沉降、过滤
悬浮液-----固-液混合物 乳浊液-----液-液混合物 含尘气体----气-固混合物 含雾气体----气-液混合物
使用时，可预涂，也可以混入待滤 滤浆 的滤浆中一起过滤。
助滤剂能形成结构疏松、而且 滤饼 几乎是不可压缩的滤饼。可改善原 过滤介质 滤饼的可压缩性和过于致密的缺点。 滤液
《化工原第3理0页》，共电69页子。教案/第三章
滤饼过滤
30
二、过滤基本方程
------滤液量V～过滤时间的关系
L
过滤速度u
----即为流速，单位时间内通过
降槽的生产能力是 挡板 由截面积来保证的，
与其高度无关。故
沉降槽多为扁平状。
耙
除尘原理： 与降尘室相同
稠浆 连续式沉降槽
《化工原第1理9页》，共电69页子。教案/第三章
清液溢流 清液
19
特点：
增稠器（沉降槽）
属于干扰沉降 愈往下沉降速度愈慢-----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；
两种过滤方滤 深 式饼 层过 过-滤 滤 ---推动力：重力、压力、离心力
滤浆
滤饼
过滤介质
滤液
滤饼过滤
27
《化工原第2理7页》，共电69页子。教案/第三章
一、概述
过滤介质： 多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。
工业用过滤介质主要有：
棉、麻、丝、毛、合成纤维、金属丝
等编织成的滤布。
滤浆
滤饼
一、概述
两种过滤方滤 深 式饼 层过 过滤 滤
深层过滤
过滤
这种过滤是在过滤 介质内部进行的，介 质表面无滤饼形成。 过滤用的介质为粒状 床层或素烧（不上釉 的）陶瓷筒或板。
此法适用于从液体 中除去很小量的固体 微粒，例如饮用水的 净化。
26 《化工原第2理6页》，共电69页子。教案/第三章
一、概述
气体 A
N值与进口气速有关，对常用形式的旋风分离器，风速1225 ms1范围内，一般可取N =34.5，风速愈大，N也愈大。
净化气体 D
思考：从上式可见，气体 ，入口B ，气旋圈数N ，进口气 速ui ，临界粒径越小，why？
结论：旋风分离器越细、越长，dc越小
《化工原第2理3页》，共电69页子。教案/第三章
比表面积平均值
k
比表面积6＝ddV2V3AAmm
nidi2
i1
k i1
ni
6
di3
dVm 1
k ai d i1 i
7
《化工原第7理页，》共电69页子。 教案/第三章
标准筛
筛分
三、筛分
筛网用金属丝制成，
孔类似正方形。
泰勒（Tyler）标准筛------其筛孔 大小以每英寸长度筛网上的孔
数表示，称为“目”。例如100
可见，降尘室最大 处理量与底面积、沉 降速度有关,而与降尘 室高度无关。
故降尘室多做成扁 平的。
L
多 层 降 尘 室
u
B
注意!!
气体
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，多数灰 尘的分离，可取u<3m/s，较易扬起灰尘的， 可取u<1.5m/s。
ut
H
颗粒在降尘室中的运动
A
单位过滤面积的滤液体积
u
V
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
u
dV
Ad
dq
d
其中q V A
31 《化工原第3理1页》，共电69页子。教案/第三章
二、过滤基本方程 ------滤液量V～过滤时间的关系
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。 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。
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。
因固-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100 m以上，高度却都在几米以内。
4
《化工原第4理页，》共电69页子。 教案/第三章
第一节
一、颗粒的特性
球形颗粒
大小（粒径） 直径dp
形状
球形度 1
筛分
----分离固体颗粒群
非球形颗粒
当量直径，如体积当量直径 deV
与颗粒体积相等的表 球面 的积
颗粒的表面积
表面积
a球＝VA
6 dp
a＝ 6 d eV
5
《化工原第5理页，》共电69页子。 教案/第三章
k
n i
i 1
表面积平均直径
----每个颗粒平均表面积等于全部颗粒的表面积之
和除以颗粒的总数
k
k
dAm nidi2
ni
i1
i1
体积平均直径 ----每个颗粒平均体积等于全部颗粒的体积之
和除以颗粒的总数
dVm 3 1
k ai d3
i1 i
体积表面积平均直径 ----每个颗粒的平均比表面积等于全部颗粒的
17
《化工原第1理7页》，共电69页子。教案/第三章
降尘室
降尘室优、缺点 ❖结构简单， ❖设备庞大、效率低
❖只适用于分离粗颗粒(直径75m以上)，或作为预
分离设备。
作业：
18 《化工原第1理8页》，共电69页子。教案/第三章
增稠器（沉降槽）
用于分离出液-固混合物
加料
结构： 请点击观看动画
与降尘室一样，沉 水平
第三章机械分离与固体流态 化
1
化工原第理1页》，电共子69教页。案/目录
目录
第三节 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
化工原第理2页》，电共子69教页。案/目录
目录
第四节 离心分离
第五节 固体流态化
一、什么是流态化
二、流化床的两种形态
ui
B
含 尘 ui
气体 A
❖假设颗粒沉降服从斯托克斯公式。
ur dc2(1 s8rm )ut2 d1c28sru mi2
停留时间 2rmN＝
ui
沉降时间
r
B
ur
《化工原第2理2页》，共电69页子。教案/第三章
净化气体 D 22 尘粒
旋风分离器
2urm i N1dc28rsm uB i2
B
含尘
9B dc Nui s
净化气体 D
《化工原第2理1页》，共电69页子。教案/第三章
尘粒
21 标准型旋风分离器
旋风分离器
临界粒径
能够从分离器内100%分离出来的最小颗粒的 直径，用dc表示。其满足：
停 留 时 间 = 沉 降 时 间 r
几点假设： ❖假设器内气体速度恒定，且等于进口气速ui；
❖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B；
14
《化工原第1理4页》，共电69页子。教案/第三章
1．重力沉降设备
降尘室
结构： 除尘原理：
气体 进口
气体 出口
思考1：为什么气体进入降尘室后，
流通截面积要扩大？
为了增大停留时间。
集灰斗
思考2：为什么降尘室要做成扁平的？
L
停留时间t
L u
含尘气体
B
u
沉降时间 0 高度
u0
H
若t 0 则表明，该颗粒能在降尘室中除去。 u0
颗粒的位向对沉降速度也有影响。
❖ 壁面效应
由于壁面效应，实际沉降速度小于自由沉降速度。
13
《化工原第1理3页》，共电69页子。教案/第三章
二、沉降设备
重力沉降设备
降 沉尘 降室 槽 气 液固 固体 体系 系---用于除去>75m以上颗粒
离心沉降设备旋 旋液 风分 分离 离 器 器 液 气固 固体 体---系 系 用于除去>5～10m 颗粒
颗 粒 在 降 尘 室 中 的 运 动15
《化工原第1理5页》，共电69页子。教案/第三章
降尘室
思考3：要想使某一粒度的颗粒在降尘室中被
100%除去，必须满足什么条件？
t
0
H u0
思考4：能够被100%除去的最小颗粒，必须满
足什么条件？
t
0
即
L u
H u0
u0
d2s g
18
dmi n g1 s8 H L u g1s 8V A s0
作业：
10 《化工原第1理0页》，共电69页子。教案/第三章
1、自由沉降
离心沉降速度
颗粒受力：
❖ 离心加速度ar=2r=ut2/r不是常量
❖ 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处 理
离心Fc力 mra
浮F 力 bm ar s
曳力 FD
ur2
2
A
类似重力沉降速度推导，得：
第一节 筛分
二、颗粒群的特性
粒度分布
-----频率分布曲线（见下图）、累计分布曲线(如图3-1所示)。
频率分布曲线
6 《化工原第6理页，》共电69页子。 教案/第三章
二、颗粒群的特性
平均直径
长度平均直径
d L m n 1 d 1 n 1 n 2 d n 2 2 n n 3 3 d 3 n k n k d k i k 1n id i
过滤介质 滤液
《化工原第2理8页》，共电69页子。教案/第三章
滤饼过滤
28Βιβλιοθήκη 一、概述滤饼的压缩性： 空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。
滤浆 滤饼 过滤介质 滤液
《化工原第2理9页》，共电69页子。教案/第三章
滤饼过滤
29
一、概述
助滤剂：
----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 炭、石棉。
KC
a c -----离心分离因数
g
数值约为几千～几万
A
r1 O
r2
r
B ur
C
u
ut
对照重力场
u0
d2s g
18
颗粒在旋转流场中的运动
12 《化工原第1理2页》，共电69页子。教案/第三章
2、实际沉降 ❖ 干扰沉降
由于干扰作用，实际沉降速度小于 自由沉降速度。
❖ 非球形颗粒的沉降
球形度越小，沉降速度越小；
请点击观看动画
20
《化工原第2理0页》，共电69页子。教案/第三章
旋风分离器：
2．离心沉降设备 B
结构： 请点击观看动画
含尘
气体
上部为圆筒形，下部为圆锥形。 A
除尘原理：
含尘气体以切线方向进入，速度为12～ 25 ms-1，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 转的过程中逐渐趋向器壁，碰到器壁后落下， 自锥形底落入灰斗（未绘出）。
压降：小好，一般在5002000Pa左右
24 《化工原第2理4页》，共电69页子。教案/第三章
旋液分离器
结构： 请点击观看动画
B
含尘 气体
A
净化气体 D
特点： 与旋风分离器相比，直径小、锥形部分长。
《化工原第2理5页》，共电69页子。教案/第三章
Why?
尘粒
标返准回型 目旋 录风 分 离 器
25
第三节
尘粒
标 准 型 旋 2风3 分 离 器
旋风分离器
评价旋风分离器性能的两个主要指标：
分离性能：用 临 界 粒 径 和 分 离 效 率 来 表 示
总 效 率 ： 被 分 离 出 来 的 颗 粒 占 全 部 颗 粒 的 质 量 分 率
粒级效率：每一种被颗分粒离出来的百分率 dp dc的颗粒，粒级效率10均0%； 为 dp dc的颗粒，粒级效率10均0%
ur
4ds ar
3
A
r1 O
r2
r
B ur
C
u
ut
对照重力场
u0
4ds g
3
颗粒在旋转流场中的运动
11 《化工原第1理1页》，共电69页子。教案/第三章
1、自由沉降
Rer=dur/ 1或2 层流区
24 Re r
u r d 2 1 s8 a r d 2 s 1 8 2 r d 2 1 s r 8 u t2
《化工原第8理页，》共电69页子。 教案/第三章
8
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第二节 沉降分离
一、沉降原理
1、自由沉降 ---单个颗粒在无限流体 中的降落过程
加速段：极短，通常可以忽略
曳力FD
u02
2
d 2
4
浮力Fm b g s
等速段：该段的颗粒运动速度称为沉 降速度，用u0表示。
重力沉降速度：以球形颗粒为例
合 外 F c F b 力 F D 0
质m 量力或 gFm c ra
颗粒在流体中沉降时受力
mg1s2u024d20
9
《化工原第9理页，》共电69页子。 教案/第三章
1、自由沉降
d 63s1sgd 422 u0 20
u0
4ds g
3
如图3-2中的实线所示。
Re0=du0/ 1或2
层流区 24
Re 0
u0
d2s g
18
----斯托克斯定律
L
思考4：粒径比dmin小的颗粒，被除
u
去的百分数如何计算？
气体
u0
B H
颗 粒 在 降 尘 室 中 的 运 动16
《化工原第1理6页》，共电69页子。教案/第三章
降尘室
思考2：为什么降尘室要做成扁平的？
LH
u u0
最大处理量------能够除去最小颗粒时的气体流量Vs
V sBH Bu 0 L A u 0u 0