第三章机械分离与固体流态化
【管理资料】机械分离与固体流态化化工原理课件要点汇编
9
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。
频率分布曲线
8
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
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
4
❖ 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5～10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（80～160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。
第三章机械分离与固体流态化
d min
18Vs ห้องสมุดไป่ตู้ ( s ) gA0
降尘室体积庞大，属于低效率设备，适于分离直径在100m以 上的粗颗粒，一般作预除尘用。
例3-3 降尘室高2m，宽2m，长5m，用于焙烧炉炉气的除尘。 操作条件下气体流量为25000m3/h，密度为0.6kg/m3，黏度为 0.03mPa· s。求：（1）能除去的最小颗粒直径。（2）粒径 为60m的灰尘被除去的百分率。（3）分成二层后的处理量 或最小颗粒直径的变化。 解：（1）设沉降为层流
s↑，则u0 ↑
其它条件相同时，密度大的颗粒先沉降。
2. 干扰沉降
（1） 颗粒浓度对沉降速度的影响
大量颗粒沉降，造成流体反向运动
（2） 流体表观物性的影响
颗粒存在，改变了流体的表观密度和表观粘度。
（3）干扰沉降的速度
可用自由沉降法计算，再根据颗粒浓度对流体密
度和黏度的影响进行校正。
二、重力沉降设备
进气
B
排气
标准型旋风分离器尺寸间关系：
D A 2 D B 4 D D1 2
出灰口
旋风分离器示意图
（2）旋风分离器的性能参数 临界直径 假设条件：
a）颗粒与气体在器内等速运动，均为进口气速；
b）颗粒沉降时，最大距离是旋风分离器进气口宽度B； c）颗粒沉降处于stokes 区。 沉降速度：
ur d 2 s ui2 18rm
Re0 du0 30 10 6 0.053 1.2 0.103 ＜2 3 0.0185 10
算出的结果可用。
（4）影响沉降速度的因素 ① 颗粒直径 d↑，则u0 ↑
其它条件相同时，小颗粒后沉降。
② 流体密度
过程工程原理第三章：机械分离与固体流态化.
滤饼 过滤介质 滤液
预涂
混入待滤的滤浆中一起过滤。
浙江大学《化工原理》电子教案/第三章
滤饼过滤
9/75
二、过滤基本方程
------滤液量V～过滤时间 的关系
L
滤饼过滤过程中，滤饼越来越厚
非恒定
~ dV 过滤速率 d
滤液量越来越大； A 过滤速率（速度）越来越小。 u ~ V （滤液量） m3/s
△p △p1 △p2 u 14/75
浙江大学《化工原理》电子教案/第三章
4
浙江大学《化工原理》电子教案/目录
第三章 机械分离与固体流态化
均相物系 ------将在甲II、甲III中介绍 分离 ------筛分、沉降、过滤 非均相物系
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
5/75
浙江大学《化工原理》电子教案/第三章
流体的流动空间等于 床层中颗粒之间的全 部空隙体积。
------滤液量V～过滤时间 的关系
p1
le
u1
u
de
u
实际情况：流体流动路径很复杂， 阻力损失无法计算 属层流 可视为并联管路
2 p1 l u l e u12 wf d 2 de 2 64 d e u1 Re1 Re1
L u de
流体在固定床内流动的简化模型
le u
假定：
(1)细管长度le与床层高度L成正比 (2)细管的内表面积等于全部颗粒的表面积，
l e CL
滤饼体积
流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。
de
4 流通截面积
润湿周边
第三章 机械分离和固体流态化
第三章机械分离和固体流态化本章符号说明英文字母a——颗粒的比表面积，m2/m3；加速度，m/s2；常数；A——截面积，m2；A p——颗粒在流体流动方向的投影面积，m2；A t——流化床层的截面积，m2；b——降尘室宽度，m；常数；B——旋风分离器的进口宽度，m；C——悬浮物系中的分散相浓度，g/m3；d——颗粒直径，m；d c——旋风分离器的临界粒径，m；d50——旋风分离器的分割粒径，m；d——颗粒群的平均直径，m；D——设备直径，m；F——作用力，N；g——重力加速度，m/s2；G——气体的质量流速，kg/（s·m2）；G s——单位管道面积上单位时间内加入的固体质量，kg/（s·m2）；H——设备高度，m；K——无因次数群；过滤常数，m2/s；K'——无因次常数；K c——分离因数；l——降尘室长度，m；L——滤饼厚度或床层高度，m；m——颗粒质量，kg；n——转速，r/min；N e——旋风分离器内气体的有效回转圈数；p——压强，Pa；ΔP——压强降或过滤推动力，Pa；q——单位过滤面积上获得的滤液体积，m3/m2；q e——单位过滤面积上的当量滤液体积，·1·m3/m2；Q——过滤机的生产能力，m3/h；r——滤饼的比阻，1/m2；r'——单位压强差下滤饼的比阻，1/m2；R——离心半径，m；滤饼阻力，1/m；固气比，kg固/kg气；Re——雷诺准数；Re t——颗粒运动的雷诺准数；R m——过滤介质阻力，1/m；s——滤饼的压缩指数；S——表面积，m2；T——操作周期或回转周期，s；u——流速或过滤速度，m/s；u r——离心沉降速度或径向速度，m/s；u R——恒速阶段的过滤速度，m/s；u t——沉降速度或带出速度，m/s；u T——切向速度，m/s；v——滤饼体积与滤液体积之比；V——球形颗粒的体积，m3；滤液体积，m3；V e——过滤介质的当量滤液体积，m3；V p——颗粒体积，m3；V s——体积流量，m3/s；W——重力，N；希腊字母α——颗粒表面法向与流体流速方向的夹角；转筒过滤机的浸没角度数；ε——床层空隙率；ζ——曳力系数；η——分离效率；θ——过滤时间，s；θD——辅助操作时间，s；θe——过滤介质的当量过滤时间，s；θt——沉降时间，s；θw——洗涤时间，s；μ——流体粘度或滤液粘度，Pa·s；μW——洗水粘度，Pa·s；ρ——流体密度，kg/m3；ρb——堆积密度，kg/m3；ρS——颗粒密度，kg/m3；τW——剪应力，N/m2；φS——颗粒球形度或形状系数；·2·ψ——转筒过滤机的浸没度。
第三章化工原理_修订版_天津大学_
第三章 机械分离和固体流态化1. 取颗粒试样500 g ，作筛分分析，所用筛号及筛孔尺寸见本题附表中第1、2列，筛析后称取各号筛面上的颗粒截留量列于本题附表中第3列，试求颗粒群的平均直径。
习题1附表解：颗粒平均直径的计算 由11ia i G d d G=∑ 2204080130110(500 1.651 1.168 1.1680.8330.8330.5890.5890.4170.4170.2956030151050.2950.2080.2080.1470.1470.1040.1040.0740.0740.053=⨯+++++++++++++++++++ ）2.905=(1/mm)由此可知，颗粒群的平均直径为d a =0.345mm.2. 密度为2650 kg/m 3的球形石英颗粒在20℃空气中自由沉降，计算服从斯托克斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径。
解：20C o 时，351.205/, 1.8110kg m Pa s ρμ-==⨯⋅空气对应牛顿公式，K 的下限为69.1，斯脱克斯区K 的上限为2.62 那么，斯脱克斯区：max 57.4d mμ===min 1513d m μ==3. 在底面积为40 m 2的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。
气体的处理量为3600 m 3/h ，固体的密度3/3000m kg =ρ，操作条件下气体的密度3/06.1m kg =ρ，黏度为2×10-5 P a·s。
试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。
解：同P 151.例3-3在降尘室中能被完全分离除去的最小颗粒的沉降速度u t ， 则 36000.025/4003600s t V u m s bl ===⨯ 假设沉降在滞流区，用斯托克斯公式求算最小颗粒直径。
min17.5d um ===核算沉降流型：6min 517.5100.025 1.06R 0.0231210t et d u ρμ--⨯⨯⨯===<⨯假设合理。
南京理工化工原理课件3 --机械分离和固体流态化
操作周期为 T=θ +θ
θ
W+θ D
θ ——一个操作循环内的过滤时间，s；
W——一个操作循环内的洗涤时间，s；
θ D——一个操作循环辅助操作所需时间，s。
则生产能力
3600V 3600V Q T W D
V——一个操作循环内所获得的滤液体积，m3
二、连续过滤机的生产能力
阻力：
6
1 2 Fd Ap u 2
根据牛顿第二运动定律：
Fg Fb Fd ma
u 2 3 d s g d g d d s a 6 6 4 2 6
3 3 2
加速阶段：开始沉降瞬间，u=0，因而Fd=0，加速度a等 速阶段：u=ut时,阻力、浮力与重力三者的代数和为零， 加速度a=0。 ut——“沉降速度”，又叫“终端速度”。由于工业上沉 降操作所处理的颗粒往往甚小，阻力随速度增长甚快， 可在短时间内就达到等速运动，所以加速阶段常常可以 忽略不计。
对于不可压缩滤饼
dq p uR 常数 d r q qe
p ruR 2 ruR qe
压强差随过滤时间成直线增高。
3．先恒速后恒压 恒压阶段 ：
dV KA2 d 2 V Ve
KA2 d V Ve dV 2
令VR、θ R分别代表升压阶段终了瞬间的滤液体积 及过滤时间，则上式的积分形式为
dV Ad p V Ve r A
可压缩滤饼的情况比较复杂，它的比阻是两侧压强 差的函数。考虑到滤饼的压缩性，通常可借用下面的 经验公式来粗略估算压强差增大时比阻的变化
r=r'（Δ p）s
化工原理第二版答案解析
第三章 机械分离和固体流态化2. 密度为2650 kg/m 3的球形石英颗粒在20℃空气中自由沉降，计算服从斯托克斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径。
解：20C 时，351.205/, 1.8110kg m Pa s ρμ-==⨯⋅空气对应牛顿公式，K 的下限为69.1，斯脱克斯区K 的上限为2.62那么，斯托克斯区：max 57.4d m μ===min 69.11513d m μ==3. 在底面积为40 m 2的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。
气体的处理量为3600 m 3/h ，固体的密度3/3000m kg =ρ，操作条件下气体的密度3/06.1m kg =ρ，黏度为2×10-5P a·s。
试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。
解：在降尘室中能被完全分离除去的最小颗粒的沉降速度u t ，则 36000.025/4003600s t V u m s bl ===⨯ 假设沉降在滞流区，用斯托克斯公式求算最小颗粒直径。
min 17.5d um === 核算沉降流型：6min 517.5100.025 1.06R 0.0231210t et d u ρμ--⨯⨯⨯===<⨯ 假设合理。
求得的最小粒径有效。
4. 用一多层降尘室除去炉气中的矿尘。
矿尘最小粒径为8m μ，密度为4000kg/m 3。
除尘室长 4.1 m 、宽 1.8 m 、高4.2 m ，气体温度为427℃，黏度为3.4×10-5 P a·s，密度为0.5 kg/m 3。
若每小时的炉气量为2160标准m 3，试确定降尘室内隔板的间距及层数。
解：由气体的状态方程PV nRT = 得''s s T V V T =，则气体的流量为： '34272732160 1.54/2733600s V m s +=⨯= 1.540.2034/1.8 4.2s t V u m s bH ===⨯ 假设沉降发生在滞流区，用斯托克斯公式求最小粒径。
化工原理(第四版)谭天恩 第三章 机械分离与固体流态化
《化工原理》电子教案/第三章
二、沉降设备
气 固 体 系---用于除去>75m以上颗粒 降 尘 室 重 力 沉 降 设 备 液 固 体 系 沉 降 槽
液固体系 旋液分离器
离 心 沉 降 设 备 旋风分离器 气固体系 ---用于除去>5～10m 颗粒
4d s g u0 3
如图3-2中的实线所示。
Re0=du0/ 1或2
24 层流区 Re0
u0
d 2 s g 18
----斯托克斯定律
作业：
10/69
《化工原理》电子教案/第三章
1、自由沉降
离心沉降速度 离心加速度ar=2r=ut2/r不是常量 颗粒受力：
加料 清液溢流 清液
耙 稠浆
除尘原理：与降尘室相同
连续式沉降槽
19/69
《化工原理》电子教案/第三章
增稠器（沉降槽） 特点：
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； 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。
9 B dc Nu i s
含尘 气体 A
B
净化气体
N值与进口气速有关，对常用形式的旋风分离器，风速 1225 ms-1范围内，一般可取N =34.5，风速愈大，N也 愈大。 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？
D
结论：旋风分离器越细、越长，dc越小
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。
化工原理第三章机械分离与固体流态化.ppt
在过滤过程中，滤液通过过滤介质和 滤饼层流动时需克服流动阻力，因此， 过滤过程必须施加外力。外力可以是重 力、压力差，也可以是离心力，其中以 压力差和离心力为推动力的过滤过程在 工业生产中应用较为广泛。
3.1.2 过滤基本方程
令颗粒比表面积a=颗粒表面积/颗粒体积，则：
de4 a 1
将上述几式式代入式3-1，整理得：
dV 3
p1
Ad 2Ca212 L
（3－2）
r2C2a 12 3
r称为滤饼的比阻，与滤饼的结构有关。r r0ps
可压缩滤饼的s大约为0.20.8。不可压缩滤饼s=0。于是
式3-2可写成：
若过滤介质阻力可忽略不计，则以上两式简化为：
V2 KA2
q2 K
3.1.2 过滤基本方程
• 2．恒速过滤
若过滤时保持过滤速度不变，则过滤过程为恒速过滤。
对恒速过滤，有 dV V 常数
Ad A
代入式3-5中得：
V2
VVe
K 2
A2
或
q2
qqe
K
2
若过滤介质阻力可忽略不计，则以上两式简化为：
V 2 K A2
第三章 机械分离与固体流态化
• 3.1 过 滤 • 3.2 沉 降 • 3.3 固体流态化
3.1 过 滤
• 3.1.1 概述 • 3.1.2 过滤基本方程 • 3.1.3 过滤常数的测定 • 3.1.4 滤饼洗涤 • 3.1.5 过滤设备及过滤计算
3.1.1 概 述
• 滤饼过滤其基本原理是在外力（重力、压力、离心 力）作用下，使悬浮液中的液体通过多孔性介质，而 固体颗粒被截留，从而使液、固两相得以分离，如图 3-1所示。
第三章机械分离与固体流态化ppt课件
u T 2 d 2 R4
u r2 0 2uຫໍສະໝຸດ 4d(s )uT2 3 R
14
二、旋风分离器的操作原理
15
16
三、旋风分离器的性能
1、临界粒径 2、分离效率 3、压强降
0
C1 C2 C1
四、旋液分离器
17
一、过滤方式 饼层过滤
第三节 过滤
3-3-1 过滤操作基本概念
深床过滤
de
3
6 π
V
p
6
第二节 沉降过程
3-2-1 重力沉降
一、沉降速度
重力 Fg 6d3sg 浮力 Fb 6d3g
阻力 Fd A2u2
FgFbFd ma
ut
4gd(s) 3
9
影响沉降速度的因素
颗粒的体积浓度 器壁效应 颗粒形状的影响
10
二、重力沉降设备 （一）降尘室
动画
11
动画
特点：
多层除尘室
结构简单，阻力小，体积大，分离效率低，作为预 除尘
12
（二）沉降槽
13
径向上
3-2-2 离心沉降
惯性离6心 d3力 suR T2 指向外周
向心力 d3uT2
6R
阻力 d2 ur2
42
指向中心 指向中心
6d 3su R T 26d 3
28
3-3-4 恒速过滤与先恒速后恒压过滤
正位移泵→恒速过滤
29
A dd VA VquR
所q 以 u R或 V A Ru
dq p
dr(qqe)uR
prvR2urvRqu e
pab
30
3-3-5 过滤常数的测定
机械分离与固体流态化
滤饼 过滤介质
滤液
织物介质，如棉、麻、丝、毛、 合成纤维、金属丝
滤饼过滤操作示意图
等编织成的滤布；
多孔性固体介质，如素瓷板或
管、烧结金属等。
浙江大学本科生课程 化工原理
第三章 机械分离与固体流态化
4/36
一、概述
滤饼的压缩性和助滤剂：
空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼
滤浆
助滤剂：
第三章 机械分离与固体流态化
2p 1 s K
r0 c
2Ca 2 1 2
r
3
u 表观速度
13/36
2、恒压过滤
特点： K 为常数
u
dV
Ad
过滤推动力
过滤阻力
KA
2V Ve
积分得： 或者
V 2 2VVe KA2
q 2 2qqe K
2p 1 s K
r0 c
若过滤介质阻力可忽略不计，则
V 2 KA2
是不可压缩的粉状或纤维状固体，
如硅藻土、纤维粉末、活性炭、 石棉。
滤饼 过滤介质
滤液
使用时，可预涂，也可以混入待 滤的滤浆中一起过滤。
滤饼过滤操作示意图
浙江大学本科生课程 化工原理
第三章 机械分离与固体流态化
5/36
二、过滤基本方程
过滤过程流动的特点： •流体在固定床中同一截面上的流速分布很不均匀 •产生压降的主要原因：
3.1 滤饼过滤 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
浙江大学本科生课程 化工原理
第三章 机械分离与固体流态化
1/36
第三章 机械分离与固体流态化
分离
第三章 机械分离及固体流态化
（2）摩擦数群法---- ζ Ret2—Ret ，ζ Ret-1—Ret 4d(ρs -ρ) g 3ρ ut2
ζ=
（3）用K值判别流型
将沉降速度公式带入雷诺数的定义式，再经过换算，可以 得到Ret与K的关系式，将Ret的上、下限数值带入，可求得
K值。
K=2.62，是层流区的上限； K=69.1，是湍流区的下限。 这样，计算已知直径的球形颗粒的沉降速度时，可根据K 值选用相应的公式计算ut，从而避免采用试差法。
下来的最小颗粒的直径计算。
2．沉降槽
沉降槽是利用重力沉降来提高悬浮液浓度并同时得到澄清 液体的设备。所以，沉降槽又称为增浓器和澄清器。
颗粒被分离下来的条件：
φS――颗粒的球形度或形状系数； S――与该颗粒体积相等地球体的表面积，m2； SP――颗粒的表面积，m2。
由于同体积不同形状的颗粒中，球形颗粒的表面积最小， 因此对非球形颗粒，总有φS﹤1，颗粒的形状越接近球形， φS越接近1；对球形颗粒，φS＝1。
2．颗粒的当量直径
经常将非球形颗粒以某种“当量”的球形颗粒来代替，以 使非球形颗粒的某种特性与球形颗粒等效，这一球粒的直 径为当量直径。当量直径表示非球形颗粒的大小。 1. 等体积当量直径 颗粒的等体积当量直径为 与该颗粒体积相等的直径，即de = 36Vp/π 2. 等比表面积当量直径 即与非球形颗粒比表 Vp=π de 3/6
Sp= πde 2
a=S/V=6/de
面积相等的直径，即da=6/a
二、颗粒群的特性
工业中遇到的颗粒群可分为两类：
1.
若颗粒群是由大小不同的粒子组成的集合体，称为非均
一性粒子或多分散性粒子；
2.
而将具有同一粒径的颗粒群称为单一性或单分散性粒子
化工原理(天大版)---(上册)第三章 机械分离与固体流态化
（V VR）与( R )分别为转如恒压阶段后 得到的滤液体积和所用 时间
3-3-5 过滤常数的测定
过滤常数：K、qe、e
K 2kP1s
qe2 Ke
k 1 r
3-3-5 过滤常数的测定
一 恒压下K、qe、e的测定
恒压过滤方程： (q qe )2 K( e ) q2 2qeq K
2(q qe )dq Kd
t
18RmB dc2sui2
2RmNe ui
dc
9B Nesui
三旋风分离器的性能
2. 分离效率
总效率o 粒级效率p
C1 C2 C1
P,i
C1,i C2,i C1,i
粒级效率p与粒径比dd50 的曲线：
d50：粒级效率为50%的颗粒直径
n
0
i 1
xi
p
i
xi：粒径在第i段内的颗粒占 全部颗粒的质量分率
(
dV d
)w
与(
dV d
)E的关系
假设
i. 洗涤压强差与过滤终了时的压强差相同
ii. 洗水粘度与滤液粘度相同
3-3-7 滤饼的洗涤
叶滤机
置换洗涤法：（L+Le）W=（L+Le）E；A洗=A
(
dV d
)w
(
dV d
)E
KA2 2(V Ve )
板框压滤机
横穿洗涤法： （L+Le）W=2（L+Le）E；A洗=0.5A
r(
P V
Ve
)
AP r(V
Ve
)
A
dV A2P d r(V Ve )
过滤基本方程
3-3-2 过滤的基本方程式
第三章机械分离与固体流态化
0.44
u0 1.74
gds
（3）沉降速度的计算
公式法(试差法)： 将以上阻力系数关系式代入自由沉降速度的计算式中可得
到计算沉降速度的公式。由于沉降速度未知,雷诺数无法计算， 因此公式法也需要试差计算。
计算过程：
假设沉降处于层流区
Stokes定律求u0
核算Re0
若Re0< 2，则假设成立 若Re0> 2，则用相应的公式求u0
悬浮液中加入电解质、絮凝剂等添加剂有利于絮凝现象 的发生，提高沉降速度；另外，提高悬浮液温度也可提高沉 降速度。
图3-6 连续式沉降槽（增稠器）
例2：长3m、宽2.4m、高2m的降尘室与锅炉烟气排出 口相接。在操作条件下炉气流量为9000m3/h，气体密度 为0.72 kg/m3，粘度为2.610-5 Pa·s，其中粉尘可看作球 形颗粒，密度为2200 kg/m3。求：
deV
3
6V
dea
6 a
通常使用等体积当量直径：
dea
deV
V
6
de3V
S de2V
6 a
deV
二、颗粒群的特性参数
工业生产中常遇到流体通过大小不等的混合颗粒 群的流动，此时常认为这些颗粒形状一致，只考虑大 小不同。常用筛分的方法测得粒度分布，再求其相应 的平均特性参数
分离因数K C
离心力 重力
离心加速度 重力加速度
a g
ut2 / r g
(3)离心沉降速度与重力沉降速度的比较
表达式：重力沉降速度公式中的重力加速度改为离心加速度
数值：重力沉降速度基本上为定值
离心沉降速度为绝对速度在径向上的分量，随颗粒在
考研 化工原理 必备课件第三章 机械分离与固体流态化
考研化工原理必备课件第三章机械分离与固体流态化.txt25爱是一盏灯，黑暗中照亮前行的远方；爱是一首诗，冰冷中温暖渴求的心房；爱是夏日的风，是冬日的阳，是春日的雨，是秋日的果。
本文由821240550贡献ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。
建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。
第三章机械分离与固体流态化3.1 颗粒及颗粒床层的特性 3.2 3.3 3.4 3.5 沉降过程过滤离心机固体流态化3.1颗粒及颗粒床层的特性（1）床层空隙率ε固定床层中颗粒堆积的疏密程度可用空隙率来表示，其定义如下：ε=空隙体积床层体积V ? 颗粒所占体积v v = = 1? 床层体积床层体积V Vε的大小反映了床层颗粒的紧密程度，ε对流体流动的阻力有极大的影响ε↓, ∑ h f ↑。
ε < 1。
3.1颗粒及颗粒床层的特性（2）床层自由截面积分率AA0 =。
A 流动截面积床层截面积A-颗粒所占的平均截面积A P = = 1? P 床层截面积床层截面积A A空降率与床层自由截面积分率之间有何关系？假设床层颗粒是均匀堆积（即认为床层是各向同性的)。
想象用力从床层四周往中间均匀压紧，把颗粒都压到中间直径为长为L的圆柱中（圆柱内设有空隙）。
ε = 1?v ?D ? = 1? 4 = 1? ? 1 ? π 2 V ?D? D L 4πD1 L222 D12 AP ? D1 ? 4 A0 = 1 ? = 1? = 1? ? ? π 2 A ?D? D 4π所以对颗粒均匀堆积的床层(各向同性床层），在数值上ε = A03.1颗粒及颗粒床层的特性(3)床层比表面aB = 颗粒表面积S 床层体积V颗粒比表面S aB ， = 1a=颗粒表面积S 颗粒体积V取V =的床层考虑， 1m3a=S S = v 1? εaB = a(1 ? ε ) * 所以此式是近似的，在忽略床层中固颗粒相互接触而彼此覆盖使裸露的颗粒表面积减少时成立。
化工原理课件第三章机械分离和固体流态化
川 理 工
§3.1.1 颗粒的特性 一 、单一颗粒的大小和形状
学 1、球形颗粒
院
材 化
体积 :V d 3
6
系
化 学
直径 : d
表面积 : s d 2
工 程
比表面积 : a 6
教
d
研
室
化工原理
机械分离和固体流态化
第五页，编辑于星期六：十八点 十分。
四 2、非球形颗粒
川 以某种特性相当的球形颗粒代表，相应的球的直径称当量直径。 理
工 数值上等于空隙率，即床层中自由截面的大小与床层的轴向高度无关。
程
床层直径
教 研
壁效应
颗粒直径
室
化工原理
机械分离和固体流态化
12 第十二页，编辑于星期六：十八点 十分。
四 §3.2 沉降过程
川 沉降操作：在某中力的作用下，利用分散相与连续相间的密度差异，使 理 之发生相对运动而实现分离的操作过程。分为：重力沉降、离心沉降。
化
L
学
u
B
工
气体
程 教
ut
H
研
多层降尘室
室
颗粒在降尘室中的运动
化工原理
机械分离和固体流态化
20 第二十页，编辑于星期六：十八点 十分。
四 思考 2：要想使某一粒度的颗粒在降尘室中
川 被 100%除去，必须满足什么条件？
理 工 学
t
H ut
ut
d
2 p
p 18
g
院 思考 3：能够被 100%除去的最小颗粒，必须满足什么条件？
于 1.7μm，则简单表示为 d50 =1.7μm。
工 程 教
2.在该批颗粒的最大直径 d pmax
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ad (rL rLe ) r(L Le )
25
五、过滤基本方程式
如获得1 m3滤液形成滤饼体积为νm3，则 LA= ν V 则
L V
A
Le
Ve
A
dV
Ad
p
r(V Ve)
A
dV A2p
d r(V Ve )
r r(p)s
dV A2p1s
d r(V Ve )
S: 压缩性指数，0～1，不可压缩滤饼，S = 0
dq
d
p
r(q qe )
uR
p rvuR2 rvuRqe
p a b
30
3-3-5 过滤常数的测定
一、恒压下K、qe、Өe的测定
(q qe )2 K ( e ) 2(q qe )dq Kd
d
dq
2 K
q
2 K
qe
2 2
q K q K qe
31
二、压缩性指数s的测定
先在若干不同的压强差下对指定物料进行实验，求得 若干过滤压强差下的K值，然后对K-Δp数据加以处理， 即可求得s值。
L
23
三、滤饼阻力
滤饼的比阻
r5a 2(1 来自3)2反映了颗粒形状、尺寸及床层的空隙率对滤液 流动的影响，为单位厚度床层的阻力，单位1/m2。
滤饼的阻力 R rL
则 dV pc pc
Ad rL R
速度=推动力/阻力
24
四、过滤介质的阻力 dV pm Ad Rm
dV pc pm p
Ad (R Rm ) (R Rm )
二、床层比表面积 : ab=（1-ε）a
8
第二节 沉降过程
3-2-1 重力沉降
一、沉降速度
重力Fg
6
d 3s g
浮力Fb 阻力Fd
d
6
A
3 g u 2
2
Fg Fb Fd ma
ut
4gd (s ) 3
9
影响沉降速度的因素
➢颗粒的体积浓度 ➢器壁效应 ➢颗粒形状的影响
10
二、重力沉降设备 （一）降尘室
动画
11
动画
特点：
多层除尘室
结构简单，阻力小，体积大，分离效率低，作为预 除尘
12
（二）沉降槽
13
径向上
3-2-2 离心沉降
惯性离心力
6
d
3s
uT 2 R
指向外周
向心力 d 3 uT 2
6R
阻力 d 2 ur 2
42
指向中心 指向中心
6
d 3s
uT 2 R
6
d3
uT 2 R
4
d2
ur 2
L
u
1 K
3 a2 (1 )2
(pc )
L
u
3 5a2 (1 )2
(pc )
L
22
二、过滤速率
过滤速度 单位时间通过单位过滤面积的滤液体积，单位为m/s。
u dV
3
(pc )
Ad 5a2 (1 )2 L
过滤速率 单位时间获得的滤液体积，单位为m3/s。
dV
d
3 5a2 (1 )2
( Apc )
L
20
de
4 水力半径
4
管道截面积 润湿周边长
流通截面积 流道长度 de 润湿周边长流道长度
流道容积 de 流道表面积
假设有面积1㎡，厚度1米的饼层 床层体积= 1m3 流道容积=εm3 流道表面积=1（1- ε ）a㎡
21
de
(1
)a
u d 2 (p)
32l
u
u1
u1
de2 (pc )
第三章 机械分离和固体流态化
均相物系
气态非均相物系：含尘气体、含雾气体
非均相物系：
液态非均相物系：悬浮液、乳浊液、泡沫液
非均相物系
分散相或分散物质：处于分散 状态的物质，如分散于流体中 的固体颗粒、液滴或气泡。
连续相或分散介质：包围分散 物质且处于连续状态的物质。
1
沉降：重力沉降，离心沉降 过滤：重力过滤，加压过滤，真空过滤，离心过滤
2
0
ur
4d (s ) uT 2 3 R
14
二、旋风分离器的操作原理
15
16
三、旋风分离器的性能
1、临界粒径 2、分离效率 3、压强降
0
C1 C2 C1
四、旋液分离器
17
一、过滤方式 ➢饼层过滤
第三节 过滤
3-3-1 过滤操作基本概念
➢深床过滤
18
二、过滤介质 • 织物介质：棉、麻、丝、毛 • 堆积介质：砂、木炭、石棉、硅藻土 • 多孔固体介质；多孔陶瓷、多孔塑料、多孔金属
(V Ve )2 KA2 ( e ) 过滤介质阻力可以忽略时
V 2 KA2
如令q
V A
及qe
Ve A
则有
qe2 Ke q2 2qqe K (q qe )2 K ( e )
28
3-3-4 恒速过滤与先恒速后恒压过滤
正位移泵→恒速过滤
29
dV
Ad
V
A
q
uR
所以 q uR 或V AuR
三、滤饼的压缩性和助滤剂 ➢不可压缩滤饼: CaCO3 ➢可压缩滤饼: 胶体物质
助滤剂：渗透性，低流动阻力，化学稳定性，不可压缩性
19
3-3-2 过滤基本方程式
一、滤液通过饼层的流动 颗粒床层的物理模型： 颗粒床层 一组平行细管 流体通道 ①细管内表面 = 床层颗粒的全部表面 ②细管的总体积 = 床层空隙体积
26
3-3-3 恒压过滤
k 1
rv
dV kA2p1s
d V Ve
(V Ve )dV kA2p1S d
Ve (V
0
Ve )d(V
Ve )
kA2p1S
e
0 d( e )
V Ve (V
Ve
Ve )d (V
Ve ) kA2p1S
e
d (
e
e )
27
积分后 且令 K=2k△p1-s 则得到 Ve2 KA2e V 2 2VeV KA2
6
➢形状系数
s
S Sp
与该颗粒体 积相等的球 体的表面积
颗粒的表 面积
体积相同球形颗粒的表面积最小
非球形颗粒 s 1 球形颗粒 s 1
7
二、颗粒群的特性
1、粒度分布
2、平均粒径
三、粒子密度
真密度ρs 堆积密度ρb （表观密度）
3-1-2 颗粒床层的特性
一、床层空隙率
床层体积 - 颗粒体积 床层体积
2
1. 沉降
颗粒相对于流体(静止或运动)运动而实现悬浮 物系分离的过程。
沉降操作的作用力
沉降
重力沉降 离心沉降
重力 惯性离心力
3
2. 过滤
流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液 分离的过程。依实现过滤操作的外力不同，过 滤操作又可分为
过滤操作的外力
重力过滤 重力
过滤
加压过滤 真空过滤
压强差 压强差
离心过滤 惯性离心力
4
第一节 颗粒及颗粒床层的特性 3-1-1 颗粒的特性
一、单一颗粒 1、球形颗粒
➢体积 ➢表面积
V d3
6
S d2
➢比表面积 a=6/d
5
2. 非球形颗粒 需要形状和大小两个参数来描述其特性。
➢ 体积当量直径 实际颗粒的体积等于当量球形颗粒的体积，则体
积当量直径定义为
6 de 3 π Vp
K=2k△p1-s 上式两端取对数，得 lgK=(1-s) lg(△p)+ lg(2k) K与Δp的关系在双对数坐标上标绘时应是直线，直线的斜 率为(1-s)，截距为lg(2k)。