机械分离与固体流态化《化工原理》课件要点
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第三章 机械分离与固体流态化
第一节 筛分
一、颗粒的特性 二、颗粒群的特性 三、筛分
第二节 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 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 离心分离 第五节 固体流态化
5
❖ 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。
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
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）；
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
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 i1 di
颗粒在流体中沉降时受力
12
1、自由沉降
d 63s1sgd 422 u0 20
u0
4ds g
3
Re0=du0/ 1或2
层流区 24
Re 0
u0
d2s g
18
----斯托克斯定律
13
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
频率分布曲线
9
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Leabharlann Baidu积之
和除以颗粒的总数
k
k
dAm nidi2
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。
10
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。
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
15
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； 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。
7
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
与颗粒体积相等的球 表的 面积
颗粒的表面积
表面积
a
球＝
A V
6 dp
a＝ 6 d eV
8
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）。
11
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
d2
4
浮力Fb
mg
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
mg1s2u02
d20
4
质m 量力或 gFm c ra
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。
离心 Fc力 mra
浮F b 力 m ar s
曳
力 FD
ur2
2
A
类似重力沉降速度推导，得：
ur
4ds ar
3
A
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r
B ur
C
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对照重力场 u0
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3
颗粒在旋转流场中的运动
14
1、自由沉降
Rer=dur/ 1或2
层流区 24
Re r
u r d 2 1 s 8 a r d 2 s 1 8 2 r d 2 1 s r 8 u t2
第一节 筛分
一、颗粒的特性 二、颗粒群的特性 三、筛分
第二节 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 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 离心分离 第五节 固体流态化
5
❖ 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。
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
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）；
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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
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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
比表面积平均值
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比 表 面 积6＝ ddV2V3AAmm
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颗粒在流体中沉降时受力
12
1、自由沉降
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Re0=du0/ 1或2
层流区 24
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18
----斯托克斯定律
13
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
频率分布曲线
9
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Leabharlann Baidu积之
和除以颗粒的总数
k
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dAm nidi2
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。
10
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。
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a c -----离心分离因数
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数值约为几千～几万
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对照重力场
u0
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18
颗粒在旋转流场中的运动
15
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； 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。
7
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
与颗粒体积相等的球 表的 面积
颗粒的表面积
表面积
a
球＝
A V
6 dp
a＝ 6 d eV
8
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）。
11
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
d2
4
浮力Fb
mg
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
mg1s2u02
d20
4
质m 量力或 gFm c ra
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。
离心 Fc力 mra
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类似重力沉降速度推导，得：
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颗粒在旋转流场中的运动
14
1、自由沉降
Rer=dur/ 1或2
层流区 24
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