化工原理-机械分离-170
【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。
化工原理课件 3 机械分离和固体流态化-128页PPT资料
Ret1 4(3s2ut3)g
查 Ret1 Ret 曲线图，可求直径 d ，即 d R et ut
39
40
2
1
4.沉降速度的计算
3)用量纲为1的数群K 值判别流型
K d 3 (s )g 2
K ≤2.62为斯托克斯定律区; 2.62< K <69.1为艾仑定律区; K ≥69.1为牛顿定律区。
30
1.沉降速度
沉降速度 u t
等速阶段中颗粒相对于流体的运动速度ut称
为沉降速度。由于这个速度是加速阶段终了时颗
粒相对于流体的速度，故又称为“终端速度”。
ut
4gd(s ) 3
31
2. 阻力系数
f(Rte, s)
Ret
dut ρ μ
Re t
32
2. 阻力系数
ut
41
2. 重力沉降设备
降尘室——气固体系 沉降槽——液固体系
42
1）降尘室
2.重力沉降设备
气流水平通 过降尘室速
度
动画
图3-4 降尘室示意图 (a)沉降室 (b)尘粒在沉降室内运动情况
沉降速 度
43
2.重力沉降设备
思考1：要使颗粒除去，必须满足什么条件？
位于降尘室最高点的颗粒沉降到室底所需的时间为
on定律区）
0.44 ut 1.74 gds （ 1000Rte2000） 0 33
3.
影响沉降速度的因素
ut
4ds g
3
1) 流体的粘度
滞流区 过渡区 湍流区
表面摩擦阻力 形体阻力
34
3.
影响沉降速度的因素
化工原理习题及参考答案
第三章机械分离一、名词解释每题2分1.非均相混合物物系组成不同,分布不均匀,组分之间有相界面2.斯托克斯式3.球形度s非球形粒子体积相同的球形颗粒的面积与球形颗粒总面积的比值4.离心分离因数离心加速度与重力加速度的比值5.临界直径dc离心分离器分离颗粒最小直径6．过滤利用多孔性介质使悬浮液中液固得到分离的操作7.过滤速率单位时间所产生的滤液量8.过滤周期间歇过滤中过滤、洗涤、拆装、清理完成一次过滤所用时间9.过滤机生产能力过滤机单位时间产生滤液体积10.浸没度转筒过滤机浸没角度与圆周角比值二、单选择题每题2分1、自由沉降的意思是_______;Ａ颗粒在沉降过程中受到的流体阻力可忽略不计Ｂ颗粒开始的降落速度为零,没有附加一个初始速度Ｃ颗粒在降落的方向上只受重力作用,没有离心力等的作用Ｄ颗粒间不发生碰撞或接触的情况下的沉降过程D2、颗粒的沉降速度不是指_______;Ａ等速运动段的颗粒降落的速度Ｂ加速运动段任一时刻颗粒的降落速度Ｃ加速运动段结束时颗粒的降落速度Ｄ净重力重力减去浮力与流体阻力平衡时颗粒的降落速度B3、对于恒压过滤_______;A滤液体积增大一倍则过滤时间增大为原来的2倍B滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的2倍C滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的4倍D当介质阻力不计时,滤液体积增大一倍,则过滤时间增大至原来的4倍D4、恒压过滤时,如介质阻力不计,滤饼不可压缩,过滤压差增大一倍时同一过滤时刻所得滤液量___; Ａ增大至原来的2倍Ｂ增大至原来的4倍倍Ｄ增大至原来的倍C5、以下过滤机是连续式过滤机_______;Ａ箱式叶滤机Ｂ真空叶滤机Ｃ回转真空过滤机Ｄ板框压滤机C6、过滤推动力一般是指______;Ａ过滤介质两边的压差Ｂ过滤介质与滤饼构成的过滤层两边的压差Ｃ滤饼两面的压差Ｄ液体进出过滤机的压差B7、回转真空过滤机中是以下部件使过滤室在不同部位时,能自动地进行相应的不同操作：______; Ａ转鼓本身Ｂ随转鼓转动的转动盘Ｃ与转动盘紧密接触的固定盘Ｄ分配头D8、非球形颗粒的当量直径的一种是等体积球径,它的表达式为______;A d p＝6V/A此处V为非球形颗粒的体积,A为非球形颗粒的表面积B d p＝6V/1/3C d p＝4V/1/2D d p＝kV/1/3k为系数与非球形颗粒的形状有关B9、在讨论旋风分离器分离性能时,分割直径这一术语是指_________;Ａ旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径Ｂ旋风分离器允许的最小直径Ｃ旋风分离器能够50%分离出来的颗粒的直径Ｄ能保持滞流流型时的最大颗粒直径C10、在离心沉降中球形颗粒的沉降速度__________;Ａ只与d p,p,,u T,r,μ有关Ｂ只与d p,p,u T,r有关Ｃ只与d p,p,u T,r,g有关Ｄ只与d p,p,u T,r,k有关题中u T气体的圆周速度,r旋转半径,k分离因数A11、降尘室没有以下优点______________;Ａ分离效率高Ｂ阻力小Ｃ结构简单Ｄ易于操作A12、降尘室的生产能力__________;Ａ只与沉降面积A和颗粒沉降速度u T有关Ｂ与A,u T及降尘室高度H有关Ｃ只与沉降面积A有关Ｄ只与u T和H有关A13、回转真空过滤机的过滤介质阻力可略去不计,其生产能力为5m3/h滤液;现将转速度降低一半,其他条件不变,则其生产能力应为____________;A5m3/hB2.5m3/hC10m3/hD3.54m3/h D14、要除去气体中含有的5μ～50μ的粒子;除尘效率小于75％,宜选用;A除尘气道B旋风分离器C离心机D电除尘器B15、等压过滤的滤液累积量q与过滤时间τ的关系为______________;B16、过滤基本方程是基于____________推导出来的;A滤液在过滤介质中呈湍流流动B滤液在过滤介质中呈层流流动C滤液在滤渣中呈湍流流动D滤液在滤渣中呈层流流动D17、一般而言,旋风分离器长、径比大及出入口截面小时,其效率,阻力;A高B低C大D小A18、在板框过滤机中,如滤饼不可压缩,介质阻力不计,过滤时间增加一倍时,其过滤速率为原来的_____________;A2倍B1/2倍C1/2倍D4倍C19、在长为L m,高为H m的降尘室中,颗粒的沉降速度为u T m/s,气体通过降尘室的水平流速为u m/s,则颗粒能在降尘室内分离的条件是：____;A L/u＜H/u LB L/u T＜H/uC L/u T≥H/uD L/u≥H/u TD20、粒子沉降受到的流体阻力________;Ａ恒与沉降速度的平方成正比Ｂ与颗粒的表面积成正比Ｃ与颗粒的直径成正比Ｄ在滞流区与沉降速度的一次方成正比D21、板框压滤机中,最终的滤液流率是洗涤液流率的_______;Δp E=Δp w,μ=μwＡ一倍Ｂ一半Ｃ四倍Ｄ四分之一C22、球形度形状系数恒小于或等于1,此值越小,颗粒的形状离球形越远,球形度的定义式可写为______;A=V p/V,V为非球形粒子的体积,V p为球形粒子的体积B=A p/A,A为非球形粒子的表面积,A p为与非球形粒子体积相同的球形粒子的表面积C=a p/a,a为非球形粒子的比表面积,a p为球形粒子的比表面积D=6a p/d B23、“在一般过滤操作中,实际上起到主要介质作用的是滤饼层而不是过滤介质本身”,“滤渣就是滤饼”则_______;Ａ这两种说法都对Ｂ两种说法都不对Ｃ只有第一种说法正确Ｄ只有第二种说法正确A24、旋风分离器的总的分离效率是指__________;Ａ颗粒群中具有平均直径的粒子的分离效率Ｂ颗粒群中最小粒子的分离效率Ｃ不同粒级直径范围粒子分离效率之和Ｄ全部颗粒中被分离下来的部分所占的质量分率D25、降尘室的生产能力由________决定;A降尘室的高度和长度B降尘室的高度C降尘室的底面积D降尘室的体积C26、在板框过滤机中,如滤饼不可压缩,介质阻力不计,黏度增加一倍时,对同一q值,过滤速率为原来的_____________;A2倍B1/2倍C1/2倍D4倍B27、回转真空过滤机洗涤速率与最终过滤速率之比为;AlB1/2 C1/4D1/3 A28、以下说法是正确的;A过滤速率与S过滤面积成正比B过滤速率与S2成正比C滤速率与滤液体积成正比D过滤速率与滤布阻力成反比B29、板框压滤机中;A框有两种不同的构造B板有两种不同的构造C框和板都有两种不同的构造D板和框都只有一种构造B30、助滤剂应具有以下性质;A颗粒均匀、柔软、可压缩B颗粒均匀、坚硬、不可压缩C粒度分布广、坚硬、不可压缩D颗粒均匀、可压缩、易变形B三、填空题每题2分1、一球形石英颗粒,在空气中按斯托克斯定律沉降,若空气温度由20℃升至50℃,则其沉降速度将; 下降2、降尘室的生产能力与降尘室的和有关;长度宽度3、降尘室的生产能力与降尘室的无关;高度4、在除去某粒径的颗粒时,若降尘室的高度增加一倍,则沉降时间;增加一倍5、在除去某粒径的颗粒时,若降尘室的高度增加一倍,气流速度;减少一倍6、在除去某粒径的颗粒时,若降尘室的高度增加一倍,生产能力;不变7、在滞流层流区,颗粒的沉降速度与颗粒直径的次方成正比;28、在湍流区,颗粒的沉降速度与颗粒直径的次方成正比;1/29、在过滤的大部分时间中,起到了主要过滤介质的作用;滤饼10、过滤介质阻力忽略不计,滤饼不可压缩,则恒速过滤过程中滤液体积由V l增多至V2=2V l时,则操作压差由ΔP l增大至ΔP2=;2ΔP l11、已知q为单位过滤面积所得滤液体积V/S,q e为V e/S,V e为过滤介质的当量滤液体积滤液体积为V e时所形成的滤饼层的阻力等于过滤介质的阻力,在恒压过滤时,测得Δ/Δq=3740q+200则过滤常数K=;12、已知q为单位过滤面积所得滤液体积V/S,q e为V e/S,V e为过滤介质的当量滤液体积滤液体积为V e时所形成的滤饼层的阻力等于过滤介质的阻力,在恒压过滤时,测得Δ/Δq=3740q+200则过滤常数q e=;13、最常见的间歇式过滤机有和;板框过滤机叶滤机14、在一套板框过滤机中,板有种构造,框种构造;2115、板框过滤机在过滤阶段结束的瞬间,设框已充满,则在每一框中,滤液穿过厚度为;框的厚度16、板框过滤机在过滤阶段结束的瞬间,设框已充满,在洗涤时,洗涤液穿过厚度为;框厚度之半17、板框过滤机在过滤阶段结束的瞬间,设框已充满,在洗涤时,洗涤液穿过的滤布面积等于;框的内面积18、旋风分离器性能的好坏,主要以来衡量;临界粒径的大小19、离心分离设备的分离因数定义式为Kc=;u T2/gR或u r/u t20、当介质阻力不计时,回转真空过滤机的生产能力与转速的次方成正比;1/221、间歇过滤机的生产能力可写为Q=V/,此处V为;一个操作循环中得到的滤液体积22、间歇过滤机的生产能力可写为Q=V/,此处表示一个操作循环所需的;总时间23、一个过滤操作周期中,“过滤时间越长,生产能力越大”的看法是否正确不正确的24、一个过滤操作周期中,“过滤时间越短,生产能力越大”的看法是否正确不正确的25、一个过滤操作周期中,过滤时间有一个值;最适宜26、一个过滤操作周期中,最适宜的过滤时间指的是此时过滤机生产能力;最大27、对不可压缩性滤饼dV/d 正比于ΔP 的次方,对可压缩滤饼dV/d 正比于ΔP 的次方;11-s28、对恒压过滤,介质阻力可以忽略时,过滤量增大一倍,则过滤速率为原来的;二分之一29、对恒压过滤,当过滤面积增大一倍时,如滤饼不可压缩,则过滤速率增大为原来的倍;对恒压过滤,当过滤面积增大一倍时,如滤饼可压缩,则过滤速率增大为原来的倍;4430、转鼓沉浸度是与的比值1转鼓浸沉的表面积转鼓的总表面积31、按ψ＝A p/A 定义的球形度此处下标p 代表球形粒子,最大值为＿＿＿;越小则颗粒形状与球形相差越＿＿＿;1大32、将固体物料从液体中分离出来的离心分离方法中,最常见的有和;将固体物料从液体中分离出来的离心分离设备中,最常见的为;离心过滤离心沉降离心机33、在Stokes 区,颗粒的沉降速度与颗粒直径的_____次方成正比；在牛顿区,颗粒的沉降速度与颗粒直径的______次方成正比;21/234、一个过滤操作周期中,“过滤时间越长生产能力越大”的看法是,“过滤时间越短,生产能力越大”的看法是;过滤时间有一个值,此时过滤机生产能力为＿＿＿＿＿＿;不正确的不正确的最适宜最大35、含尘气体通过长为4m,宽为3m,高为1m 的除尘室,已知颗粒的沉降速度为0.03m/s,则该除尘室的生产能力为s m 3;0.36m 3/s四、问答题每题3分1、影响回转真空过滤机生产能力的因素有哪些过滤介质阻力可忽略当过滤介质阻力可忽略时2Q KA n ϕ=2/K p r φμ=∆可见,影响因素有：转筒的转速、浸没度、转筒尺寸、操作压强及处理物料的浓度及特性;2、有一旋风分离器,在正常的速度和阻力的范围内操作,但除尘效率不够满意,现在仓库里还有一个完全相同的旋风分离器,有人建议将这台备用的旋风分离器与正在用的那一台一起并联使用,问这种措施能否提高除尘效率为什么不行;因为速度降低,离心惯性力减小,使除尘效率下降;3、恒压过滤时,如加大操作压力或提高滤浆温度,过滤速率会发生什么变化为什么由d q /d t =Δp /rΦμq +q e 知,加大操作压力,过滤速率变大;提高滤浆温度,使滤液黏度降低,过滤速率增大;4、临界直径dc 及分割直径d 50,可以表示旋风分离器的分离性能,回答d c 与d 50的含义是什么d c 旋风分离器的分离分离颗粒最小直径;d 50分离效率50%时颗粒直径5、由过滤基本方程d q /d t =Δp /rΦμq +q e 分析影响过滤速率的因素影响过滤速率的因素有：①物性参数,包括悬浮液的性质φ、μ及滤饼特性r ；②操作参数Δp ；③设备参数q e6、试说明滤饼比阻的意义比阻r 表示滤饼对过滤速率的影响,其数值的大小反映滤液通过滤饼层的难易程度;五、计算题每题10分1、某板框过滤机框空的长、宽、厚为250mm×250mm×20mm,框数为8,以此过滤机恒压过滤某悬浮液,测得过滤时间为与15min 时的滤液量分别为0.15m 3及0.20m 3,试计算过滤常数K ;解：过滤面积A =8×2××=1.0 m 22分已知:τ1==0.15 m 3τ2=15min V 2=0.20 m 3∵V 2+2VVe =KA 2τ4分可得+2×=K×12×1+2×=K×12×1521、2式联立,解得K =0.0030 m 2/min=×10-5 m 2/s4分2、以板框压滤机恒压过滤某悬浮液,过滤面积10m 2,操作压差×105Pa;每一循环过滤15min 得滤液2.91m 3;过滤介质阻力不计;(1) 该机生产能力为4.8m 3/h 滤液,求洗涤、装拆总共需要的时间及过滤常数K ;(2) 若压差降至×104Pa,过滤时间及过滤量不变,其他条件不变,需多大过滤面积设滤饼不可压缩;3如改用回转真空过滤机,转一圈得滤液0.2m 3,转速为多少才可以维持生产能力不变解：1∵V 2=KA 2τ即=K ×102×15∴K =×10-3 m 2/min又Q =V /∑τ即60=15+τw +τD∴τw +τD =4分2V 2=KA 2τA 2=V 2/Kτ4分3Q =60=×nn-r/min ∴n =min2分3、用某叶滤机恒压过滤钛白水悬浮液;滤叶每侧过滤面积为2m 2,共10只滤叶;测得:过滤10min 得滤液1.31m 3；再过滤10min 共得滤液1.905m 3;已知滤饼与滤液体积比n =;试问:1过滤至滤饼厚为21mm 即停止,过滤时间是多少2若滤饼洗涤与辅助时间共45min,其生产能力是多少以每小时得的滤饼体积计解：1∵V 2+2VVe =KA 2t由题意得+2×=KA 2×10a+2×=KA 2×20ba 、b 联立,解得KA 2=0.2076 m 6/min,Ve=0.1374 m 33分又A =10×2×=13.12m 2过滤终了时,共得滤液量V E =×=2.755 m 3由+2××=,∴t E =3分2生产能力=nV E /t E +t w +t 辅=×+45=×10-3 m 3/min=0.194 m 3/h 滤饼4分4、在3×105Pa 的压强差下对钛白粉在水中的悬浮液进行过滤实验,测得过滤常数K=5×10-5m 2/s 、q e =0.01m 3/m 2,又测得滤饼体积与滤液体积之比v=;现拟用有38个框的BMY50/810-25型板框压滤机处理此料浆,过滤推动力及所用滤布也与实验用的相同;试求：1过滤至框内全部充满滤渣所需的时间；2过滤完毕,以相当于滤液量1/10的清水进行洗涤,求洗涤时间；3若每次卸渣、重装等全部辅助操作共需15min,求每台过滤机的生产能力以每小时平均可得多少m 3滤饼计;解：1所需过滤时间A=×2×38=49.86m 2V c =××38=0.6233m 2()()2251120.156320.15630.01551510e q qq s K θ-=+=+⨯⨯=⨯4分 2洗涤时间30.10.156349.86/1.87410416s -=⨯⨯⨯=4分3生产能力30.62333600 1.2025514181560c Q m ⨯==++⨯滤饼/h2分 5、用板框过滤机过滤某悬浮液,一个操作周期内过滤20分钟后共得滤液4m 3滤饼不可压缩,介质阻力可略;若在一个周期内共用去辅助时间30分钟,求：（1） 该机的生产能力2若操作表压加倍,其它条件不变物性,过滤面积,过滤时间与辅助时间,该机生产能力提高了多少 解：滤饼不洗涤（1） 4分（2） 6分6、对某悬浮液进行恒压过滤;已知过滤时间为300s 时,所得滤液体积为0.75m 3,且过滤面积为1m 2,恒压过滤常数K=510-3m2/s;若要再得滤液体积0.75m 3,则又需过滤时间为多少2:2e q q K θ+=解由q 3分223225103000.750.625220.75e e q q K K q q θθ-=--⨯⨯-∴===⨯得q q 3分 2232 1.520.62515825510825300525e q q K sθθ-++⨯⨯===⨯=-=q 4分 7、一小型板框压滤机有框10块,长宽各为0.2m,在2at 表压下作恒压过滤共二小时滤框充满共得滤液160l,每次洗涤与装卸时间为1hr,若介质阻力可忽略不计,求：1过虑常数K,洗涤速率;2若表压增加一倍,其他条件不变,此时生产能力为若干解：15分A=××10×2=0.8m 225分故生产能力为1+1=0.08m 3/h8、某板框压滤机的过滤面积为0.4 m 2,在恒压下过滤某悬浮液,4hr 后得滤液80 m 3,过滤介质阻力可略去不计;试求：①若其它情况不变,但过滤面积加倍,可得多少滤液②若其它情况不变,但操作时间缩短为2hr,可得多少滤液③若在原表压下过滤4hr 后,再用5m 3水洗涤滤饼,需多长洗涤时间设滤液与水性质相近; 解：13分23分34分9、一小型板框过滤机,过滤面积为0．1m 2,恒压过滤某一种悬浮液;得出下列过滤议程式：q+102=250θ+0．4式中q 以l/m 2,θ以分钟计;试求：1经过249．6分钟获得滤液量为多少2当操作压力加大1倍,设滤饼不可压缩同样用249．6分钟将得到多少滤液量;解：1)4.0(250)10(2+=+θq当6.249=θ分时q=240L/M 2V=240×0;1=24L 5分2,P='K2P='K2343=⨯=5分5.LV3.341.0。
化工原理 机械分离 过滤分离
40 1773 + 1267 = 1.51(h ) θC = θF + θ W + θR = + 60 3600 0.76 Q= = 0.5(m 3 / h ) 1.51
化工原理（上） 化工原理（
第三章 机械分离 —— 过滤分离过程
3.2 过 滤 一 过滤基本原理
1 过滤
滤 浆 滤 饼 过滤介质
滤 液
固液混合，外力驱动，多孔介质，颗粒截留， 固液混合，外力驱动，多孔介质，颗粒截留，液体通过
名词： 名词： 1过滤介质；滤浆；滤渣(饼)；滤液 2过程推动力：重力；压力(差)；离心力 3滤饼过滤与深层过滤 4操作目的：固体或清净的液体 5洗涤——回收滤饼中残存的滤液或除去其杂质
一个周期中全部面积经历过滤时间 一个周期中全部面积经历过滤时间 全部面积
θ F = φθ C = φ / n θ F = φθ C
部分面积，全部时间 →全部面积， 部分面积，全部时间—→全部面积，部分时间
φA
θC
A
（2）生产能力
Qh = 3600qA / θ c = 3600nqA 2 q + 2qqe = Kθ F = Kφ / n
模型简化
细管)当量直径 ③孔道(细管 当量直径 e： 孔道 细管 当量直径d
4 × 流通截面积 l 4 × 空隙体积 4 × 床层体积 × 空隙率 de = = = 润湿周边长 l 颗粒表面积 比表面积 × 颗粒体积 4 × 床层体积 × 空隙率 4ε = = 比表面积 × 床层体积 × (1 − 空隙率 ) a (1 − ε )
2．转筒过滤机 ． （1）结构与工作原理 ）
四 过滤计算
1．间歇过滤机的计算 卸渣、清理、装合 卸渣、清理、
中农大环境工程原理课件第3章 机械分离
沉降
流体相对于颗粒床层运动的过程
过滤
沉降：作用力的不同 离心沉降：惯性离心力 重力沉降：地球引力
实现非均相物系分离的目的： 1）回收有价值的产品 2）净化原料 3）保护环境、治理环境污染
第二节 重力沉降
在这一过程我们最关心的是沉降速度的 大小，那么影响沉降速度的因素有哪些？
颗粒的性质：大小、形状、密度 流体的性质：密度、粘度
① 加速阶段：
s 时，Fe Fb，沿质量力方向加速 s 时，Fe Fb，沿浮力方向加速
② 恒速阶段：
合力Fe Fb FD 0时，颗粒速度恒定 终端速度 : 颗粒在流体中匀速运动的速度。 则颗粒的沉降速度为
ut
4gd (s ) 3
在这里要求颗粒的沉降速度关键是确定ζ值。
通过实验和因次分析发现ζ是颗粒与流体相对运
阻力 Fd
重力
Fg
6
d
3s
g
浮力 Fb
浮力
Fb
d 3 g
6
阻力
Fd
A u 2
2
d 2 u 2
8
重力 Fg
颗粒所受的合力为
Fg Fb Fd ma
6
d
3s
g
6
d
3 g
d 2 u 2
8
ma
初始时： u 0, FD 0
F Vs sae Vs ae
颗粒运动的两个阶段：加速阶段、恒速阶段
① 颗粒的筛分尺寸
di-1
算术平均：d pi
di1 di 2
di
几何平均：d pi di1di
di+1
di+2
② 筛分尺寸与颗粒特性参数的关系
颗粒不是明显的长或短：
化工原理机械分离
体积：V=π dp3/6 表面积：S=π
2 dp
m3
2 m
比表面积：a=S/V=6/dp
1/m
2、非球形：p95 参量：等体积当量直径de,v 形状系数（球形度）ψ
de,v=(6V/π)1/3
体积：V=πd3e,v/6 ψ=πd2e,v/S S=πd2e,v/ψ m2 m3
二、颗粒群的几何特性
1、筛分分析 小颗粒会穿过筛孔，而大颗粒被筛孔截留， 达到粒径分析的目的。 2、平均直径 需解决的问题：颗粒群的平均值或当量值 思路：以表面积相等为准则 公式推导 p98 3－6式
三、滤饼过滤
1）过滤介质：多孔物质，它是滤饼的支承物， 它应具有足够的机械强度和尽可能小的流 动阻力 种类： 织物介质（滤布）：棉、毛、丝、麻、玻 璃丝网、金属丝网等。 2）滤饼：滤饼是由被截留下来的颗粒垒积而 成的固定床层，随着过滤操作的进行，滤 饼的厚度与流动阻力都逐渐增加。
3.4 过 滤
一 过滤基本原理
固液(气)混合物， 在外力驱动下通过 多孔介质，颗粒截 留，液（气）体通 过 p100-101
滤 浆 滤 饼
过滤介质
滤 液
3.3
过 滤
滤 浆 滤 饼
名词： 过滤介质； 滤浆；滤渣 (饼)；滤液 过程推动力： 重力；压力 ( 差 ) ；离心 力
过滤介质
滤 液
二、过滤的分类
一般乱堆0.47＜ε＜0.7
堆积密度：单位体积固定床内固体颗 粒的质量 真实密度：颗粒的密度
3 、床层的各向同性：床层均匀，各 部分ε相等 ε＝截面空隙面积/截面总面积
4、床层的比表面 床层比表面积 a B ：单位体积床层具有 的颗粒的表面积
二、颗粒群
颗粒比表面积 a ：单位体积颗粒具有的表 面积 1m3床层aB＝（1－ε）a
江苏师范大学《化工原理》教学PPT第3章机械分离
26
降尘室是一个大空箱， 含尘气体从一端进入，以流
气体入口
速u水平通过降尘室，尘埃以
自由沉降速度ut 向室底沉降，
3.1.1 流体绕过颗粒的流动
当流体以一定速度绕过颗粒流动时，流体与颗粒之间产生一对大小 相等、方向相反的作用力，将流体作用于颗粒上的力称为曳力，而将 颗粒作用于流体上的力称为阻力。 一、颗粒的特性 描述一个颗粒至少要有3个参数:密度、大小、形状。 1.球形颗粒
密度 m
V
体积
V
d3
6
表面积 S d 2
的作用下沿重力方向作沉降运动，此时颗粒受到哪些力的作用呢？
Fg
mg
6
d
3s g
d
Fb
6
d
3
g
Fd
AP
1 2
u 2
4
d
2
1 2
u 2
17
根据牛顿第二定律得：
F
Fg
Fb
Fd
ma
6
d 3s g
6
d 3g
4
d
2
1 2
u 2
6
d
3s
du
d
整理得 ：
du ( s )g 3 u2
d
s
4d s
开始瞬间，u 0，du 最大，颗粒作加速运动。
13
可查P108图3-3,也可用公式计算(φ=1)
• Ret<2, 称斯托克斯区 ζ=24/Ret Fd∝u λ=64/Re Hf∝u
化工原理第三章机械分离
三力平衡时，得
所以
— 离心沉降速度
在层流区（10-4<Rer<1）， 所以
而
所以
— 离心分离因数
二、旋风分离器
1. 结构 2．原理：颗粒离心沉降到内壁后，靠重力沿内壁落入灰斗。 3. 临界粒径：能完全分离下来的最小粒径。 假定：
(1) 颗粒平均切向速度等于进口气体平均速度ui (2) 气体入器后仍以入口形状沿园简旋转Ne圈，离心沉降距离为B。
a S 6 Vd
（2）非球形颗粒
令
Vp
6
de3
S4r2d2
— 比表面积，m2 / m3
则
de
3
6V p
— （体积）当量直径
1．形状系数（形状）
(1) 定义
形状系数（球形度）：颗粒当量表面积与其实际表面积之比，即
(1) 球形颗粒 (2) 非球形颗粒
二、颗粒群的特性
1．粒度分布（粒径分布）
(1) 定义：不同粒径范围内所含粒子的个数或质量
6．型式（类型）
标准型，图3-8
CLT/A型，图3-12
CLP/A、CLP/B 型，图3-13
扩散型，图3-14
7. 选择
物性
形式（类型）
生产能力
型号
允许压力降
三、旋液分离器
结构和原理与旋风分离器相似，旋液分离器的结构特点是直径小而圆锥部分长，而且旋液分离 器应采用耐磨材料制造或采用耐磨材料做内衬以延长使用期限。
均匀悬浮液 四区（清液区、等浓区、变浓区、沉聚区） 等浓区消失 变浓区消失 沉 聚区压紧。见图3-7。 五、分级器：利用重力沉降来分离悬浮液中不同密度或不同粒度的粒子的设备。
第三节 离心沉降
一、离心沉降速度 设某个球形颗粒在流体中自由离心沉降，则该颗粒在径向所受力有： 惯性离心力
化工原理机械分离PPT课件
化 学 工 程 系
Ret＜2时（Stokes区)
24 Ret
ut
gd
2
s
18
2≤ Ret ＜ 500时（Allen 区)
18.5 0.6 Ret
500 ≤ Ret 时(Newton区)
0.44
化 学 工 程 系
3. 沉降速度的计算
试差法
假设沉降属于斯托克斯区 选用斯托克斯公式计算ut 检验Ret范围：10-4＜Ret＜2 是 否 重新 假设
pc
pc
2
3
2
51 a Lu
3
化 学 工 程 系
（2）过滤基本方程
过滤速度与过滤速率
A pc dV 2 2 d 5a 1 L
3
pc dV u 2 2 Ad 5a 1 L
（2）分离效率 粒的质
化 学 工 程 系
——旋风分离器所收集的该颗 量分数。
C1 C2 0 C1
总效 率
粒级效率
p,i
C1,i C2,i C1,i
化 学 工 程 系
粒级效率曲线
化 学 工 程 系
d 标准旋风分离器的 p d50
化 学 工 程 系
（3）压降
p
1. 概述 （1）概念和术语
过滤
滤浆 滤饼 过滤介质
滤液
化 学 工 程 系
（2）过滤方式
深层过滤
滤饼过滤
化 学 工 程 系
（3）过滤介质和滤饼
过滤介质
可压缩滤饼
滤饼
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
化工原理：第三章 机械分离
(非均相混合物的分离)
1
返回
3-1 引言
一、机械分离 通过机械力（重力、离心力或压差）分离
非均相混合物的单元操作。 二、机械分离的目的及重要性 1. 使原料得到提纯和净化 2. 获得中间产品或成品 3. 回收有用物质 4. 机械分离在环境保护方面具有重要的作用 三、机械分离的常用方法 1. 筛分 2. 沉降 3. 过滤
因为沉降依据的有重力或离心力，
重力沉降 所以沉降又可分为
离心沉降
3
返回
（一）重力沉降原理—沉降速度
一 固体颗粒在流体中的沉降运动
1．颗粒沉降运动中的受力分析
d，s的球形颗粒
(1) 作用力
重力
6
d3sg
离心力
6
d
3 s ar
6
d 3s
ut2 r
4
返回
(2) 浮力 重力场 d 3g
6
(3)阻力
离心力场 d 3 ut2
都能提高除尘室的分离效率
对气体p
pM RT
,Vs
ms
21
返回
三 离心沉降设备
重力沉降的不足与离心沉降的优势
设备体积小而分离效率高
3-9．旋风分离器
一、构造与工作原理
圆筒、圆锥、矩形切线入口
气流获得旋转 向下锥口 向上，气芯
顶部中央排气口
22
返回
颗粒器壁滑落 各部分尺寸——按比例 (见教材) 二、旋风分离器的主要性能 1、分离性能——评价分离性能的两种不同方式有
② 作用力的方向不同 重力沉降 方向指向地心
离心沉降 方向沿旋转半径从中
心指向 ur 的方向
③ 重力沉降速度是颗粒运动的绝对速度
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。
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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。
化工原理第三章 机械分离
2.564m
2）理论上能完全分离的最小颗粒尺寸
Vs 2.564 u0 0.214m / s BL 2 6
用试差法由u0求dmin。
假设沉降在斯托克斯区
2018/9/20
d min
18u0 18 3.4 10 5 0.214 5.78 10 5 m 4000 0.5 9.807 s g
附录查得，20℃时水的密度为998.2kg/m3,μ=1.005×10-3Pa.s
2018/9/20
u0
95 10 3000 998.2 9.81
6 2
18 1.005 103
9.797 10 3 m / s
核算流型
6 3 95 10 9 . 797 10 998.2 Re0 0.9244＜1 3 1.005 10
Vs BLu0
——降尘室的生产能力
降尘室的生产能力只与降尘室的沉降面积BL和颗粒的沉 降速度u0有关，而与降尘室的高度H无关。
2018/9/20
3、降尘室的计算
设计型 已知气体处理量和除尘要求，求 降尘室的计算 降尘室的大小
操作型 用已知尺寸的降尘室处理一定量 含尘气体时，计算可以完全除掉 的最小颗粒的尺寸，或者计算要 求完全除去直径dp的尘粒时所能处 理的气体流量。
一、沉降速度
第三章 机械分离
第一节 重力沉降
1、球形颗粒的自由沉降 2、阻力系数 3、影响沉降速度的因素 4、沉降速度的计算 5、分级沉降
二、降尘室
1、降尘室的结构 2、降尘室的生产能力
2018/9/20
均相混合物 物系内部各处物料性质均一而且不 存在相界面的混合物。 混合物 例如：互溶溶液及混合气体
化工工艺学第三章机械分离
化⼯⼯艺学第三章机械分离第三章机械分离本章学习指导1．本章学习⽬的通过本章学习能够利⽤流体⼒学原理实现⾮均相物系分离（包括沉降分离和过滤分离），掌握过程的基本原理、过程和设备的计算及分离设备的选型。
建⽴固体流态化的基本概念。
2．本章重点掌握的内容（1）沉降分离（包括重⼒沉降和离⼼沉降）的原理、过程计算和旋风分离器的选型。
（2）过滤操作的原理、过滤基本⽅程式推导的思路，恒压过滤的计算、过滤常数的测定。
（3）⽤数学模型法规划实验的研究⽅法。
本章应掌握的内容（1）颗粒及颗粒床层特性（2）悬浮液的沉降分离设备本章⼀般了解的内容（1）离⼼机的类型与应⽤场合（2）固体流态化现象（包括⽓⼒输送）3．本章学习中应注意的问题本章从理论上讨论颗粒与流体间相对运动问题，其中包括颗粒相对于流体的运动（沉降和流态化）、流体通过颗粒床层的流动（过滤），并借此实现⾮均相物系分离、固体流态化技术及固体颗粒的⽓⼒输送等⼯业过程。
学习过程中要能够将流体⼒学的基本原理⽤于处理绕流和流体通过颗粒床层流动等复杂⼯程问题，即注意学习对复杂的⼯程问题进⾏简化处理的思路和⽅法。
4．本章教学的学时数分配知识点3-1 授课学时数1 ⾃学学时数2知识点3-2 授课学时数3 ⾃学学时数6知识点3-3 授课学时数3 ⾃学学时数6知识点3-4 授课学时数1 ⾃学学时数2参考书籍（1）柴诚敬，张国亮.化⼯流体流动与传热.北京:化学⼯业出版社,2000（2）陈维枢主编.传递过程与单元操作.上册.浙江:浙江⼤学出版社,1993（3）陈敏恒等,化⼯原理(上册).北京:化学⼯业出版社,1999（4）机械⼯程⼿册编辑委员会.机械⼯程⼿册(第⼆版),通⽤设备卷.北京:机械⼯业出版社,1997（5）⼤连理⼯⼤学化⼯原理教研室.化⼯原理,上册.辽宁:⼤连理⼯⼤学出版社,1993 （6）时钧等.化学⼯程⼿册,上卷.2版.北京:化学⼯业出版社,1996（7）McCabe W. L. and Smith. J. C. Unit Operations of Chemical Engineering. 5th. ed. New York: McGraw Hill,1993（8）Foust A. S. and Wenzel. L.3.1本章概述⼀．混合物的分类⾃然界的⼤多数物质为混合物。