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

具有不同物理性质（如密度差别）的分散物质和连续介质所组成的物系称为非均相混合物或非均相物系。

颗粒相对于流体（静止或运动）运动的过程称为沉降分离。流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过程称为过滤。

工业上分离非均相混合物的目的是：1、回收有价值的分散物质。2、净化分散介质以满足后继生产工业的要求。3、环境保护和安全生产。

第一节颗粒及颗粒床层的特性

；表

单一的颗粒：1、球形颗粒体积：

面积：；比表面积：

2、非球形颗粒：体积当量直径

形状系数（又称球形度）：

，任何非球形颗粒

的形状系数皆小于1。

不同粒径范围内所含粒子的个数或质量，即粒径分

布。

当使用某一号筛子时，通过筛孔的颗粒量称为筛过量，截留于筛面上的颗粒量则称为筛余量。称取各号筛面上的颗粒筛余量即得筛分分析的基础数据。

颗粒的平均直径：最常用的是平均比表面积直径：

由颗粒群堆积成的床层疏密程度可用空隙率来表示：

床层的比表面积：

壁面附近床层的空隙率总是大于床层内部的，较多的流体必然趋向近壁处流过，使床层截面上流体分布不均匀，这种现象称为壁效应。

第二节沉降过程

沉降操作是指在某种力场中利用分散相和连续相

之间的密度差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。实现沉降操作的作用力可以是重力，也可以是惯性离心力。因此，沉降过程有重力沉降和离心沉降两种方式。静止流体中颗粒的沉降过程可分为两个

阶段，起初为加速段而后为等速段。

滞流区或斯托克斯定律区（10-4

滞流区（斯托克斯公式）：

颗粒的球形度愈小，对应于同一Re t值的阻力系数愈大，但值对的影响在滞流区内并不显著，随

着Re t的增大，这种影响逐渐变大。

自由沉降速度的公式不适用于非常微细颗粒（如d<0.5 ）的沉降计算，这是由于流体分子热运动使

得颗粒发生布朗运动。

二、重力沉降设备

（一）降尘室

籍重力沉降从气流中分离出尘粒的设备称为降尘室。

理论上降尘室的生产能力（）只与其沉降面

积bl及颗粒沉降速度u t有关，而与降尘室高度H无关。故降尘室应设计为扁平形，或在室内均匀设置多

层水平隔板，构成降尘室。

若降尘室设置n层水平隔板，则多层降尘室的生产能力变为：

沉降速度u t应根据需要完全分离下来的最小颗粒尺寸计算。气体在降尘室内的速度不应过高，一般应保证气体流动的雷诺准数处于层流区，以免干扰颗粒的沉降或把已沉降下来的颗粒重新扬起。

（二）沉降槽

沉降槽有澄清液体和增浓悬浮液的双重功能。因此要求沉降槽必须有足够大的槽截面积，沉降槽加料口以下的增浓段必须有足够的高度。

在沉降槽的增浓段中大都发生颗粒的干扰沉降，所进行的过程称为沉聚过程。

大颗粒的沉降受到阻滞，而小颗粒的沉降被加快。

（三）分级器

利用重力沉降可将悬浮液中不同粒度的颗粒进行粗略的分离，或将两种不同密度的颗粒进行分类，这样的过程统称为分级。实现分级操作的设备称为分级

器。

3-2-2 离心沉降

依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程称为离心沉降。

气固非均相物系的离心沉降是在旋风分离器中进行，液固悬浮物系一般可在旋液分离器或沉降离心机中进行。

同一颗粒在同种介质中的离心沉降速度与重力沉

降速度的比值为：，称为离心分离因素。

评价旋风分离器性能的主要指标是尘粒从气流中的分离效果及气体经过旋风分离器的压强降。

所谓临界粒径，是理论上在旋风分离器中能被完全分离下来的最小粒径，它是判断分离效率高低的重要依据。

临界粒径随分离器尺寸增大而加大，因此分离效率随分离器尺寸增大而减小。当气体处理量很大时，常将若干个小尺寸的旋风分离器并联使用，以维持较高的除尘效率。

旋风分离器的分离效率有两种表示法，一是总效率，以代表；一是分效率，又称粒级效率，以代

表。

总效率是指进入旋风分离器的全部颗粒中被分离下来的质量分率。按各种粒度分别表明其被分离下来的质量分率，称为粒级效率。

旋风分离器的结构形式与选用：

（1）采用细而长的器身

（2）减小涡流的影响（扩散式旋风分离器）

旋风分离器计算的主要依据有三个方面，一是含尘气的体积流量，二是要求达到的分离效率，三是允许的压强降。

旋液分离器又称水力旋流器，是利用离心沉降从悬浮液中分离固体颗粒的设备。

第三节过滤

3-3-1 过滤操作的基本概念

过滤是以某种多孔物质为介质，在外力作用下，使悬浮液中的液体通过介质孔道，而固体颗粒被截留在

介质上，从而实现固、液分离的操作。过滤操作采用的多孔物质称为过滤介质，所处理的悬浮液称为滤浆或料浆，通过多孔通道的液体称为滤液，被截留的固体物质称为滤饼或滤渣。

工业上的过滤操作分为两大类，即饼层过滤和深床过滤。

饼层过滤时，悬浮液置于过滤介质的一侧，固体物沉积于介质表面而形成滤饼层。饼层过滤中，真正发挥拦截颗粒作用的主要是滤饼层而不是过滤介质。饼层过滤适用于处理固体含量较高的悬浮液。深床过滤中，固体颗粒并不形成滤饼，而是沉积于较厚的颗粒过滤介质床层内部。这种过滤适用于生产能力大而悬浮液中颗粒小，含量甚微的场合。

过滤介质是滤饼的支撑物，它应具有足够的机械强度和尽可能小的流动阻力，同时，还应具有相应的耐腐蚀性和耐热性。滤饼是由截留下来的固体颗粒堆积而成的床层，随着操作的进行，滤饼的厚度与流动阻力都逐渐增加。构成滤饼的颗粒特性对流动阻力的影响悬殊很大。

3-3-2 过滤基本方程式