粉体工程超细分级与固液分离设备

根据过滤基本方程式可推导出其计算式： 式中k是过滤常数，t是过滤时间。
粉体工程超细分级与固液分离设备
（2 过滤操作在恒定的速度下进行，称为恒速过滤
。随着过滤时间的持续，饼层厚度增加，阻力增大 ，过滤压差随时间的持续呈直线增长。过滤设备的 耐压能力有限，压力不能太高。对可压缩滤饼，压 力的过度升高并不能使速度提高，相反会造成过滤 终止。基本方程式为：V = wt
粉体工程超细分级与固液分离设备
（2）滤饼的压缩性及助滤剂 1）滤饼的压缩性：受力不变形的颗粒形成的滤饼 称不可压缩性滤饼，反之则称为可压缩性滤饼。 2）助滤剂：减小过滤阻力、提高滤饼的刚性和孔 隙率的惰性材料。 3）过滤推动力|过滤介质两侧的压力差。 4）过滤速率：单位时间内通过的滤液体积。
粉体工程超细分级与固液分离设备
粉体工程超细分级与固液分离设备
(2)缺点： a)设备比较复杂，一次性投资较大。b) 废气夹带 的微粉，需要一套高效的分离装置，结构复杂、 费用较贵。c)因设备庞大，且卫生条件要求高， 设备清理工作量大。d)设备的热效率不高，热消 耗大，热效率约30%~40%，动力消耗大。
粉体工程超细分级与固液分离设备
1.4.3 分级区流场 应具有强有力的分级能力、分级面清晰、分级
迅速等特点；流场中流束应各行其道，无相互干扰 和影响。
粉体工程超细分级与固液分离设备
2 固液分离设备
2.1 水Βιβλιοθήκη Baidu旋流器
2.1.1 构造和原理
粉体工程超细分级与固液分离设备
2.1.2 切向速度 自由涡 强制涡 旋流器的工作情况接近于自由涡流，但在半
（3）过滤方式分类 常压过滤、加压过滤、减压过滤、离心过滤。
（4）滤饼过滤与深层过滤 滤饼过滤 悬浮液中的颗粒 沉积在过滤介质表面形成滤 饼层，滤液穿过滤饼层中的 空隙流动叫做滤饼过滤。
粉体工程超细分级与固液分离设备
深层过滤 固体颗粒不形成 滤饼，而是沉积在过滤介质 内部叫做深层过滤。用于去 除直径小于5μm的细小颗粒， 过滤介质要定期更换或清洗 再生。
粉体工程超细分级与固液分离设备
（3 这种过滤方式是开始先以较低的速度进行恒速
过滤，以免压力过早升高形成流道堵塞，当压力升
粉体工程超细分级与固液分离设备
如图，采用定量泵，过滤初期保持恒定速度，随着 时间的持续，泵出口压力升高，若此压力升至能使支路 阀自动开启的设定值时，支路打开，部分滤浆返回泵入 口，进入压滤机的滤浆减少，压滤机入口压力维持恒定 ，由此开始恒压过滤。
粉体工程超细分级与固液分离设备
为维持主射流的平衡，CD侧卷吸速度必须加 快以获得足够的流量，这样势必造成CD侧的压 力低于AB侧的压力，在这一压力差的作用下使 射流向CD侧偏转，直到主射流完全贴附到CD壁 稳定为止，微细颗粒由于Coanda效应而随主气流 沿CD壁面运动，大颗粒由于离心力作用而被抛 出，从而达到分级的目的。
粉体工程超细分级与固液分离设备
粉体工程超细分级与固液分离设备
主要特点
A、射流分级机集惯性分级、迅速分级和微细颗粒 的附壁效应于一身。B、射流场分为湍流自由射流 区、附壁效应、分级区三个区域。C、同时三产物 分级，各级产品的粒度可通过改变分级刀刃角度调 节。D、调节粗、中、细微粒出口的空气抽吸压力 也可在一定范围内调节各级粉体粒度。E、分级精 度高，分级粒径0.5-50微米。
被分级粉体进入分级室之前要充分分散。
粉体工程超细分级与固液分离设备
1.2 干式分级和湿式分级
1.2.1 干式分级 干式分级多为气力分级。气力超细分级机的
技术关键之一是分级室流场设计。理想的分级力 场应该具有分级力强、有较明显的分级面、流场 稳定及分级迅速等性质。
粉体工程超细分级与固液分离设备
技术关键之二是分级前的预分散问题。 （1）机械分散方法
粉体工程超细分级与固液分离设备
Fc与Fd方向相反，即指向回转中心。当Fc> Fd时，颗粒所受的合力方向向外，因而发生离心 沉降；反之，当Fc< Fd时，颗粒向内运动。
粉体工程超细分级与固液分离设备
1.1.2 惯性分级
粉体工程超细分级与固液分离设备
1.1.3 迅速分级 微细颗粒的巨大表面能使之具有强烈的聚附
粉体工程超细分级与固液分离设备
压力雾化器优点：结构简单，制造成本低，维 修、更换方便；动力消耗较小；改变喷嘴的内部结 构，可获得到不同的雾化效果。缺点：生产过程中 流量及操作压力无法单独调节，否则会影响雾化质 量。喷嘴孔径很小，一般在φ1mm以下，极易堵塞 ，不适于高粘度料液。喷嘴易磨损，需经常更换。
2.3.2喷雾干燥器主要结构 喷雾干燥设备主要包括原料液供给系统、空气
加热系统、干燥系统、气固分离系统及控制系统。 干燥系统是喷雾干燥设备的关键，包括雾化器、干 燥室等，雾化器使料液分裂成雾滴，干燥室是料液 与空气进行传热传质的重要场所。
粉体工程超细分级与固液分离设备
（1）雾化器 雾化器是喷雾干燥的关键部件，雾滴平均直径
粉体工程超细分级与固液分离设备
2.2 过滤分离
粉体工程超细分级与固液分离设备
过滤是利用某种多孔介质对悬浮液进行分离的 操作。工作时，在外力作用下，悬浮液中的液体 通过介质的孔道流出，固体颗粒被截留，从而实 现分离。一般将待过滤的悬浮液称为滤浆；所采 用的多孔介质称为过滤介质；通过介质孔道的液 体称为滤液；被截留的固体物称为滤饼或滤渣。
粉体工程超细分级与固液分离设备
粉体工程超细分级与固液分离设备
（2）化学分散方法 表面活性剂
存在问题：A、是否会引起粉体性能变化？B、 分散剂一般以液体形式加入，为达到均匀分散的 效果，需增加机械搅拌装置，因而增加了整个系 统的复杂程度。
粉体工程超细分级与固液分离设备
1.2.2 湿式分级 比干式分级相比，均匀分散效果较好，分级
精度和分级效率也较高，尤其适用于与湿法粉磨 （碎）设备的配套联合使用。
湿法分级难题在于需要将液体和固体再次进 行分离。而且容易出现结块和板结现象，即二次 团聚现象。
粉体工程超细分级与固液分离设备
1.3 射流分级机
粉体工程超细分级与固液分离设备
射流分级机是基于附壁效应原理(Coanda效应 ，或称作康达效应、柯恩达效应)研制而成。射 流从喷嘴喷出，喷嘴的两侧壁面AB和CD与喷嘴 中心线成一α角度，当壁面到喷嘴的距离S1与S2 不相等时(S1＜S2)，使主射流两边在同一时间卷 吸到的外界流体不相等。显然，距离大的一边补 充流体较为容易，而距离小的CD侧补充到的流 量较小。
粉体工程超细分级与固液分离设备
2）离心式雾化器 离心式雾化器是液体在流经高速旋转盘内腔或表面
时因获得的离心力而被雾化。 当料液被送至高速旋转圆盘上后，在自身惯性力离
心力和重力作用下得到加速而分离雾化，其中离心力 远大于重力，称为离心雾化；液体和周围空气接触面 处的摩擦力作用，促使形成液滴，称为速度雾化。这 两种雾化同时存在，随着料液量和雾化器转速的增大 ，顺序发生直接分裂成液滴、丝状割裂成液滴和膜状 分裂成液滴三种雾化形式。
1.定量泵；2.支路阀；1 3.压滤机
粉体工程超细分级与固液分离设备
2.3 喷雾干燥器
喷雾干燥利用雾化器将溶 液、乳浊液、悬浮液或膏 状料液分裂成细小雾状液 滴，在其下落过程中，与 热气体(空气、氮气或过热 水蒸气)接触进行传热传质 ，瞬间将大部分水分除去 而成为粉末状或颗粒状的 产品。
粉体工程超细分级与固液分离设备
径小于溢流管处转变为强制涡。
粉体工程超细分级与固液分离设备
空气芯：由于离心力 的作用，液体被摔到 边缘，中心有一个处 于负压的空气芯。
粉体工程超细分级与固液分离设备
伯努利方程？ Z + P/ρg + U2/2g = 常数 其中Z为液体落差，P为液体压力，ρ为液体密度，
g为重力加速度，U为流体流速。 在流体静力学中，把Z称为位压头， P/ρg成为静
性。所谓迅速分级，即是采取适当的分级室，应 用恰当的流场使微细颗粒尤其是临界分级粒径附 近的颗粒一经分散就立即离开分级区，以避免由 于它们在分级区内的浓度不断增大而聚集。
粉体工程超细分级与固液分离设备
1.1.4 超细分级要求 分级力场必须均匀稳定、强有力。前者可保
证避免分级力场中流场的紊乱，以提高分级精度 ，后者则有利于减小分级粒径。
2.3.1喷雾干燥器的特点
(1)优点： a)干燥过程非常迅速。雾滴直径10~200μm，瞬间可蒸发 95~98%的水分，时间仅需5~40s左右。 b)干燥过程中液滴的温度低，产品质量较好。50℃~60℃ 。 c)产品具有良好的溶解性、流动性和分散性。 d)生产过程简化，操作控制方便。 e)制品纯度高。 f)适宜于连续化大规模生产。
粉体工程超细分级与固液分离设备
2.2.2 影响过滤速度的因素 ①滤浆的粘度 ② 滤饼厚度
滤饼厚度越大，阻力越大，过滤速度越小。当
粉体工程超细分级与固液分离设备
③ 滤饼性质 不可压缩滤饼的颗粒坚硬，滤液通过的流道不
会因压力的增大而变小，阻力基本保持不变，或随 过滤时间的持续阻力增加很慢，过滤速度基本随压 力的升高按比例增大；
粉体工程超细分级与固 液分离设备
2020/11/29
粉体工程超细分级与固液分离设备
学习重点
1、超细分级原理 2、过滤基本概念 3、雾化器结构及特点
粉体工程超细分级与固液分离设备
1 超细分级原理及设备
1.1 超细分级原理
1.1.1 离心分级 设颗粒在离心场中的圆周运动速度为ut，角
速度为ω，回转半径为r，则在Stokes沉降状态下 ，颗粒所受离心力Fc和介质阻力Fd分别为
一般为Φ20~60μm。喷雾干燥中使用的雾化器分为 压力式、离心式和气流式。 1）压力式雾化器
压力式雾化器俗称压力喷嘴，液体在高压作用 下通过喷嘴时，因喷嘴结构形成旋转运动，最后经 喷嘴孔高速喷出而被雾化。
粉体工程超细分级与固液分离设备
当喷嘴孔为细直孔时，随着压力增加，液体流 出状态的演变过程如下图。由高压泵供来的高压 (2~20MPa) 液体，经喷嘴作用后，部分势能转化为 动能使液体呈现强烈的旋转运动。
粉体工程超细分级与固液分离设备
2.2.1 基本概念 （1）过滤介质
使滤液通过，截留固体颗粒并支撑滤饼的材 料。要求其具有多孔性、耐腐蚀性及足够的机械 强度。
工业常用的过滤介质：织物介质、多孔性固 体、粒状介质。
粉体工程超细分级与固液分离设备
织物介 质
天然纤维：棉、毛、丝、麻
织物介质
编制滤布
化学纤维：聚氯乙烯、聚乙 烯、聚酯纤维
粉体工程超细分级与固液分离设备
1.4 超细分级有关问题
1.4.1 物料性质 易黏附的粉体—应考虑必要的清理措施 磨蚀性强的粉体—应采用耐磨材料或加耐磨内衬 铁污染严重的粉体—应采用铁绝缘内衬 静电效应—应采取必要的防静电措施 有机粉体—应考虑粉尘爆炸的隐患
粉体工程超细分级与固液分离设备
1.4.2 粉体的预分散 正确选择分散剂
净化。
粉体工程超细分级与固液分离设备
选择过滤介质时应考虑的问题 s 悬浮液中固体微粒的含量及粒度 s 介质所能承受的温度及其化学稳定性、机械强度等
粉体工程超细分级与固液分离设备
优质的过滤介质所应具备的特点 滤液清洁，固相损失量小 滤饼容易卸除 过滤时间短 过滤介质不致因突然地或逐渐地堵塞而破坏 过滤介质再生容易
压头， U2/2g称为动压头，三者之和为总压头。 其实际意义为：当流体在系统中作稳定流动时，
其具有能量守恒性，该能量守恒式即为伯努利方程。
粉体工程超细分级与固液分离设备
2.1.3 优缺点： 优点：构造简单，无运动部件；
占地面积小，处理能力大； 设备费用低； 有利于连续化、自动化操作。 缺点：液体进口速度大，所以阻力大，磨损严重。
小颗粒在较大压力作用下会堵塞孔道，故过滤 初期压力不能太大，避免流道过早地堵塞。
粉体工程超细分级与固液分离设备
2.2.3 （1）恒压过滤
过滤操作是在恒定的压差下进行，称为恒压过 滤。恒压过滤是最常用的过滤方式，过滤过程中， 随着饼层的不断增厚，阻力增加大，因压差不变，
粉体工程超细分级与固液分离设备
玻璃丝
滤网
金属丝 特点：品种最多，用途最广。
粉体工程超细分级与固液分离设备
多孔性固体介质 多孔性陶瓷板 多孔性塑料板 多孔性金属陶瓷板或管（由金属粉末烧结而成） 特点：能截流小到1—3μm的固体微粒。
粉体工程超细分级与固液分离设备
堆积介质 s 由颗粒状的细沙、石、炭屑等堆积而成的颗粒床层 s 非编织纤维玻璃棉等的堆积层 s 特点： 用于处理含固体微粒少的悬浮液，如水的