第三章 机械分离3.

入灰斗（未绘出）。
尘粒
标准型旋风分离器
22
旋风分离器
B
临界粒径
ui
能够从分离器内100%分离出来的最小颗 粒的直径，用dc表示。其满足：
停留时间 = 沉降时间 r
几点假设：
假设器内气体速度恒定，且等于进口气速ui； 假设颗粒沉降过程中所穿过的气流的最大
厚度等于进气口宽度B；
假设颗粒沉降服从斯托克斯公式。
已知液体的密度为ρ，小球的密度ρs，直径d， 计算公式为：
u0

d
2(s 18
)g
要求小球的沉降必须在滞流区，玻璃容器的尺寸足够以消除壁效应。
13
补充例题
一个直径5.0mm的钢球在待测粘度的液体 中自由沉降4.0cm，需要时间300s，此液 体的粘度是多少？已知待测液体的密度是 1200kg/m3，钢的密度是8000 kg/m3。
已沉降下来的颗粒重新扬起。根据经验， 多数灰尘的分离，可取u<3m/s，较易扬 起灰尘的，可取u<1.5m/s。
u
B
ut
H
颗粒在降尘室中的运动
18
降尘室
降尘室优、缺点 结构简单， 设备庞大、效率低 只适用于分离粗颗粒(直径75m以上)，或作 为预分离设备。
19
增稠器（沉降槽）
用于分离出液-固混合物
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
3
第一节 筛分
一、颗粒的特性
球形颗粒 大小（粒径） 直径dp
形状
1
球形度
表面积
a球＝VA

6 dp
----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的 表面积

ur2
2
A
类似重力沉降速度推导，得：
ur
4ds ar
3
u0
对照重力场
4ds g
3
A
r1 O
r2
r
B ur
C
u
ut
颗粒在旋转流场中的运动
10
1、自由沉降
Rer=dur/ 2 层流区
24
Re r
ur

d 2 s ar
18

比表面积平均值
k
比 表 面 积 ＝dV2Am

6
d3 VAm

nid
2 i
i 1
k i 1
ni

6
d
3 i
dVm 1
k ai d i 1 i
6
三、筛分
标准筛
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。
d 2 s 2r
18

d 2 s ut2
18r
KC

ac g
-----离心分离因数
数值约为几千～几万
对照重力场
u0

d 2 s g
18
A
r1 O
r2
r
B ur
C
u
ut
颗粒在旋转流场中的运动
11
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。
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。
净化气体 D
结论：旋风分离器越细、越长，dc越小
尘粒
标准型旋风分离器
24
旋风分离器
此法适用于从液 体中除去很小量的 固体微粒，例如饮 用水的净化。
27
一、概述
两种过
滤
方
式滤 深
层 饼
过滤
过 滤----推动力：重力、压力、离心力
滤浆 滤饼 过滤介质 滤液
滤饼过滤
28
一、概述
过滤介质： 多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。
工业用过滤介质主要有：
棉、麻、丝、毛、合成纤维、金
层流区
24
Re 0
u0

d
2s g
18
----斯托克斯定律
9
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
离心力Fc ma r
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
浮力Fb mar s
曳力FD
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。
12
思考：根据沉降原理，设计一个简单的装置来测定液体的粘度。
可以在一个透明玻璃容器内用落球法测定液体 的粘度。在透明玻璃容器内盛满待测液体，让 一个刚性小球在待测液体中下落，测定一定时 间内小球下落的距离H，便可以求得待测液体的 粘度。
属丝等编织成的滤布。
滤浆
滤饼
过滤介质 滤液
滤饼过滤
29
一、概述
滤饼的压缩性： 空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。
滤浆
滤饼 过滤介质
滤液
滤饼过滤
30
一、概述
助滤剂： ----是颗粒细小、粒度分布范围较窄、坚硬而悬浮性好 的颗粒状或纤维固体，如硅藻土、纤维粉末、活性 炭、石棉。
使用时，可预涂，也可以混 滤浆 入待滤的滤浆中一起过滤。
思考4：能够被100%除去的最小颗粒， 必须满足什么条件？
t
0
即L u
H u0
u0

d
2 s
18
g
dmin
18Hu
gs L
18
gs



Vs A0
L
思考4：粒径比dmin小的颗粒，
u
被除去的百分数如何计算？
气体
u0
B H
颗粒在降尘室中的运动 17
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
4细管的流动空间
细管的全部内表面积
4V
a BV

4
a1
滤饼的比表面积
aB a1
颗粒的比 表面积
33
二、过滤基本方程
滤饼内，雷诺数很小，属层流流动，------滤液量V～过滤时间的关系
14
二、沉降设备
重
力
沉
降
设
备降沉尘降室槽气液固固体体系系---用于除去>75m以上颗粒
离
心
沉
降
设
备旋旋
风 液
分 分
离 离
器气 器液
固体 固体
系
---用于除去>5～10m
系
颗粒
15
1．重力沉降设备
降尘室
气体
气体
结构：
进口
出口
除尘原理：
思考1：为什么气体进入降尘 室后，流通截面积要扩大？
第三章 机械分离
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
第四节 离心分离
2
第三章wenku.baidu.com机械分离
分离
均相物系 ------将在下册中介绍 非 均 相 物 系------筛分、沉降、过滤
u

dV
Ad

dq
d
其 中q V A
32
二、过滤基本方程
1、过滤基本方程的推导
------滤液量V～过滤时间的关系
L
le
u
u
de
u 真实速度
流体在固定床内流动的简化模型
简化模型：假定：
(1)细管长度le与床层高度L成正比
le K0L
(2)细管的内表面积等于全部颗粒的表面积， 滤饼体积
为了增大停留时间。
集灰斗
思考2：为什么降尘室要做成扁平的？
L
停留时间t
L u
沉降时间0 高度 u0
含尘气体
B
u
H
若t 0
则表明，该颗粒能在降尘室 u0
中除去。
颗粒在降尘室中的运动
16
降尘室
思考3：要想使某一粒度的颗粒在降尘室 中被100%除去，必须满足什么条件？
t
0

H u0
滤饼
助滤剂能形成结构疏松、而 且几乎是不可压缩的滤饼。可改 过滤介质 善原滤饼的可压缩性和过于致密 滤液 的缺点。
滤饼过滤
31
二、过滤基本方程
------滤液量V～过滤时间的关系
L 过滤速度u
----即为流速，单位时间内通
A
过单位过滤面积的滤液体积
u
滤饼过滤V 过程中，滤饼逐渐增厚，流动阻力也随之逐 渐增大，所以过滤过程属于不稳定的流动过程。故

颗粒的表面积
a＝ 6
deV
4
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）、累计分布曲线(如图3-1所示)。
频率分布曲线
5
二、颗粒群的特性
平均直径
长度平均直径
d Lm

n1d1 n2d2 n1 n2
n3d3 nkdk n3 nk
B
含尘 气体
A
净化气体 D
特点： 与旋风分离器相比，直径小、锥形部分长。Why?
尘粒
标准型旋风分离器
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第三节 过滤
一、概述
两
种
过
滤
方 式滤 深
层 饼
过 过
滤 滤
深层过滤
这种过滤是在过 滤介质内部进行的 ，介质表面无滤饼 形成。过滤用的介 质为粒状床层或素 烧（不上釉的）陶 瓷筒或板。
ur

dc2 (s )ut2 18rm

d
2 c

s
ui2
18rm
含尘 气体
Aui
净化气体 D
停留时间 2rm N ＝ 沉降时间
ui
r

B ur
尘粒
标准型旋风分离器
23
旋风分离器
2rm N
ui

18rm B
d
2 c

s
ui2
B
含尘
dc
9B Nui s
气体 A
一、沉降原理
思考：1.受力情况与什么相似？
1、自由沉降 ---单个颗粒在无限大流 体中的降落过程
加速段：极短，通常可以忽略
阻力FD
u02
2
d 2
4
浮力Fmb g 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Fmc g
重力沉降速度：以球形颗粒为例 合外力 Fc Fb FD 0
加料
结构： 动画
与降尘室一样， 沉降槽的生产能
水平
力是由截面积来 挡板
保证的，与其高
度无关。故沉降 槽多为扁平状。
耙
除尘原理： 与降尘室相同
稠浆 连续式沉降槽
清液溢流 清液
20
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。 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。 因固-液密度相差不是很悬殊，故较难分离，因此，连续沉 降槽的直径可以大到100 m以上，高度却都在几米以内。
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。
返回7目录
第二节 沉降分离
wf

p1


le de
u2 2

k
ni d i
i 1
k
ni
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
ni
d
2 i
ni
i 1
i 1
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
动画
21
2．离心沉降设备
B
旋风分离器：
净化气体
含尘
结构： 动画
气体
上部为圆筒形，下部为圆锥形。
A
除尘原理： D 含尘气体以切线方向进入，速度为
12～25 ms-1，按螺旋形路线向器底旋转，
接近底部后转而向上，成为气芯，然后
从顶部的中央排气管排出。气流中所夹
带的尘粒在随气流旋转的过程中逐渐趋
向器壁，碰到器壁后落下，自锥形底落
mg1
s

u02
2

4
d2
0
颗粒在流体中沉降时受力
思考： 2.阻力的表达式？
8
1、自由沉降
d 3
6

s 1

s
g
d 2
4

u02
2

0
u0
4ds g
3
如图3-2中的实线所示。
Re0=du0/ 2
评价旋风分离器性能的两个主要指标：
分离性能：用临界粒径和分离效率来表示
总效率：被分离出来的颗粒占全部颗粒的质量分率
粒级效率：每一种颗粒 被分离出来的百分率。
dp

d
的颗粒，粒级效率均为
c
100
%；
dp

d
的颗粒，粒级效率均
c
100 %
压降：小好，一般在5002000Pa左右
25
旋液分离器
结构： 动画
降尘室
思考2：为什么降尘室要做成扁平的？
L H u u0
最大处理量------能够除去最小颗粒时的气体流量Vs
Vs BHu BLu0 A0u0
可见，降尘室最 大处理量与底面积、 沉降速度有关,而 与降尘室高度无关。
故降尘室多做成 扁平的。
L
注意!!
多层降尘室
气体
降尘室内气体流速不应过高，以免将