上冊 第三章機(jī)械分離

1、一、定義一、定義 1分散物系：由一種或幾種物質(zhì)的微粒分散在另一種物質(zhì)中所組成的物系。 2分散相（分散物質(zhì)）：處于分散狀態(tài)的物質(zhì)。 3連續(xù)相（分散介質(zhì)）：處于連續(xù)狀態(tài)的物質(zhì)。 4均相物系：內(nèi)部無相界面的分散物系。 5. 非均相物系：內(nèi)部有相界面的分散物系。 二、分類二、分類 懸浮液， 固液 乳濁液， 液液 非均相物系 泡沫液， 氣液 含塵氣體，固氣 含霧氣體，液氣 三、方法三、方法 重力沉降 沉降： 利用力場 離心沉降 重力過濾 加壓過濾 過濾： 利用過濾介質(zhì) 真空過濾 離心過濾四、目的四、目的 1收集分散物質(zhì)：回收分散物質(zhì)和環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn) 2. 凈化分散介質(zhì)一、顆粒的特性一、顆粒的特性 1

2、直徑（大?。?（1）球形顆粒 比表面積，m2/m3 （2）非球形顆粒 令 則 （體積）當(dāng)量直徑 224drSdVSa636epdV36peVd 2.形狀系數(shù)（形狀） 定義： 形狀系數(shù)（球形度）：顆粒當(dāng)量表面積與其實(shí)際表面積之比， 即 (1)球形顆粒 (2)非球形顆粒二、顆粒群的特性二、顆粒群的特性 1粒度分布（粒徑分布） （1）定義：不同粒徑范圍內(nèi)所含粒子的個數(shù)或質(zhì)量 （2）測定方法：標(biāo)準(zhǔn)篩法，d40m，目數(shù)與孔徑的對應(yīng)關(guān)系見表3-1 透射電鏡法，d40m。 2平均粒徑 以球形顆粒為例，如圖所設(shè)，則 666621nssssSSSS32221116666VSmVSmVSmVmSnn6666221

3、1nnamamamma66662211nnaxaxaxa 3.粒子密度 （1）真密度：單位體積顆粒所具有的質(zhì)量，即 （2）堆積密度（表觀密度）：單位體積床層所具有的質(zhì)量，即 三、顆粒床層的特性三、顆粒床層的特性 1空隙率：單位體積床層所具有的空隙體積，即 2. 比表面積ab：單位體積床層所具有的顆粒表面積，即 niiinnadxdxdxdxdd1221111 （3-7） 或 所以 （3-8） 3方向性 各向同性：床層截面上的空隙面積與床層截面積之比等于。 各向異性：出現(xiàn)壁效應(yīng)，即壁面附近的空隙率較大，生產(chǎn)壁流。一、沉降速度一、沉降速度 1.球形顆粒的自由沉降（單個顆粒沉降） 設(shè)某個球形顆粒在流

4、體中自由沉降，則該顆粒所受力有： 重力 浮力 阻力 由牛頓第二定律( F=ma )，得 當(dāng) 時 ，解得 沉降速度 2. 阻力系數(shù) 通過量鋼分析并結(jié)合實(shí)驗(yàn)測試，得出 式中 對球形顆粒（s=1）的曲線，可按Ret分為三個區(qū)，各區(qū)的曲線可用相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式表達(dá)： ，層流區(qū)或Stokes定律區(qū)（10-4Ret1） ，過渡流區(qū)或Allen定律區(qū)(1Ret103) 0.44，湍流區(qū)或Newton定律區(qū)(103Ret2105) 所以 層流區(qū) 過渡流區(qū) 湍流區(qū) 3影響沉降速度的因素 (1)顆粒的體積濃度 濃度較高時，便發(fā)生干擾沉降 (2)器壁效應(yīng) 當(dāng)容器直徑較小時，便發(fā)生受阻沉降 在Stokes定律區(qū)，可按下

5、式修正： (3)顆粒形狀 對非球形顆粒，其沉降得慢一些。修正如下： 圖32 4.沉降速度的計(jì)算 （1）試差法 假設(shè)沉降屬于某一流型，則按該流型選擇相應(yīng)的公式計(jì)算ut；再算Ret校核流型。 流型 ut Ret 流型 再設(shè)流型 （2）摩擦數(shù)群法 由 得 而 相乘得 由 知 作圖3-3：任取 -ut 計(jì)算： 求顆粒直徑也可用類似的方法： 相除得 同理 作圖3-3：任取 -d 計(jì)算： 此外，也可用無因次數(shù)群K值判別流型： 將 代入 得 當(dāng) Ret=1 時，K=2.62 同理將 代入， 得 當(dāng) Ret=1000 時， K=69.1 69.1， 湍流 二、降塵室二、降塵室 1.結(jié)構(gòu) 見圖3-4(a) 圖3

6、-5 2.塵粒在降塵室內(nèi)的運(yùn)動情況 見圖3-4（b） 3.原理 如圖所設(shè)，且設(shè)顆粒水平分速度 與氣體的流速u相等，則 沉降時間為： 停留時間為： 當(dāng)顆粒的停留時間等于或大于其沉降時間時，該顆粒便能沉降至室Hblutu 底而被分離，所以 ： 或 而 所以 與H無關(guān) 或 而 所以 能完全分離的最小粒徑臨界粒徑 三、沉降槽 1沉降槽的構(gòu)造與操作 (1)間歇沉降槽 (2)連續(xù)沉降槽，見圖3-6 2.濃懸浮液的沉聚過程 當(dāng)懸浮液濃度較高時，則屬干擾沉降： （1）大顆粒相對于小顆粒進(jìn)行沉降，因而介質(zhì)的有效密度和粘度均大于純液體，而沉降速度與介質(zhì)密度和粘度成反比。 （2）液體被沉降顆粒置換而上升的速度大，因

7、而顆粒受到的阻力大。 （3）大顆粒的拖曳，微細(xì)粒子的絮凝，使小顆粒的沉降被加速。 總之，大顆粒受阻，小顆粒加速。 沉聚過程： 均勻懸浮液 四區(qū)（清液區(qū)、等濃區(qū)、變濃區(qū)、沉聚區(qū)） 等濃區(qū)消失 變濃區(qū)消失 沉聚區(qū)壓緊。見圖3-7。 五、分級器：利用重力沉降來分離懸浮液中不同密度五、分級器：利用重力沉降來分離懸浮液中不同密度或不同粒度的粒子的設(shè)備?；虿煌６鹊牧Ｗ拥脑O(shè)備。 一、離心沉降速度一、離心沉降速度 設(shè)某個球形顆粒在流體中自由離心沉降，則該顆粒在徑向所受力有： 慣性離心力 向心浮力 向心阻力 三力平衡時，得 所以 離心沉降速度 在層流區(qū)（10-4Rer1%），常用濾布、濾網(wǎng)做過濾介質(zhì)進(jìn)行過濾。

8、當(dāng)粒徑大于過濾介質(zhì)孔徑時，顯然會形成濾餅；當(dāng)粒徑小于過濾介質(zhì)孔徑時，通過“架橋現(xiàn)象”也會形成濾餅。隨著濾餅的增厚，濾餅層就成為有效的過濾介質(zhì)，所以這種過濾稱為餅層過濾。常用于化工生產(chǎn) （2）深床過濾：粒狀床層孔道為有效過濾介質(zhì)（的過濾）。 當(dāng)懸浮液中所含顆粒很小，且含量很少時（固相體積分率0.1%），常用較厚的粒狀床層做過濾介質(zhì)進(jìn)行過濾。顆粒在經(jīng)過床層內(nèi)細(xì)長而彎曲的孔道時，靠靜電、分子間力、毛細(xì)管力等的作用而附著在孔道壁上，沒有濾餅形成，所以這種過濾稱為深床過濾。常用于自來水凈化和污水處理。 3.過濾介質(zhì) （1）織物介質(zhì)：由纖維、金屬絲等編織而成的濾布和濾網(wǎng)。 （2）堆積介質(zhì)：由砂、木炭等堆積

9、而成的床層。 （3）多孔介質(zhì)：由多孔陶瓷、多孔金屬和多孔塑料制成的管和板。 4. 濾餅的壓縮性 不可壓縮濾餅：顆粒堅(jiān)硬，阻力不變 可壓縮濾餅：顆粒較軟，阻力增大 5.助濾劑：某種質(zhì)地堅(jiān)硬、粒度均勻的顆粒，如硅藻土、珍珠巖等。 （1）作用：防止濾餅壓縮及細(xì)小顆粒堵塞過濾介質(zhì)的孔隙。 （2）使用方法： A.在懸浮液中加入助濾劑后一起過濾。 B.先把助濾劑配成懸浮液并過濾，形成助濾劑層后，才正式過濾。 應(yīng)予注意，一般以獲得清凈濾液為目的時，采用助濾劑才是適宜的。 （3）要求 ： A.能形成多孔餅層剛性顆粒 B.物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定 c.具有不可壓縮性（在使用的壓力范圍內(nèi)）二.過濾基本方程 1.定義 （

10、1）空隙率：單位體積床層中的空隙體積，m3/m3。 （2）比表面：單位體積顆粒所具有的表面積，a，m2/m3。 2.孔道當(dāng)量直徑 3.過濾速度： 由 得 所以 而 濾液在孔道中的流速，m/s 所以 層流時 所以 過濾速度（3-35a） 即單位時間內(nèi)通過單位過濾面積的濾液體積，m/s。 4.過濾速率（體積流量）：單位時間內(nèi)獲得的濾液體積 顯然 所以 5.濾餅的阻力 令 濾餅的比阻 1/m2 則 令 R=rL 濾餅阻力 1/m 則 6.過濾介質(zhì)的阻力 設(shè) Rm = rLe 過濾介質(zhì)的阻力 1/m。 則 Le 與過濾介質(zhì)阻力相等的濾餅厚度，即當(dāng)量濾餅厚度，m。 同理 所以 相加，得 所以 7.基本方

11、程 設(shè) 獲得單位體積濾液所形成的濾餅體積，m3/m3 則 LA = vV 所以 同理 所以 過濾速率基本方程式 又 所以 過濾速率基本方程式 式中 S 壓縮指數(shù)，S = 01； r (單位壓力差下，即ps=1時)的濾餅比阻 三、恒壓過濾三、恒壓過濾 衡壓過濾是最常見的過濾方式，過濾過程中推動力p 恒定，因而過濾速率逐漸變小。 令 則 k表征過濾物料特性的常數(shù)，m4/(N.s) 所以 令 過濾常數(shù)，m2/s 則 或 所以 相加 恒壓過濾方程 令 m3/m2 介質(zhì)常數(shù) e s 則 恒速過濾 相加 恒壓過濾方程 當(dāng)過濾介質(zhì)的阻力可以忽略時， 則 或四、恒速過濾四、恒速過濾 由不可壓縮濾餅過濾基本方程

12、 得 所以 而 所以 或五、先恒速后恒壓過濾 同恒壓過濾 所以 或六、過濾常數(shù)的測定六、過濾常數(shù)的測定 1.恒壓K、qe、e的測定 由 微分得 整理得 所以 或由 得 而 所以 2.壓縮指數(shù)S的測定 由 取對數(shù) 令 則 七、過濾設(shè)備七、過濾設(shè)備 間歇過濾機(jī) 壓濾機(jī) 吸濾機(jī) 連續(xù)過濾機(jī) 離心過濾機(jī) 1.板框壓濾機(jī) （1） 結(jié)構(gòu)，圖3-20、圖3-21 （2） 原理，圖3-22 2.加壓葉濾機(jī) （1）結(jié)構(gòu)，圖3-23 （2）原理 3.轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī) （1）結(jié)構(gòu)，圖3-24 （2）原理，圖3-25 八、濾餅的洗滌八、濾餅的洗滌 洗滌速率：單位時間內(nèi)消耗的洗水體積 m3/s。 由于洗滌過程中濾餅厚度不增加，所以當(dāng)洗水路徑與濾液路徑相同時，洗滌速率大致等于過濾終了時的過濾速率，即 在板框壓濾機(jī)中，洗水流徑的長度為濾液流徑長度的2倍，而洗水流徑的面積卻為濾液流徑面積的一半，所以 當(dāng)洗水粘度、洗滌壓差與濾液粘度、過濾壓差有明顯差異時，則洗滌時間需校正 九、過濾機(jī)的生產(chǎn)能力九、過濾機(jī)的生產(chǎn)能力 1.間歇過濾機(jī) 操作周期 ，s 生產(chǎn)能力： m3/h 2.連續(xù)過濾機(jī)（轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)） 浸沒度：轉(zhuǎn)筒表面浸入濾漿中的分?jǐn)?shù) 即 操作周期 每周期過濾時間 由 得 m3/轉(zhuǎn) 所以 當(dāng) 時 則一、一般概念一、一般概念 離心機(jī)是利用慣性離心力分離液態(tài)非均相混合物的機(jī)械。根據(jù)