第三章機械分離

知識目標：掌握沉降分離和過濾操作的基本概念和原理掌握機械分離設備的類型、結構及相關計算能力目標：能根據(jù)生產(chǎn)工藝要求合理選擇分離方法、設備類型及尺寸掌握過濾操作的強化措施第三章機械分離第三章機械分離分離

懸浮液（固-液混合物）乳濁液（液-液混合物）含塵氣體、含霧氣體（固-氣、液-氣混合物）

------沉降、過濾混合物均相混合物內部各點均勻且不存在相界面，如互溶液體及氣體混合物。

3.1概述第三章流體輸送機械沉降：顆粒相對于流體而運動的過程稱為沉降。實現(xiàn)沉降操作的作用力可以是重力，或慣性離心力。故沉降過程有重力沉降和離心沉降兩種。3.2沉降過程自由沉降第三章流體輸送機械3.2.1重力沉降加速段極短，通?？梢院雎缘人俣蔚念w粒運動速度稱為沉降速度，用ut表示。沉降分兩個階段：加速段、等速段ut1)重力沉降速度第三章流體輸送機械1或2滯流區(qū)/斯托克斯區(qū)過渡區(qū)、湍流區(qū)ut的計算參見教材p146如何求？(3-24)P145圖3-2ζ-Ret的關系第三章流體輸送機械2)沉降速度的計算試差法試差過程：①

設沉降處于滯流區(qū)/斯托克斯區(qū)②由滯流區(qū)計算式求ut③校核＜1、2第三章流體輸送機械3)重力沉降設備——降塵室沉降設備第三章流體輸送機械降塵室則表明，該顆粒能在降塵室中完全被除去。則表明，該顆粒剛好能完全除去。？第三章流體輸送機械100%除去的條件:降塵室生產(chǎn)能力:第三章流體輸送機械思考：如何提高生產(chǎn)能力？第三章流體輸送機械降塵室特點：第三章流體輸送機械增稠器（沉降槽）第三章流體輸送機械3.2、離心沉降3.2.1離心沉降速度

重力加速度(g)為常數(shù)離心加速度不是常量向心力Fb阻力FD重力Fc=mg浮力Fb阻力FD區(qū)別：第三章流體輸送機械第三章流體輸送機械離心分離因素：離心沉降的效果遠高于重力沉降的分離效果。當處理相同（氣固）混合物且沉降處于滯流區(qū)，同種顆粒：P155當R=0.4m,uT=20m/s時，Kc=102一般Kc=5~2500第三章流體輸送機械旋風分離器：構造圖3-7標準旋風分離器尺寸p156操作原理切向進入速度10~25m/s，外旋、內旋。3.2.2、離心沉降設備第三章流體輸送機械評價旋風分離器性能的兩個主要指標：P158圖3-9可查粒級效率分割直徑d50第三章流體輸送機械3.3、影響沉降的因素由于干擾作用，實際沉降速度小于自由沉降速度。由于壁面效應，實際沉降速度小于自由沉降速度。干擾沉降

非球形顆粒的沉降壁面效應球形度越小，沉降速度越小顆粒的位向對沉降速度也有影響。第三章流體輸送機械例3-1某除塵室高2m、寬2m、長5m，用于礦石焙燒爐的爐氣除塵。礦塵的密度為4500kg/m3，其形狀近于圓球。操作條件下氣體流量為25000m3/h，氣體密度為0.6kg/m3、粘度為3×10-5Pas

。試求理論上能完全除去的最小礦粒直徑。

解：降塵室能完全除去的最小顆粒的沉降速度為：假定沉降在層流區(qū):

校核:第三章流體輸送機械例3-2:有一玉米淀粉水懸浮液，溫度20℃，淀粉顆粒平均直徑為15μm，淀粉顆粒吸水后的密度為1020kg，試求顆粒的沉降速度。解：假定沉降在層流區(qū)進行

已知：查出20℃的水:校核:計算有效第三章流體輸送機械概述過濾基本方程式恒壓過濾方程式濾餅洗滌過濾設備及過濾計算

第二節(jié)過濾第三章流體輸送機械一、概述深層過濾濾漿濾餅過濾介質濾液濾餅過濾推動力：重力、壓力、離心力

過濾：流體相對于顆粒而運動的過程稱為過濾。

第三章流體輸送機械濾餅過濾濾漿濾餅過濾介質濾液濾餅過濾過濾介質：要求：多孔性介質、耐腐蝕、耐熱并具有足夠的機械強度。工業(yè)中常用過濾介質主要有：

織物介質:如棉、麻、絲、毛、合成纖維、金屬絲等編織成的濾布。多孔性固體介質:如素瓷板或管、

燒結金屬等。濾餅層起到了主要的過濾介質的作用。第三章流體輸送機械濾漿濾餅過濾介質濾液濾餅過濾濾餅的壓縮性：

空隙結構易變形的濾餅為可壓縮濾餅。

助濾劑：質地堅硬，能形成疏松餅層的固體顆粒。（如硅藻土、碳酸鈣等）第三章流體輸送機械二、過濾基本方程式p166-170過濾過程流動的特點：流體在過濾時同一截面上的流速分布很不均勻且流速較小過程不穩(wěn)定V—θ關系層流濾液(V)△p第三章流體輸送機械1、過濾基本方程的推導p166-170簡化模型：濾餅內，雷諾數(shù)很小，屬層流流動，于是：第三章流體輸送機械ε：孔隙率α:比表面積m2/m3第三章流體輸送機械---單位時間內通

過單位過濾面

積的濾液體積即過濾速度△p2△p1u表觀速度r：比阻—濾流通量比阻的含義？第三章流體輸送機械

設每獲得單位體積濾液時，被截留在過濾介質上的濾餅體積為υ（m3濾餅/m3濾液），則

代入過濾速度表達式中：第三章流體輸送機械影響K的因素：影響qe或Ve

的因素：濾餅性質（、a）濾漿性質（ν、）推動力（p）過濾介質的性質（孔的結構、、r、厚度）△pu表觀速度第三章流體輸送機械比阻r:(3-44)P167ε：孔隙率α:比表面積m2/m3S:可壓縮指數(shù)S=0~1濾餅不可壓縮:S=0

υ：每獲得單位體積濾液時，被截留在過濾介質上的濾餅體積為。濾液(V)△p第三章流體輸送機械過濾基本方程式:V：濾液量；θ：過濾時間；A：過濾面積；△p：過濾壓力差。Ve：虛擬濾液量；過濾速率：濾液(V)△p(3-53)p170虛擬濾液量(Ve)虛擬濾餅層高度p166-170第三章流體輸送機械過濾基本方程式:第三章流體輸送機械-----過濾基本方程過濾常數(shù)濾餅不可壓縮時s=0第三章流體輸送機械2、恒壓過濾方程式p170-171K為常數(shù)

積分得：

或若過濾介質阻力可忽略不計—恒壓過濾方程式—恒壓過濾方程式注意：V/q、θ均為累計量。(3-57)p171(3-57a)p171第三章流體輸送機械過濾過程的特點是什么？什么是比阻？其影響因素是什么？影響過濾速率的影響有哪些？第三章流體輸送機械寫出過濾的基本方程式寫出恒壓過濾方程式寫出過濾常數(shù)K的表達式何謂比阻p166-171第三章流體輸送機械例3-3.在100KPa的恒壓下過濾某懸浮液，溫度30℃，過濾面積為40m2，并已知濾渣的比阻為，υ值為0.05。過濾介質的阻力忽略不計，濾渣為不可壓縮，試求：(1)要獲得10m3濾液需要多少過濾時間？(2)若僅將過濾時間延長一倍，可以再獲得多少濾液？(3)若僅將過濾壓差增加一倍，同樣獲得10m3濾液時需要多少過濾時間？溫度為30℃時，濾液粘度為0.8007cp.解：（1）求過濾時間過濾介質阻力可以忽略不計，濾渣為不可壓縮的恒壓過濾方程為：第三章流體輸送機械（2）求過濾時間延長一倍時增加的濾液量

故增加的濾液量為:第三章流體輸送機械（3）求過濾壓差增加一倍，獲得10m3濾液所需時間

即過濾時間為原來的一半。

第三章流體輸送機械恒壓過濾方程式：過濾過濾介質阻力可忽略第三章流體輸送機械四、過濾設備及過濾計算過濾設備

三、過濾常數(shù)的測定第三章流體輸送機械1、板框過濾機濾框、濾板結構：洗板板框壓濾機框非洗板洗板濾液流出懸浮液入口1060塊不等，過濾面積約為280m2

洗滌液流出洗滌液入口一個操作循環(huán)：過濾、洗滌、卸渣、整理重裝

屬間歇式特點：橫穿洗滌：Lw=2LAw=(1/2)A第三章流體輸送機械屬間歇式置換洗滌：Lw=L，Aw=A2、葉濾機濾葉結構：一個操作循環(huán)：過濾、洗滌、卸渣、整理重裝

特點：第三章流體輸送機械置換洗滌：Lw=L屬連續(xù)式過濾、洗滌、吹松、刮渣3、回轉真空過濾機轉筒---筒的側壁上覆蓋有金屬網(wǎng)，長、徑之比約為1/22，濾布---蒙在筒外壁上。分配頭---轉動盤、固定盤

構造：一個操作循環(huán)：浸沒于濾漿中的過濾面積約占全部面積的3040%轉速為0.13（轉/分）

特點：第三章流體輸送機械五、濾餅的洗滌

1、洗滌目的3、洗滌速率4、洗滌時間

洗滌速率與過濾終了時的過濾速率有關，這個關系取決于濾液設備上采用的洗滌方式。2、特點洗滌時推動力、阻力不變，洗滌速率為常數(shù)。單位時間內消耗的洗滌液體積，以表示。第三章流體輸送機械洗滌速率與過濾速率(終了)間的關系

若推動力相同:濾液與洗滌液粘度相同:板框過濾機（橫穿洗滌法）：葉濾機（置換洗滌法）：Lw=L，Aw=ALw=2L，Aw=(1/2)A第三章流體輸送機械板框過濾機(橫穿洗滌法)：葉濾機置換洗滌法：4、洗滌時間第三章流體輸送機械六、過濾機的生產(chǎn)能力

其中過濾時間：1、間歇式過濾機：其中洗滌時間：輔助時間:θD第三章流體輸送機械2、連續(xù)過濾機：（濾布阻力可以忽略時）A：過濾面積K：過濾常數(shù)Ψ：浸沒度n：轉速第三章流體輸送機械例3-4、某板框壓