第三章非均相物系分離

第三章

機(jī)械分離與固體流態(tài)化第一節(jié)篩分第二節(jié)沉降分離第三節(jié)過濾第四節(jié)離心分離第五節(jié)固體流態(tài)化1本章學(xué)習(xí)目的通過本章的學(xué)習(xí)，要重點(diǎn)掌握沉降和過濾這兩種機(jī)械分離操作的原理、過程計(jì)算、典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)與特性，能夠根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，合理選擇設(shè)備類型和尺寸。2本章應(yīng)掌握的內(nèi)容

a沉降分離（包括重力沉降和離心沉降）的原理、過程計(jì)算、旋風(fēng)分離器的選型。

b過濾操作的原理、過濾基本方程式，恒壓過濾的計(jì)算、過濾常數(shù)的測定。非均勻混合物的分離應(yīng)用：①從含有粉塵或液滴的氣體中分離出粉塵或液滴；②從含有固體顆粒的懸浮液中分離出固體顆粒；③流體通過由大量固體顆粒堆集而成的顆粒或床層的流動（如過濾、離子交換器、催化反應(yīng)器等）。

均涉及到流體相對于固體顆粒及顆粒床層流動時的基本規(guī)律以及與之有關(guān)的非均相混合物的機(jī)械分離問題。球形顆粒第一節(jié)篩分一、顆粒的特性1.球形顆粒球形顆粒形狀勻稱，只用直徑dp就可表明其大小。面積：體積：比表面積:

表明顆粒形狀接近于球形的程度；

↑，則顆粒越接近于球形。球形顆粒：＝1。非球形顆粒顆粒的比表面積

a說明：V相同時，a↓，則顆粒越接近球形。2.非球形顆粒非球形顆粒的形狀用形狀因數(shù)反映。1.粒度分布：某一粒度范圍的顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨粒度的變化關(guān)系。2.平均直徑：（1）長度平均直徑二、顆粒群的特性

用dAm表示的平均表面積等于全部顆粒的表面積之和除以顆粒的總數(shù)。

（2）表面積平均直徑dAm（3）體積平均直徑dvm用dVm表示的體積等于全部顆粒的體積之和除以顆粒的總數(shù)。（4）體積表面積平均直徑dvAm1.篩分原理

標(biāo)準(zhǔn)篩：有不同的系列，常用泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩。

篩號(目數(shù))：每英寸長度篩網(wǎng)上的篩孔數(shù)目；

篩過物：通過篩孔的物料量；

篩留物：截留于篩面上的物料量。三、篩分例100目篩：每英寸篩網(wǎng)上有100個孔孔寬＝(1/100－0.0042)＝0.0058in＝0.147mm（1）分割直徑dc：劃分顆粒大小界線的直徑。（2）有效性：小于dc顆粒的通過率與大于dc顆粒的截留率的乘積。理想篩的有效性等于1，實(shí)際篩的有效性小于1。（3）篩的生產(chǎn)能力：單位時間單位面積篩表面能處理的物料量。提高篩的搖動或振動速率可以提高其生產(chǎn)能力，但有效性下降。2.篩的有效性與生產(chǎn)能力di-1didi+1di+2d＞dcd＜dc

目的：流體與固體顆粒分離

原理：利用非均相混合物（固體顆粒與流體）在重力場或離心力場中所受力的不同加以分離的方法。第二節(jié)沉降分離重力沉降：可分離100m以上顆粒。例：選礦離心沉降：可分離5~10m以上顆粒。例：氣體除塵一、重力沉降原理（1）顆粒受力分析：(重力－浮力)＝凈重力凈重力－阻力＝ma凈重力＞阻力：顆粒加速降落凈重力＝阻力：顆粒等速降落1、自由沉降：重力阻力浮力重力阻力浮力

單個顆粒在無限大流體中的沉降。自由沉降時，顆粒的沉降速度不受容器壁和其它顆粒影響。（3）沉降速度計(jì)算其中：

s、

——固體與流體的密度

——阻力系數(shù)

d

——顆粒直徑（2）沉降速度：顆粒等速沉降時的速度，用u0表示。顆粒沉降的

與Re0的關(guān)系10-410-310-210-11.01010210310410510610-11.010102103105（1）（2）（3）

Re0（1）圓球（2）圓盤（3）圓柱③湍流區(qū)①層流區(qū)②過渡區(qū)問題：沉降速度u0未知，如何判斷流型？非球形顆粒的沉降速度如何計(jì)算？不均勻顆粒的沉降速度如何計(jì)算？（2）非球形顆粒的沉降速度仍可近似用球形顆粒的方法計(jì)算，但其中的顆粒直徑應(yīng)采用當(dāng)量。（1）試差法：先假設(shè)在層流區(qū)，計(jì)算u0沉降速度，核驗(yàn)Re0是否滿足層流條件，Re0不滿足層流條件時，重新假設(shè)。（3）不均勻顆粒的沉降速度:粒徑不同時，大顆粒沉降速度快，小顆粒沉降速度慢。除去所有顆粒，應(yīng)以最小顆粒直徑計(jì)算u0

。例3-2塵粒的直徑為30m，密度為2000kg/m3，注它在空氣中做自由沉降時的沉降速度?？諝饷芏葹?.2kg/m3，黏度為0.0185mPa·s解：設(shè)沉降在層流區(qū)＜2核驗(yàn)算出的結(jié)果可用。①顆粒直徑

d↑，則u0↑

其它條件相同時，小顆粒后沉降。②流體密度

↑，則u0↓其它條件相同時，顆粒在空氣較在水中易沉降。

③顆粒密度

s↑，則u0↑其它條件相同時，密度大的顆粒先沉降。

（4）影響沉降速度的因素2.干擾沉降（1）顆粒濃度對沉降速度的影響大量顆粒沉降，造成流體反向運(yùn)動（2）流體表觀物性的影響顆粒存在，改變了流體的表觀密度和表觀粘度（3）干擾沉降的速度可用自由沉降法計(jì)算，再根據(jù)顆粒濃度對流體密度和黏度的影響進(jìn)行校正。二、重力沉降設(shè)備用于除去>100m以上顆粒用于除去>5~10

m顆粒離心沉降設(shè)備重力沉降設(shè)備液固體系沉降槽氣固體系降塵室液固體系旋液分離器氣固體系旋風(fēng)分離器1、降塵室降塵室思考1：為什么氣體進(jìn)入降塵室后，流通截面積要擴(kuò)大？思考2：為什么降塵室要做成扁平的？結(jié)構(gòu)：入口截面為矩形除塵原理：為了增大停留時間。降塵室底面積：A0＝B×L含塵氣流通截面積：S＝B×H含塵氣體凈化氣體顆粒降塵室操作示意圖顆粒因沉降被除去的條件：停留時間＞沉降時間停留時間：

t

＝L/u沉降時間：

0＝H/u0集塵斗氣體入口氣體出口LBH生產(chǎn)能力：含塵氣體的處理量Vs，

m3/s降塵室生產(chǎn)能力由底面積、沉降速度決定，與降塵室高度無關(guān)。因此降塵室多用扁平形狀或多層(層高40~100mm)。

多層降沉室清潔氣流含塵氣流擋板隔板降塵室體積龐大，屬于低效率設(shè)備，適于分離直徑在100

m以上的粗顆粒，一般作預(yù)除塵用?？煞蛛x的最小顆粒直徑dmin：處理氣體量Vs一定時，若沉降符合斯托克斯定律：例3-3降塵室高2m，寬2m，長5m，用于焙燒爐爐氣的除塵。操作條件下氣體流量為25000m3/h，密度為0.6kg/m3，黏度為0.03mPa·s。求：（1）能除去的最小顆粒直徑。（2）粒徑為60m的灰塵被除去的百分率。（3）分成二層后的處理量或最小顆粒直徑的變化。解：（1）設(shè)沉降為層流＜2核算：（2）粒徑為60m顆粒被除去的分?jǐn)?shù)＝(d/dmin)2＝(60/92.2)2＝0.424（3）若把降塵室分為二層，A0＝2×10＝20m2若除去的粒徑相同時，

V

s＝2Vs

＝2×25000＝50000m3/s

若處理的總氣流量不變，每層流過的氣流Vs0＝Vs/2分類：間歇式和連續(xù)式沉降過程：第一階段：沉降槽上部，顆粒濃度低，近似自由沉降；第二階段：沉降槽下部，顆粒濃度大，屬于干擾沉降。沉降速度：通常由實(shí)驗(yàn)來確定。

2.沉降槽利用重力沉降分離懸浮液的設(shè)備。加料清液溢流水平擋板清液

耙

稠漿

連續(xù)式沉降槽屬于干擾沉降愈往下沉降速度愈慢-----愈往下顆粒濃度愈高，其表觀粘度愈大，對沉降的干擾、阻力便愈大；沉降很快的大顆粒又會把沉降慢的小顆粒向下拉，結(jié)果小顆粒被加速而大顆粒則變慢。有時顆粒又會相互聚結(jié)成棉絮狀整團(tuán)往下沉，這稱為絮凝現(xiàn)象，使沉降加快。這種過程中的沉降速度難以進(jìn)行理論計(jì)算，通常要由實(shí)驗(yàn)決定。因固-液密度相差不是很懸殊，故較難分離，因此，連續(xù)沉降槽的直徑可以大到100m以上，高度卻都在幾米以內(nèi)。

特點(diǎn)：1.離心沉降速度

計(jì)算方法：同重力場，重力→離心力；三、離心沉降原理向心力

離心力

阻力

離心分離因數(shù):說明:

評價離心分離設(shè)備的重要指標(biāo)，KC越大，分離效能越高。利用離心沉降可以將更小的顆粒從氣流中分離出來。

層流Stokes區(qū)：2.衡量離心分離性能的指標(biāo)

離心力場與重力場的區(qū)別

重力場離心力場力場強(qiáng)度重力加速度gut2/r

方向指向地心

沿旋轉(zhuǎn)半徑從中心指向外周Fg=mg

作用力

1.旋風(fēng)分離器（1）基本結(jié)構(gòu)與操作原理

四、離心沉降設(shè)備結(jié)構(gòu)：除塵原理：上部為圓筒形，下部為圓錐形。

含塵氣體以切線方向進(jìn)入，速度為12~25m

s-1，按螺旋形路線向器底旋轉(zhuǎn)，接近底部后轉(zhuǎn)而向上，成為氣芯，然后從頂部的中央排氣管排出。氣流中所夾帶的塵粒在隨氣流旋轉(zhuǎn)的過程中逐漸趨向器壁，碰到器壁后落下，自錐形底落入灰斗。旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，沒有運(yùn)動部件，可用多種材料制造，操作范圍寬廣，分離效率較高。缺點(diǎn)：阻力較大。尺寸：進(jìn)口管A、B；圓柱筒直徑D(主要尺寸)；排氣口直徑D1。標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器尺寸間關(guān)系：沉降速度：沉降時間：

（2）旋風(fēng)分離器的性能參數(shù)臨界直徑假設(shè)條件：

a）顆粒與氣體在器內(nèi)等速運(yùn)動，均為進(jìn)口氣速；

b）顆粒沉降時，最大距離是旋風(fēng)分離器進(jìn)氣口寬度B；

c）顆粒沉降處于stokes區(qū)。設(shè)：氣體旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為N，則氣流運(yùn)行距離=2

rmN

顆粒分離條件：氣體停留時間：

對常用形式的旋風(fēng)分離器：ui=12～25m/s，N=3～4.5臨界直徑：分離效率：

a）總效率：b）粒級效率：兩者關(guān)系：理論情況：

實(shí)際情況：101.00.1顆粒直徑比

d/dc粒級效率η0.20.40.61.00.8旋風(fēng)分離器的粒級效率壓降：旋風(fēng)分離器要消耗能量，壓降是旋風(fēng)分離器的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。旋風(fēng)分離器的壓降一般在500~2000Pa范圍內(nèi)。

1）進(jìn)口方式

旋風(fēng)分離器切向進(jìn)口B

（3）選型

選型的主要依據(jù)是：生產(chǎn)能力、允許的壓降、粉塵性質(zhì)、要求的分離效率。切向進(jìn)口：切向進(jìn)口方式結(jié)構(gòu)簡單，較常用。螺旋面進(jìn)口：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)制造不方便。蝸殼形進(jìn)口：結(jié)構(gòu)簡單，減小阻力。軸向進(jìn)口：常用于多管式旋風(fēng)分離器。標(biāo)準(zhǔn)型：標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器

標(biāo)準(zhǔn)型、CLT/A型、CLP型、擴(kuò)散式等。

2）常用型式結(jié)構(gòu)簡單、容易制造、處理量大；適用于捕集密度大且顆粒尺寸大的粉塵，對5m以下顆粒分離效率很低。CLT/A型：具有螺旋面進(jìn)口，結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器相似；CLP型：蝸殼形進(jìn)口，分為A型和B型；擴(kuò)散式：適用于凈化顆粒濃度較高的氣體。多級旋風(fēng)分離器二、旋液分離器

分離液-固非均相混合物；結(jié)構(gòu)與工作原理與旋風(fēng)分離器類似；特點(diǎn)：形狀細(xì)長、直徑小、圓錐部分長；優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，沒有運(yùn)動部件，體積小、處理量大；缺點(diǎn)：產(chǎn)生較大阻力；造成設(shè)備嚴(yán)重磨損。1－懸浮液入口管2－圓筒，3－錐形筒4－第流出口5－中心溢流管6－溢流出口管第三節(jié)過濾一、概述濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液過濾：利用重力或壓差使懸浮液通過多孔性過濾介質(zhì)，將固體顆粒截留，從而實(shí)現(xiàn)固-液分離的單元操作。在化工生產(chǎn)中，廣泛地采用過濾操作來分離懸浮液以獲得澄清的液體或固體物料。在過濾操作中，通常稱原料懸浮液為濾漿，被截留在過濾介質(zhì)上的濾渣層稱為濾餅（濾渣），通過濾餅及過濾介質(zhì)的澄清液稱為濾液。特點(diǎn)：固體顆粒的沉積發(fā)生在較厚的粒狀過濾介質(zhì)內(nèi)部，過濾介質(zhì)表面上無顆粒層形成。適用：懸浮液中顆粒尺寸甚小而且含量甚微的場合。懸浮液過濾介質(zhì)濾液深層過濾1.深層過濾、濾餅過濾（1）深層過濾（2）濾餅過濾特點(diǎn)：固體顆粒呈餅層狀沉積于過濾介質(zhì)的上游一側(cè)，形成濾餅層。適用：處理顆粒含量較高的懸浮液，是化工生產(chǎn)中的主要過濾方式。清液過濾介質(zhì)懸浮液濾餅濾餅過濾由于濾漿所含的固體顆粒往往不一樣，而一般所用的過濾介質(zhì)孔徑基本是一致的，且比其中的一部分顆粒大，故在過濾開始時，過濾介質(zhì)往往不能完全阻止細(xì)小顆粒的通過，因此開始階段所得的濾液常常是渾濁的，循環(huán)使用。

隨著過程的進(jìn)行，細(xì)小的顆?？赡茉诳椎郎霞翱椎乐邪l(fā)生架橋現(xiàn)象，攔截后來的顆粒不能通過，同時濾餅開始形成，由于濾餅中的孔道常常比過濾介質(zhì)小，更能攔截細(xì)小的粒子，所以過濾進(jìn)行一段時間后可得到澄清的溶液，這時過濾的阻力主要來自過濾介質(zhì)。2.過濾介質(zhì)（1）要求：具有多孔性、耐腐蝕性和耐熱性、足夠的機(jī)械強(qiáng)度。（2）常用過濾介質(zhì)絲織物品：棉、麻、合纖、金屬網(wǎng)(濾布、濾紙)；多孔性固體介質(zhì)：多孔塑料；堆積介質(zhì)：砂、木炭、石棉粉等。3.過濾推動力過濾推動力:重力、離心力、壓力差。化工生產(chǎn)上常用壓差作推動力，壓差有可調(diào)性。

不可壓縮濾餅：推動力↑時，ε不變；阻力隨厚度↑；

可壓縮濾餅：推動力↑時，ε↓，阻力↑↑。5.助濾劑

目的：減小過濾阻力；

使用方法：預(yù)涂法、預(yù)混法。

要求：助濾劑應(yīng)能較好地懸浮于料液中，顆粒大小合適，助濾劑中還不應(yīng)含有可溶于濾液的物質(zhì)。

注意：當(dāng)濾餅是產(chǎn)品時不能使用助濾劑。4.濾餅的壓縮性1.過濾速度：單位時間內(nèi)通單位過濾面積的濾液體積。

三、過濾的基本理論u——瞬時過濾速度，m/sV——濾液體積，m3A——過濾面積，m2q

——單位過濾面積所得濾液量，m3/m2，

q＝V/A

——過濾時間，s。

1）顆粒床層由許多平行的細(xì)管組成，細(xì)管長度與床層高度成正比；

2）細(xì)管內(nèi)表面積之和等于濾餅內(nèi)全部顆粒的外表面積；

3）細(xì)管的全部流動空間等于濾餅內(nèi)的全部空隙體積。簡化模型：（a）濾餅（b）簡化模型Lleuu2.過濾的基本方程式

p1——濾餅壓降

p2——過濾介質(zhì)壓降阻力：濾餅阻力R1、過濾介質(zhì)阻力R2或不可壓縮濾餅

濾餅的比阻r由濾餅的特性決定，其值與構(gòu)成濾餅的固體顆粒的形狀、大小及餅層的空隙率有關(guān)，其值只能通過實(shí)驗(yàn)測定。r的物理意義為：單位過濾面積上，單位體積濾餅的阻力，故r值的大小可反映濾液通過濾餅層的難易程度。不可壓縮濾餅的比阻r不隨其兩側(cè)壓差的變化而變化?？蓧嚎s濾餅的比阻r則隨壓差的增大而增加，可用下列經(jīng)驗(yàn)公式表示：

r＝r′Δps

對可壓縮性和不可壓縮性濾餅均適用。

對不可壓縮性濾餅：s=0。

對可壓縮性濾餅：s=0~1。

3.影響過濾速度的因素：（1）推動力

p

加壓過濾、真空過濾、重力過濾、離心過濾（2）濾液的性質(zhì)濾液黏度↓，過濾速度u↑。（3）濾餅層的性質(zhì)濾餅的厚度、空隙率、比表面積等。

4.恒壓過濾方程式在恒壓過濾操作中，Δp為常數(shù)，對一定的懸浮液，μ、r、c也是常數(shù)

積分得：

或恒壓過濾方程式

若過濾介質(zhì)阻力可忽略不計(jì)，則或K是由物料特性及過濾壓強(qiáng)差所決定的常數(shù)，稱為濾餅常數(shù)，其單位為m2/s；Ve或qe是反映過濾介質(zhì)阻力大小的常數(shù)，稱為介質(zhì)常數(shù)，其單位分別為m3與m3/m2，二者總稱為過濾常數(shù)，其值由實(shí)驗(yàn)測定。5、過濾常數(shù)的測定由過濾常數(shù)K的定義式

將恒壓過濾方程式改寫為即在恒壓過濾條件下，θ/q與q的函數(shù)關(guān)系是以1/K為斜率、2qe/K為截距的直線，實(shí)驗(yàn)測得不同時刻單位過濾面積的累積濾液量q，即可由上式回歸出K

和qe。例：過濾一種固體顆體積分?jǐn)?shù)為0.1的懸浮液,濾餅含水的體積分?jǐn)?shù)為0.5,顆粒不可壓縮,經(jīng)實(shí)驗(yàn)測定濾餅比阻為1.3×1011m-2,水的粘度為1.0×10-3Pa.s。在壓強(qiáng)差恒為9.8×104Pa的條件下過濾,假設(shè)濾布阻力可以忽略,試求：1）每m2過濾面積上獲得1.5m3濾液所需的過濾時間。2）如將此過濾時間延長一倍,可再得濾液多少？解：1）過濾時間∵濾布阻力可忽略

2)求過濾時間加倍時的濾液量二、 過濾設(shè)備以壓力差為推動力：板框式壓濾機(jī)、葉濾機(jī)、筒真空過濾機(jī)（連續(xù)）。以離心力為推動力：離心過濾機(jī)。1.板框式壓濾機(jī)

①結(jié)構(gòu)和工作原理濾框、濾板—洗滌板，非洗滌板。料液通道2鈕1鈕3鈕洗滌液通道洗滌板框非洗滌板排列方式：板、框交替，個數(shù)可調(diào)。

1—2—3—2－1—2……

操作周期：組裝→過濾→洗滌→卸渣→整理。

操作方式：間歇操作過濾過程：濾液濾漿洗滌過程：洗液廢洗液過濾過程：洗滌過程：缺點(diǎn)是：裝卸板框的勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，濾餅洗滌慢，且不均勻；由于經(jīng)常拆卸，濾布磨損嚴(yán)重。優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡單，制造方便，附屬設(shè)備少，占地面積小而過濾面積大，操作壓強(qiáng)高，對各種物料的適應(yīng)能力強(qiáng)。2.葉濾機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)：過濾推動力大，單位地面所容納的過濾面積大，機(jī)械化強(qiáng)度高，操作環(huán)境好，生產(chǎn)能力也較大。但較復(fù)雜，造價高濾餅分層積聚，洗滌不易均勻。

結(jié)構(gòu)和工作原理

主要部件：機(jī)殼，濾葉操作方式：間歇操作操作周期：過濾→洗滌→卸渣洗滌方式：置換法3.轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)1-轉(zhuǎn)筒；2-分配頭；3-洗滌水噴嘴4-刮刀；5-懸浮液槽；6-抖攪器卸渣區(qū)洗滌脫水區(qū)過濾區(qū)123456結(jié)構(gòu)和工作原理主要部件：水平轉(zhuǎn)筒、分配頭；操作方式：恒壓、連續(xù)操作；操作周期(旋轉(zhuǎn)一周)：過濾→洗滌→吸干→吹松→卸渣。12345

回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)的分配頭轉(zhuǎn)動盤固定盤1、2－與濾液儲槽相同的槽；3－與洗液相通的槽；4、5－通壓縮空氣的孔缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)筒體積龐大而過濾面積較小，所需的附屬設(shè)備多，投資費(fèi)用高。此外，由于是真空操作，因而過濾推動力有限，尤其不能過濾溫度較高或飽和蒸汽壓大的物料，以免濾液的蒸汽壓大而使真空度降低；對物料的適應(yīng)能力差，濾餅的洗滌不夠充分。優(yōu)點(diǎn)：能連續(xù)自動操作，節(jié)省人力，生產(chǎn)能力大，特別適用于處理量大而容易過濾的懸浮液。目的：回收濾餅中濾液，或除去濾餅中可溶性雜質(zhì)；方法：恒壓洗滌，壓差為過濾的最終壓差；特點(diǎn)：洗滌速率恒定（濾餅厚度不變，阻力恒定）洗滌液用量：取決于對濾渣的質(zhì)量要求或?yàn)V液的回收要求；洗滌速率：與洗滌液的性質(zhì)及洗滌方法有關(guān)，后者又與所用的過濾設(shè)備結(jié)構(gòu)有關(guān)。四、濾餅的洗滌與濾餅厚度、濾餅性質(zhì)、洗滌液粘度、介質(zhì)阻力有關(guān)

洗滌速率：若推動力相同，則：洗滌速度與過濾終了速度的關(guān)系?屬間歇式，橫穿洗滌：Lw=2L，Aw=A/2特點(diǎn)：洗板框非洗板洗板洗滌液流出洗滌液入口板框壓濾機(jī)：葉濾機(jī)：屬間歇式，置換洗滌：Lw=L，Aw=A特點(diǎn)：轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)：屬連續(xù)式，置換洗滌：Lw=L，Aw=A特點(diǎn)：1-轉(zhuǎn)筒；2-分配頭；3-洗滌水噴嘴4-刮刀；5-懸浮液槽；6-抖攪器卸渣區(qū)洗滌脫水區(qū)過濾區(qū)123456五、過濾機(jī)的生產(chǎn)能力過濾機(jī)的生產(chǎn)能力：單位時間內(nèi)獲得的濾液體積。1.間歇過濾機(jī)的生產(chǎn)能力操作步驟：過濾、洗滌、卸渣、清理、裝合。T一個操作循環(huán)的時間，即操作周期，s；

一個操作循環(huán)內(nèi)的過濾時間，s；

W一個操作循環(huán)內(nèi)的洗滌時間，s；

R一個操作循環(huán)內(nèi)的卸渣、清理、裝合等輔助時間，s。操作周期：

操作周期=過濾時間+洗滌時間+輔助時間生產(chǎn)能力：

單位時間內(nèi)獲得的濾液量或?yàn)V餅量。其中：最佳操作周期：生產(chǎn)能力最大時的操作周期令dQ／dV=0可得：

若過濾、洗滌的操作壓力相同；濾液＝洗滌液w；介質(zhì)阻力忽略不計(jì)------最佳操作周期

2.連續(xù)過濾機(jī)的生產(chǎn)能力操作特點(diǎn)：(1)過濾、洗滌、卸餅等操作在轉(zhuǎn)筒的不同區(qū)域同時進(jìn)行；(2)轉(zhuǎn)筒任一塊表面旋轉(zhuǎn)一周分別進(jìn)行了過濾、洗滌、卸餅等操作。其中：操作周期：

生產(chǎn)能力：

思考：對轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)，上式中V、Ve、A、

怎么取值？按過濾區(qū)？還是按整個轉(zhuǎn)筒？按整個轉(zhuǎn)筒?。篤，Ve，A，

=T浸沒分?jǐn)?shù)（轉(zhuǎn)筒浸入面積占全部轉(zhuǎn)筒面積的分率）Tfq=式中，若介質(zhì)阻力忽略不計(jì)，則可見：但這類方法受到一定的限制

【例】某板框過濾機(jī)有5個濾框，框的尺寸為635

635

25mm。過濾操作在20℃、恒定壓差下進(jìn)行，過濾常數(shù)K=4.24

10-5m2/s，qe=0.0201m3/m2，濾餅體積與濾液體積之比c=0.08m3/m3，濾餅不洗滌，卸渣、重整等輔助時間為10分鐘。試求框全充滿所需時間?，F(xiàn)改用一臺回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)過濾濾漿，所用濾布與前相同，過濾壓差也相同。轉(zhuǎn)筒直徑為1m，長度為1m，浸入角度為120

。問轉(zhuǎn)鼓每分鐘多少轉(zhuǎn)才能維持與板框過濾機(jī)同樣的生產(chǎn)能力？假設(shè)濾餅不可壓縮。以一個框?yàn)榛鶞?zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。濾液量

過濾面積【解】框全充滿所需時間？（框全充滿）再根據(jù)恒壓過濾方程得：K=4.24

10-5m2/sqe=0.0201m3/m2思考：以5個框?yàn)榛鶞?zhǔn)，如何求解？改用回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)后，壓差不變，故K不變；濾布不變，故qe不變。K=4.24

10-5m2/s，qe=0.0201m3/m2過濾面積回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)：轉(zhuǎn)鼓每分鐘多少轉(zhuǎn)才能維持與板框過濾機(jī)同樣的生產(chǎn)能力？板框：設(shè)轉(zhuǎn)筒每分鐘轉(zhuǎn)n轉(zhuǎn)，則回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)生產(chǎn)能力一、概述1.工作原理：

利用設(shè)備旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力分離非均相混合物，所分離的非均相混合物中至少有一相是液體。2.優(yōu)點(diǎn)：

分離速率大，可分離出一般過濾方法不能除去的小顆粒，可分離兩種密度不同的液體。3.離心機(jī)的分類：按分離方式分：沉降式離心機(jī)、過濾式離心機(jī)、分離式離心機(jī)第四節(jié)離心分離（1）沉降式離心機(jī)

分離液-固非均相混合物

特點(diǎn)：轉(zhuǎn)速可以根據(jù)需要調(diào)整，適用于分離困難的體系，

常用的沉降式離心機(jī)：轉(zhuǎn)鼓式離心機(jī)、蝶片式離心機(jī)等。轉(zhuǎn)鼓式離心沉降機(jī)：

1－固體2－液體R1h

顆粒在離心機(jī)內(nèi)的沉降R3（2）過濾式離心機(jī)

鼓壁上開孔，覆以濾布，液體受離心力后穿過濾布及壁上小孔排出，而固體顆粒被截留在濾布上。（3）分離式離心機(jī)

用于乳濁液的分離。非均相液體混合物被轉(zhuǎn)鼓帶動旋轉(zhuǎn)時，密度大的液體趨向器壁運(yùn)動，密度小的液體集中于中央，分別從靠近外周的及近中央的溢流口流出?；旌弦褐匾狠p液優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡單、運(yùn)轉(zhuǎn)周期靈活；缺點(diǎn)：卸料時勞動條件差、檢修不方便；適用：小批量物料處理，各種鹽類結(jié)晶的過濾和脫水。離心機(jī)按結(jié)構(gòu)分：三足式離心機(jī)、轉(zhuǎn)鼓式離心機(jī)、碟片式離心機(jī)、管式離心機(jī)。（1）三足式離心機(jī)適用：顆粒直徑較大（>0.15mm)、濃度大（>30%)的濾漿食鹽、硫酸銨、尿素等的生產(chǎn)中。121－原料液2－洗滌液3－脫液固體4－洗出液5－濾液（2）活塞往復(fù)式卸料離心機(jī)（3）蝶片式離心機(jī)：

用途：分離乳濁液和從液體中分離少量極細(xì)的固體顆粒，廣泛用于潤滑油脫水、牛乳脫脂、飲料澄清等。

（4）管式超速離心機(jī)：直徑一般為100~200mm，高0.75~1.5m。乳濁液自底部引入，在管內(nèi)自下而上運(yùn)行過程中，因離心力作用，依密度不同分成內(nèi)外兩個同心層，到達(dá)頂部分別自輕液出口與重液出口送出管外。1.篩分

形狀因數(shù):用于表示非球形顆粒的形狀。

顆粒的平均直徑：

標(biāo)準(zhǔn)篩2.沉降

（1）沉降速度計(jì)算：本章小結(jié)③湍流區(qū)①層流區(qū)②過渡區(qū)①顆粒直徑d↑，則u0↑

其它條件相同時，小顆粒后沉降。②流體密度和黏度

↑，則u0↓；

↑，則u0↓其它條件相同時，顆粒在空氣較在水中易沉降。③顆粒密度

s↑，則u0↑其它條件相同時，密度大的顆粒先沉降。

（2）影響沉降速度的因素（3）降塵室的操作顆粒因沉降被除去的條件：停留時間＞沉降時間

生產(chǎn)能力：含塵氣體的處理量Vs，

m3/s可分離的最小顆粒直徑dmin：

顆粒分離百分率＝(d/dmin)2（1）衡量離心分離性能的指標(biāo)

離心分離因數(shù)KC：（2）旋風(fēng)分離器的性能參數(shù)沉降速度：分離效率、臨界直徑、壓降3.離心沉降原理sNuBdrpmic9=臨界直徑：4.過濾（1）過濾推動力（2）助濾劑

（3）影響過濾速度的因素：A.推動力

p:加壓過濾、真空過濾、重力過濾、離心過濾B.濾液的性質(zhì):濾液黏度

↓，過濾速度u↑。C.濾餅層的性質(zhì):濾餅的厚度、空隙率、比表面積等。（4）洗滌速率：

板框式壓濾機(jī)洗滌速率只有最終過濾速率的1/4

第五節(jié)固體流態(tài)化流態(tài)化：使固體顆粒通過與運(yùn)動的流體接觸而具有流體某些表觀特性的過程。應(yīng)用：處理粉粒狀物料的輸送、混合、加熱或冷卻、干燥、吸附等過程。缺點(diǎn)：動力消耗大，設(shè)備易磨損，顆粒易碎。一、基本概念1.固定床階段：流體通過顆粒床層的表觀速度較小，顆?？障吨辛黧w的真實(shí)速度小于顆粒的沉降速度，則顆粒保持靜止?fàn)顟B(tài)，此時的顆粒床層稱為固定床。2.流化床階段：流體的表觀速度大到某一數(shù)值，流體的真實(shí)速度與顆粒的沉降速度相等，則顆粒懸浮在流體中，床層有一個明顯的上界面，這種床層稱為流化床。3.顆粒輸送階段：繼續(xù)提高表觀速度，流體的真實(shí)速度大于顆粒的沉降速度，則顆粒將被流體所帶走，達(dá)到顆粒的輸送階段。三個階段：固定床、流化床、顆粒輸送。床層的流態(tài)化過程(1)固定床階段

顆粒靜止（流體空床流速小，顆粒受曳力?。淮矊痈叨?、空隙率，均保持不變；阻力服從歐根方程(

u↑，

pf

↑

）。(2)流化床(沸騰床)階段空床流速↑，顆粒受曳力↑，把顆粒托起；空床流速一定時，有一個穩(wěn)定的床層上界面。(3)

顆粒（氣力或液力）輸送當(dāng)u=u0時，顆粒被帶走。

帶出速度：顆粒被吹出的臨界速度。1.流化類型（1）散式流化：顆粒均勻地分散在流動的流體中，有一穩(wěn)定的上界面。如：大多數(shù)液-固流化。（2）聚式流化：床層中存在兩個不同的乳化相（固體濃度大、分布均勻的連續(xù)相），氣泡相（夾帶少量固體顆粒以氣泡形式通過床層的不連續(xù)相）。如：氣-固流態(tài)化二、流化床的流化類型與不正?，F(xiàn)象

現(xiàn)象：氣泡長大將床層分成相互分開的氣泡和