1、返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件1第三章 机械分离返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件2第一节 颗粒沉降 一 固体颗粒在流体中的沉降运动 1颗粒沉降运动中的受力分析 d，s的球形颗粒(1)场力重力gds36离心力rudadtsrs23366返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件3(2)浮力重力场gd36离心力场rudt236(3)阻力颗粒与流体的相对运动表皮阻力与形体阻力微元面所受力在垂直于流动方向上的分量沿颗粒表面的积分绕流，形成边界层返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件4返回武汉理工大学化工原
2、理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件5wdAwdAsinpdApdAcos 表皮阻力AAAdAgzdAgzpdApcoscoscos浮力形体阻力AWdAsin返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件6相对大小运动速度流体固体作用力沉降与绕流并无本质区别，2u42220du2沉降速度与阻力系数（1）重力沉降速度u0 重力-浮力-阻力=颗粒质量加速度 返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件7重、浮一定，u，阻力，加速度加速度=0时，u=u0沉降速度gds36gd36042220du340gdus返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件
3、8（2）离心沉降速度 返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件9rudutsr342颗粒实际运动速度在径向上的分量方向：由圆心指向外；轨迹：逐渐扩大的螺旋线，返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件10（3）公式成立假定条件其它因素对u0的影响颗粒为球形；颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰 容器壁对沉降的阻滞作用可以忽略 颗粒直径不能小到受流体分子运动的影响（4）阻力系数 因次分析)(Re0f00Redu返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件11阻力系数Re0关系图返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件12层流区
4、(Stokes区)3.0Re00Re241820gdusStokes公式可以从理论上推导出可以近似用到Re0=2表皮阻力占主导地位不发生边界层分离返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件13过渡区(Allen区)500Re206.00Re5.186.000Re269.0sgdu开始发生边界层分离颗粒后部形成旋涡尾流尾流区压强低形体阻力增大返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件14湍流区(牛顿区)形体阻力占主导地位，表皮阻力可以忽略200000Re5000阻力u2阻力系数与Re0无关44.0sgdu74.10返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化
5、工原理电子课件15 Re02105阻力系数骤然下降层流边界层湍流边界层分离点后移，尾流区收缩，形体阻力突然下降5010)103(Re近似取=0.1返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件16（5）沉降公式使用方法 事前能够确认流动区域，直接用对应公式 流动区域不能确定，采用试差法 假定流动处于层流区，Stokesu0 Re0 (？2)，yes结束no 换用相应区域公式 u0 Re0 判断，修正通过实验整理数据得到(Re02105)ArAr6.018Re0返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件17Ar阿基米德数23gdArs用法：Ar Re0 u0 离心
6、力场中的u0，将g替换为ar返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件18二 重力沉降分离设备1降尘室 返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件19（1）工作原理 气体入室减速颗粒的沉降运动&随气体运动沉降运动时间dc的颗粒=1如颗粒入器时均布，与器壁距离B的所有颗粒所占分率BB/返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件28ddc的入器时如其BB，也可以被(100%)分离由前式，能被(100%)分离颗粒的dB1/2BBddc入器时距离B的，直径为d的都能被(100%)分离所占分率为BB/2)/(cdd总效率O：被分离出来的颗粒点全部颗粒
7、的质量分数返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件29O与iiiOa压降能量损失进气管、排气管、器壁、各各局部，气旋常表示为22iup阻力系数实测经验2116DAB（3）选型与计算 返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件30第二节 过 滤一 过滤基本原理1 过滤固液混合，外力驱动，多孔介质，颗粒截留，液体通过过滤介质滤 饼滤 浆滤 液返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件31说明：名词：过滤介质；滤浆；滤渣(饼)；滤液过程推动力：重力；压力(差)；离心力滤饼过滤与深层过滤操作目的：固体或清净的液体洗涤回收滤饼中残存的滤液或除去其杂
8、质2.过滤介质支撑滤饼或截留颗粒，通过滤液返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件32要求流动阻力小，机械强度高织物介质 滤布(织物、网)，5-65m，工业应用广泛堆积介质固体颗粒或纤维等堆积，深层过滤 多孔固体介质：具有微细孔道的固体，1-3m多孔膜：有机膜、无机膜。1 m以下 3滤饼的可压缩性和助滤剂 滤饼受压，流动阻力助滤剂加入，使滤饼疏松而坚硬返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件33二 过滤设备1板框过滤机（1）结构与工作原理 返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件34返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理
9、电子课件351-非洗涤板；2-框；3-洗涤板；四角均开孔组装:1-2-3-2-1-2-3-2-1-2-3-2-1滤布框的两侧滤浆由总管入框框内形成滤饼 滤液穿过饼和布经每板上旋塞排出(明流)从板流出的滤液汇集于某总管排出(暗流)过滤返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件36横穿洗涤：洗涤液由总管入板滤布 滤饼 滤布 非洗涤板排出洗涤面=(1/2)过滤面积洗涤液行程与滤液相同。洗涤面=过滤面置换洗涤：说明间歇操作过滤、洗涤、卸渣、整理、装合主要优缺点返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件37返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件3
10、82叶滤机 3转筒过滤机（1）结构与工作原理 返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件39水平转筒分为若干段，滤布蒙于侧壁段管分配头转动盘(多孔)分配头固定盘(凹槽2、凹槽1、凹槽3)三个通道的入口滤液真空管洗水真空管 吹气管工作过程跟综一段 当浸入滤浆中时，对应滤布对应管转动盘孔凹槽2 滤液真空管 滤液通道过滤返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件40当位于水喷头下，对应滤饼、滤布对应管转动盘孔凹槽1 洗水真空管 洗水通道洗涤吹气管凹槽3转动盘孔 对应管滤布滤饼 压缩空气通道吹松 遇到刮刀 卸渣两凹槽之间的空白处：没有通道 停工两区不致串通 主要优缺
11、点：返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件41三 过滤基本理论 1.颗粒床层的物理模型与基本参数颗粒床层一组平行细管流体通道细管内表面=床层颗粒的全部表面细管的总体积=床层空隙体积基本参数空隙率：床层的空隙体积/床层的总体积比表面积S0：颗粒表面积/颗粒体积孔道(细管)平均长度l：床层厚度，即l=K0L返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件42孔道(细管)当量直径de：颗粒体积比表面积空隙率床层体积颗粒表面积空隙体积润湿周边长流通截面积444llde14140S空隙率床层体积比表面积空隙率床层体积滤液流速u1:床层截面积床层空隙率滤液体积流量面积床层
12、截面中空隙部分的滤液体积流量1u返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件432.过滤速度及其表达(1)定义滤饼截面积滤液体积流量AddVuA滤饼层总截面积；过滤时间；V滤液体积说明u1与u的关系udAdVu1(2)过程推动力 滤浆侧和滤液侧的压差21ppp滤饼压降介质压降返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件44 (3)p1的表达Hagen-Poiseuille 方程lpdue32121(4)滤饼层的阻力l(L)，如p不变，则u 瞬时速度恒压降速，恒速升压说明LKpduuAdVe012132其中22003121SKr滤饼的比阻阻力推动力LrpLSKp1
13、22001312返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件45u=滤饼层推动力/滤饼层阻力。滤饼阻力滤饼层的性质及L；滤液的。说明(5)过滤介质的阻力近似：阻力厚度为Le的一层滤饼eLr(6)总推动力与总阻力eeRRprLrLprLeprLpAddV21返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件46(7)过滤速度的两种具体表达形式认为:AL=cV获取单位体积滤液所得滤饼体积系数：c=AL/VArcVrLR/ArcVrLReee/Ve与Le对应的滤液体积。不存在，虚拟量，滤饼的性质形式1eVVrcpAddV2返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理
14、电子课件47W=cV又认为：获取单位体积滤液所得滤饼质量 滤浆浓度与颗粒性质系数：c=W/V仿照滤饼面积滤饼体积rrLR可得AVcrAWrrR/滤饼面积滤饼质量AVcrAWrReee/形式2eVVcrpAddV2返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件48crrc 比较形式1与2可得3 (恒压)过滤方程式 积分形式1c、r、与时间无关Ve、A、p常数02)()(drcpAVVdVVeeVVVee222KAVVVe22crprcpK过滤常数（m2/s）返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件49另一写法Kqqqe22其中AVq/AVqee/说明 过滤方程式
15、V 的关系，抛物线关于过滤常数K和qe滤饼的(不)可压缩性，pqKrKpe,0 K,qep的关系平均r(r)p:sprr0sprr0返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件50其中r0(r0)为常数;不可压缩，s=0010122rcpcrpKss常数eseseecqprAcVprrLR00sepq4过滤常数的实验测定 原理一返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件51对过滤方程进行微分Kddqqqe2微分用增量代替KqqKqe22连续测定，q算出一系列 及对应 q /q q作图，直线斜率=2/K，截距=2qe/K原理二过滤方程同除以KqKqqKqe21测
16、量变量相同返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件52/q q作图，直线斜率=1/K，截距=2qe/K讨论实验条件必须与生产条件一致过滤机设计在不同p下测多个常数测出c或c，一定p测出K r；多次一组（r,p）sprr0双对数坐标，直线斜率=s,截距=r0返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件53四 过滤计算 1间歇过滤机的计算（1）操作周期与生产能力 操作周期总时间RWFC总时间过滤时间洗涤时间卸渣、清理、装合 设计和操作计算要基于C生产能力：一个操作周期中，单位时间内得到的滤液或滤饼体积返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件5
17、4RWFFCFVVQRWFFCFcVcVQ已知K，qe，由过滤方程，FVF Q（2）洗涤速率和洗涤时间 一般认为：洗涤液量滤液量，即FWJVV假定：洗涤液粘度与滤液相同；洗涤压力与过滤时相同 洗涤速率：单位时间内通过滤饼层的洗涤液体积返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件55叶滤机的洗涤速率和洗涤时间置换洗涤)(2)(22eeWVVKAVVrcpAddVddV终了终了终了洗涤速率恒定滤饼厚度不变KAVVpAVVrcddVVeewWww22)(2)(/终了终了板框压滤机的洗涤速度和洗涤时间横穿洗涤 LLw22/AAW返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课
18、件56)(241)()2/()(222eeewwWVVKAVVrcpAVVrcpAddV终了终了终了洗涤时间KAVVddVVeWww2)(8/终了（3）最佳操作周期 在一个操作周期中R一般固定F，V ，但上升幅度，Q可能F ，V ，且下降幅度，Q可能返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件57存在一个最优的过滤时间，使Q最大可以证明：F+W=R，则Q可达最大2连续过滤机的计算(1)操作周期与过滤时间 间歇过滤机：部分时间，全部面积过滤连续过滤机：部分面积，全部时间过滤转筒过滤机，每秒n周，则C=1/n每圈用时转筒表面浸入分数：360/浸入角度返回武汉理工大学化工原理电子课件
19、武汉理工大学化工原理电子课件58一个周期中全部面积经历过滤时间nCF/部分面积，全部时间全部面积，部分时间ACCFA（2）生产能力 nqAqAQch3600/3600nKKqqqFe/22eeqKnqq2返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件59eehVKAnVnnqAQ2236003600当滤布阻力可以忽略0eVnKAQh3600QA，n说明，过滤面积，其它面积，操作不便n，F，L，难以卸渣，功率消耗返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件60例题2 在试验装置中过滤钛白的水悬浮液，过滤压力为3kgf/cm2（表压），求得过滤常数如下：K=510-5
20、m2/s，qe=0.01m3/m2。又测出滤渣体积与滤液体积之比c=0.08 m3/m3。现要用工业压滤机过滤同样的料液，过滤压力及所用滤布亦与实验时相同。压滤机型号为BMY33/810-45。这一型号设备滤框空处长与宽均为810mm，厚度为45mm，共有26个框，过滤面积为33，框内总容量为0.760m3。试计算：（1）过滤进行到框内全部充满滤渣所需要过滤时间；（2）过滤后用相当于滤液量1/10的水进行横穿洗涤，求洗涤时间；（3）洗涤后卸渣、清理、装合等共需要40分钟，求每台压滤机的生产能力，分别以每小时平均可得多少滤渣计。返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件61第三节 离心分离简介 旋风(液)分离器利用混合物中不同成分所受离心力Fr不同Fr源自物料以切线方向进入设备离心机 Fr源自设备本身旋转高速旋转的转鼓222242mrnnmrmrmaFrr转鼓直径、转速，则Fr，分离效果返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件62离心机的分离因数KC 其产生的离心加速度与重力加速度之比常速（KC 3000）高速（3000KC 500000）（1）过滤式离心机（2）沉降式离心机（3）分离式离心机
