nullnull 通过本章的学习，要重点掌握沉降和过滤这两种机械分离操作的原理、过程计算、典型设备的结构与特点，能够根据生产工艺要求，合理选择设备类型和尺寸。 第三章 机械分离1.本章学习目的a . 沉降分离（包括重力沉降和离心沉降）的原理、过程计算、旋风分离器的选型。2.本章应掌握的内容 b .过滤操作的原理、过滤基本方程式推导的思路，恒压过滤的计算、过滤常数的测定。null物系内各处组成均匀且不存在相界面：如溶液及混合气体。一．混合物的分类概述:2．非均相混合物（物系）1．均相混合物（物系）——采用传质分离
方法
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。非均相物系中存在相界面，且界面两侧物料的性质不同。根据连续相状态的不同，非均相混合物又可分为两种类型：（1）气态非均相混合物：如含尘气体、含雾气体等；（2）液态非均相混合物：如悬浮液、乳浊液、泡沫液等。——工业上一般采用机械分离方法将两相进行分离，即造成分散相和连续相之间的相对运动。null几种非均相物系的分散相和连续相3.非均相物系中的连续相和分散相连续相（分散介质） ：包围分散相而处于连续状态的物质,主要是对液体和气体—固体的非均相而言分散相（分散物质） ：处于分散状态的物质null①机械分离 —— 筛分、沉降、过滤、离心1. 非均相物系分离的基本方法：①收集分散物质 2. 非均相物系分离的目的：二.非均相混合物分离方法的分类:③环境保护与安全生产 ②净化分散介质 ③物理化学法 —— 浮选、吸咐②电磁法 —— 磁选、静电（除尘）、电磁化根据相态和分散物质尺寸的大小，非均相混合物的分离方法如下：nullb.非均相物系中的连续相和分散相具有不同的物理性质,如(密度)注意:机械分离操作涉及到颗粒相对于流体以及流体相对于颗粒床层的流动，它们都遵循流体力学的基本规律。 1.机械分离在化工中的普遍性① 气—液、气—固、液—固、固—固、液—液(非均相物系的分离)三.机械分离的作用和分离原理（总结）2.机械分离原理② 固体流化、颗粒气力输送。非均相物系一般可用机械方法将它们分离.a. 必须使分散相和连续相之间发生相对运动。null沉降：颗粒物质受重力、离心力或其他电、磁力而从分散介质中分离的过程称为沉降。重力沉降：分离颗粒较大的物质一. 重力沉降速度②各颗粒沉降时互不干扰(自由沉降，反之为干扰沉降）① 颗粒沉降的基本假定按实现沉降的操作力不同：§ 3-1-1 重力沉降（球形颗粒的自由沉降）§3-1 沉降④分子布朗热运动对沉降无影响③容器壁效率忽略①颗粒为球形离心沉降：分离颗粒较小的物质null重力：合力:对于一定的流体和颗粒，重力和浮力是恒定的，而阻力却随颗粒的降落速度而变。② 颗粒沉降过程受力：阻力：浮力：null③ 颗粒沉降过程速度变化：颗粒的自由沉降速度:即加速终了时颗粒相对于流体的速度，又称终端速度等速沉降:加速沉降:时间非常短，可以忽略。合外力为0。?:如何求解阻力系数ξ对于一定的流体和颗粒，重力和浮力是恒定的，而阻力却随颗粒的降落速度而变。null它们之间的关系通过实验测得：见下图二. 阻力系数ξ：根据前述因次
分析
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法可知:nulla.当0.0001
2×105 时——高度湍流区注意：高度湍流区在沉降中很少出现。null1.公式中ut的相对性:静止、运动、相对运动（同方向、反方向）1.）既适用于的沉降操作，又适用于的浮升运动。2.）既适用于静止流体中颗粒的沉降，又适用于流体相对于颗粒的运动。3.）既适用于颗粒与流体逆向运动的情况，又适用于颗粒与流体同向运动但具有不同速度的相对运动速度的计算。讨论：即适用多种情况下的颗粒和流体在重力方向的相对运动的计算。2.分析颗粒的自由沉降速度计算式可知:这是利用重力沉降分离非均相混合物的根本原因。—— 不同密度的颗粒，沉降速度不同——不同粒径的颗粒，沉降速度也不同null三. 沉降速度的计算：1 .给定介质中颗粒的沉降速度 ut的计算 (已知dp)a.试差法：先假设沉降属于某一流型（如层流）核对Re是否在原设的范围内是否ut有效按算出Re的另选流型，并改用相应公式计算ut ，直到按求得的ut 算出的Re与所选公式的Re值范围相符为止null2. 给定介质中颗粒粒径 dp的计算(已知ut）a.试差法：先假设沉降属于某一流型（如层流）核对Re是否在原设的范围内是否dp有效按算出Re的另选流型，并改用相应公式计算dp ，直到按求得的dp算出的Re与所选公式的Re值范围相符为止null四. 影响ut的因素1.颗粒形状的影响——球形度φS和当量直径de确定其特性壁面曳力——物理学角度表现为固—固运动摩擦，属弱电作用力当容器尺寸远远大于颗粒尺寸时（例如100倍以上），器壁效应可以忽略 2.器壁效应：3.干扰沉降干扰沉降或受阻沉降：如果分散相的体积分率较高，颗粒间有明显的相互作用，容器壁面对颗粒沉降的影响不可忽略。液态非均相物系中，当分散相浓度较高时，往往发生干扰沉降 null结构简单、效率低、设备庞大。根据非均相混合物的种类不同，主要有降尘室和沉降槽。一.降尘室——重力降尘室§ 3.1.2典型重力沉降设备及
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
计算特点：初级除尘或预分离。d≥75 μm（也有d ≥ 40 μm ）的场所。适用场所：null1. 降尘室的设计计算u’W则表明，该颗粒能在降尘室中除去。则表明，该颗粒刚好能完全除去。则表明，该颗粒不能除去。Anull故：⑵a)对于一定体积（容积）的平流式沉降室，其沉降能力 与沉降面积成正比，而与沉降室深度无关（浅池原理）。a.分离条件：即：⑴又：τ1沉降时间≤气流平均停留时间τ2 b.结论：u’WAb)颗粒沉降速度越大（即粒径越粗或密度越大），则相同的沉降室生产能力 越大。null若降尘室内设置多层水平隔板，则多层降尘室的生产能力变为①工业中气流水平速度u一般取0.5 ~ 1.5或0.5 ~ 3.0m/s范围。视颗粒 而定。颗粒粒度及密度越大相应的水平流速越大。c. 结论的应用：②根据结论⑴，发展了多层平行隔板式与斜板式沉降室。（3-40a）注意：沉降速度ut应根据需完全分离的最小颗粒尺寸计算。 null2.临界粒径沉降速度应满足的条件临界粒径颗粒的沉降速度： 如颗粒的沉降速度处于层流区：：能100%除去最小粒径nullnullnullnull§3-2离心沉降分离离心沉降：惯性离心力作用下实现的沉降过程离心沉降：气固非均相物质液固悬浮物系旋风分离器旋液分离器或离心机概述：适用场合：两相密度差较小，颗粒较细的非均相物系，在离心力场中可得到较好的分离。一.离心与重力沉降的比较 —分离因数Kco惯性离心力：null① 离心力场中颗粒的受力平衡分析：惯性离心力：颗粒受流体浮力：沉降阻力：二. 离心沉降速度o在等速沉降过程：null平衡时颗粒在径向上相对于流体的运动速度ur便是它在此位置上的离心沉降速度。过滤章节内容离心分离设备：① 气体离心设备 :旋风分离器② 液体离心设备离心沉降：旋液分离器
离心过滤:三. 离心分离设备：null 压力分布：从筒壁往中心逐渐降压到达气芯处可降至负压。故易在灰口产生漏风，使效率下降，必须采取密封。1.旋风分离器结构与操作：气体进口速度10~25 m/s 或 15~20 m/s，最小分离粒径约5μm。
标准
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型旋风分离器：结构比例见图特 点：流动阻力大（40-80mmH2O ） 、易磨损、效率70~90%。null2.旋风分离器性能估算则：a. 气流入口速度u入基本上等于气流的切线速度uT且不变。c. 气流与颗粒之间的相对运动为层流。（径向运动）b. 气流中颗粒所穿过气体厚度等于进气口宽度b。假设：评价的主要指标从气流中分离颗粒的效果气体经过旋风分离器的压力降临界粒径分离效率null分离条件：沉降时间τ1≤停留时间τ2临界分离粒径dpc ------能100%除去的最小颗粒粒径在标准旋风器中 N = 5，一般 N = 3 ~ 8rm —— 气流平均旋转半径N —— 气流在筒中旋转圈数停留时间：其中：3.压降损失（阻力）;小好，一般在5002000Pa左右null第三节 过 滤沉降时间长、脱除分离不彻底、固体物含水率高、设备庞大占地。 滤浆：需过滤的悬浮液
滤渣（滤饼）：被截留的固体颗粒物
滤液：过滤后清液§3-3-1概述原理：使悬浮液在外力（压力、重力、真空或离心力）作用下强制通过多孔（毛细孔）过滤介质（滤布、滤饼），从而将其中悬浮颗粒截留。发展： ① 离心沉降；② 过滤：压滤、真空过滤、离心过滤。1.重力沉降的不足2. 过滤原理及方法：概念null1.滤饼过滤（饼层或表床过滤）：滤饼在过滤介质表面形成，如压滤。处理较多悬浮物的液体。(固相体积分率> 1%)工业
方法2.深层过滤：滤饼在过滤介质内部形成,悬浮液中的固体颗粒沉积于过滤介质床层内部。当颗粒随流体在床层内的曲折孔道中流过时,在表面力和静电的作用下附着在孔道壁上。 如自来水过滤（砂滤池），处理较清洁液体，从合成纤维丝液中除去极细固体物质等。（固相体积分率 < 0.1%）null①织物状介质——滤布。如：棉、毛、麻、尼纶及其他纤维以及 由玻璃丝、金属丝等织成的网，在工业上应用最为广泛。3. 过滤介质a.过滤介质的要求：② 性能稳定、耐热耐腐，机械强度高。b.常用过滤介质：②粒状介质 —— 砂、木炭、石棉、硅藻土 。③多孔介质 —— 陶瓷、塑料微孔板等具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶瓷、多孔塑料及多孔金属制成的管或板。 4.助滤剂对滤饼作支承作用,防止可压缩性滤饼堵塞毛细孔。使用方法：预涂法，同时过滤法。常用的助滤剂：硅藻土，珍珠岩粉，碳粉或石棉粉等注意：一般只有在以获得清净滤液为目的时，才使用助滤剂。① 多孔、阻力小、有良好的截留分离作用。null5.悬浮液量，固体量，滤液量及滤渣量之间的关系C为湿滤渣与其中所含干渣的质量比，即Ckg湿滤渣与1kg干渣对应null过滤速度：单位过滤面积的过滤速率§ 3-3-2. 过滤基本理论—过滤的基本方程及操作计算一. 过滤基本方程式1. 过滤速度与过滤速率过滤速率：单位时间滤过的滤液（清液）体积。2. 液体通过滤渣层的流动 —— 简化流动模型：① 层流直管中流动阻力 —— 泊稷叶Poiseulle公式nullI )滤渣层中存在曲折流动通道，流体在同一截面上的流速分布很不均匀。② 滤渣层中流动特点：III)滤液通过饼层的流动为层流。II )通道很小、流速很低。（基本事实1）（基本事实2）（基本假定）实际流动简化流动模型为便于用数学方法描述滤液的流动，常将复杂的实际流动过程加以简化null则当量过滤速度 为：其中：——滤饼阻力单位（1/m）, L为渣层厚度（m） r——滤饼比阻（1/m2）,反应颗粒特性,其值随物料而不同——Darcy公式,即过滤速度方程null则：滤渣体积故：b. 同理：对于过滤介质其阻力可虚拟为一厚度为Le的滤饼所具有的阻力。式中：Ve —— 虚拟滤液体积，故又称当量滤液量。操作条件一定，过滤介质一定，悬浮液一定， Ve一定。同一介质在不同过滤操作， Ve不同 即有：3. 过滤基本方程式a. 设：υ—单位体积滤液所具有的滤渣表观体积（m3渣/m3滤液）V— 滤液体积（清液）即nullc. 过滤总推动力与总阻力：d. 过滤基本方程式：或：思考:影响过滤阻力的因素有哪些？
影响过滤速度的因素有哪些？ 上式表示的是任一过滤瞬间的过滤速率与其它因素间的关系，是进行过滤计算和强化过滤操作的基本依据。null对于一定悬浮液μ、r、 υ为定值，恒压过滤时, 于是k、K —— 均称过滤常数二．过滤操作方式（一）恒压过滤令：△P总 = 常数1.恒压过滤计算——恒压过滤方程式K--物料特性及过滤压强差所决定的恒压过滤恒速过滤先恒速后恒压的复合操作方式null① ：0→ τe （a）（b）其中：τe：获得体积为Ve的滤液所需的虚拟过滤时间Ve：与过滤介质阻力相对应的虚拟滤液体积积分上式：将（a）式代入（b）得:（c）——恒压过滤方程式 V：0 →V② ：0→ V：0 →Ve表明恒压过滤时滤液体积与过滤时间的关系为抛物线方程null③ 若令 q = V/A，即单位过滤面积所获得的滤液量：滤液通量——恒压过滤方程式若忽略介质阻力过滤常数Kqeτe实验测定介质常数反映过滤介质阻力大小的常数sm3/m2由物料特性及过滤压强差所决定的常数 m2/s （d） 则： null恒压过滤时：三. 过滤常数 K、qe 、τe的测定：注意:null常见过滤设备间歇过滤机连续过滤机操作方式采用的压强差吸滤过滤机离心过滤机三足式及活塞推料、卧式刮刀卸料为离心过滤机板框过滤机和叶滤机为间歇压滤型过滤机转筒真空过滤机则为吸滤型连续过滤机§ 3-3-3. 过滤设备分类:压滤过滤机null① 板框压滤机：典型的，应用非常广泛的一种间歇式过滤机1-压紧装置 2-可动头 3-滤框 4-滤板 5-固定头 6-滤液出口 7-滤浆进口 8-滤布nullnull非洗板（过滤板）（1钮）、框（2钮）、洗涤板（3钮）1060块不等，过滤面积约为280m2 a.结构： 排列：按1-2-3-2-1-2…顺序排列null过滤操作过程滤饼的洗涤阶段过滤阶段2.过滤操作过程滤液的排出方式有明流与暗流之分 横穿洗涤法 置换洗涤法 null3.特点：近100 m2 生产能力大，适应力强，适合小批量间歇式生产，主要以半自动工作方式为主1.)间歇作业：3~5 kgf/ cm2, 最高15kgf/cm2 4.)结构简单，占地少，操作方便5.)滤饼含水率低 < 20%6.)设备笨重、劳动强度高、生产能力有限,效率较低（周期较长，滤布损耗大）装—压—洗—卸—整 五阶段2.)压力大：3.)过滤面积大：null③ 回转真空转筒过滤机： 动画 转筒---筒的侧壁上覆盖有金属网。转筒长/径 = 0.5 ~ 2.0，分配头---转动盘、固定盘滤布---蒙在筒外壁上。连续操作吸滤型过滤机械，工业应用较为广泛。浸没于滤浆中的过滤面积约占全部面积的3040%a.结构：轴速n = 0.1 ~ (2~3)转/分null每转一周包括：过滤 — 吸干 —洗涤— 吹松 — 刮渣 五个阶段，且各阶段同时进行。b.特点：1.)连续作业：5.)附属设备多，设备投资费用高，滤饼含液量大,可达40~50%4.)过滤推动力小：< 1atm（真空）3.)转筒体积大：过滤面积小（与相同体积板框式比较）2.)自动化程度高，劳动强度小，生产能力大，滤饼厚度可自由调节，适合量大且容易过滤的物料null1. 操作周期 T= 过滤时间τ + 洗涤时间τ w +装卸时间τ D 式中:T－一个操作循环的时间，即操作周期，s；
τ －一个操作循环内的过滤时间，s；
τ W－一个操作循环内的洗涤时间，s；
τ D－一个操作循环内的卸渣、清理、装合等辅助操作所需时间，s则生产能力的计算式为式中:V－一个操作循环内所获得的滤液体积
（即过滤时间内所获得的滤液体积），m3；
Q－生产能力，m3/h。§ 3-3-4 过滤计算一. 间歇过滤的生产能力Q：单位时间内获得的滤液量或滤饼量 。null设转筒转速为N (r/s)，则T = 1/N转筒表面浸入滤浆中的分数称为浸没度，以ψ表示，即:一周期中用于过滤的时间：ψ＝浸没角度/360o二.连续过滤机的生产能力（转筒过滤）的计算1. 操作周期T( s)( s)—— 过滤一次所需的时间null转筒真空过滤机是在恒压差下操作的，根据恒压过滤方程式可知转筒每转一周所得的滤液体积为则生产能力为:当滤布阻力可以忽略时，qe=0，Ve=0，则上式简化为式指明了提高连续过滤机生产能力的途径，即适当加大转速及浸没程度并使K值增大, 但这类方法受到一定的限制 。2. 生产能力null例1 某板框过滤机有5个滤框，框的尺寸为63563525mm。过滤操作在20℃、恒定压差下进行，过滤常数K=4.2410-5m2/s，qe=0.0201m3/m2，滤饼体积与滤液体积之比υ=0.08 m3/m3，滤饼不洗涤，卸渣、重整等辅助时间为10分钟。试求框全充满所需时间和生产能力。 习
题
快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题
课假设滤饼不可压缩。现改用一台回转真空过滤机过滤滤浆，所用滤布与前相同，过滤压差也相同。转筒直径为1m，长度为1m，浸入角度为120。问转鼓每分钟多少转才能维持与板框过滤机同样的生产能力？null解：以一个框为基准进行计算。框全充满时滤饼的体积为： 滤液量 过滤面积再根据恒压过滤方程得：K=4.2410-5m2/s，qe=0.0201m3/m2思考：以5个框为基准，如何求解？nullK=4.2410-5m2/s，qe=0.0201m3/m2板框过滤机的生产能力为：设转筒每秒转N转，则回转真空过滤机生产能力回转真空过滤机过滤面积改用回转真空过滤机后，压差不变，故K不变；
滤布不变，故qe不变。V:转筒每转一周所得的滤液体积
浙公网安备 33021202002483