第三章机械分离

知识目标：掌握沉降分离和过滤操作的基本概念和原理掌握机械分离设备的类型、结构及相关计算能力目标：能根据生产工艺要求合理选择分离方法、设备类型及尺寸掌握过滤操作的强化措施第三章机械分离非均相物系均相物系分离悬浮液（固-液混合物）乳浊液（液-液混合物）含尘气体、含雾气体（固-气、液-气混合物）------沉降、过滤混合物均相混合物内部各点均匀且不存在相界面，如互溶液体及气体混合物。3.1概述第三章流体输送机械沉降：颗粒相对于流体而运动的过程称为沉降。实现沉降操作的作用力可以是重力，或惯性离心力。故沉降过程有重力沉降和离心沉降两种。3.2沉降过程自由沉降第三章流体输送机械浮力Fb曳力FD质量力Fc颗粒在流体中沉降时受力0DbcFFF合外力3.2.1重力沉降加速段极短，通常可以忽略等速段的颗粒运动速度称为沉降速度，用ut表示。沉降分两个阶段：加速段、等速段)2(422ud0)2(4)(6223udgdsut1)重力沉降速度gd36gdmgs36第三章流体输送机械1或2滞流区/斯托克斯区过渡区、湍流区ut的计算参见教材p146如何求？34gdussttstudRetRe24182gdusst(3-24)P145图3-2ζ-Ret的关系第三章流体输送机械2)沉降速度的计算试差法34gdusst182gdusst试差过程：①设沉降处于滞流区/斯托克斯区②由滞流区计算式求uttstudRe③校核＜1、2第三章流体输送机械3)重力沉降设备——降尘室液固体系沉降槽气固体系降尘室离心沉降设备重力沉降设备液固体系旋液分离器气固体系旋风分离器沉降设备第三章流体输送机械气体气体进口出口集灰斗降尘室LB气体uHut颗粒在降尘室中的运动停留时间t沉降时间t若uL降尘室则表明，该颗粒能在降尘室中完全被除去。t则表明，该颗粒刚好能完全除去。ttuHu高度t？第三章流体输送机械能够满足100%除去某粒度颗粒时的气体处理量-----生产能力可见：降尘室生产能力与底面积、沉降速度有关，而与降尘室高度无关tuHLutuHuL)(HBuVLB气体uHut颗粒在降尘室中的运动t100%除去的条件:AuBLutt)(降尘室生产能力:第三章流体输送机械LuB气体utH颗粒在降尘室中的运动多层降尘室底生产能力AuVts:思考：如何提高生产能力？182gdusst底生产能力AnuVts)1(:第三章流体输送机械结构简单，但设备庞大、效率低，只适用于分离粗颗粒------直径75m以上的颗粒，或作为预分离设备。降尘室特点：第三章流体输送机械加料清液溢流水平清液挡板耙稠浆连续式沉降槽增稠器（沉降槽）第三章流体输送机械ABurr1OCr2ruu颗粒在旋转流场中的运动ccmaF离心力3.2、离心沉降3.2.1离心沉降速度重力加速度(g)为常数离心加速度不是常量Rua2Tc向心力Fb阻力FD重力Fc=mg浮力Fb阻力FD区别：浮力Fb曳力FD质量力Fc颗粒在流体中沉降时受力第三章流体输送机械浮力Fb曳力FD质量力Fc颗粒在流体中沉降时受力RudmaTsc236gdmgs36gd36RudT236)2(422rudRuagTc234gdusstRudaduTsscssr23434第三章流体输送机械离心分离因素：gRugaKTcc2离心沉降的效果远高于重力沉降的分离效果。当处理相同（气固）混合物且沉降处于滞流区，同种颗粒：cTtrKgRuuu2P155当R=0.4m,uT=20m/s时，Kc=102一般Kc=5~2500第三章流体输送机械旋风分离器：B净化气体含尘气体AD尘粒标准型旋风分离器构造图3-7标准旋风分离器尺寸p156操作原理切向进入速度10~25m/s，外旋、内旋。3.2.2、离心沉降设备第三章流体输送机械•评价旋风分离器性能的两个主要指标：分离性能：压降：用临界粒径和分离效率来表示%100%100的颗粒，粒级效率均；的颗粒，粒级效率均为被分离出来的百分率。粒级效率：每一种颗粒cpcpdddd总效率：被分离出来的颗粒占全部颗粒的质量分率小好，一般在5002000Pa左右isecuNBd922iup8P158图3-9可查粒级效率分割直径d50第三章流体输送机械3.3、影响沉降的因素由于干扰作用，实际沉降速度小于自由沉降速度。由于壁面效应，实际沉降速度小于自由沉降速度。干扰沉降非球形颗粒的沉降壁面效应球形度越小，沉降速度越小颗粒的位向对沉降速度也有影响。第三章流体输送机械例3-1某除尘室高2m、宽2m、长5m，用于矿石焙烧炉的炉气除尘。矿尘的密度为4500kg/m3，其形状近于圆球。操作条件下气体流量为25000m3/h，气体密度为0.6kg/m3、粘度为3×10-5Pas。试求理论上能完全除去的最小矿粒直径。解：降尘室能完全除去的最小颗粒的沉降速度为：1694.0523600/25000smlbVust底AuVts:生产能力18)(2gdustmd551021.981.94500694.010318＝28.11036.0694.01021.955＝tetudR假定沉降在层流区:校核:第三章流体输送机械例3-2:有一玉米淀粉水悬浮液，温度20℃，淀粉颗粒平均直径为15μm，淀粉颗粒吸水后的密度为1020kg，试求颗粒的沉降速度。解：假定沉降在层流区进行182gdusst已知：查出20℃的水:361020,101515mkgmmdsssPamkg3310005.1,2.998163261066.2807.910005.118)2.9981020()1015(smut校核:11096.310005.12.9981066.210155366tetduR计算有效第三章流体输送机械概述过滤基本方程式恒压过滤方程式滤饼洗涤过滤设备及过滤计算第二节过滤第三章流体输送机械滤饼过滤深层过滤过滤方式一、概述深层过滤滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤推动力：重力、压力、离心力过滤：流体相对于颗粒而运动的过程称为过滤。第三章流体输送机械滤饼过滤滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤过滤介质：要求：多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。工业中常用过滤介质主要有：织物介质:如棉、麻、丝、毛、合成纤维、金属丝等编织成的滤布。多孔性固体介质:如素瓷板或管、烧结金属等。滤饼层起到了主要的过滤介质的作用。第三章流体输送机械滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼的压缩性：空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。助滤剂：质地坚硬，能形成疏松饼层的固体颗粒。（如硅藻土、碳酸钙等）第三章流体输送机械悬浮液L二、过滤基本方程式p166-170过滤过程流动的特点：流体在过滤时同一截面上的流速分布很不均匀且流速较小过程不稳定V—θ关系层流滤液(V)△p第三章流体输送机械uuLlede流体在固定床内流动的简化模型空床气速（表观速度）1、过滤基本方程的推导p166-170简化模型：221udlpweef滤饼内，雷诺数很小，属层流流动，于是：真实速度uRe64eeldpu3221'CLle润湿周边流通截面积4ed第三章流体输送机械润湿周边流通截面积4eduuuuLledeu流体在固定床内流动的简化模型真实速度CLleε：孔隙率α:比表面积m2/m314a床层孔隙床层体积床层孔隙体积VVeeldpu3221'LpCau122312第三章流体输送机械LpCau122312令223121CarLrpu1ddqAddV过滤阻力过滤推动力介质阻力）（滤饼阻力过滤总推动力eLLrp---单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积过滤速度即过滤速度△p2△p1u表观速度r：比阻32212CarAVq—滤流通量eLrpLrpu21比阻的含义？第三章流体输送机械设每获得单位体积滤液时，被截留在过滤介质上的滤饼体积为υ（m3滤饼/m3滤液），则代入过滤速度表达式中：eLLrpuAVLAVLee)(eVVpAAddVVLArpK2:令eVVKAddV2232215areqqKddq2AVq第三章流体输送机械),(ar影响K的因素：影响qe或Ve的因素：滤饼性质（、a）滤浆性质（ν、）推动力（p）过滤介质的性质（孔的结构、、r、厚度）△pu表观速度'12rpKs第三章流体输送机械32215ar比阻r:),(ar(3-44)P167ε：孔隙率α:比表面积m2/m3sprr)('S:可压缩指数S=0~1滤饼不可压缩:S=0VLAυ：每获得单位体积滤液时，被截留在过滤介质上的滤饼体积为。悬浮液L滤液(V)△p第三章流体输送机械)('12esVVpAddV过滤基本方程式:V：滤液量；θ：过滤时间；A：过滤面积；△p：过滤压力差。Ve：虚拟滤液量；过滤速率：悬浮液L滤液(V)△p(3-53)p170Le虚拟滤液量(Ve)虚拟滤饼层高度p166-170第三章流体输送机械)('12esVVpAddV过滤基本方程式:'12:rpKs令eVVKAddV22第三章流体输送机械eVVKAddV22eqqKddq2-----过滤基本方程过滤常数rpK2滤饼不可压缩时s=0AVqAVqee'12rpKs第三章流体输送机械222KAVVVe2、恒压过滤方程式p170-171K为常数积分得：或Kqqqe22若过滤介质阻力可忽略不计22KAVKq2—恒压过滤方程式eVVKAddV22eqqKddq2'12rpKs—恒压过滤方程式注意：V/q、θ均为累计量。(3-57)p171(3-57a)p171第三章流体输送机械过滤过程的特点是什么？什么是比阻？其影响因素是什么？影响过滤速率的影响有哪些？第三章流体输送机械写出过滤的基本方程式写出恒压过滤方程式写出过滤常数K的表达式何谓比阻p166-171第三章流体输送机械例3-3.在100KPa的恒压下过滤某悬浮液，温度30℃，过滤面积为40m2，并已知滤渣的比阻为，υ值为0.05。过滤介质的阻力忽略不计，滤渣为不可压缩，试求：(1)要获得10m3滤液需要多少过滤时间？(2)若仅将过滤时间延长一倍，可以再获得多少滤液？(3)若仅将过滤压差增加一倍，同样获得10m3滤液时需要多少过滤时间？温度为30℃时，滤液粘度为0.8007cp.解：（1）求过滤时间过滤介质阻力可以忽略不计，滤渣为不可压缩的恒压过滤方程为：22KAVrpK2214101m第三章流体输送机械125143310996.405.0101108007.0101002smKmin85.2012514010996.41025222sKAV（2）求过滤时间延长一倍时增加的滤液量s2502125122'35214.14250210996.440''mKAV22KAV故增加的滤液量为:314.41014.14'mVVV第三章流体输送机械（3）求过滤压差增加一倍，获得10m3滤液所需时间