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1、考研考研 化工原理化工原理 必备课件第三章必备课件第三章 机械分离与固体流态化机械分离与固体流态化思家步月清宵立，忆弟看云白日眠。十年一觉扬州梦，赢得青楼薄倖名。黄河捧土尚可塞，北风雨雪恨难裁。潮平两岸阔，风正一帆悬。苟余心之端直兮，虽僻远其何伤？ 本文由 821240550 贡献ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。第三章机械分离与固体流态化3.1 颗粒及颗粒床层的特性 3.2 3.3 3.4 3.5 沉降过程 过滤 离心机 固体流态化3.1 颗粒及颗粒床层的特性（1）床层空隙率 固定床层中颗粒堆积的疏密程度可用空隙率来表示，其定义如下：
2、=空隙体积 床层体积 V ? 颗粒所占体积 v v = = 1? 床层体积 床层体积 V V 的大小反映了床层颗粒的紧密程度， 对流体流动的阻力有极大的影响 , h f 。 1。3.1 颗粒及颗粒床层的特性（2）床层自由截面积分率 AA0 =。A 流动截面积 床层截面积 A-颗粒所占的平均截面积 A P = = 1? P 床层截面积 床层截面积 A A空降率与床层自由截面积分率之间有何关系？假设床层颗粒是均匀堆积 （即认为床层是各向同性的)。想象用力从床层四周往中间均匀压紧，把 颗粒都压到中间直径为长为 L 的圆柱中（圆柱内设有空隙） 。 = 1?v ?D ? = 1? 4 = 1? ? 1
3、? 2 V ?D? D L 4D1 L222 D12 AP ? D1 ? 4 A0 = 1 ? = 1? = 1? ? ? 2 A ?D? D 4所以对颗粒均匀堆积的床层(各向同性床层） ，在数值上 = A03.1 颗粒及颗粒床层的特性(3)床层比表面aB = 颗粒表面积 S 床层体积 V颗粒比表面S aB ， = 1a=颗粒表面积 S 颗粒体积 V取V =的床层考虑， 1m3a=S S = v 1? aB = a(1 ? ) * 所以 此式是近似的，在忽略床层中固颗粒相互接触而彼此覆盖使裸露的颗粒表面 积减少时成立。3.2 颗粒的沉降3.2.1 重力沉降 3.2.2 离心沉降3.2.1 重力
4、沉降沉降的加速段将一个表面光滑的球形颗粒置于静止的流体中，若，颗粒在重力 的作用下沿重力方向作沉降运动，此时颗粒受到哪些力的作用呢？Fg = mg =6dP P g3Fb =6dP g31 2 21 2 FD = AP u = d P u 2 4 23.2.1 重力沉降根据牛顿第二定律得： F = Fg ? Fb ? FD = ma =或者 ：6dP P g ?36dP g ?34dP21 2 3 du u = d P P 2 6 d ? du 3 =( P )g ? u 2 d P 4d P Pdu 开始瞬间， = 0 ， d 最大，颗粒作加速运动。 u3.2.1 重力沉降沉降的等速阶段随
5、u ， ,到某一数值 u t 时，式（5-16）右边等于零，此 Fd 时 du = 0 ，颗粒将以恒定不变的速度 u t 维持下降。此 u 称为颗粒的沉 t d 降速度或造端速度。对小颗粒，沉降的加速段很短，加速度所经历的距 离也很小。因此，对小颗粒沉降的加速度可以忽略，而近似认为颗粒始 终以 u t 下降。3.2.1 重力沉降颗粒的沉降速度对球形颗粒，当du = 0 时，可得 dut =4d P ( P ? ) g 3d P u式中： = (Re P ) = ()3.2.2 离心沉降对于两相密度差较小，颗粒粒度较细的非均相物系，可利用颗粒作圆周 运动时的离心力以加快沉降过程。定义同一颗粒所受
6、的离心力与重力之 比为离心分离因数 Fc mr 2 r 2 u 2 = = = = Fg mg g grr 式中 u = r 为流体和颗粒的切线速度， / s ； 为旋转半径，m ； 为 m rad / 旋转角速度， (弧度） s 。数值的大小是反映离心分离设备性能的重要指标。若 = 1000 ，则 说明同一颗粒在离心力场中受到的离心力 Fc 是在重力场中受到的重力 Fg 的 1000 倍，当然大大加快沉降分离过程。3.3 过滤 3.3.1 过滤概述（1）过滤是利用可以让液体通过而不能让固体通过的多孔介质，将 悬浮液中的固、液 两相加以分离的操作。 （2）过滤方式 滤饼过滤 深层过滤 （3）过
7、滤介质 织物介质：即棉、毛、麻或各种合成材料制成的织物，也称为滤布。 粒状介质：细纱、木炭、碎石等。 多孔固体介质（一般要能够再生的才行）：多孔陶瓷、多孔塑料、多孔玻璃等 。3.3.1 过滤概述（4）助滤剂 助滤剂是一种坚硬而形状不规则的小颗粒，能形成结构疏松 而且几乎是不可压缩的滤饼。常用作助滤剂的物质有：硅藻土、 珍珠岩、炭粉、石棉粉等。 若悬浮液中颗粒过于细小将会使通道堵塞，或颗粒受压后变 形较大，滤饼的孔隙率大为减小。造成过滤困难，往往加助滤剂 以增加过滤速率。 助滤剂的加法有两种： 直接以一定比例加到滤浆中一起过滤。若过滤的目的是回收固 体物此法便不适用。 将助滤剂预先涂在滤布上，然
8、后再进行过滤。此法称为预涂。3.3.2 恒压过滤定义：过滤操作在恒定压强差下进行 。 特点： dq dV 2?p1? s 1? s ，L ，阻力 ，?P 一定， 或 ，K = 2k ?p = 为常数 d d r0 方程描述：K （q + qe）dq = 0 2q0d或 V 2 + 2VV = KA2 或 2 （V + Ve） = KA2 + e） （ eq 2 + 2qqe = K2 （q + qe） = K + e） （若介质阻力略去不计（ qe = 0，Ve = 0， e = 0 ） 则q 2 = K V 2 = KA23.3.3 先升压（或先恒速）后恒压过滤定义：在压差达到恒定之前，已在
9、其他条件（如先升压或先恒速） 下过滤了一段时间 1 并获得滤液量 q1，此时压差升到指定的?p ， 此后维持此?p 不变进行恒压过滤直到终了。 q 方程描述： （q + qe）dq = K dq121（q 2 ? q12） 2qe q ? q1） K ? 1）或（V 2 ? V12） 2Ve V ? V1） KA2 ? 1） + （ = （ + （ = （若介质阻力略去不计（Ve = 0，qe = 0 ）q 2 ? q12 = K ( ? 1 ) V 2 ? V12 = KA2 ( ? 1 )3.3.4 过滤常数的测定 K、qe （或 Ve = qe A） 、 e 的测定 1 2 = q +
10、qe 在恒速条件下 ：q K K（ 在恒定过滤时 q ）与 q2之间具有线性关系，直线的斜率为 K ，截距1为 K qe 。 在直角坐标上标绘得一直线，由直线斜率可求出 K ，由直线截距qe 2 ，求 及可求出 qe ，由 e = Ke3.3.5 过滤设备1 板框过滤机 2 叶滤机 3 转筒过滤机 4 厢式压滤机3.3.6 滤饼的洗涤滤饼分为两类 ： r f 不可压缩滤饼。 p ， 基本不变，不变， （?p） 。 ? 可压缩滤饼。?p ， ，r ，u 。r=f（?p） ，一般服从如 下的经验关系 ： r = r0 ?p s 1/ 2 式中： 0 单位压强差下滤饼的比阻，即?p = 1Pa 时的
11、比阻， m ； rrs滤饼的压缩系数，无因次。dq ?p1 = ， ?p1 = p1 ? p2 d r q ?p2 dq = 滤液经过介质的速率为 ，?p2 = p2 ? p3 d r qe滤液经过过滤饼的速率为3.3.7 过滤机的生产能力已知 A、?p，计算 Q，这是典型的操作型问题。叶滤机和板框压滤 机都是典型的间歇式过滤机。其特点是：过滤、洗涤、卸饼、清 洗滤布、组装等操作是依次分阶段进行的。在过滤阶段全部过滤 面积都是有滤液通过（换句话说全部 A 都在进行过滤） 。过滤阶段 以外的时间虽然没有滤液得到，但仍要计入生产时间之内。即计 算 Q必须以一个操作周期所需的总时间 为基准。 一个操
12、作周期的总时间 ： = + W + D V 生产能力 ： Q = V = + W + D 在一个操作周期内， D 是固定的，与产量 V 无关 。3.3.7 过滤机的生产能力 、 W、与 V 有关，V ， ， W 。V 由生产任务所定若但滤饼厚度 L ，平均过滤速率 ， W ， D 一定 ，V ，Q V 的幅度小于 的幅度， 。 ，L ， 平均过滤速率 ， W ，但 V ，而 D 一定且在一个 Q 周期内所占比例 ， 幅度小于 V 的幅度， 从上面的分析可知，对恒定过滤每一操作周期中必定存在一最佳 的过滤时间 opt 使 Q 最大。因此存在一个最佳操作周期 。3.3.7 过滤机的生产能力A （
13、min 为求解方便，将求 Qmax 问题转化为求 ） 问题。 Q A + W + D + W + D = = Q V/A q q 2 + 2qqe 对恒压过滤 ： = KW =2J （q 2 + qqe）(若 W = ，?pW = ?p，式中 K W = K） KWD A q + 2qe 2J = + （q + qe） + Q K KW q3.4 离心机三足式离心机的转鼓直径一般很大，转速不高（2000r/min）,过 2 滤面积约为 0.6 2.7m。它与其他型式的离心机相比，具有构造简 单，运转周期可灵活掌握等优点，一般可用于间歇生产过程中的 小批量物料的处理，尤其适用与各种盐类结晶的过滤和脱水，晶 体较少受到破损。它的缺点是卸料时的劳动条件较差，转动部位 位于机座下部，检修不方便。3.5 固体流态化将大量固体颗粒悬浮于流动的流体之中，并在流体作 用下使颗粒作翻滚运动，类似于液体的沸腾，故称这种状 态为固体流态化。1烟笼寒水月笼沙，夜泊秦淮近酒家。物以类聚，人以群分。春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干。兴酣落笔摇五岳，诗成笑傲凌沧海。桑柘影斜春社散，家家扶得醉人归。
