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1、第三章第三章 机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化均相物系均相物系均相物系均相物系非均相物系：非均相物系：非均相物系：非均相物系：液态非均相物系：悬浮液、乳浊液、泡沫液液态非均相物系：悬浮液、乳浊液、泡沫液液态非均相物系：悬浮液、乳浊液、泡沫液液态非均相物系：悬浮液、乳浊液、泡沫液气态非均相物系：含尘气体、含雾气体气态非均相物系：含尘气体、含雾气体气态非均相物系：含尘气体、含雾气体气态非均相物系：含尘气体、含雾气体分分分分散散散散相相相相或或或或分分分分散散散散物物物物质质质质：处处处处于于于于分分分分散散散散状状状状态态态态的的的的物物物物质质质质，如如如如分分分分散散散散于于于于流流流
2、流体体体体中中中中的固体颗粒、液滴或气泡。的固体颗粒、液滴或气泡。的固体颗粒、液滴或气泡。的固体颗粒、液滴或气泡。或或或或分分分分散散散散介介介介质质质质：包包包包围围围围分分分分散散散散物物物物质质质质且且且且处于连续状态的物质处于连续状态的物质处于连续状态的物质处于连续状态的物质。 非均相物系非均相物系非均相物系非均相物系1机械分离与固体流态化课件沉降：重力沉降，离心沉降沉降：重力沉降，离心沉降沉降：重力沉降，离心沉降沉降：重力沉降，离心沉降过滤：重力过滤，加压过滤，真空过滤，离心过滤过滤：重力过滤，加压过滤，真空过滤，离心过滤过滤：重力过滤，加压过滤，真空过滤，离心过滤过滤：重力过滤，加
3、压过滤，真空过滤，离心过滤2机械分离与固体流态化课件1. 1. 沉降沉降沉降沉降 颗颗颗颗粒粒粒粒相相相相对对对对于于于于流流流流体体体体( (静静静静止止止止或或或或运运运运动动动动) )运运运运动动动动而而而而实实实实现现现现悬悬悬悬浮浮浮浮物系分离的过程。物系分离的过程。物系分离的过程。物系分离的过程。沉降沉降沉降沉降离心沉降离心沉降离心沉降离心沉降重力沉降重力沉降重力沉降重力沉降沉降操作的作用力沉降操作的作用力沉降操作的作用力沉降操作的作用力重力重力重力重力惯性离心力惯性离心力惯性离心力惯性离心力3机械分离与固体流态化课件2. 2. 过滤过滤过滤过滤 流流流流体体体体相相相相对对对对于
4、于于于固固固固体体体体颗颗颗颗粒粒粒粒床床床床层层层层运运运运动动动动而而而而实实实实现现现现固固固固液液液液分分分分离离离离的的的的过过过过程程程程。依依依依实实实实现现现现过过过过滤滤滤滤操操操操作作作作的的的的外外外外力力力力不不不不同同同同，过过过过滤操作又可分为滤操作又可分为滤操作又可分为滤操作又可分为过滤过滤过滤过滤重力过滤重力过滤重力过滤重力过滤加压过滤加压过滤加压过滤加压过滤真空过滤真空过滤真空过滤真空过滤离心过滤离心过滤离心过滤离心过滤过滤操作的外力过滤操作的外力过滤操作的外力过滤操作的外力重力重力重力重力压强差压强差压强差压强差压强差压强差压强差压强差惯性离心力惯性离心力惯
5、性离心力惯性离心力4机械分离与固体流态化课件第一节第一节 颗粒及颗粒床层的特性颗粒及颗粒床层的特性3-1-1 颗粒的特性颗粒的特性一、单一颗粒一、单一颗粒一、单一颗粒一、单一颗粒1 1、球形颗粒、球形颗粒、球形颗粒、球形颗粒体积体积体积体积 表面积表面积表面积表面积 比表面积比表面积比表面积比表面积 a=6/da=6/d5机械分离与固体流态化课件2. 2. 非球形颗粒非球形颗粒非球形颗粒非球形颗粒 需要形状和大小两个参数来描述其特性。需要形状和大小两个参数来描述其特性。需要形状和大小两个参数来描述其特性。需要形状和大小两个参数来描述其特性。 体积当量直径体积当量直径体积当量直径体积当量直径 实
6、际颗粒的体积等于当量球形颗粒的体积，则体实际颗粒的体积等于当量球形颗粒的体积，则体实际颗粒的体积等于当量球形颗粒的体积，则体实际颗粒的体积等于当量球形颗粒的体积，则体积当量直径定义为积当量直径定义为积当量直径定义为积当量直径定义为6机械分离与固体流态化课件形状系数形状系数形状系数形状系数与该颗粒体积相等的球体的表面积颗粒的表面积非球形颗粒 球形颗粒 体积相同球形颗粒的表面积最小 7机械分离与固体流态化课件二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性1 1、粒度分布、粒度分布、粒度分布、粒度分布2 2、平均粒径、平均粒径、平均粒径、平均粒径三、粒子密度三、粒子密度三、粒子密度
7、三、粒子密度真密度真密度真密度真密度 s s堆积密度堆积密度堆积密度堆积密度 b b （表观密度）（表观密度）（表观密度）（表观密度）3-1-2 3-1-2 颗粒床层的特性颗粒床层的特性颗粒床层的特性颗粒床层的特性一、床层空隙率一、床层空隙率一、床层空隙率一、床层空隙率二、床层比表面积二、床层比表面积二、床层比表面积二、床层比表面积 : : a a a ab b b b= =（1-1-）a a8机械分离与固体流态化课件第二节第二节 沉降过程沉降过程3-2-1 3-2-1 重力沉降重力沉降重力沉降重力沉降一、沉降速度一、沉降速度一、沉降速度一、沉降速度9机械分离与固体流态化课件影响沉降速度的因素
8、影响沉降速度的因素影响沉降速度的因素影响沉降速度的因素颗粒的体积浓度颗粒的体积浓度颗粒的体积浓度颗粒的体积浓度器壁效应器壁效应器壁效应器壁效应颗粒形状的影响颗粒形状的影响颗粒形状的影响颗粒形状的影响10机械分离与固体流态化课件二、重力沉降设备二、重力沉降设备二、重力沉降设备二、重力沉降设备（一）降尘室（一）降尘室（一）降尘室（一）降尘室动画11机械分离与固体流态化课件特点：特点：特点：特点：结构简单，阻力小，体积大，分离效率低，作为预结构简单，阻力小，体积大，分离效率低，作为预结构简单，阻力小，体积大，分离效率低，作为预结构简单，阻力小，体积大，分离效率低，作为预除尘除尘除尘除尘多层除尘室多层
9、除尘室多层除尘室多层除尘室动画12机械分离与固体流态化课件（二）沉降槽（二）沉降槽（二）沉降槽（二）沉降槽13机械分离与固体流态化课件3-2-2 离心沉降离心沉降径向上径向上径向上径向上指向中心指向中心指向外周14机械分离与固体流态化课件二、旋风分离器的操作原理二、旋风分离器的操作原理二、旋风分离器的操作原理二、旋风分离器的操作原理15机械分离与固体流态化课件16机械分离与固体流态化课件三、旋风分离器的性能三、旋风分离器的性能三、旋风分离器的性能三、旋风分离器的性能1 1、临界粒径、临界粒径、临界粒径、临界粒径2 2、分离效率、分离效率、分离效率、分离效率3 3、压强降、压强降、压强降、压强降
10、四、旋液分离器四、旋液分离器四、旋液分离器四、旋液分离器17机械分离与固体流态化课件第三节第三节 过滤过滤3-3-1 3-3-1 过滤操作基本概念过滤操作基本概念过滤操作基本概念过滤操作基本概念一、过滤方式一、过滤方式一、过滤方式一、过滤方式饼层过滤饼层过滤饼层过滤饼层过滤深床过滤深床过滤深床过滤深床过滤18机械分离与固体流态化课件二、过滤介质二、过滤介质二、过滤介质二、过滤介质 织物介质：棉、麻、丝、毛织物介质：棉、麻、丝、毛织物介质：棉、麻、丝、毛织物介质：棉、麻、丝、毛 堆积介质：砂、木炭、石棉、硅藻土堆积介质：砂、木炭、石棉、硅藻土堆积介质：砂、木炭、石棉、硅藻土堆积介质：砂、木炭、石
11、棉、硅藻土 多孔固体介质；多孔陶瓷、多孔塑料、多孔金属多孔固体介质；多孔陶瓷、多孔塑料、多孔金属多孔固体介质；多孔陶瓷、多孔塑料、多孔金属多孔固体介质；多孔陶瓷、多孔塑料、多孔金属三、滤饼的压缩性和助滤剂三、滤饼的压缩性和助滤剂三、滤饼的压缩性和助滤剂三、滤饼的压缩性和助滤剂不可压缩滤饼不可压缩滤饼不可压缩滤饼不可压缩滤饼: CaCO: CaCO3 3可压缩滤饼可压缩滤饼可压缩滤饼可压缩滤饼: : 胶体物质胶体物质胶体物质胶体物质 助滤剂：渗透性，低流动阻力，化学稳定性，不可压缩性助滤剂：渗透性，低流动阻力，化学稳定性，不可压缩性助滤剂：渗透性，低流动阻力，化学稳定性，不可压缩性助滤剂：渗透性
12、，低流动阻力，化学稳定性，不可压缩性19机械分离与固体流态化课件3-3-2 过滤基本方程式过滤基本方程式一、滤液通过饼层的流动一、滤液通过饼层的流动一、滤液通过饼层的流动一、滤液通过饼层的流动颗粒床层的物理模型：颗粒床层的物理模型：颗粒床层的物理模型：颗粒床层的物理模型：颗粒床层颗粒床层颗粒床层颗粒床层 一组平行细管一组平行细管一组平行细管一组平行细管 流体通道流体通道流体通道流体通道细管内表面细管内表面细管内表面细管内表面 = = = = 床层颗粒的全部表面床层颗粒的全部表面床层颗粒的全部表面床层颗粒的全部表面细管的总体积细管的总体积细管的总体积细管的总体积 = = = = 床层空隙体积床层
13、空隙体积床层空隙体积床层空隙体积uL20机械分离与固体流态化课件假设有面积假设有面积假设有面积假设有面积1 1，厚度，厚度，厚度，厚度1 1米的饼层米的饼层米的饼层米的饼层床层体积床层体积床层体积床层体积= 1m= 1m3 3流道容积流道容积流道容积流道容积=m=m3 3流道表面积流道表面积流道表面积流道表面积=1=1（1- 1- ）a a21机械分离与固体流态化课件22机械分离与固体流态化课件二、过滤速率二、过滤速率二、过滤速率二、过滤速率单位时间通过单位过滤面积的滤液体积，单位为m/s。 单位时间获得的滤液体积，单位为m3/s。 过滤速度过滤速率23机械分离与固体流态化课件三、滤饼阻力三、
14、滤饼阻力三、滤饼阻力三、滤饼阻力速度速度速度速度= =推动力推动力推动力推动力/ /阻力阻力阻力阻力则则则则滤饼的比阻 反映了颗粒形状、尺寸及床层的空隙率对滤液流动的影响，为单位厚度床层的阻力，单位1/m2。滤饼的阻力 24机械分离与固体流态化课件四、过滤介质的阻力四、过滤介质的阻力四、过滤介质的阻力四、过滤介质的阻力25机械分离与固体流态化课件S: S: 压缩性指数，压缩性指数，压缩性指数，压缩性指数，0 01 1，不可压缩滤饼，不可压缩滤饼，不可压缩滤饼，不可压缩滤饼，S = 0S = 0五、过滤基本方程式五、过滤基本方程式五、过滤基本方程式五、过滤基本方程式如获得如获得如获得如获得1 m
15、1 m3 3滤液形成滤饼体积为滤液形成滤饼体积为滤液形成滤饼体积为滤液形成滤饼体积为mm3 3，则，则，则，则 LA= V LA= V 则则则则26机械分离与固体流态化课件3-3-3 3-3-3 恒压过滤恒压过滤恒压过滤恒压过滤27机械分离与固体流态化课件过滤介质阻力可以忽略时过滤介质阻力可以忽略时过滤介质阻力可以忽略时过滤介质阻力可以忽略时积分后积分后积分后积分后 且令且令且令且令 K=2k K=2kp p1-s 1-s 则得到则得到则得到则得到28机械分离与固体流态化课件3-3-4 3-3-4 恒速过滤与先恒速后恒压过滤恒速过滤与先恒速后恒压过滤恒速过滤与先恒速后恒压过滤恒速过滤与先恒速后
16、恒压过滤 正位移泵正位移泵正位移泵正位移泵恒速过滤恒速过滤恒速过滤恒速过滤29机械分离与固体流态化课件30机械分离与固体流态化课件3-3-5 3-3-5 过滤常数的测定过滤常数的测定过滤常数的测定过滤常数的测定 一、恒压下一、恒压下一、恒压下一、恒压下KK、q qe e、e e的测定的测定的测定的测定31机械分离与固体流态化课件二、压缩性指数二、压缩性指数二、压缩性指数二、压缩性指数s s的测定的测定的测定的测定K=2kp1-slgK=(1-s) lg(p)+ lg(2k) 先在若干不同的压强差下对指定物料进行实验，求得若干过滤压强差下的K值，然后对K-p数据加以处理，即可求得s值。上式两端取
17、对数，得 K与p的关系在双对数坐标上标绘时应是直线，直线的斜率为(1-s)，截距为lg(2k)。 32机械分离与固体流态化课件3-3-6 过滤设备过滤设备间歇过滤间歇过滤间歇过滤间歇过滤连续过滤连续过滤连续过滤连续过滤 压滤压滤压滤压滤吸滤吸滤吸滤吸滤离心过滤离心过滤离心过滤离心过滤板框压滤机板框压滤机板框压滤机板框压滤机33机械分离与固体流态化课件34机械分离与固体流态化课件35机械分离与固体流态化课件36机械分离与固体流态化课件过滤过滤过滤过滤滤浆由总管入框滤浆由总管入框滤浆由总管入框滤浆由总管入框框内形成滤饼框内形成滤饼框内形成滤饼框内形成滤饼滤液穿过饼和布滤液穿过饼和布滤液穿过饼和布滤
18、液穿过饼和布从板流出的滤液汇集于某总管排出从板流出的滤液汇集于某总管排出从板流出的滤液汇集于某总管排出从板流出的滤液汇集于某总管排出( ( ( (暗流暗流暗流暗流) ) ) )经每板上旋塞排出经每板上旋塞排出经每板上旋塞排出经每板上旋塞排出( ( ( (明流明流明流明流) ) ) )横穿洗涤横穿洗涤横穿洗涤横穿洗涤洗涤液由总管入板洗涤液由总管入板洗涤液由总管入板洗涤液由总管入板滤布滤布滤布滤布滤饼滤饼滤饼滤饼滤布滤布滤布滤布非洗涤板非洗涤板非洗涤板非洗涤板排出排出排出排出洗涤面积洗涤面积洗涤面积洗涤面积= = = =(1/2)(1/2)(1/2)(1/2)过滤面积过滤面积过滤面积过滤面积37机
19、械分离与固体流态化课件 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。化学工业中广泛使用固体流态化技术以强化传热、传质，并实现某些化学反应、物理加工乃至颗粒的输送等过程。第五节第五节 固体流态化固体流态化38机械分离与固体流态化课件 当一种流体自下而上流过颗粒床层时，随着流速的加大，会出现以下三种不同的情况。固定床阶段流化床阶段稀相输送床阶段气速增加 动画0839机械分离与固体流态化课件不同流速时床层的变化(a)固定床 (b)初始或临界流化床 (c)散式流化床 (d)聚式流化床 (e)输送床40机械分离与固体流态化课件散式流化
20、散式流化状态的特点为固体颗粒均匀地分散在流化介质中，故亦称均匀流化。当流速增大时，床层逐渐膨胀而没有气泡产生，颗粒彼此分开，颗粒间的平均距离或床层中各处的空隙率均匀增大，床层高度上升，并有一稳定的上界面。通常两相密度差小的系统趋向散式流化，故大多数液固流化属于“散式流化”。散式流化41机械分离与固体流态化课件聚式流化 床层内分为两相:乳化相和气泡相。由于气泡在上界面处破裂，所以上界面是以某种频率上下波动的不稳定界面，床层压强降也随之作相应的波动。对于密度差较大的气固流化系统，一般趋向于形成聚式流化。 聚式流化42机械分离与固体流态化课件流化床具有类似流体的特性流化床具有类似流体的特性流化床具有类似流体的特性流化床具有类似流体的特性43机械分离与固体流态化课件
