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文檔簡(jiǎn)介

1、第三章,機(jī)械分離與固體流態(tài)化,均相混合物,物系內(nèi)部各處物料性質(zhì)均勻而且不,存在相界面的混合物,混合物,例如:互溶溶液及混合氣體,物系內(nèi)部有隔開兩相的界面存在且,非均相混合物,界面兩側(cè)的物料性質(zhì)截然不同的混,合物,固體顆粒和氣體構(gòu)成的含塵氣體,例,如,固體顆粒和液體構(gòu)成的懸浮液,不互溶液體構(gòu)成的乳濁液,液體顆粒和氣體構(gòu)成的含霧氣體,非均相混合物機(jī)械分離的目的,1,回收有價(jià)值的分散組分,2,凈化分散介質(zhì),3,環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn),通過本章的學(xué)習(xí),要重點(diǎn)掌握,沉降和過濾,這兩種,機(jī)械分離操作的原理、過程計(jì)算、典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)與,特性,能夠根據(jù)生產(chǎn)工藝要求,合理選擇設(shè)備類型和,尺寸,第一節(jié),篩,分,根據(jù)固

2、體顆粒大小用篩進(jìn)行分離的過程稱為篩分,一、顆粒的特性,表示顆粒大小的幾何參數(shù):大小(尺寸)、形狀,表面積(或比表面積,不同形狀顆粒示意圖,一,形狀規(guī)則的顆粒,1,大,小,用顆粒的某一個(gè)或某幾個(gè)特征尺寸表示,如球形顆粒的大小用直徑,d,p,表示,2,比表面積,單位體積顆粒所具有的表面積,其單位為,m,2,m,3,對(duì)球形顆粒為,A,d,2,6,p,a,s,V,1,6,d,3,p,d,p,二,形狀不規(guī)則的顆粒,1,顆粒的形狀系數(shù),用形狀系數(shù)表示顆粒的形狀,最常,用的形狀系數(shù)是球形度,它的定義式為,與非球形顆粒體積相等,的球的表面積,非球形顆粒的表面積,2,顆粒的當(dāng)量直徑,體積當(dāng)量直徑,d,eV,即體

3、積等于顆粒體積的球形顆粒的直,徑為非球形顆粒的等體積當(dāng)量直徑,比表面積當(dāng)量直徑,d,e,a,即將比表面積等于顆粒比表面積的,球形顆粒的直徑定義為非球形顆粒的等比表面積當(dāng)量直徑,d,eV,3,6,V,d,S,2,eV,d,ea,6,a,d,ea,d,eV,通常使用等體積當(dāng)量直徑,V,6,d,3,eV,6,a,d,eV,二、顆粒群的特性參數(shù),工業(yè)生產(chǎn)中常遇到流體通過大小不等的混合顆粒,群的流動(dòng),此時(shí)常認(rèn)為這些顆粒形狀一致,只考慮大,小不同。常用篩分的方法測(cè)得粒度分布,再求其相應(yīng),的平均特性參數(shù),一,粒度分布,某一粒度范圍的顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨粒度的變化關(guān),系,稱為顆粒群的粒度分布,用曲線表示,累計(jì)分布

4、函數(shù)曲線和頻率分布函數(shù)曲線,二,平均直徑,1,長(zhǎng)度平均直徑,d,Lm,n,1,d,1,n,2,d,2,n,k,d,k,n,i,d,i,n,1,n,2,n,k,i,1,a,i,2,i,1,d,i,k,k,n,i,1,k,i,a,i,3,i,1,d,i,k,2,表面積平均直徑,d,Am,n,d,i,i,1,k,2,i,a,i,n,i,i,1,i,1,d,i,k,k,a,i,3,i,1,d,i,k,3,體積平均直徑,3,d,Vm,n,d,n,3,i,i,1,i,k,k,3,i,i,1,a,i,1,3,i,1,d,i,k,4,體積表面積平均直徑(邵特直徑,d,VAm,n,i,d,i,i,1,k,3,a

5、,i,n,i,d,i,1,i,1,i,1,d,i,2,k,k,三、篩分,標(biāo)準(zhǔn)篩,有不同的系列,其中泰勒,Tyler,標(biāo)準(zhǔn)篩是較為常用的標(biāo)準(zhǔn)篩之一,其,篩孔,的大小以每英寸長(zhǎng)度篩網(wǎng)上所具有的篩孔,數(shù)目表示,稱為目,篩號(hào),目數(shù),每英寸邊長(zhǎng)的篩孔數(shù)目,篩過物,通過篩孔的物料量,篩留物,截留于篩面上的顆粒量,顆粒的篩分尺寸,算,術(shù),平,均,d,pi,d,i,1,d,i,2,幾何平均,d,pi,d,i,1,d,i,第二節(jié),沉,降,根據(jù)沉降作用力可分為,重力沉降、離心沉降,根據(jù)沉降粒子間相互影響程度可分為,自由沉降和干擾沉降,一、重力沉降,一,顆粒,流體間的阻力,1,牛頓阻力定律,阻力,F,d,阻力系數(shù),

6、u,d,2,4,2,0,2,N,2,阻力(曳力)系數(shù),與流體的流動(dòng)阻力系數(shù)類似,阻力(曳力)系數(shù)與顆粒沉降雷諾數(shù)有關(guān),即,f,Re,0,Re,0,du,0,注意,其中,d,為顆粒直徑,u,0,為顆粒的沉降速度,分別,為流體的密度與粘度,實(shí)驗(yàn)獲得,與,R,ep,的關(guān)系,10,5,10,3,10,2,10,1,2,3,1.0,10,1,10,4,10,3,10,2,10,1,1.0,10,10,2,10,3,10,4,10,5,10,6,曳力系數(shù),與,R,eP,的關(guān)系,1,圓球,2,圓盤,3,圓柱,R,e,P,通過實(shí)驗(yàn)得到曳力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系繪成算圖,將他們,回歸成關(guān)聯(lián)式為,層流區(qū),Stokes

7、,區(qū),Re,0,2,或,0.3,24,Stokes,定律,Re,0,過渡區(qū),Allen,區(qū),2 Re,0,500,18,5,0,6,Re,0,湍流區(qū)(牛頓區(qū),500 Re,0,200000,0,44,Re,0,2,10,5,后,驟然下降,在,Re,0,(310,10,5,范圍內(nèi),可近似取,0.1,二,重力沉降,1,球形顆粒的自由沉降速度,以重力的方向?yàn)檎较?F,b,浮力,F,d,阻力,阻,力,F,重,力,浮,力,F,g,F,d,F,b,ma,F,g,重力,什么情況下顆粒在流體中會(huì)發(fā)生沉降過程,直徑為,d,顆粒密度為,s,的球形顆粒在密度為流體中的重,力和浮力分別為,重力,F,g,浮力,F,b

8、,6,6,d,s,g,d,g,阻力系數(shù),3,3,N,u,u,0,加速段,勻速段,t,N,2,阻力,F,d,u,d,2,4,2,0,N,顆粒做勻速運(yùn)動(dòng),沉降速度恒定不變,該速度稱為,自由,沉降速度,達(dá)到恒定的沉降速度時(shí),合力為,F,6,d,3,s,g,6,d,g,3,u,d,2,4,2,0,2,ma,0,4,d,s,g,u,0,3,球形顆粒的自由沉降速度,2,不同區(qū)域的沉降速度公式,層流區(qū),Stokes,區(qū),Re,0,2,或,0.3,24,d,2,s,g,u,0,Stokes,定律,18,Re,0,過渡區(qū),Allen,區(qū),2 Re,0,500,0,6,18,5,gd,s,Re,0,0,6,u,0

9、,0,269,Re,0,湍流區(qū)(牛頓區(qū),500 Re,0,200000,gd,s,0,44,u,0,1,74,3,沉降速度的計(jì)算,公式法,試差法,將以上阻力系數(shù)關(guān)系式代入自由沉降速度的計(jì)算式中可得,到計(jì)算沉降速度的公式。由于沉降速度未知,雷諾數(shù)無法計(jì)算,因此公式法也需要試差計(jì)算,計(jì)算過程,假設(shè)沉降處于層流區(qū),核算,Re,0,Stokes,定律求,u,0,若,Re,0,2,則假設(shè)成立,若,Re,0,2,則用相應(yīng)的公式求,u,0,核算,Re,0,因次分析法,通過實(shí)驗(yàn)整理數(shù)據(jù)得到,Ar,Re,0,18,0,6,Ar,3,阿基米德準(zhǔn)數(shù),Ar,d,s,g,2,A,r,與沉降顆粒和流體的性質(zhì)、分離要求有關(guān)

10、,根據(jù)已知,條件計(jì)算,A,r,然后由上式計(jì)算,Re,0,由,Re,0,直接計(jì)算沉降速,度,u,0,不需要試差和校核,三)其它因素對(duì)沉降速度的影響(干擾沉降,以上的沉降過程為在重力作用下球形顆粒的自由沉降,顆粒為球形,顆粒沉降時(shí)彼此相距較遠(yuǎn),互不干擾,容器壁對(duì)沉降的阻滯作用可以忽略,顆粒直徑不能小到受流體分子運(yùn)動(dòng)的影響,在實(shí)際情況中還需考慮以下因素的影響,1,非球形顆粒的沉降,2,干擾沉降,例,1,某燒堿廠擬采用重力沉降凈化粗鹽水,粗鹽水,密度,1200 kg/m,3,粘度為,2.3,10,3,Pa,s,其中顆粒可,看作球形,密度為,2640 kg/m,3,求直徑為,0.1mm,的顆,粒的沉降速

11、度,解法,1,試差法,解法,2,因次分析法,阿基米德數(shù),二、重力沉降設(shè)備,一,降塵室,氣體入口,氣體出口,顆粒能夠沉降到集塵斗中有,什么條件呢,顆粒在降塵室中的沉降時(shí)間,小于停留時(shí)間時(shí),顆粒在流體離,開降塵室前即可沉降到降塵室的,底部,集塵斗,降塵室,t,0,含,塵,氣,體,凈,化,氣,體,顆粒,降塵室操作示意圖,其中,V,s,u,L,L,t,停留時(shí)間,u,V,s,BH,氣流速度,m/s,氣流流率,m,3,s,u,0,B,L,顆粒在降塵室中的運(yùn)動(dòng),H,t,與設(shè)備尺寸及處理量有關(guān),與顆粒性質(zhì)無關(guān),H,沉降時(shí)間,0,u,0,0,與流體、顆粒的性質(zhì)、分離要求及降塵室的高度有關(guān),故顆粒在降塵室能沉降分

12、離的具體條件是,L,H,u,u,0,注意,當(dāng)某直徑的顆粒滿足,t,0,時(shí),它能夠被完全,100,地分離;當(dāng)某直徑的顆粒滿足,t,0,時(shí),它不是不能,被分離,仍然可以被分離,只不過是不能被完全分離,隔板,清潔氣流,含塵氣流,討論,1,降塵室的生產(chǎn)能力,擋板,V,S,HBu,BLu,0,多層降沉室,故生產(chǎn)能力與降塵室的底面積,BL,有關(guān)而與降塵室的高度無關(guān),因此,降塵室多制成扁平型或多層,2,降塵室生產(chǎn)能力與設(shè)備高度無關(guān),那么降塵室的高度是否越,小越好呢,3,為避免干擾塵粒的沉降或防止氣流湍動(dòng)卷起已沉降的顆粒,降塵室中氣速不宜過大,一般應(yīng)控制在,1.5-3m/s,以下,4,t,0,在設(shè)計(jì)中是確定降

13、塵室主要結(jié)構(gòu)尺寸的依據(jù),在操,作中是確定所能完全分離最小顆粒直徑的判據(jù)。當(dāng),Stoches,定,律適用時(shí),顆粒在降塵室中作自由沉降,處理量為,V,S,時(shí)能分,離出的顆粒的最小直徑,d,min,為,u,0,gd,2,min,s,V,S,18,A,0,d,min,降塵室底面積,V,S,18,g,s,A,0,5,若降塵室的高度為,H,某一尺寸的顆粒在其停留時(shí)間,內(nèi)下降的垂直距離為,h,則此一尺寸的顆粒能被分離的,分?jǐn)?shù)大約等于,h,H,P94,例,3-3,6,降塵室的體積龐大,屬于低效率設(shè)備,只適用于分,離粗顆粒,d,100,m,常作為預(yù)分離設(shè)備,二,沉降槽,用于分離懸浮液,連續(xù)操作。其生產(chǎn)能力與降塵

14、室一樣,與底面積有關(guān),與沉降槽高度無關(guān),懸浮液中加入電解質(zhì)、絮凝劑等添加劑有利于絮凝現(xiàn)象,的發(fā)生,提高沉降速度;另外,提高懸浮液溫度也可提高沉,降速度,圖,3-6,連續(xù)式沉降槽(增稠器,例,2,長(zhǎng),3m,寬,2.4m,高,2m,的降塵室與鍋爐煙氣排出,口相接。在操作條件下爐氣流量為,9000m,3,h,氣體密度,為,0.72,kg/m,3,粘度為,2.6,10,5,Pa,s,其中粉塵可看作球,形顆粒,密度為,2200 kg/m,3,求,1,臨界粒徑,d,pc,2,要求全部除掉直徑大于,75,m,的粉塵,鍋爐煙氣,的最大處理量為多少,例,3,擬采用降塵室回收常壓爐氣中所含的球形固體,顆粒。降塵室

15、底面積,10m,2,高和寬均為,2m,在操作條件,下降塵室的生產(chǎn)能力為,3m,3,s,氣體密度為,0.75,kg/m,3,粘度為,2.6,10,5,Pa,s,其中固體的密度為,3000 kg/m,3,求,1,臨界粒徑,d,pc,2,粒徑,40,m,的顆粒的回收率,3,要求完全回收直徑為,10,m,的粉塵,在原降塵室,內(nèi)需設(shè)置多少層水平隔板,三、離心沉降,1,離心沉降速度計(jì)算方法,同重力場(chǎng),重力,離心力,離,心,力,ma,r,m,2,u,t,顆粒的切線速度,旋轉(zhuǎn)半徑,A,r,1,r,r,C,u,r,離心加速度,若顆粒為球形,d,3,作用力,u,t,r,2,B,u,2,u,t,s,6,r,顆粒密度

16、,流體密度,2,u,r,阻,力,d,4,2,顆粒在旋轉(zhuǎn)流體中的運(yùn)動(dòng),2,當(dāng)作用力等于阻力時(shí),可得離心沉降速度,u,r,4,d,s,u,t,2,d,2,s,u,t,2,u,r,相對(duì)運(yùn)動(dòng)為層流,3,r,18,r,2,衡量離心分離性能的指標(biāo),離心分離因數(shù),離心力,離心加速度,a,u,r,分離因數(shù),K,C,重力,重力加速度,g,g,3,離心沉降速度與重力沉降速度的比較,表達(dá)式,重力沉降速度公式中的,重力加速度改為離心加速度,數(shù)值,重力沉降速度基本上為,定值,離心沉降速度為,絕對(duì)速度在徑向上的分量,隨顆粒在,離心力場(chǎng)中的,位置而變,2,t,四、離心沉降設(shè)備,一,旋風(fēng)分離器,1,結(jié),構(gòu),如右圖所示,主體的

17、,上部為圓筒形,下部為圓錐形,中央有一升氣管,B,凈化氣體,含塵,氣體,A,D,1,2,S,1,4,H,1,D,2,D,2,D,H,2,D,D,8,H,2,D,4,2,工作原理,顆粒在隨氣流旋轉(zhuǎn)過程,中被拋向器壁,沿器壁落下,自錐底排出。被凈化的氣體,到達(dá)底部后折向上,沿中心,軸旋轉(zhuǎn)著從頂部的中央排氣,管排出,D,2,塵粒,圖,3-7,旋風(fēng)分離器尺寸及操作原理示意圖,旋風(fēng)分離器實(shí)物圖,3,旋風(fēng)分離器的分離性能,臨界直徑,d,c,能夠分離出的最小顆粒直徑,不僅與顆,粒和氣體的性質(zhì)有關(guān),而且與旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)和處理量,有關(guān)。處理量越大、顆粒密度越大、進(jìn)口越窄、長(zhǎng)徑比,越大,則,臨界直徑越小,分離性

18、能越好,d,c,9,B,Nu,i,s,分離效率,粒級(jí)效率、總效率,含塵氣體中所有顆粒經(jīng)分離器后被分離出的質(zhì)量百分,數(shù),0,稱為,總效率,c,進(jìn)口,c,出口,0,100,c,進(jìn)口,含塵氣體中某一粒徑的顆粒經(jīng)分離器后被分離出的質(zhì)量,百分?jǐn)?shù),p,i,稱為,粒級(jí)效率,p,i,c,i,進(jìn),口,c,i,出,口,100,c,i,進(jìn),口,其中,c,為質(zhì)量含量,g/m,3,i,表示直徑為,d,i,的顆粒,討論,若兩臺(tái)旋風(fēng)分離器的總效率相同,他們的分離性能是,否相同,含塵氣體中顆粒的大小范圍不同,臨界直徑不同,因,此采用粒級(jí)效率才能更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)分離器的效率,d,d,c,時(shí),p,i,100,d,d,c,的顆粒能否被

19、分離,能,不能被完全分離即,p,i,100,p,i,與,0,的關(guān)系,0,i,1,x,i,p,i,n,旋風(fēng)分離器的壓力降(阻力損失,通常壓降用入口氣體動(dòng)能的倍數(shù)來表示,2,阻力系數(shù),c,與旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)和尺寸有關(guān),對(duì),同一種結(jié)構(gòu)形式、不同規(guī)格(尺寸)的旋風(fēng)分離器,為,常數(shù)。對(duì)圖,3-5,所示的標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器,c,8.0,p,f,c,2,u,i,旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,無運(yùn)動(dòng)部件,操作不受溫度,和壓強(qiáng)的限制,價(jià)格低廉,性能穩(wěn)定,可滿足中等粉塵,捕集的要求,在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用,氣量一定,進(jìn)口氣速越大,旋風(fēng)分離器直徑越小,分離效,果越好。工業(yè)上將許多小直,徑旋風(fēng)分離器并聯(lián)組成整體,裝在一個(gè)外殼內(nèi),稱為

20、,旋風(fēng),分離器組,分離效果比大直,徑的旋風(fēng)分離器好,多級(jí)旋風(fēng)分離器,二,旋液分離器,旋液分離器是一種利用離心力從液流中分離固體顆粒,的設(shè)備。工作原理及計(jì)算與旋風(fēng)分離器類似,與旋風(fēng)分離器相比,旋液分離器的直徑較???較大,氣固密度差大而液固密度差較小,為獲得較高的離心,力,旋液分離器的直徑通常較小,三,離心沉降機(jī),分離液,固非均相混合物,特點(diǎn):轉(zhuǎn)速可以根據(jù)需要調(diào)整,由設(shè)備本身的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心,力,適用于分離困難的體系,常用的離心沉降機(jī):轉(zhuǎn)鼓式離心機(jī)、蝶片式離心機(jī)等,管式超速離心機(jī),蝶片式離心機(jī),第三節(jié),過,濾,一、概述(過濾過程的基本概念,過濾是在外力作用下,利用過濾介質(zhì)使懸浮液中的液,體通過,而固

21、體顆粒被截留在介質(zhì)上,從而實(shí)現(xiàn)固液分離,的一種單元操作。我們把待過濾的懸浮液稱為,濾漿,而過,濾后分離出的固體稱為,濾渣,或,濾餅,通過過濾介質(zhì)的液體,稱為,濾液,過濾的推動(dòng)力有,重力、壓力和離心力,本節(jié)討論應(yīng),用最廣的,壓力過濾,一,深層過濾、濾餅過濾,懸浮液,懸浮液,濾餅,過濾介質(zhì),過濾介質(zhì),清液,濾液,深層過濾,濾餅過濾,特點(diǎn),固體顆粒的沉積發(fā)生在,較厚的粒狀過濾介質(zhì)內(nèi)部,過,濾介質(zhì)表面上無顆粒層形成,特點(diǎn),固體顆粒呈餅層狀沉,積于過濾介質(zhì)的上游一側(cè),形成濾餅層,適用,懸浮液中顆粒尺寸甚小,適用,處理顆粒含量較高,1,而且含量甚微,0.1,的場(chǎng)合,的懸浮液,是工業(yè)生產(chǎn)中的主,要過濾方式,

22、二,影響過濾的因數(shù),1,過濾介質(zhì),要求,具有多孔性,耐腐蝕和耐熱性,足夠的機(jī)械強(qiáng)度,絲織物品,棉、麻、合纖、金屬網(wǎng),濾布、濾紙,多孔性固體介質(zhì),多孔塑料,堆積介質(zhì),砂、木炭、石棉粉等,2,過濾推動(dòng)力,克服流體流動(dòng)阻力,提高過濾速度,過濾推動(dòng)力,重力、離心力、壓力差,生產(chǎn)上常用壓差作推動(dòng)力,壓差有可調(diào)性,3,助濾劑,助濾劑本身就是一性能良好的過濾介質(zhì),是一種堅(jiān),硬、不規(guī)則的小顆粒,它能形成結(jié)構(gòu)疏松、空隙率大,不可壓縮的濾餅,很大程度改善過濾難度。助濾劑使用,方法主要有兩種,混合、預(yù)涂,注意,當(dāng)濾餅是產(chǎn)品時(shí)不能使用助濾劑,4,濾餅的可壓縮性,可壓縮和不可壓縮,二、過濾設(shè)備,一,板框壓濾機(jī),1,結(jié)構(gòu)

23、,由許多塊順序排,列的濾板與濾框交替排列組合,而成的。濾板與濾框靠支耳架,在一對(duì)橫梁上,并用一端的壓,緊裝置將它們壓緊,圖,3-16,板框壓濾機(jī),1,壓緊裝置,2,可動(dòng)頭,3,濾框,4,濾板,5,固定頭,6,濾液出口,7,濾漿進(jìn)口,8,濾布,2,組成部件,濾板和濾框多做成正方形,其構(gòu)造如右圖所示,濾框的作用是,濾框的兩,側(cè)覆以濾布,圍成容納濾漿及,濾餅的空間,濾板的作用有二,一是支,撐濾布;二是提供濾液流出的,通道,為此板面制出凸凹紋路,凸出部分起支撐濾布的作用,凹處形成的溝為濾液流道,濾板與濾框的角上均開有小孔,濾布的角上也開有與濾板濾框相對(duì),應(yīng)的孔,組合后即構(gòu)成供濾漿和洗,滌水流通的孔道,

24、3,過濾和洗滌原理,濾板又分為洗滌板和非洗滌板兩種,其結(jié)構(gòu)與作用有所不同,非洗滌板為一鈕板,洗滌板為三,鈕板,而濾框則是二鈕,濾板與濾框裝合時(shí),按鈕數(shù)以,1,2-3-2-1-2,的順序排列,濾,液,洗,水,a,過,濾,b,洗,滌,4,特點(diǎn),間歇操作,每個(gè)操作循環(huán)由裝合、過濾、洗滌、卸,渣、整理五個(gè)階段組成,優(yōu)點(diǎn),板框壓濾機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單,過濾面積大而占地省,過濾壓力高,便于用耐腐蝕材料制造,操作靈活,過濾,面積可根據(jù)產(chǎn)生任務(wù)調(diào)節(jié),缺點(diǎn),間歇操作,勞動(dòng)強(qiáng)度大,產(chǎn)生效率低,二,葉濾機(jī),1,結(jié)構(gòu),矩形或圓形的濾葉;由金屬網(wǎng)組成的框架上覆以濾,布構(gòu)成;若干個(gè)平行排列的的濾葉組成一體,安裝在密閉的,機(jī)殼內(nèi)即構(gòu)

25、成葉濾機(jī),2,流程,操作過程包括裝合、過濾、洗滌、卸渣、整理,3,特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn),間歇過濾,單位地面所容納的過濾面積大,洗,滌充分,生產(chǎn)能力比壓濾機(jī)大,機(jī)械化程度高,勞動(dòng)力省,密閉過濾,操作環(huán)境較好,缺點(diǎn),構(gòu)造復(fù)雜,造價(jià)高,濾餅中粒度差別較大的顆,??赡芊謩e積聚于不同的高度,使洗滌不均勻,三,轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī),依靠真空系統(tǒng)造成的轉(zhuǎn)筒內(nèi)外壓差進(jìn)行過濾。它的主體是能轉(zhuǎn),動(dòng)的圓筒,其表面有一層金屬網(wǎng),網(wǎng)上覆蓋濾布。轉(zhuǎn)筒沿圓周分,隔成若干個(gè)互不相通的扇形格,每格都有單獨(dú)的孔道與分配頭的,轉(zhuǎn)動(dòng)盤上相應(yīng)的孔相連。圓筒每旋轉(zhuǎn)一周,轉(zhuǎn)筒表面的每一部分,都依次經(jīng)歷過濾、洗滌、吸干、吹松、卸渣等階段。因此,每旋,轉(zhuǎn)一周

26、,對(duì)任何一部分表面來說,都有經(jīng)歷了一個(gè)操作循環(huán),流程,過濾、洗滌、吸干、吹松、卸渣,特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn),操作連續(xù)、自動(dòng),缺點(diǎn),設(shè)備體積龐大,過濾面積相對(duì)較小,過濾、洗滌,推動(dòng)力小,洗滌不充分,適用于處理量大而容易過濾的懸浮,液分離,三、過濾的基本理論,一,過濾速度,單位時(shí)間內(nèi)通過單位過濾面積的濾液體積,過濾,是非定常操作,過濾時(shí)濾餅逐漸增厚,阻力隨之增大,故瞬時(shí)過濾速度表示如下,d,V,dq,u,Ad,d,m,s,二,過濾基本方程,1,概念,1,過濾的壓力差,p,2,恒壓過濾和恒速過濾,2,濾液通過濾餅層流動(dòng)的簡(jiǎn)化,濾餅層特性,1,濾餅層空隙率,濾餅中空隙體積,濾餅層體積,2,顆粒的比表面積,a,0,

27、顆,粒,表,面,積,a,0,顆,粒,體,積,3,流道的平均長(zhǎng)度,l,若濾餅的厚度為,L,則,l,K,0,L,對(duì)顆粒床層的層流流動(dòng),K,0,5,4,濾餅層濾液通道的當(dāng)量直徑,流,通,截,面,積,流,通,截,面,積,流,道,長(zhǎng),度,l,d,e,4,4,潤(rùn),濕,周,邊,潤(rùn),濕,周,邊,流,道,長(zhǎng),度,l,流,道,體,積,空,隙,體,積,4,流,道,表,面,積,顆,粒,表,積,面,4,a,0,1,簡(jiǎn)化計(jì)算,1,濾液的真實(shí)流速,u,1,若,u,為按整個(gè)床層截面積計(jì)算的濾液平均流速,則,u,1,u,2,流動(dòng)阻力可用哈根,泊謖葉方程表示,32,lu,1,p,1,2,d,e,式中,l,濾餅孔道的平均長(zhǎng)度,m,

28、u,1,為濾餅孔道中濾液的流速,m/s,d,e,為孔道的當(dāng)量直徑,m,3,過濾速度,u,dV,u,u,1,3,Ad,dV,p,1,2,2,u,2,2,p,1,d,e,p,1,4,a,0,1,Ad,2,K,0,a,0,1,L,u,1,32,l,32,K,0,L,令濾餅的比阻,r,2,K,0,a,0,1,2,2,3,則,濾餅兩側(cè),的壓力差,dV,p,1,u,Ad,r,L,過濾推動(dòng)力,過濾速率,過濾阻力,3,過濾基本方程,過濾截面積不變,則以整個(gè)截面積計(jì)算的濾液通過濾餅,層和過濾介質(zhì)的速度相等,即,p,1,p,2,p,1,p,2,dV,p,u,Ad,rL,rL,e,rL,rL,e,r,L,L,e,當(dāng)

29、量濾餅層厚度,m,濾餅體積,AL,c,濾液體積,V,cV,L,A,cV,e,L,e,A,dV,A,p,u,Ad,rc,V,V,e,不可壓縮濾餅,r,r,0,p,s,壓縮性指數(shù),dV,A,p,u,可壓縮濾餅,Ad,r,0,c,V,V,e,1,s,過濾基本方程的微分式,dV,A,p,dV,A,p,u,Ad,rc,V,V,e,d,rc,V,V,e,2,p,2,p,令,K,r,c,r,0,c,2,1,s,2,其中,r,r,0,p,s,則,dV,KA,d,2,V,V,e,3-43,令,q,V,A,q,e,V,e,A,dq,K,d,2,q,q,e,3-43a,三,恒壓過濾計(jì)算式,恒壓過濾時(shí),對(duì)一定的懸浮液

30、,p,和,K,均為常數(shù),式,3-43,積分,得,V,2,V,e,V,KA,q,2,q,e,q,K,當(dāng)過濾介質(zhì)阻力與濾餅阻力相比較小可以忽略,則,2,2,2,L,e,0,V,e,0,q,e,0,時(shí),有,V,KA,q,K,2,2,2,實(shí)際生產(chǎn)過濾過程的進(jìn)行,若在過濾過程中保持過濾推動(dòng)力恒定,那么在過濾初始,階段,濾餅還未形成時(shí),過濾阻力小,過濾速率大,隨著過,濾的進(jìn)行,濾餅厚度不斷增大,過濾阻力增大,過濾速率下,降;這種過濾方式為,恒壓過濾,若要保證過濾過程的過濾速率恒定,那么在過濾過程中,應(yīng)不斷提高過濾的推動(dòng)力,這種操作方式為,恒速過濾,若過濾過程中壓力和速率均無法恒定則,為變壓變速過濾,在工業(yè)

31、應(yīng)用實(shí)際中采用哪種操作方式?恒壓?恒速,先恒速后恒壓?先恒壓后恒速,四,過濾常數(shù)的測(cè)定,V,2,V,e,V,1,KA,1,V,K,1,2,e,2,V,2,2,V,e,V,2,KA,2,2,2,2,作圖法,V,2,V,e,V,KA,2,1,2,q,2,q,e,q,K,2,2,q,e,1,q,q,K,K,亦可寫成,2,q,e,2,q,q,K,K,3,壓縮性指數(shù),s,的測(cè)定,對(duì)可壓縮的濾餅,測(cè)出不同壓差下的,K,值,用作圖,法可求出,s,2,p,2,p,令,K,r,c,r,0,c,1,s,其中,r,r,0,p,s,log,K,1,s,log,p,B,四、濾餅的洗滌,1,洗滌目的,回收或除去濾餅里存留

32、的濾液,2,洗滌速率和洗滌時(shí)間,洗滌速率為單位時(shí)間的洗滌液用量。在洗滌過程中,濾餅,厚度不再增加,故洗滌過程的阻力不變,洗滌速率為常數(shù),dV,洗滌速率,d,W,W,洗滌時(shí)間,V,W,dV,d,W,板框壓濾機(jī),橫穿洗滌,洗滌液的流通路徑是過濾濾液流通路徑的兩,倍,洗滌液的流通截面積為過濾濾液流通截面積的一半,故,洗滌速率為過濾終了速率的四分之一,a,過,濾,b,洗,滌,L,L,e,W,2,L,L,e,E,1,A,W,A,E,2,濾,液,洗,水,1,dV,1,KA,dV,d,W,4,d,E,4,2,V,V,e,2,葉濾機(jī)和轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī),置換洗滌,洗滌液的流通路徑與過濾濾液流通路徑相,同,洗滌液的

33、流通截面積與過濾濾液流通截面積相等,洗,滌速率與過濾終了速率相等,L,L,e,W,L,L,e,E,A,W,A,E,KA,dV,dV,d,W,d,E,2,V,V,e,2,五、過濾機(jī)的生產(chǎn)能力,一)間歇過濾機(jī),1,操作周期和生產(chǎn)能力,C,W,R,操作周期,生產(chǎn)能力,可以用單位時(shí)間過濾得到的濾液或?yàn)V渣體,積量來表示,在沒有特別說明情況下以濾液表示,即,Q,m,3,濾液,h,Q,V,W,R,2,最佳操作周期和最大生產(chǎn)能力,在過濾介質(zhì)阻力忽略不計(jì)的條件下,當(dāng)過濾時(shí)間與,洗滌時(shí)間之和等于輔助時(shí)間,時(shí),間歇過濾機(jī)的生產(chǎn)能力,最大,此時(shí)的操作周期為最佳操作周期。即,C,W,R,2,R,二)連續(xù)過濾機(jī)(轉(zhuǎn)鼓真空

34、過濾機(jī),生產(chǎn)周期,轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間,60,過濾時(shí)間,s,浸沒度,n,q,2,q,e,q,K,2,q,K,q,q,e,2,e,q,為,每轉(zhuǎn)一周,單位轉(zhuǎn)鼓外圓面積獲得的濾液量,則每,轉(zhuǎn)一周獲得的濾液體積為,qA,m,3,故,60,K,2,Q,60,nAq,60,nA,q,e,q,e,n,過濾介質(zhì)阻力可略,則,m,h,3,Q,60,A,60,Kn,B,n,m,h,3,3-62,Q,60,A,60,Kn,B,n,討論,m,h,3,3-62,1,若,n,則,Q,但,L,不利于卸渣,故一般要求濾,餅厚度不小于,35mm,2,浸沒面積,Q,但其他操作時(shí)間相應(yīng)縮短,操作困難(如洗滌不充分),故一般浸沒率,3

35、040,例,用,BMS20/635-25,型板框壓濾機(jī)于,200kPa,的壓強(qiáng),差下過濾某懸浮液,已知濾框尺寸是,635,635,25mm,濾框數(shù)共,26,個(gè),過濾常數(shù),q,e,0.01m,3,m,2,k=3.94,10,5,m,2,s,過濾時(shí)測(cè)得濾餅與濾液的體積比,c=0.0722,試求,1,濾餅充滿濾框所需時(shí)間,t,2,過濾畢,用濾液體積,10,的清水以橫穿洗滌法,洗滌濾餅,操作壓強(qiáng)差與洗水粘度和過濾終了均相同,求洗滌時(shí)間,w,3,若每個(gè)操作周期中輔助時(shí)間為,20min,則過濾,機(jī)的生產(chǎn)能力為若干,m,3,濾液,h,例,某板框過濾機(jī)加壓過濾某懸浮液,一個(gè)操作周期內(nèi),過濾,20,分鐘,共得濾

36、液,4m,3,濾餅不可壓縮,介質(zhì)阻力忽,略不計(jì),若在一操作周期內(nèi)共用去輔助時(shí)間,30,分鐘。求,1,該機(jī)的生產(chǎn)能力,m,3,濾液,h,2,若操作表壓加倍,其他不變(物性、過濾面積,過濾與輔助時(shí)間不變),該機(jī)的生產(chǎn)能力提高了多少,3,現(xiàn)改用回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī),其轉(zhuǎn)速,1,轉(zhuǎn),min,若生,產(chǎn)能力與,1,相同,則其在一操作周期內(nèi)所得濾液量為多,少,例,某板框過濾機(jī),A,0.4m,2,加壓過濾某懸浮液,4h,后共得濾液,80m,3,濾餅不可壓縮,介質(zhì)阻力忽略不計(jì),求,1,其他條件不變,操作時(shí)間縮短為,3h,求濾液量,2,其他條件不變,過濾面積加倍,求濾液量,3,原表壓下過濾,4h,后,再用,10m,3,

37、水洗滌濾餅,需,多長(zhǎng)洗滌時(shí)間(設(shè)濾液與水性質(zhì)相近),例,某板框壓濾機(jī)濾框尺寸是,450,450,25mm,于,200kPa,的,壓,強(qiáng),差,下,過,濾,某,懸,浮,液,已,知,過,濾,常,數(shù),q,e,0.0261m,3,m,2,k=1.26,10,4,m,2,s,過濾時(shí)得到,1m,3,濾,液可形成,0.0342m,3,濾餅,生產(chǎn)要求在一次操作,20min,內(nèi),得到,3.87m,3,的濾液,試求,1,共需多少個(gè)濾框,2,過濾畢,用濾液體積,10,的清水以橫穿洗滌法,洗滌濾餅,操作壓強(qiáng)差與洗水粘度和過濾終了均相同,求洗滌時(shí)間,w,3,若每個(gè)操作周期中輔助時(shí)間為,15min,則過濾,機(jī)的生產(chǎn)能力為若

38、干,m,3,濾液,h,例,擬用一板框過濾機(jī)在恒壓下過濾某懸浮液,已知過濾常數(shù),K,0.02m,2,h,操作壓力為,196kPa,表壓,過濾,2,小時(shí)后停止過濾,共得濾液,6m,3,濾餅不可壓縮,介質(zhì)阻力忽略不計(jì))。求,1,若濾框尺寸為,1000mm,1000mm,30mm,則需,要濾框幾塊,2,過濾終了用水進(jìn)行洗滌,洗滌水粘度與濾液相同,洗滌壓力與過濾壓力相同,若洗滌水量為獲得濾液量的,10,卸渣等輔助時(shí)間為,1,小時(shí),試求該過濾機(jī)的生產(chǎn),能力,m,3,h,3,若洗滌時(shí)間與輔助時(shí)間均不變,操作壓力降至,98kPa,表壓,需多大過濾面積才能維持生產(chǎn)能力不變,第四節(jié),離心分離,利用混合物中不同成分

39、所受離心力,F,r,不同分離非均,相混合物的方法稱離心分離,旋風(fēng),液,分離器,F,r,源自物料以切線方向進(jìn)入設(shè)備,離心機(jī),F,r,源自設(shè)備本身旋轉(zhuǎn),高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓,F,r,ma,r,mr,mr,2,n,4,mrn,2,2,2,2,轉(zhuǎn)鼓直徑、轉(zhuǎn)速,則,F,r,分離效果,注意:離心機(jī)和旋風(fēng)分離器作用原理不同,P113,離心機(jī)的分離因數(shù),K,C,其產(chǎn)生的離心加速度與重力加速度之比,K,C,a,r,g,按離心分離因數(shù)大小不同,分為,常速,K,C,3000,高速,3000,K,C,50000,超速,K,C,50000,1,過濾式離心機(jī),2,沉降式離心機(jī),3,分離式離心機(jī),離心過濾機(jī)三足式上部卸料離心機(jī),

40、操作時(shí),在轉(zhuǎn)鼓中加入待過濾的懸浮液,在離心力的作,用下,濾液透過濾布和轉(zhuǎn)鼓上的小孔進(jìn)入外殼,然后再引至,出口,固體則被截留在濾布上成為濾餅,氣體的其他凈化方法,從氣體中除去所含固體顆?;蛞旱问怪畠艋?,是工,業(yè)生產(chǎn)中常遇到的問題。除了用沉降的方法,還可以用,慣性、過濾、靜電等作用,或用液體對(duì)氣體進(jìn)行洗滌,即濕法凈制,1,袋式過濾器,2,靜電除塵器,3,湍球塔除塵器,4,文丘里除塵器,第五節(jié),固體流態(tài)化,固體流態(tài)化,將大量固體顆粒,懸浮于運(yùn)動(dòng)的流體之中,從而使顆,粒具有類似于流體的某些表觀特性,這種,流固接觸狀態(tài),稱為固體流態(tài)化,顆粒表面全部暴露湍動(dòng)劇烈的,流體中,強(qiáng)化傳熱、傳質(zhì)和化學(xué)反,應(yīng),得到

41、廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)是動(dòng)力消,耗大,設(shè)備易磨損,顆粒易碎,壓力流體,一、基本概念,a,固定床,b,流化床,c,氣力輸送,一,固定床階段,流體通過顆粒床層的表觀速度,u,較低,使顆???隙中流體的真實(shí)速度,u,1,小于顆粒的沉降速度,u,0,則顆,?;旧媳3朱o止不動(dòng),顆粒層為,固定床,二,流化床階段,在一定的表觀速度下,顆粒床層膨脹到,一定程度后將不再膨脹,此時(shí)顆粒懸浮于流,體中,床層有一個(gè)明顯的上界面,與沸騰水,的表面相似,這種床層稱為,流化床,b,流化床,三,顆粒輸送階段,如果繼續(xù)提高流體的表觀速度,u,使真實(shí)速,度,u,1,大于顆粒的沉降速度,u,0,則顆粒將被氣,流所帶走,此時(shí)床層上界面消失

42、,這種狀態(tài),稱為,氣力輸送,c,氣力輸送,二、流化床的兩種狀態(tài),一,散式流態(tài)化,一般發(fā)生在液固系統(tǒng)。此種床層從開始膨脹,直到水力輸送,床內(nèi)顆粒的擾動(dòng)程度是平緩地加,大的,床層的上界面較為清晰,如圖,3-27b,所示,二,聚式流態(tài)化,一般發(fā)生于氣,固系統(tǒng),床層上界面起伏不定,床層內(nèi)的顆粒則很少分散開來各自運(yùn)動(dòng),而多是,聚結(jié)成團(tuán)地運(yùn)動(dòng),床層中存在兩個(gè)相,即乳化相,密相)和氣泡相(稀相,聚式流化床中的兩種不正?,F(xiàn)象,1,騰涌,Slugging,現(xiàn)象,如果床層高度與直徑的比值過大,或氣速過高時(shí),小氣泡就容易合并成為大氣泡,當(dāng)氣泡直徑長(zhǎng)到與床徑,相等時(shí),則將床層分成幾段,床內(nèi)顆粒群以活塞推進(jìn)的,方式向上運(yùn)動(dòng),在達(dá)到床層上界面后氣泡崩裂,顆粒分,散下落,這種現(xiàn)象稱為騰涌(節(jié)涌)現(xiàn)象。騰涌使氣固,之間的接觸狀況惡化,使床層受到?jīng)_擊,發(fā)生振動(dòng),甚,至損壞內(nèi)部構(gòu)件,2,溝流,Channeling,現(xiàn)象,溝流是指氣體通過床層時(shí)形成短路,大量氣體沒有,與固體顆粒很好地接觸即穿過溝道上升。發(fā)生溝流現(xiàn)象,時(shí),床層內(nèi)密度分布不均勻,氣、固接觸不良,部分床,層變成死床,將使工藝過程嚴(yán)重惡化,三、流化床的主要特性,一,類似液體的特性,流化床在很多方面呈現(xiàn)出

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