1、9/7/2019,1,第三章 非均相物系的分离,9/7/2019,2,要求： 1.掌握重力沉降的原理及设备的工艺计算； 2.掌握离心沉降的原理及设备的性能； 3.理解过滤操作的基本原理、基本方程式； 4.掌握恒压过滤基本方程式及应用； 5.掌握过滤常数的测定； 6.掌握过滤设备的工作原理及计算。,9/7/2019,3,重点： 1.恒压过滤基本方程式及应用； 2.过滤常数的测定； 3.板框过滤机的工作原理及计算。,9/7/2019,4,混合物,气态：含尘气体等 液态：悬浮液等,均相混合物：溶液和混合气体,非均相混合物,3.1 概述 1. 混合物的分类,9/7/2019,5,2.非均相混合物的分离
2、方法 1）沉降（重力沉降和离心沉降） 2）过滤,9/7/2019,6,3.2 颗粒及颗粒床层的特性 3.2.1 颗粒的特性 1.单一颗粒的特性 1）球形颗粒,d：颗粒的直径； V：球形颗粒的体积； S：球形颗粒的表面积； a：比表面积。,9/7/2019,7,2）非球形颗粒 （1）体积当量直径 （2）形状系数 s S / Sp s：形状系数或球形度； Sp：颗粒的表面积； S：与该颗粒体积相等的圆球的表面积。,9/7/2019,8,2.颗粒群的特性 1）粒度分布 2）颗粒的平均粒径,da：平均比表面积直径； di：筛分直径（两筛号筛孔的算术平均值）； xi：di 粒径断内颗粒的质量分数。,9/
3、7/2019,9,3.2.2 颗粒床层的特性 1.床层空隙率 = 空隙体积 / 床层体积=（床层体积颗粒体积）/ 床层体积 2.床层的比表面积 ab = (1 ) a 3.床层的自由截面积 对各向同性的床层： 床层的自由截面积 / 床层的截面积 ,9/7/2019,10,3.2.3 流体通过床层流动的压降 1.床层简化模型 床层中不规则的通道假设成长度为 L、当量直径为 deb 的一组平行细管，且容积和表面积不变。,9/7/2019,11,2.液体通过床层压降的数学描述,9/7/2019,12,3.模型参数的实验测定 1）康采尼实验结果,9/7/2019,13,2）欧根实验结果,9/7/201
4、9,14,3.3 沉降分离,沉降操作：在某种力场中利用连续相和分散相之间的密度差异，使之发生相对运动，从而实现分离的操作过程。,9/7/2019,15,3.3.1 重力沉降,1.沉降速度 1）球形颗粒的自由沉降,9/7/2019,16,9/7/2019,17,2）阻力系数 ,（1）滞流区或斯托克斯（Stokes）定律区：,9/7/2019,18,（2）过渡区或艾仑（Allen）定律区：,（3）湍流区或牛顿（Nuwton）定律区：,9/7/2019,19,3）影响沉降速度的因素 （1）流体的黏度 （2）颗粒的体积浓度 （3）器壁效应D/d大于100时，可忽略器壁效应，否则需考虑。 （4）颗粒形状
5、,9/7/2019,20,9/7/2019,21,4）沉降速度的计算 （1）试差法假设流型 ut Ret 检验流型 （2）摩擦数群法,9/7/2019,22,9/7/2019,23,2.重力沉降设备,1）降尘室 (1)单层降尘室 籍重力沉降从气流中分离出尘粒的设备。,9/7/2019,24,9/7/2019,25,l：降尘室的长度； H：降尘室的高度； b：降尘室的宽度； u：气体在降尘室的水平速度； VS：降尘室的生产能力； t：降尘室最高点的颗粒沉降至室底需要的时间； ：气体通过降尘室的时间。,9/7/2019,26,9/7/2019,27,(2）多层降尘室 降尘室内设置 n 层水平隔板,
6、例3-3（P151）,2）沉降槽（自学）,降尘室结构简单，流动阻力小，分离效率低，适用与分离粒度大于50m的颗粒。,9/7/2019,28,3.3.2 离心沉降,离心沉降：依靠惯性离心力的作用从而实现沉降的过程。 离心沉降效率较重力沉降效率高。,9/7/2019,29,1.惯性离心力作用下的沉降速度,uT：颗粒在切向上的速度； ur：颗粒在径向上的速度，离心沉降速度。,9/7/2019,30,三力平衡时可得：,离心沉降速度与重力沉降速度相比： （1）方向不同 （2）重力沉降速度是定值，而离心沉降速度不是定值。,9/7/2019,31,如果颗粒与流体的相对运动属于滞流时：,同一颗粒在同种介质中的
7、离心沉降速度与重力沉降速度之比为：,Kc：离心分离因素,9/7/2019,32,2.旋风分离器的操作原理,外旋流 内旋流（气芯） 可除去直径在5m以下的尘粒。,9/7/2019,33,9/7/2019,34,3.旋风分离器的性能,评价指标,总效率粒级效率,分离效果压强降,临界直径分离效率,9/7/2019,35,1）临界粒径 定义：理论上在旋风分离器中能被完全分离下来的最小颗粒。 计算公式的推导：,9/7/2019,36,假设： （1）气流严格按螺旋形路线作等速运动，其切向速度等于进口气速； （2）颗粒向器壁沉降时，必须穿过厚度等于进气宽度B的气流层，方能达到器壁而被分离； （3）颗粒的流动类
8、型为滞流。,9/7/2019,37,9/7/2019,38,标准旋风分离器：,9/7/2019,39,临界直径随分离器尺寸的增大而增大，所以，分离效率随分离器尺寸的增大而减小。当气体处理量很大时，常将若干个小的旋风分离器并联使用，以维持较高的分离效率。,9/7/2019,40,C1：旋风分离器进口气体含尘浓度，g/m3； C2：旋风分离器出口气体含尘浓度，g/m3。,2）分离效率 （1）总效率0进入旋风分离器的全部颗粒中被分离下来颗粒的质量分率。,9/7/2019,41,（2）粒级效率或分效率p某种粒度的颗粒被分离下来的质量分率。,C1：旋风分离器进口气体含尘浓度，g/m3； C2：旋风分离器
9、出口气体含尘浓度，g/m3。,粒级效率曲线： 粒级效率p与颗粒直径di的对应关系。,9/7/2019,42,同一型式且尺寸比例相同的旋风分离器，该曲线相同。,9/7/2019,43,3）压强降,总效率和粒级效率之间的关系：,9/7/2019,44,4.旋风分离器的结构型式与选用改进措施： （1）采用细而长的器身 （2）减小涡流的影响,9/7/2019,45,9/7/2019,46,9/7/2019,47,9/7/2019,48,旋风分离器计算的主要依据： （1）焊尘气体的体积流量 （2）要求的分离效率 （3）允许的压降,5.旋液分离器（自学）,9/7/2019,49,3.4 过 滤,3.4.1
10、 过滤操作的基本概念,过滤：以某种多孔物质为介质，在外力作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固、液分离的操作。 过滤介质：过滤操作用的多孔物质。 滤浆（料浆）：所处理的悬浮液。 滤饼（滤渣）：被截留的固体物质。,9/7/2019,50,9/7/2019,51,1.过滤方式 饼层过滤：饼层起过滤作用 深床过滤：过滤介质起过滤作用,9/7/2019,52,2.过滤介质足够的机械强度、尽可能小的流动阻力，耐腐蚀性、耐热性。 1）织物介质 2）堆积介质 3）多孔固体介质,9/7/2019,53,3.滤饼的压缩性和助滤剂 不可压缩滤饼：单位厚度床层的流体阻力恒定。
11、可压缩滤饼：单位厚度床层的流体阻力随压强差加高而增大。 助滤剂：,9/7/2019,54,3.4.2 过滤基本方程式,1.滤液通过饼层的流动,9/7/2019,55,2.过滤速率和过滤速度,过滤速率,过滤速度,9/7/2019,56,L：比阻 r：滤饼的比阻 R：滤饼的阻力,3.滤饼的阻力 对不可压缩滤饼，、a为常数。,9/7/2019,57,4.过滤介质的阻力,Rm：过滤介质阻力； Le:过滤介质的当量滤饼厚度。,9/7/2019,58,9/7/2019,59,5.过滤基本方程式,：获得1m3滤液所形成的滤饼的体积，即滤饼体积与相应滤液体积之比。,Ve：过滤介质的当量滤液体积。,9/7/20
12、19,60,9/7/2019,61,对可压缩滤饼，其比阻是两侧压强差的函数，常用下列经验公式来表示：,r1：单位压强差下滤饼的比阻； s：滤饼的压缩指数，其值为：01，对不可压缩滤饼其值为0。,9/7/2019,62,过滤基本方程式,9/7/2019,63,3.4.3 恒压过滤,9/7/2019,64,3.4.3 恒压过滤,9/7/2019,65,9/7/2019,66,当过滤介质阻力可忽略时，可得：,9/7/2019,67,9/7/2019,68,3.4.4 恒速过滤与先恒速后恒压的过滤 （自学）,9/7/2019,69,3.4.5 过滤常数的测定,1.恒压下的K、qe、e 的测定,9/7/
13、2019,70,9/7/2019,71,2.压速指数的测定,9/7/2019,72,3.4.6 过滤设备,操作方式,压滤机 吸滤机 离心过滤机,间歇过滤机连续过滤机,压强差,9/7/2019,73,1.板框压滤机 1)结构: 过滤板、过滤框、洗涤板,9/7/2019,74,9/7/2019,75,2) 安装,过 滤 板,过 滤 框,洗 涤 板,过 滤 框,过 滤 板,过 滤 框,盲 板,9/7/2019,76,3)操作过程：装合、过滤、洗涤、卸饼、清洗。,9/7/2019,77,9/7/2019,78,9/7/2019,79,4)代号 例：BMS20/635-25 B：板框压滤机 M：明流 S
14、：手动压紧 20：过滤面积， 635：框内边长，mm 25：框厚，mm,9/7/2019,80,2.加压叶滤机,9/7/2019,81,3.转筒真空过滤机,1-7：过滤 8-10：吸干 11：不工作 12-13：洗涤 14：吸干 15：不工作 16：吹松 17：卸料 18：不工作,9/7/2019,82,3.4.7 滤饼的洗涤,9/7/2019,83,9/7/2019,84,若洗涤推动力与过滤终了时的压强差相同，洗涤水粘度与滤液粘度相近，则：,9/7/2019,85,3.4.8 过滤机的生产能力,过滤机的生产能力：单位时间内获得的滤液体积。1.间歇过滤机的生产能力 操作步骤：过滤、洗涤、卸渣、
15、清理、装合。,9/7/2019,86,T：一个操作循环的时间，即操作周期，s； ：一个操作循环内的过滤时间，s； W：一个操作循环内的洗涤时间，s； D：一个操作循环内的卸渣、清理、装合等辅助时间，s。,操作周期为：,9/7/2019,87,V：一个操作循环内获得的滤液体积，m3； Q：生产能力，m3/h。,9/7/2019,88,2.连续过滤机的生产能力 操作特点： (1)过滤、洗涤、卸饼等操作在转筒的不同区域同时进行； (2)转筒任一块表面旋转一周分别进行了过滤、洗涤、卸饼等操作。,9/7/2019,89,转筒的旋转一周的时间为,转筒的表面旋转一周的过滤时间为,9/7/2019,90,9/7/2019,91,当滤布阻力可忽略时：,9/7/2019,92,3.5 离心机（自学）,
