第三章机械分离.ppt

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1、知识目标：知识目标：v 掌握沉降分离和过滤操作的基本概念和原理掌握沉降分离和过滤操作的基本概念和原理v 掌握机械分离设备的类型、结构及相关计算掌握机械分离设备的类型、结构及相关计算能力目标：能力目标：v能根据生产工艺要求合理选择分离方法、设备类能根据生产工艺要求合理选择分离方法、设备类型及尺寸型及尺寸v 掌握过滤操作的强化措施掌握过滤操作的强化措施2021/9/231第三章第三章 机械分离机械分离分离分离 悬浮液（固悬浮液（固-液混合物）液混合物）乳浊液（液乳浊液（液-液混合物）液混合物）含尘气体、含雾气体（固含尘气体、含雾气体（固-气、液气、液-气混合物）气混合物）-沉降、过沉降、过滤滤混合

2、物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。体混合物。3.1 概述概述第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/232沉降：沉降：颗粒相对于流体而运动的过程称为沉降。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。实现沉降操作的作用力可以是重力，或惯性离心力。故沉降过程有故沉降过程有重力沉降和离心沉降重力沉降和离心沉降两种。两种。3.2 沉降过程沉降过程自由沉降自由沉降第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送

3、机械2021/9/2333.2.1 3.2.1 重力沉降重力沉降加速段极短，通常可以忽略加速段极短，通常可以忽略等等速速段段的的颗颗粒粒运运动动速速度度称称为为沉沉降降速速度度，用用ut表示。表示。沉降分两个阶段：沉降分两个阶段：加速段、等速段加速段、等速段ut1)重力沉降速度重力沉降速度第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/234 1或或2 滞滞流流区区/斯斯托托克克斯斯区区过渡区、湍流区过渡区、湍流区ut 的计算参见教材的计算参见教材 p146如何求？如何求？(3-24)P145 图图3-2-Ret的关系的关系第三章第三章第三章第三章 流体

4、输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2352)沉降速度的计算沉降速度的计算试差法试差法试差过程：试差过程：设沉降处于滞流区设沉降处于滞流区/斯托克斯区斯托克斯区 由滞流区计算式求由滞流区计算式求ut 校核校核 1、2第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2363)重力沉降设备重力沉降设备降尘室降尘室沉降沉降设备设备第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/237降尘室降尘室则则表表明明，该该颗颗粒粒能能在在降降尘室中完全被除去。尘室中完全被除去。则则表表明明，该该颗颗粒粒刚刚好

5、好能能完全除去。完全除去。？第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/238100%除去的条件除去的条件:降尘室生产能力降尘室生产能力:第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/239思考：如何提高生产能力？思考：如何提高生产能力？第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2310降尘室特点：降尘室特点：第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2311增稠器（沉降槽）增稠器（沉降槽）第三章第三章第三章第三章 流

6、体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2312 3.2、离心沉降、离心沉降3.2.1 离心沉降速度离心沉降速度 重力加速度重力加速度(g)为常数为常数 离心加速度离心加速度 不是常量不是常量向心力向心力 Fb阻力阻力 FD重力重力Fc=mg浮力浮力 Fb阻力阻力 FD区别：区别：第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2313第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2314离心分离因素：离心分离因素：离心沉降的效果远高于重力沉降的分离效果。离心沉降的效果远高于重力沉降的分离效果

7、。当处理相同（气固）混合物且当处理相同（气固）混合物且沉降处于滞流区，同种颗粒：沉降处于滞流区，同种颗粒：P155 当当R=0.4m,uT=20m/s时，时，Kc=102一般一般 Kc=52500第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2315旋风分离器：旋风分离器：v构造构造 图图3-7标准旋风分离器尺寸标准旋风分离器尺寸p156v操作原理操作原理 切向进入速度切向进入速度1025m/s，外旋、内旋。外旋、内旋。3.2.2、离心沉降设备、离心沉降设备第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2316

8、评价旋风分离器性能的两个主要指标：评价旋风分离器性能的两个主要指标：P158 图图3-9可可查粒级效率查粒级效率分割直径d50第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/23173.33.3、影响沉降的因素、影响沉降的因素由于干扰作用，实际沉降速度由于干扰作用，实际沉降速度小于自由沉降速度。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。由于壁面效应，实际沉降速度小于自由沉降速度。v 干扰沉降干扰沉降 v 非球形颗粒的沉降非球形颗粒的沉降 v 壁面效应壁面效应 球形度越小，沉降速度越小球形度越小，沉降速度越小颗粒的位向对沉降速度也有影响

9、颗粒的位向对沉降速度也有影响。第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2318例例3-1 某除某除尘尘室高室高2m、宽宽2m、长长5m，用于，用于矿矿石焙石焙烧烧炉的炉气炉的炉气除除尘尘。矿尘矿尘的密度的密度为为4500kg/m3，其形状近于，其形状近于圆圆球。操作条球。操作条件下气体流量件下气体流量为为25000m3/h，气体密度，气体密度为为0.6kg/m3、粘度、粘度为为 310-5Pas。试试求理求理论论上能完全除去的最小上能完全除去的最小矿矿粒直径。粒直径。解：解：降尘室能完全除去的最小颗粒的沉降速度为：降尘室能完全除去的最小颗粒的沉降

10、速度为：假定沉降在层流区假定沉降在层流区:校核校核:第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2319例例3-2:有一玉米淀粉水悬浮液，温度有一玉米淀粉水悬浮液，温度20，淀粉颗粒平均直径，淀粉颗粒平均直径为为15m，淀粉颗粒吸水后的密度为，淀粉颗粒吸水后的密度为1020kg，试求颗粒的沉，试求颗粒的沉降速度。降速度。解：假定沉降在层流区进行解：假定沉降在层流区进行 已知：已知：查出查出20的水的水:校核校核:计算有效计算有效第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2320 概述概述 过滤基本方程式过

11、滤基本方程式 恒压过滤方程式恒压过滤方程式 滤饼洗涤滤饼洗涤 过滤设备及过滤计算过滤设备及过滤计算 第二节第二节 过过 滤滤第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2321一、概一、概 述述深层过滤深层过滤滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼过滤推动力：重力、压力、离心力推动力：重力、压力、离心力 过滤：过滤：流体相对于颗粒而运动的过程称为过滤流体相对于颗粒而运动的过程称为过滤。第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2322滤饼过滤滤饼过滤滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼过滤 过滤介质：过滤介质：要要

12、求求：多多孔孔性性介介质质、耐耐腐腐蚀蚀、耐耐热热并并具有足够的机械强度。具有足够的机械强度。工业中常用过滤介质主要有：工业中常用过滤介质主要有：织织物物介介质质:如如棉棉、麻麻、丝丝、毛毛、合成纤维、金属丝等编织成的滤布。合成纤维、金属丝等编织成的滤布。多多孔孔性性固固体体介介质质:如如素素瓷瓷板板或或管管、烧结金属等。烧结金属等。滤饼层起到了主要的过滤介质的滤饼层起到了主要的过滤介质的作用。作用。第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2323滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼过滤 滤饼的压缩性：滤饼的压缩性：空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。

13、空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。助助滤滤剂：剂：质地坚硬，能形成疏松饼层的质地坚硬，能形成疏松饼层的固体颗粒。（如硅藻土、碳酸钙等）固体颗粒。（如硅藻土、碳酸钙等）第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2324二、过滤基本方程式二、过滤基本方程式 p166-170 p166-170过滤过程流动的特点：过滤过程流动的特点：v 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v 过程不稳定过程不稳定V V 关系关系层流层流滤液滤液(V)p第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送

14、机械流体输送机械2021/9/23251、过滤基本方程的推导、过滤基本方程的推导 p166-170简化模型简化模型：滤饼内，雷诺数很小，属层流流动，滤饼内，雷诺数很小，属层流流动，于是：于是：第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2326：孔隙率：孔隙率:比表面积比表面积m2/m3第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2327-单单位位时时间间内内通通 过过单单位位过过滤滤面面 积的滤液体积积的滤液体积即过滤速度即过滤速度 p2 p1u 表观速度表观速度r：比阻滤流通量比阻的含义？第三章第三章第

15、三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2328 设每获得单位体积滤液时，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被截留在过滤介质上的滤饼体积为为（m3滤饼滤饼/m3滤液），则滤液），则 代入过滤速度表达式中代入过滤速度表达式中：第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2329影响影响K的因素：的因素：影响影响qe或或Ve 的因素：的因素：滤饼性质（滤饼性质（、a）滤浆性质（滤浆性质（、）推动力（推动力（p）过滤介质的性质（孔的结构、过滤介质的性质（孔的结构、r、厚度）、厚度）pu 表观速度表观速度第

16、三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2330比阻比阻r:(3-44)P167：孔隙率：孔隙率:比表面积比表面积m2/m3S:可压缩指数可压缩指数S=01滤饼不可压缩滤饼不可压缩:S=0：每获得单位体积滤液时，被截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。留在过滤介质上的滤饼体积为。滤液滤液(V)p第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2331过滤基本方程式过滤基本方程式:V：滤液量；：滤液量；：过滤时间：过滤时间；A：过滤面积；过滤面积；p：过滤压力差。过滤压力差。Ve：虚拟滤液量：

17、虚拟滤液量；过滤速率：过滤速率：滤液滤液(V)p(3-53)p170虚拟滤液量虚拟滤液量(Ve)虚拟虚拟滤饼滤饼层高层高度度p166-170第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2332过滤基本方程式过滤基本方程式:第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2333-过滤基本方程过滤基本方程过滤常数过滤常数滤饼不可压缩时滤饼不可压缩时s=0第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/23342 2、恒压过滤方程式、恒压过滤方程式 p170-171 p170

18、-171K为常数为常数 积分得：积分得：或或若过滤介质阻力可忽略不计若过滤介质阻力可忽略不计恒压过滤方程式恒压过滤方程式恒压过滤方程式恒压过滤方程式注意：注意：V/q、均为累计量。均为累计量。(3-57)p171(3-57a)p171第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2335过滤过程的特点过滤过程的特点是什么？是什么？什么是比阻？其影什么是比阻？其影响因素是什么？响因素是什么？影响过滤速率的影影响过滤速率的影响有哪些？响有哪些？第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2336写出过滤的基本方程

19、式写出过滤的基本方程式写出恒压过滤方程式写出恒压过滤方程式写出过滤常数写出过滤常数K的表达式的表达式何谓比阻何谓比阻p166-171第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2337例例3-3.在在100KPa的的恒压恒压下过滤某悬浮液，温度下过滤某悬浮液，温度30，过滤面积为过滤面积为40m2，并已知滤渣的比阻为，并已知滤渣的比阻为 ，值为值为0.05。过滤介质的阻力忽略不计过滤介质的阻力忽略不计，滤渣为不可压缩滤渣为不可压缩，试求：试求：(1)要获得要获得10m3滤液需要多少过滤时间？滤液需要多少过滤时间？(2)若仅若仅将过滤时间延长一倍，可以

20、再获得多少滤液？将过滤时间延长一倍，可以再获得多少滤液？(3)若仅将若仅将过滤压差增加一倍，同样获得过滤压差增加一倍，同样获得10m3滤液时需要多少过滤滤液时需要多少过滤时间？时间？温度为温度为30时，滤液粘度为时，滤液粘度为0.8007cp.解：（解：（1）求过滤时间）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：压过滤方程为：第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2338（2）求过滤时间延长一倍时增加的滤液量）求过滤时间延长一倍时增加的滤液量 故增加的滤液量为故增加的滤液量

21、为:第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2339（3）求过滤压差增加一倍，获得）求过滤压差增加一倍，获得10m3 滤液所需时间滤液所需时间 即过滤时间为原来的一半。即过滤时间为原来的一半。第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2340恒压过滤方程式：恒压过滤方程式：过过 滤滤过滤介质阻力可忽略过滤介质阻力可忽略第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2341四、过滤设备及过滤计算四、过滤设备及过滤计算过滤过滤设备设备 三、过滤常数的测定三、过滤常

22、数的测定第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/23421 1、板框过滤机、板框过滤机滤框、滤板滤框、滤板结构：结构：洗洗板板板框压滤机板框压滤机框框非非洗洗板板洗洗板板滤液流出滤液流出悬悬浮浮液液入入口口10 60块不等，块不等，过滤面积约为过滤面积约为2 80m2 洗涤液流出洗涤液流出洗洗涤涤液液入入口口一个操作循环：一个操作循环：过滤、洗涤、卸渣、整理重装过滤、洗涤、卸渣、整理重装 属间歇式属间歇式特点：特点：横穿洗涤：横穿洗涤：Lw=2L Aw=(1/2)A第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021

23、/9/2343属间歇式属间歇式置换洗涤置换洗涤：L Lw w=L=L，A Aw w=A=A2 2、叶滤机、叶滤机滤叶滤叶结构：结构：一个操作循环：一个操作循环：过滤、洗涤、卸渣、整理重装过滤、洗涤、卸渣、整理重装 特点：特点：第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/23442021/9/2345置换洗涤：置换洗涤：L Lw w=L=L属连续式属连续式过滤、洗涤、吹松、刮渣过滤、洗涤、吹松、刮渣3 3、回转真空过滤机、回转真空过滤机转转筒筒-筒筒的的侧侧壁壁上上覆覆盖盖有有金金属属网网，长长、径径之之比比约约为为1/2 2，滤布滤布-蒙在筒外壁上。

24、蒙在筒外壁上。分配头分配头-转动盘、固定盘转动盘、固定盘 构造：构造：一个操作循环：一个操作循环：浸没于滤浆中的过滤面积约占全部面积的浸没于滤浆中的过滤面积约占全部面积的30 40%转速为转速为0.1 3（转（转/分）分）特点：特点：第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/23462021/9/23472021/9/2348五、滤饼的洗涤五、滤饼的洗涤 1 1、洗涤目的、洗涤目的3 3、洗涤速率、洗涤速率4 4、洗涤时间、洗涤时间 洗洗涤涤速速率率与与过过滤滤终终了了时时的的过过滤滤速速率率有有关关，这这个个关关系取决于滤液设备上采用的系取决于滤

25、液设备上采用的洗涤方式洗涤方式。2 2、特点、特点洗涤时推动力、阻力不变，洗涤速率为常数。洗涤时推动力、阻力不变，洗涤速率为常数。单位时间内消耗的洗涤液体积，以单位时间内消耗的洗涤液体积，以 表示。表示。第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2349l洗涤速率与过滤速率洗涤速率与过滤速率(终了终了)间的关系间的关系 若推动力相同若推动力相同:滤液与洗涤液粘度相同滤液与洗涤液粘度相同:板框过滤机（横穿洗涤法）：板框过滤机（横穿洗涤法）：叶滤机（叶滤机（置换洗涤法）：置换洗涤法）：Lw=L，Aw=A Lw=2L，Aw=(1/2)A第三章第三章第三章

26、第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2350板框过滤机板框过滤机(横穿洗涤法横穿洗涤法)：叶叶滤机滤机置换洗涤法：置换洗涤法：4、洗涤时间、洗涤时间第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2351六、过滤机的生产能力六、过滤机的生产能力 其中过滤时间：其中过滤时间：1、间歇式过滤机、间歇式过滤机：其中洗涤时间：其中洗涤时间：辅助时间辅助时间:D第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/23522、连续过滤机：、连续过滤机：（滤布阻力可以忽略时）（滤布阻力可以忽略时）A

27、：过滤面积：过滤面积K：过滤常数：过滤常数：浸没度：浸没度 n：转速：转速第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2353例例3-43-4、某板框压滤机、某板框压滤机,进行恒压过滤进行恒压过滤1 1小时得小时得11m11m3 3滤液后即停止滤液后即停止过滤过滤,然后用然后用3m3m3 3清水清水(其粘度与滤液相同其粘度与滤液相同)在同样压力下对滤饼在同样压力下对滤饼进行洗涤进行洗涤,求洗涤时间和生产能力（辅助时间为求洗涤时间和生产能力（辅助时间为30min)30min)。滤布滤布阻力可以忽略。阻力可以忽略。若板框机改换叶滤机，则洗涤时间和生产能力若板框机改换叶滤机，则洗涤时间和生产能力又为多少？又为多少？V V2 2=KA=KA2 2 即即 11 112 2=KA=KA2 211 KA KA2 2=121m=121m6 6/h/h 解：板框机时：解：板框机时：第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2354叶滤机时：叶滤机时：W W=2.18/4=0.545 h=2.18/4=0.545 h第三章第三章第三章第三章 流体输送机械流体输送机械流体输送机械流体输送机械2021/9/2355