三章機(jī)械分離

1、第三章第三章 機(jī)械分離機(jī)械分離 一、定義1分散物系：由一種或幾種物質(zhì)的微粒分散在另一種物質(zhì)中所組成的物系。2分散相（分散物質(zhì)）：處于分散狀態(tài)的物質(zhì)。3連續(xù)相（分散介質(zhì)）：處于連續(xù)狀態(tài)的物質(zhì)。4均相物系：內(nèi)部無相界面的分散物系。5. 非均相物系：內(nèi)部有相界面的分散物系。 一、分類 懸浮液， 固液 乳濁液， 液液非均相物系 泡沫液， 氣液 含塵氣體，固氣 含霧氣體，液氣 一、方法 重力沉降沉降： 利用力場 離心沉降 重力過濾 加壓過濾過濾： 利用過濾介質(zhì) 真空過濾 離心過濾 一、目的1收集分散物質(zhì)：回收分散物質(zhì)和環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn)2. 凈化分散介質(zhì) 第一節(jié) 顆粒及顆粒床層的特性 一、顆粒的特性 1

2、直徑（大?。?(1) 球形顆粒 比表面積， （2）非球形顆粒 令 則 （體積）當(dāng)量直徑 1形狀系數(shù)（形狀）(1) 定義 形狀系數(shù)（球形度）：顆粒當(dāng)量表面積與其實(shí)際表面積之比，即 224drsdvsa632/mm36epdv36pevd (1) 球形顆粒(2) 非球形顆粒二、顆粒群的特性1粒度分布（粒徑分布）(1) 定義：不同粒徑范圍內(nèi)所含粒子的個(gè)數(shù)或質(zhì)量 （2）測定方法 標(biāo)準(zhǔn)篩法， ，目數(shù)與孔徑的對應(yīng)關(guān)系見表3-1 透射電鏡法， 2平均粒徑 以球形顆粒為例，如圖所設(shè)，則 666621nssssssss32221116666vsmvsmvsmvmsnn66662211nnamamamma6666

3、2211nnaxaxaxaniiinnadxdxdxdxdd1221111 3粒子密度 （1）真密度：單位體積顆粒所具有的質(zhì)量，即 （2）堆積密度（表觀密度）：單位體積床層所具有的質(zhì)量，即 三、顆粒床層的特性1空隙率：單位體積床層所具有的空隙體積，即2. 比表面積ab：單位體積床層所具有的顆粒表面積，即 （3-7）或所以 （3-8）3方向性 各向同性：床層截面上的空隙面積與床層截面積之比等于。 各向異性：出現(xiàn)壁效應(yīng)，即壁面附近的空隙率較大，生產(chǎn)壁流。 第二節(jié) 重力沉降 一、沉降速度1球形顆粒的自由沉降（單個(gè)顆粒沉降） 設(shè)某個(gè)球形顆粒在流體中自由沉降，則該顆粒所受力有：重力浮力 阻力由牛頓第二定

4、律( )，得 當(dāng) 時(shí) ，解得 沉降速度2. 阻力系數(shù) 通過量鋼分析并結(jié)合實(shí)驗(yàn)測試，得出 式中 對球形顆粒（s=1）的曲線，可按ret分為三個(gè)區(qū)，各區(qū)的曲線可用相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式表達(dá)： 層流區(qū)或stokes定律區(qū)（10-4ret1） 過渡流區(qū)或allen定律區(qū)(1ret103) 0.44，湍流區(qū)或newton定律區(qū)(103ret2105) 所以 層流區(qū) 過渡流區(qū) 湍流區(qū) 3影響沉降速度的因素(1) 顆粒的體積濃度濃度較高時(shí)，便發(fā)生干擾沉降(2) 器壁效應(yīng)當(dāng)容器直徑較小時(shí)，便發(fā)生受阻沉降 在stokes定律區(qū)，可按下式修正： (3) 顆粒形狀對非球形顆粒，其沉降得慢一些。修正如下： 圖32 4沉降速

5、度的計(jì)算(1) 試差法假設(shè)沉降屬于某一流型，則按該流型選擇相應(yīng)的公式計(jì)算ut；再算ret校核流型。 流型 ut ret 流型 再設(shè)流型 （2）摩擦數(shù)群法 由得而相乘得 由 知 作圖3-3：任取一ut 計(jì)算： 求顆粒直徑也可用類似的方法： 相除得 同理 作圖3-3：任取一d 計(jì)算： 此外，也可用無因次數(shù)群k值判別流型： 將 代入 得 當(dāng) ret=1 時(shí)，k=2.62 同理將 代入得 當(dāng) ret=1000 時(shí)， k=69.1 69.1， 湍流 二、降塵室1結(jié)構(gòu) 見圖3-4(a)2. 原理 如圖所設(shè)，且設(shè)顆粒水平分速度與氣體的流速u相等，則 沉降時(shí)間為： 停留時(shí)間為： 當(dāng)顆粒的停留時(shí)間等于或大于其沉

6、降時(shí)間時(shí)，該顆粒便能沉降至室底而被分離，所以 ： 或 而 所以 與h無關(guān)或而hblutu所以 能完全分離的最小粒徑 臨界粒徑 三、沉降槽1沉降槽的構(gòu)造與操作(1) 間歇沉降槽(2) 連續(xù)沉降槽，見圖3-62濃懸浮液的沉聚過程 當(dāng)懸浮液濃度較高時(shí)，則屬干擾沉降： （1）大顆粒相對于小顆粒進(jìn)行沉降，因而介質(zhì)的有效密度和粘度均大于純液體，而沉降速度與介質(zhì)密度和粘度成反比。 (2) 液體被沉降顆粒置換而上升的速度大，因而顆粒受到的阻力大。 (3) 大顆粒的拖曳，微細(xì)粒子的絮凝，使小顆粒的沉降被加速。 總之，大顆粒受阻，小顆粒加速。 沉聚過程： 均勻懸浮液 四區(qū)（清液區(qū)、等濃區(qū)、變濃區(qū)、沉聚區(qū)） 等濃區(qū)

7、消失 變濃區(qū)消失 沉聚區(qū)壓緊。見圖3-7。 五、分級器：利用重力沉降來分離懸浮液中不同密度或不同粒度的粒子的設(shè)備。 第三節(jié) 離心沉降 一、離心沉降速度設(shè)某個(gè)球形顆粒在流體中自由離心沉降，則該顆粒在徑向所受力有： 慣性離心力 向心浮力 向心阻力 三力平衡時(shí)，得 所以 離心沉降速度 在層流區(qū)（10-4rer1%），常用濾布、濾網(wǎng)做過濾介質(zhì)進(jìn)行過濾。當(dāng)粒徑大于過濾介質(zhì)孔徑時(shí)，顯然會(huì)形成濾餅；當(dāng)粒徑小于過濾介質(zhì)孔徑時(shí)，通過“架橋現(xiàn)象”也會(huì)形成濾餅。隨著濾餅的增厚，濾餅層就成為有效的過濾介質(zhì)，所以這種過濾稱為餅層過濾。常用于化工生產(chǎn) （2）深床過濾：粒狀床層孔道為有效過濾介質(zhì)（的過濾）。 當(dāng)懸浮液中所含

8、顆粒很小，且含量很少時(shí)（固相體積分率0.1%），常用較厚的粒狀床層做過濾介質(zhì)進(jìn)行過濾。顆粒在經(jīng)過床層內(nèi)細(xì)長而彎曲的孔道時(shí)，靠靜電、分子間力、毛細(xì)管力等的作用而附著在孔道壁上，沒有濾餅形成，所以這種過濾稱為深床過濾。常用于自來水凈化和污水處理。 3. 過濾介質(zhì) （1）織物介質(zhì)：由纖維、金屬絲等編織而成的濾布和濾網(wǎng)。 （2）堆積介質(zhì)：由砂、木炭等堆積而成的床層。 （3）多孔介質(zhì)：由多孔陶瓷、多孔金屬和多孔塑料制成的管和板。 4. 濾餅的壓縮性 不可壓縮濾餅：顆粒堅(jiān)硬，阻力不變 可壓縮濾餅：顆粒較軟，阻力增大 5. 助濾劑：某種質(zhì)地堅(jiān)硬、粒度均勻的顆粒，如硅藻土、珍珠巖等。 （1）作用：防止濾餅壓縮

9、及細(xì)小顆粒堵塞過濾介質(zhì)的孔隙。 （2）使用方法： a . 在懸浮液中加入助濾劑后一起過濾。 b. 先把助濾劑配成懸浮液并過濾，形成助濾劑層后，才正式過濾。 應(yīng)予注意，一般以獲得清凈濾液為目的時(shí)，采用助濾劑才是適宜的。（3）要求 a.能形成多孔餅層剛性顆粒 b.物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定 c.具有不可壓縮性（在使用的壓力范圍內(nèi)）二. 過濾基本方程 1. 定義 （1）空隙率：單位體積床層中的空隙體積，m3/m3。 （2）比表面：單位體積顆粒所具有的表面積，a，m2/m3。 2. 孔道當(dāng)量直徑 3. 過濾速度： 由 得所以而 濾液在孔道中的流速，m/s 所以 層流時(shí) 所以 過濾速度 （3-35a） 即單位時(shí)

10、間內(nèi)通過單位過濾面積的濾液體積，m/s。 4. 過濾速率（體積流量）：單位時(shí)間內(nèi)獲得的濾液體積 顯然所以 5. 濾餅的阻力 令 濾餅的比阻 則令 濾餅阻力 則6. 過濾介質(zhì)的阻力 設(shè) 過濾介質(zhì)的阻力 則 le- 與過濾介質(zhì)阻力相等的濾餅厚度，即當(dāng)量濾餅厚度，m 同理所以相加，得所以7. 基本方程 設(shè)v- 獲得單位體積濾液所形成的濾餅體積，m3/m3 則 所以 同理 所以 過濾速率基本方程式又 所以 過濾速率基本方程式式中 s 壓縮指數(shù)，s = 01； r (單位壓力差下，即ps=1時(shí))的濾餅比阻 三. 恒壓過濾 衡壓過濾是最常見的過濾方式，過濾過程中推動(dòng)力p 恒定，因而過濾速率逐漸變小。令 則

11、 k表征過濾物料特性的常數(shù)，m4/(n.s)所以令 過濾常數(shù)，m2/s 則 或 所以 相加 恒壓過濾方程 令 m3/m2 介質(zhì)常數(shù) e s 則相加 恒壓過濾方程 當(dāng)過濾介質(zhì)的阻力可以忽略時(shí) 則 或四. 恒速過濾 由不可壓縮濾餅過濾基本方程 得 恒速過濾 所以而所以或五. 先恒速后恒壓過濾 同恒壓過濾 所以 或 六. 過濾常數(shù)的測定 1. 恒壓k、qe、e的測定 由 微分得 整理得 所以 或由 得 而 所以 2. 壓縮指數(shù)s的測定 由 取對數(shù) 令 則 七. 過濾設(shè)備 間歇過濾機(jī) 壓濾機(jī) 吸濾機(jī) 連續(xù)過濾機(jī) 離心過濾機(jī) 1. 板框壓濾機(jī) （1） 結(jié)構(gòu)，圖3-20、圖3-21 （2） 原理，圖3-2

12、2 2. 加壓葉濾機(jī) （1）結(jié)構(gòu)，圖3-23 （2）原理 3. 轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī) （1）結(jié)構(gòu)，圖3-24 （2）原理，圖3-25 八. 濾餅的洗滌 洗滌速率：單位時(shí)間內(nèi)消耗的洗水體積 m3/s。 由于洗滌過程中濾餅厚度不增加，所以當(dāng)洗水路徑與濾液路徑相同時(shí)，洗滌速率大致等于過濾終了時(shí)的過濾速率，即 在板框壓濾機(jī)中，洗水流徑的長度為濾液流徑長度的2倍，而洗水流徑的面積卻為濾液流徑面積的一半，所以 當(dāng)洗水粘度、洗滌壓差與濾液粘度、過濾壓差有明顯差異時(shí)，則洗滌時(shí)間需校正 九. 過濾機(jī)的生產(chǎn)能力 1. 間歇過濾機(jī) 操作周期 ，s 生產(chǎn)能力： m3/h 2. 連續(xù)過濾機(jī)（轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)） 浸沒度：轉(zhuǎn)筒表面浸入濾漿中的分?jǐn)?shù) 即 操作周期 每周期過濾時(shí)間 由 得 m3/轉(zhuǎn) 所以當(dāng) 時(shí)則第五節(jié) 離心機(jī) 一、一般概念 離心機(jī)是利用慣性離心力分離液態(tài)非均相混合物的機(jī)械。根據(jù)