机械分离与固体流态化

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1、第三章机械分离和固体流态化均相物系非均相物系：液态非均相物系：悬浮液、乳浊液、泡沫液气态非均相物系：含尘气体、含雾气体分散相或分散物质：处于分散状态的物质，如分散于流体中的固体颗粒、液滴或气泡。连续相或分散介质：包围分散物质且处于连续状态的物质。非均相物系1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21.沉降颗粒相对于流体(静止或运动)运动而实现悬浮物系分离的过程。沉降离心沉降重力沉降沉降操作的作用力重力惯性离心力32.过滤流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过程。依实现过滤操作的外力不同，过滤

2、操作又可分为过滤重力过滤加压过滤真空过滤离心过滤过滤操作的外力重力压强差压强差惯性离心力4第一节颗粒及颗粒床层的特性3-1-1颗粒的特性一、单一颗粒1、球形颗粒体积表面积比表面积a=6/d52.非球形颗粒需要形状和大小两个参数来描述其特性。体积当量直径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6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7二、颗粒群的特性1、粒度分布2、平均粒径三、粒子密度真密度ρs堆积密度ρb（表观密度）3-1-2颗粒床层的特性一、床层空隙

3、率二、床层比表面积:ab=（1-ε）a8第二节沉降过程3-2-1重力沉降一、沉降速度9影响沉降速度的因素颗粒的体积浓度器壁效应颗粒形状的影响10二、重力沉降设备（一）降尘室动画11特点：结构简单，阻力小，体积大，分离效率低，作为预除尘多层除尘室动画12（二）沉降槽133-2-2离心沉降径向上指向中心指向中心指向外周14二、旋风分离器的操作原理1516三、旋风分离器的性能1、临界粒径2、分离效率3、压强降四、旋液分离器17第三节过滤3-3-1过滤操作基本概念一、过滤方式饼层过滤深床过滤18二、过滤介质织物介质：棉、麻、丝、毛堆积

4、介质：砂、木炭、石棉、硅藻土多孔固体介质；多孔陶瓷、多孔塑料、多孔金属三、滤饼的压缩性和助滤剂不可压缩滤饼:CaCO3可压缩滤饼: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193-3-2过滤基本方程式一、滤液通过饼层的流动颗粒床层的物理模型：颗粒床层一组平行细管流体通道①细管内表面=床层颗粒的全部表面②细管的总体积=床层空隙体积uL20假设有面积1㎡，厚度1米的饼层床层体积=1m3流道容积=εm3流道表面积=1（1-ε）a㎡2122二、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

5、滤液体积，单位为m3/s。过滤速度过滤速率23三、滤饼阻力速度=推动力/阻力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24四、过滤介质的阻力25S:压缩性指数，0～1，不可压缩滤饼，S=0五、过滤基本方程式如获得1m3滤液形成滤饼体积为νm3，则LA=νV则263-3-3恒压过滤27过滤介质阻力可以忽略时积分后且令K=2k△p1-s则得到283-3-4恒速过滤与先恒速后恒压过滤正位移泵→恒速过滤29303-3-5过滤常数的测定一、恒压下K、qe、Өe的测定31

6、二、压缩性指数s的测定K=2k△p1-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-Δp数据加以处理，即可求得s值。上式两端取对数，得K与Δp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)。323-3-6过滤设备间歇过滤连续过滤压滤吸滤离心过滤板框压滤机33343536过滤滤浆由总管入框框内形成滤饼滤液穿过饼和布从板流出的滤液汇集于某总管排出(暗流)经每板上旋塞排出(明流)横穿洗涤洗涤液由总管入板滤布滤

7、饼滤布非洗涤板排出洗涤面积=(1/2)过滤面积37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。第五节固体流态化38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散式流化散式

8、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