工程原理：机械分离

第3章机械分离3.1颗粒沉降3.2过滤3.3离心分离简介3.1颗粒沉降3.1.1固体颗粒在流体中的沉降运动3.1.2重力沉降分离设备3.1.3离心沉降设备返回3.1.1固体颗粒在流体中的沉降运动一、颗粒沉降运动中的受力 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 d，s的球形颗粒1.场力重力离心力2.浮力重力场离心力场3.阻力颗粒与流体的相对运动绕流，形成边界层表皮阻力与形体阻力微元面所受力在垂直于流动方向上的分量沿颗粒表面的积分wdAwdAsinpdApdAcos表皮阻力浮力形体阻力相对大小~运动速度流-固之间作用力——沉降与绕流并无本质区别二、沉降速度与阻力系数1.重力沉降速度u0重力-浮力-阻力=颗粒质量×加速度重、浮力一定，u，阻力，加速度加速度=0时，u=u0——重力沉降速度2.离心沉降速度—颗粒实际运动速度在径向上的分量；—方向：由圆心指向外；—轨迹：逐渐扩大的螺旋线，3.公式成立假定条件—其他因素对u0的影响①颗粒为球形；②颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰；③容器壁对沉降的阻滞作用可以忽略；④颗粒直径不能小到受流体分子运动的影响。4.阻力系数因次分析阻力系数~Re0关系图①层流区(Stokes区)—Stokes公式—可以从理论上推导出—可以近似用到Re0=2表皮阻力占主导地位不发生边界层分离②过渡区(Allen区)开始发生边界层分离颗粒后部形成旋涡——尾流尾流区压强低形体阻力增大③湍流区(牛顿区)形体阻力占主导地位，表皮阻力可以忽略阻力u2阻力系数与Re0无关④Re0>2105阻力系数骤然下降层流边界层湍流边界层分离点后移，尾流区收缩，形体阻力突然下降近似取=0.15.沉降公式使用方法①事前能够确认流动区域，直接用对应公式②流动区域不能确定，采用试差法假定流动处于层流区，Stokesu0Re0(？<2)，yes结束no换用相应区域公式u0Re0判断，修正③通过实验整理数据得到(Re0<2105)Ar—阿基米德数用法：ArRe0u0④离心力场中的ur，将g替换为ar3.1.2重力沉降分离设备一、降尘室1.工作原理气体入室减速颗粒的沉降运动&随气体运动沉降运动时间<气体停留时间分离说明①d，容易除去②气量V，容易除去2.能(100%)被除去的最小颗粒直径100%去除——室顶到室底所需沉降时间=H/u0在室内停留时间=L/u分离满足的条件：分离所需最低沉降速度最低沉降速度~能被分离的最小粒径说明①dmin与颗粒、气体性质，气体处理量，底面积有关②考虑是dmin，一般认为处在层流区3.最大处理量（生产能力）说明①Vmax为某一粒径能100%被去除的最大处理量②Vmax与(100%去除的)d,A0有关，而与H无关4.补充说明①气体均布重要性——入口锥形②横截面大——操作气速低不被卷起底面积大——分离效率高例题3-1采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。降尘室底面积为10㎡，高1.6m。操作条件下气体密度为0.5kg/m3，黏度为210-5Pas，颗粒密度为3000kg/m3。气体体积流量为5m3/s。试求：（1）可完全回收的最小颗粒直径；（2）如将降尘室改为多层以完全回收20m的颗粒，求多层降尘室的层数及板间距。3.1.3离心沉降设备重力沉降的不足与离心沉降的优势设备体积小而分离效率高一、旋风分离器1.构造与工作原理圆筒、圆锥、矩形切线入口气流获得旋转向下锥口向上，气芯顶部中央排气口颗粒器壁滑落各部分尺寸——按比例(见 教材 民兵爆破地雷教材pdf初中剪纸校本课程教材衍纸校本课程教材排球校本教材中国舞蹈家协会第四版四级教材 )2.分离性能估计（1）能被分离出的最小颗粒直径——临界直径dc假定 ut保持不变，且等于进气速度ui 穿越最大气层厚=B 相对运动为层流Stokes公式可用将g换为rm-平均旋转半径颗粒沉降速度假设沉降时间气芯前圈数=N运行距离有效停留时间某一粒径能(100%)被分离出的条件:——其穿越B所需时间<停留时间以于 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 旋风分离器，一般取Ｎ＝５dc与气体性能、结构、处理量有关假定勉强，粗略估计（2）分离效率粒级效率:混合物经旋风分离器后某一(范围的)粒径被分离出来的质量分数理论上d>dc的颗粒=1如颗粒入器时均布，与器壁距离<B’的所有颗粒所占分率d<dc入器时如其B’<B，也可以被(100%)分离由前式，能被(100%)分离颗粒的dB1/2——入器时距离<B’的，直径为d的都能被(100%)分离所占分率为总效率O：被分离出来的颗粒点全部颗粒的质量分数O与I关系（3）压降能量损失进气管、排气管、器壁、各局部，气旋常表示为阻力系数实测经验3.选型与计算3.2过滤3.2.1过滤基本原理3.2.2过滤设备3.2.3过滤基本理论3.2.4过滤计算返回一、过滤固液混合，外力驱动，多孔介质，颗粒截留，液体通过3.2.1过滤基本原理说明：名词：过滤介质；滤浆；滤渣(饼)；滤液过程推动力：重力；压力(差)；离心力滤饼过滤与深层过滤操作目的：固体或清净的液体洗涤——回收滤饼中残存的滤液或除去其杂质二、过滤介质——支撑滤饼或截留颗粒，通过滤液—要求流动阻力小，机械强度高①织物介质—滤布(织物、网)，5~65m，工业应用广泛②堆积介质—固体颗粒或纤维等堆积，—深层过滤③多孔固体介质：具有微细孔道的固体，1~3m④多孔膜：有机膜、无机膜，1m以下三、滤饼的可压缩性和助滤剂滤饼受压，，流动阻力助滤剂——加入，使滤饼疏松而坚硬3.2.2过滤设备一、板框过滤机1.结构与工作原理1-非洗涤板；2-框；3-洗涤板；四角均开孔组装:1-2-3-2-1-2-3-2-1-2-3-2-1滤布—框的两侧滤浆由总管入框框内形成滤饼滤液穿过饼和布经每板上旋塞排出(明流)从板流出的滤液汇集于某总管排出(暗流)2.工作过程横穿洗涤：洗涤液由总管入板滤布滤饼滤布非洗涤板排出洗涤面=(1/2)过滤面积洗涤液行程与滤液相同。洗涤面=过滤面置换洗涤：说明①间歇操作——过滤、洗涤、卸渣、整理、装合②主要优缺点二、叶滤机三、转筒过滤机1.结构与工作原理水平转筒分为若干段，滤布蒙于侧壁段—管—分配头转动盘(多孔)——分配头固定盘(凹槽2、凹槽1、凹槽3)——三个通道的入口滤液真空管洗水真空管吹气管工作过程—跟踪一段①当浸入滤浆中时，对应滤布—对应管—转动盘孔—凹槽2—滤液真空管—滤液通道—过滤②当位于水喷头下，对应滤饼、滤布—对应管—转动盘孔——凹槽1—洗水真空管—洗水通道—洗涤③吹气管—凹槽3—转动盘孔—对应管—滤布—滤饼—压缩空气通道—吹松④遇到刮刀—卸渣⑤两凹槽之间的空白处：没有通道——停工—两区不致串通主要优缺点：3.2.3过滤基本理论一、颗粒床层的物理模型与基本参数颗粒床层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=床层空隙体积基本参数①空隙率：床层的空隙体积/床层的总体积②比表面积S0：颗粒表面积/颗粒体积③孔道(细管)平均长度l：床层厚度，即l=K0L④孔道(细管)当量直径de：⑤滤液流速u1:二、过滤速度及其表达1.定义A—滤饼层总截面积；—过滤时间；V—滤液体积说明u1与u的关系2.过程推动力——滤浆侧和滤液侧的压差滤饼压降介质压降3.p1的表达——Hagen-Poiseuille方程4.滤饼层的阻力①l(L)，如p不变，则u—瞬时速度②恒压降速，恒速升压说明u=滤饼层推动力/滤饼层阻力。滤饼阻力与滤饼层的性质、L、滤液的有关。说明5.过滤介质的阻力近似：阻力相当厚度为Le的一层滤饼6.总推动力与总阻力其中——滤饼的比阻7.过滤速度的两种具体表达形式认为:AL=cV—获取单位体积滤液所得滤饼体积系数：c=AL/VVe—与Le对应的滤液体积。不存在，虚拟量，与滤饼的性质有关形式1又认为：—获取单位体积滤液所得滤饼质量与滤浆浓度和颗粒性质有关系数：仿照可得形式2比较形式1与2可得三、(恒压)过滤方程式积分形式1c、r、与时间无关Ve、A、p常数——过滤常数（m2/s）另一写法其中说明①过滤方程式——V~的关系，抛物线②关于过滤常数K和qe——滤饼的(不)可压缩性，③K,qe~p的关系平均r(r’)~p:其中r0(r’0)为常数；不可压缩，s=0对过滤方程进行微分微分用增量代替连续测定，q算出一系列及对应q/q~q作图，直线斜率=2/K，截距=2qe/K原理二过滤方程同除以Kq测量变量相同四、过滤常数的实验测定原理一/q~q作图，直线斜率=1/K，截距=2qe/K讨论①实验条件必须与生产条件一致——过滤机 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 在不同p下测多个常数②测出c或c’，一定p测出Kr；多次一组（r,p）双对数坐标，直线斜率=s,截距=r03.2.4过滤计算一、间歇过滤机的计算1.操作周期与生产能力操作周期总时间总时间过滤时间洗涤时间卸渣、清理、装合设计和操作计算要基于C生产能力：一个操作周期中，单位时间内得到的滤液或滤饼体积已知K，qe，由过滤方程，FVFQ2.洗涤速率和洗涤时间一般认为：洗涤液量滤液量，即假定：洗涤液与滤液相同；洗涤p与过滤时相同洗涤速率：单位时间内通过滤饼层的洗涤液体积m3滤液/hm3滤液/h(1)叶滤机的洗涤速率和洗涤时间——置换洗涤洗涤速率恒定滤饼厚度不变(2)板框压滤机的洗涤速度和洗涤时间——横穿洗涤洗涤时间3.最佳操作周期在一个操作周期中一般固定F，V，但上升幅度，Q可能F，V，且下降幅度，Q可能存在一个最优的过滤时间，使Q最大。可以证明：如忽略过滤介质阻力，则当F+W=R时，Q可达最大。二、连续过滤机的计算1.操作周期与过滤时间间歇过滤机：部分时间，全部面积—过滤连续过滤机：部分面积，全部时间—过滤转筒过滤机，每秒n周，则C=1/n—每圈用时转筒表面浸入分数：一个周期中全部面积经历过滤时间部分面积，全部时间—全部面积，部分时间CA2.生产能力当滤布阻力可以忽略Q~A，，n说明，过滤面积，其他面积，操作不便n，F，L，难以卸渣，功率消耗例题3-2在试验装置中过滤钛白的水悬浮液，过滤压力为3kgf/cm2（表压），求得过滤常数如下：K=510-5m2/s，qe=0.01m3/m2。又测出滤渣体积与滤液体积之比c=0.08m3/m3。现要用工业压滤机过滤同样的料液，过滤压力及所用滤布亦与实验时相同。压滤机型号为BMY33/810-45。这一型号设备滤框空处长与宽均为810mm，厚度为45mm，共有26个框，过滤面积为33㎡，框内总容量为0.760m3。试计算：（1）过滤进行到框内全部充满滤渣所需要过滤时间；（2）过滤后用相当于滤液量1/10的水进行横穿洗涤，求洗涤时间；（3）洗涤后卸渣、清理、装合等共需要40分钟，求每台压滤机的生产能力，分别以每小时平均可得多少滤渣计。3.3离心分离简介旋风(液)分离器利用混合物中不同成分所受离心力Fr不同——Fr源自物料以切线方向进入设备离心机——Fr源自设备本身旋转高速旋转的转鼓转鼓直径、转速，则Fr，分离效果返回离心机的分离因数KC其产生的离心加速度与重力加速度之比常速（KC<3000）高速（3000<KC<50000）超速（KC>500000）（1）过滤式离心机（2）沉降式离心机（3）分离式离心机