机械分离
机械分离法
结合水分；
再用加热干燥法除去残留的部分水分(包
括非结合水分和结合水分)。
二、干燥方法分类：
传导干燥
对流干燥 辐射干燥 介电加热干燥
化工生产中最常用的是对流干燥
传导干燥
热能通过传热壁面以传导方式传给物料，产生的湿 分蒸气被气相（又称干燥介质）带走，或用真空泵 排走。例如纸制品可以铺在热滚筒上进行干燥。
干燥方法分类：
传导干燥
对流干燥 辐射干燥 介电加热干燥
化工生产中最常用的是对流干燥
对流干燥
热能以对流方式加入物料，产生的蒸气被干燥介质所带走。
干燥方法分类：
传导干燥
对流干燥 辐射干燥 介电加热干燥
化工生产中最常用的是对流干燥
辐射干燥
由辐射器产生的辐射能以电磁波形 式达到物料表面，为物料所吸收而重新 变为热能，从而使湿分汽化。例如用红 外线干燥法将自行车表面油漆干燥。
传热过程
传质过程
干燥过程推动力：
传质过程
传质推动力：物料表面水分压P表水 > 热空气中的水分压P空水 传热推动力：热空气的温度t空气 >物料表面的温度t物表
1、干燥介质： 用来传递热量（载热体）和湿分（载湿 体）的物料。
2、条件： 物料表面的湿份分压pi高于气流主体，湿份蒸汽 在此分压差的作用下由物料表面向气流主体扩散， 并被气流带走 。
常见的(除湿)干燥方法:
机械分离法
吸附脱水法 干燥法
吸附脱水法：
是利用吸湿剂除去气体、液体和固体物
料中少量的水分。
由于吸湿剂的除湿能力有限，仅用于除
去物料中的微量水分，
在生产中应用较少。
常见的(除湿)干燥方法:
机械分离法
机械分离过程
分离工程
絮凝过程及机理 高 分 絮 凝
子
架 桥 作 用
过
程 模 型
分离工程
絮凝剂的种类和性质
絮凝剂为有一定线性长度的高分子有机聚合物。 种类很多，按来源可分为天然的和人工合成的两大 类。 天然高分子絮凝剂主要有：淀粉、丹宁、纤维
素、动物胶和白明胶等，可经过化学改性适应不同
的需要。 一般说来，天然高分子絮凝剂价格低廉但分子 量较低和不稳定，用量大，使用时效果不佳。 大多数工业应用中，使用人工合成的高分子絮
分离工程 非均相混合物中颗粒的实际沉降过程
沉降实验
分离工程
影响沉降分离的因素 重力沉降分离的依据是分散相和连续相之 间的密度差，其分离效果与分离相颗粒的大小、 形状、浓度、连续相的粘度、凝聚剂和絮凝剂 种类及用量、沉降面积以及物料在沉降槽中的 停留时间等因素有关。
分离工程
分离工程
重力沉降设备 重力沉降设备称为沉降槽、浓缩机、澄清 器、隔油池等。分为间歇式和连续式两大类。 1905年道尔公司发明了第一台耙式浓缩机， 此后，重力沉降设备发展迅速。目前的发展方
分离工程
3.2絮凝
絮凝是通过高分子聚合物（即絮凝剂－通常为含有极性
官能团的聚合物）在分子上吸附多个微粒的架桥作用而使多 个微粒形成絮团。 絮凝剂在水溶液中具有伸展性、可挠性。伸展性是指具 有一定的伸展长度，可以在颗粒间架桥，将微粒桥联起来，
故最有效的絮凝剂为水溶性的高分子量聚合物；可挠性是指
絮凝具有一定的强度能经受一定程度的剪功而不破碎。 相对凝聚而言，絮凝产生的聚集物要大的多（有时凝聚 的絮团也能被絮凝）。絮凝体的特点是粒度粗、疏松、强度 较大，但破碎后一般不成团，即絮凝过程不可逆。
很多含碳物质及金属细粉与空气形成爆炸物，必须除去这 些物质以消除爆炸的隐患。
机械分离
机械分离通常用等体积当量直径作为颗粒的当量直径体积相同的各种形状的颗粒，球形颗粒的表面积（比表面积）最小，与球形差别愈大，颗粒的表面积愈大。
因此，可用球形度的大小来表示颗粒的形状，对于球体，球形度为1；颗粒与球体的差别愈大，球形度愈小。
形状不规则颗粒可通过颗粒的当量直径和颗粒形状系数来表征。
安息角：将粉尘自然地堆放在水平面上，堆积成圆锥体的锥底角称为粉尘安息角。
安息角也称休止角、堆积角，PTA一般为35°-55°。
将粉尘置于光滑的平板上，使此平板倾斜到粉尘开始滑动时的角度，为粉尘滑动角，一般为30°-40°（PTA 为30°~ 35°）。
粉尘安息角和滑动角是评价粉尘流动特性的一个重要指标。
它们与粉尘粒径、含水率、尘粒形状、尘粒表面光滑程度、粉尘粘附性等因素有关，是设计除尘器灰斗或料仓锥度、除尘管道或输灰管道斜度的主要依据。
各向同性的床层有一个重要特点：床层横截面上可供流体通过的空隙面积（即自由截面）与床层截面之比在数字上等于空隙率。
粉尘密度有堆积密度和真密度之分。
自然堆积状态下单位体积粉尘的质量，称为粉尘堆积密度(或称容积密度)。
密实状态下单位体积粉尘的质量，称为粉尘真密度(或称尘粒密度)。
堆积密度是把粉尘或者粉料自由填充于某一容器中，在刚填充完成后所测得的单位体积质量。
物料的堆积密度可分为松散堆积密度和振实堆积密度。
其中，松散堆积密度包括颗粒内外孔隙及颗粒间空隙的松散颗粒堆积体的平均密度，用处于自然堆积状态的未经振实的颗粒物料的总质量除以堆积物料的总体积求得。
振实堆积密度不包括颗粒内外孔及颗粒间空隙，它是经振实后的颗粒堆积体的平均密度。
堆积密度的单位为：g/cm3 或kg/m3，可见，堆积密度越大的物质颗粒是越大的。
空隙率(ε)：单位体积中所含空隙体积公式：Vb：整体体积 Vp ：单一颗粒的体积Pp：物料单体一个颗粒的密度 Pb：物料堆积密度E = 空隙体积/整体体积范例：砂的粒子密度为2.6×10３Kg/m３，但2.6×10３Kg的砂堆积后的体积为2.0 m３，求空隙度？解：粉尘湿润性：粉尘粒子被水(或其它液体)湿润的难易程度称为粉尘湿润性。
机械分离的操作方法有几种
机械分离的操作方法有几种机械分离是指通过机械力的作用将混合物中的不同组分分离开来，广泛应用于各个领域，如化工、制药、食品等。
机械分离的操作方法主要有离心分离、过滤、沉淀、蒸发、脱水、干燥等。
离心分离是机械分离中常用的方法之一。
离心分离利用离心力将混合物中的不同组分分离开来。
该方法适用于具有不同密度的组分，如固体颗粒与液体的分离、液体与液体之间的分离等。
离心分离通过将混合物置于高速旋转的离心机中，利用离心力将固体颗粒或液体从混合物中分离出来。
在离心过程中，固体颗粒和液体会按照密度的不同，在离心机的离心管中分层，达到分离的目的。
过滤是机械分离中常用的方法之一。
过滤利用过滤介质将混合物中的固体颗粒分离出来，使液体通过而过滤介质则将固体留在过滤介质上。
过滤通常用于分离固液混合物，如悬浊液、浆料等。
过滤器是过滤操作中常用的设备，过滤器可以根据不同的过滤介质和操作条件进行选择。
常见的过滤器有压力过滤器、真空过滤器、筛分过滤器等。
过滤操作可以用于固液分离、固气分离、液体之间的分离等。
沉淀是机械分离中常用的方法之一。
沉淀是指将固体颗粒或浮游物沉降到液体底部形成沉淀物的过程。
沉淀方法通常适用于混合物中的悬浮液或悬浮颗粒的分离。
常见的沉淀方法有自然沉淀、浓缩沉淀、沉淀剂法等。
自然沉淀是指将混合物静置一段时间，使固体颗粒在重力的作用下沉降到液体底部。
浓缩沉淀是通过加入沉淀剂，使混合物中的固体颗粒与沉淀剂结合，从而加速沉淀速度。
沉淀剂常用的有氢氧化钙、硫酸铝、硫化氢等。
蒸发是机械分离中常用的方法之一。
蒸发是指将液体沸腾转化为气体，达到分离目的的过程。
蒸发适用于分离混合物中不同的液态组分。
操作时，将混合物加热至其中某个组分的沸点以上，使其蒸发为气体，然后通过冷凝器将气体转化为液体。
常见的蒸发方式有自发蒸发、真空蒸发、蒸发结晶等。
自发蒸发是指将混合液料放置在通风良好的容器中，通过自然蒸发实现分离。
真空蒸发是指在低压条件下进行蒸发操作，可以降低液体的沸点，提高蒸发速率。
分离过程知识点整理
1.分离过程可分为机械分离和传质分离两大类。
机械分离过程的分离对象是由两相以上所组成的混合物。
其目的只是简单地将各相加以分离。
2.传质分离过程用于各种均相混合物的分离3.平衡分离过程是借助分离媒介使均相混合物系统变成两相系统，分离媒介可以是能量媒介（ESA）或物质媒介(MSA)有时也可两种同时使用4.速率分离过程是在某种推动力的作用下，有时在选择性透过膜的配合下，利用各组分扩散速率的差异实现组分的分离。
5.设计者只能规定其中若干个变量的数值，这些变量称为设计变量。
6.设计的第一步还不是选择变量的具体数值，而是要知道设计者所需要给定数值的变量数目。
如果Nv是描述系统的独立变量数，Nc是这些变量之间的约束关系数那么设计变量数Ni应为Ni=Nv – Nc7.约束关系式包括：物料平衡式、能量平衡式、相平衡关系式、化学平衡关系式、内在关系式。
8.引入逸度概念后，相平衡条件演变为“各相的温度、压力相同，各项组分的逸度也相等9.工程计算中常用相平衡常数来表示相平衡关系，相平衡常数Ki定义为Ki=yi/xi10.闪蒸是连续单机蒸馏过程11.有设计者指定浓度或提出要求的那两个组分，实际上也就决定了其他组分的浓度。
故通常把指定的这两个组分成为关键组分。
并将这两个中相对易挥发的那一个称为请关键组分（LK）不易挥发的那一个称为重关键组分（HK）12.若馏出液中除了重关键组分外没有其他组分，而釜液中除了轻关键组分外没有其他组分，这种情况称为清晰分割。
13.在化工生产过程中常常会遇到欲分离组分之间的相对挥发度接近于1或形成共沸物的系统。
如向这种溶液中加入一个新的组分，通过它对原溶液中各组分的不同作用，改变它们之间的相对挥发度，系统变得易于分离，这种既加入能量分离剂又加入质量分离剂的特殊精馏也称为增强精馏。
14.如果所加入的新组分和被分离系统中的一个或几个组分形成最低共沸物从塔顶蒸出，这种特殊精馏被称为共沸精馏，加入的新组分叫做共沸剂。
化工原理上册 第3章 流体相对颗粒(床层)的流动及机械分离
τm
AP
(a)
(b)
(c)
图3-5 物体的不同形状和位向对曳力的影响 （a）-平板平行于流向；（b）-平板垂直于流向；（c）-流线型物体
水平方向，颗粒所受曳力：
颗粒微元： dFD p cosdA w sindA
总曳力：FD p cosdA w sindA
A
A
Pcosa dA PdA
τwdA
aB
A VB
V
A a(1 ) (1 )
aB a
3.3 流体和颗粒的相对运动
流体和颗粒相对运动的情况：
① 颗粒静止，流体绕过颗粒流动； ② 流体静止，颗粒流动； ③ 颗粒和流体都运动，维持一定相对速度。
3.3.1 流体绕过颗粒的流动
(1) 曳力 阻力：颗粒对流体的作用力 曳力：流体对颗粒的作用力
② 非球形颗粒的曳力系数 计算方法： ◇ 近似用球形颗粒公式，ds→da 或 dv ◇ 实测ξ-Rep 关系（书P168 图3.3.2）
3.3.2 颗粒在流体中的流动
(1) 颗粒在力场中的受力分析
Fb
① 质量力 Fe mae Vs sae
②
浮力
Fb
m
s
ae
Vs ae
③
曳力
FD
AP
1 2
u 2
1
)3
( 6dV2 / a )1/3 ( 6dV2 )1/3
a
因此， dV
6
a
2）等比表面积当量直径 da 指：与非球形颗粒比表面积相等的球形颗粒的直径
a
as
d
2 s
6
d
3 s
6/ ds
da
因此，da 6 / a
第六章机械分离萃取与浸出设备
过滤过程的机理
滤饼过滤(表面过滤)：过滤介质为织物、 多孔材料或膜等，孔径可大于最小颗粒 的粒径。过滤初期，部分小颗粒可以进 入或穿过介质的小孔，后因颗粒的架桥 作用使介质的孔径缩小形成有效的阻挡。
被截留在介质表面的颗粒形成滤渣层（滤饼），透过滤饼层的 则是被净化了的滤液。 随着滤饼的形成，真正起过滤介质作用的是滤饼，而非过滤介 质本身，故称作滤饼过滤。 滤饼过滤主要用于含固量较大（>1%）的场合。
转筒真空过滤机
过滤操作：转筒旋转一周，每一个扇形过滤室依次完成真空 过滤、洗涤、脱水、吸干滤饼和压缩空气吹松、刮刀卸料、 反吹清洗表面等全部操作，相应分为过滤区、洗涤脱水区、 卸料区和表面再生区等几个不同的工作区域。
转筒转速多在0.1～3 r/min，浸入悬浮液中的吸滤面积约占总 表面的30～40%。滤加压送入或借真空泵进 行抽吸，滤液穿过滤布进入丝网构成的 中空部分并汇集于下部总管流出，颗粒 则沉积在滤布上形成滤饼，当滤饼达到 一定厚度时停止过滤。视悬浮液的性质 和操作压强的大小，滤饼厚度通常在 5~35mm之间。
滤浆
3
1
滤液 2
淤泥
过滤结束后，根据要求可通入洗涤液对滤饼进行洗涤，洗涤 液的行程和流通面积与过滤终了时滤液的行程和流通面积相 同，在洗涤液与滤液的性质接近的情况下，洗涤速率约为过 滤终了时速率。可用振动或压缩空气及清水等反吹卸滤渣。
板框压滤机的操作压强一般在0.3~1.0Mpa之间。 优点：结构简单紧凑，过滤面积大并可承受较高的压差。
缺点：间歇式操作，所费的装、折、清洗时间较长，劳动强 度大，生产效率较低。
板框式压滤机主要用于含固量较多的悬浮液过滤。
板框压滤机
XAZ /2000-UB系列
食品分离机械和设备
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卧式离心机
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卧式螺旋卸料沉降离心机
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卧式螺旋离心机旳使用
• 主要有脱水用卧式螺旋离心机和澄清用卧式螺旋 离心机。前者较后者转送低，螺经大，螺距大。
• 主要应用 • 应用于化工、来自工、食品和环境保护等行业，合• 按过滤介质旳性质可分为：粒状介质过滤机、滤布介质过滤机、 多孔陶瓷介质过滤机和半渗透膜介质过滤机等。
• 按操作措施可分为：间歇式过滤机和连续式过滤机等。
• 间歇式过滤机旳特点：其过滤、洗涤、干燥、卸料四个操作工
序在不同旳时间内在过滤机旳同一部位上依次进行。它旳构造简 朴，但生产能力较低，劳动强度较大。
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6
• 过滤介质是过滤机旳主要构成部分。过滤介质一般必 须具有下列条件：①多孔性，使滤液轻易经过，其孔 道旳大小应能使悬浮粒子得以截留；②化学稳定性， 如耐蚀性、耐热性等，③足够旳机械强度。
• 工业上常用旳过滤介质有三类：①粒状介质，如细
砂、石砾、炭等。②织状介质，如金属或非金属丝编 织旳网或布。③多孔性固体介质，如多孔陶瓷管等。
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离心过滤
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离心沉降
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离心分离
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• 二、离心机旳分类 • 1、按分离因数旳大小，可将离心机分为： • ⑴、常速离心机（f<3000）： 主要用于颗粒不大旳悬浊液和物
料旳脱水. • ⑵、高速离心机（3000<f<5000）：主要用于分离乳状液和细
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Fb
6
d p3
g
重力 Fg
Fd
Hale Waihona Puke CDd p 24
u 2
2
p为颗粒密度
根据牛顿第二定律，颗粒的重力沉降运动基本方程式应为:
Fg
Fb
FD
m
du dt
du
(p
)g
3CD
u2
dt
p
4d p p
上式表明：
➢ 随着颗粒向下沉降，u逐渐增大，du/dt 逐渐减少。 ➢ 当u增到一定数值ui时，du/dt=0。颗粒开始作匀速沉降运动。 颗粒的沉降过程分为两个阶段：
AP—— 颗粒在运动方向上的投影面积；
u—— 颗粒与流体相对运动速度。
CD—— 阻力系数，是雷诺数Re的函数，由实验确定。
曳力与雷诺数
图中曲线大致可分为三个区域，各区域的曲线可分别用不同 的计算式表示为：
➢层流区（斯托克斯Stokes区，10-4<ReP<1） CD 24 / Re P
➢过渡区（艾仑Sllen区，1<ReP<103）
非均相物系的分离方法：
由于非均相物的两相间的密度等物理特性差异较 大，因此常采用机械方法进行分离。按两相运动方式 的不同，机械分离大致分为沉降和过滤两种操作。
均相物系的分离：
通常先造成一个两相物系，再用机械分离的方法分 离，如蒸馏，萃取等。
自来水厂的主要流程
自来水厂水的净化分三步， 第一步是絮凝过程，也可以叫反应过程。在流动中使水中的杂质颗粒絮凝长大； 第二步是沉降。沉降池是使大颗粒得以除去。 第三步是砂滤。砂滤池，进一步用900mm厚砂层，将小颗粒杂质滤去。
第一节 概述
自然界的混合物分为两大类：
均相物系(honogeneous system): 均相混合物。物系内
部各处均匀且无相界面。如溶液和混合气体都是均相物系。
非均相物系(non-honogeneous system): 非均相混合物。
物系内部有隔开不同相的界面存在，且界面两侧的物料性质有 显著差异。如：悬浮液、乳浊液、泡沫液属于液态非均相物系， 含尘气体、含雾气体属于气态非均相物系。
1.005×10-3 Pas
先设为层流区。
u 9.797 10 m / s d p2 ( p ) g (98106 )(3000998.2)9.81
3
t
18
181.005103
计算Re，核算流型：
Re P
d put
95106 9.797103 998.2 1.005103
0.9244
1
假设正确，计算有效。
影响沉降速度的因素(以层流区为例)
1) 颗粒直径dp:
u dp2(p )g
t
18
应用：
➢啤酒生产，采用絮状酵母，dp↑→ut↑↑，使啤酒易于分离和澄清。
➢均质乳化， dp↓→ut↓↓，使饮料不易分层。
球形颗粒的自由沉降
自由沉降（free settling）： 单个颗粒在流体中沉降，或
者颗粒群在流体中分散得较好而颗粒之间互不接触互不碰撞的 条件下沉降。
颗粒在流体中流动时沉降受力及形态
重力Fg； 浮力Fb； 曳力FD
Ret <1
沉降速度的推导：
Ret>500
阻力FD
Fg
6
d p3 p g
u
浮力 Fb
度比在气体中的小很多。
沉降速度的求法：
求沉降速度通常采用试差法。
① 假设流体流动类型； ② 计算沉降速度； ③ 计算ReP，验证与假设是否相符；
④ 如果不相符，则转①。如果相符，OK !
例：计算直径为95m，密度为3000kg/m3的固体颗粒
分别在20 ℃的空气和水中的自由沉降速度。
解：在20 ℃的水中： 20 ℃水的密度为998.2kg/m3，粘度为
u gd p2 ( p )
t
18
过渡区（1<ReP<500）
1
ut
4g
2(p 225
)2
3
d
p
湍流区（500<ReP<105）
ut 1.74
dp (p )g
➢ut与dp有关。dp愈大，ut则愈大。
➢层流区与过渡区中，ut还与流体粘度有关。
➢液体粘度约为气体粘度的50倍，故颗粒在液体中的沉降速
非均相物系由分散相和连续相组成
分散相： 分散物质。在非均相物系中，处于分散 状态的物质。
连续相： 分散介质。包围着分散物质而处于连续 状态的流体。
非均相物系的分离原理：
根据两相物理性质(如密度等)的不同而进行的分离。
非均相物系分离的理论基础：
要实现分离，必须使分散相和连续相之间发生相 对运动。因此，非均相物系的分离操作遵循流体力学 的基本规律。
➢对于一定的颗粒和流体， 只要相对运动速度相同，流 体对颗粒的阻力就一样。
（一）曳力与曳力系数
流体绕球形颗粒的流动
u0 A
B
0
85
C
理想流体
A u0
0
B 140 C
实际流体
颗粒所受的阻力Fd可用下式计算
Fd
CD AP
u 2
2
CD
f (ReP )
f ( d pu )
ρ——流体密度； μ—— 流体粘度； dp——颗粒的当量直径；
CD
18
.5
/
Re
0.8 P
➢湍流区（牛顿Newton区，103<ReP<105） CD 0.44
注意：其中斯托克斯区的计算式是准确的，其它两个区域 的计算式是近似的。
（二）颗粒的自由沉降与沉降速度
重力沉降(gravity settling)：由地球引力作用而发 生的颗粒沉降过程，称为重力沉降。 沉降速度
沉降操作分类：重力沉降、离心沉降。
一、颗粒在流体中的运动
当流体相对于静止的固体颗粒流动时，或者固体颗粒在静止 流体中移动时，由于流体的粘性，两者之间会产生作用力，这
种作用力通常称为曳力（drag force)或阻力。
Fd
➢Fd与颗粒运动的方向相反
➢只要颗粒与流体之间有相
u
对运动，就会产生阻力。
图 流体绕过颗粒的流动
➢加速阶段； ➢匀速阶段。
沉降速度（terminal velocity） ：也称为终端速度，匀速阶段颗
粒相对于流体的运动速度。
当du/dt =0时，令u= ut，则可得沉降速度计算式
ut
4d p ( p )g 3CD
将不同流动区域的阻力系数分别代入上式，得球形颗粒在各
区相应的沉降速度分别为： 层流区（ReP<1）
广州水厂全貌
图中兰色粗管是来自珠江的原料水，条形池子是絮凝池，左侧池是 沉降池。
水厂沉降池
这是沉降池。图为絮凝之后的水，是从沉降池底部流入，到池子 上部水已很清了。
第一节 流体与粒子的相对运动
定义： 在某种力场的作用下，利用分散物质与分散介质的
密度差异，使之发生相对运动而分离的单元操作。
沉降力场：重力、离心力。