化工原理第三章 非均相系分离.ppt

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1、第三章第三章 非均相系的分离非均相系的分离混合物混合物 均相混合物均相混合物 非均相混合物非均相混合物 物系内部各处物料性质均匀而且不物系内部各处物料性质均匀而且不存在相界面的混合物。存在相界面的混合物。例如：互溶溶液及混合气体例如：互溶溶液及混合气体 物系内部有隔开两相的界面存在且物系内部有隔开两相的界面存在且界面两侧的物料性质截然不同的混界面两侧的物料性质截然不同的混合物。合物。例如例如气气-固混合（固混合（含尘气体）含尘气体）固固-液混合（悬浮液）液混合（悬浮液） 液液-液混合（液混合（乳浊液）乳浊液） 气气-液混合（液混合（含雾气体）含雾气体）一、概述一、概述固固-固混合固混合（固体颗

2、粒间以气体分隔）（固体颗粒间以气体分隔）分离分离机械机械分离分离 沉降沉降 过滤过滤 不同的物理性质不同的物理性质 连续相与分散相连续相与分散相发生相对运动的方式发生相对运动的方式 分散相和连续相分散相和连续相 一、一、 沉降分离原理及设备沉降分离原理及设备一、固体颗粒相对于流体的运动 颗粒的特性颗粒的大小和形状球形颗粒球形颗粒 非非球形颗粒球形颗粒 dVS62dS36peVdSVada66psSS36dV球形度当量直径二、阻力系数绕流，形成边界层颗粒与流体的相对运动阻力（曳力）Fd：当流体与颗粒发生相对运动时，流体粘性会对颗粒产 生一个阻碍其相对运动的力。ss,Re,duff22uAFdA：

3、颗粒在垂直于运动方向上的投影面积u：颗粒与流体的相对速度：流体密度 ：曳力系数，无因次系数，量纲为一关于颗粒的曳力系数，P134图3-2，重点讨论球形颗粒Ref对于球形颗粒的曲线，按对于球形颗粒的曲线，按Ret值大致分为三个区：值大致分为三个区： Re24斯托克斯公式斯托克斯公式a) 滞流区或托斯克斯滞流区或托斯克斯(stokes)定律区（定律区（10 4Ret2）Re10b) 过渡区或艾伦定律区（过渡区或艾伦定律区（Allen）（）（2Ret500） 44.0 c) 湍流区或牛顿定律区（湍流区或牛顿定律区（Nuton）（）（500Ret 2105） 艾伦公式艾伦公式 牛顿公式牛顿公式 其中斯

4、托克斯区的计算是准确的，其他两个区是近似。单个颗粒在流体中沉降，或颗粒群在流体中分散单个颗粒在流体中沉降，或颗粒群在流体中分散的较好而颗粒之间不接触、不碰撞，互不干扰的的较好而颗粒之间不接触、不碰撞，互不干扰的条件下沉降，称为自由沉降。条件下沉降，称为自由沉降。一、球形颗粒的自由沉降一、球形颗粒的自由沉降球体表面刚性光滑球体表面刚性光滑流体静止流体静止颗粒密度大于流体密度颗粒密度大于流体密度第二节第二节 重力沉降重力沉降设颗粒的密度为设颗粒的密度为s，直径为直径为d，流体的密度为流体的密度为， 重力重力 gdFsg36浮力浮力 gdFb36而阻力随着颗粒与流体间的相对运动速度而变，可而阻力随着

5、颗粒与流体间的相对运动速度而变，可仿照流体流动阻力的计算式写为仿照流体流动阻力的计算式写为 ：242222uduAFdmaFFFdbg根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律 ：ddududgdgdss3223362466(a)颗粒开始沉降的瞬间，速度颗粒开始沉降的瞬间，速度u=0，因此阻力因此阻力Fd=0，amax 颗粒开始沉降后，颗粒开始沉降后，u Fd ；u ut 时，时，a=0 ，颗粒开始匀速运动颗粒开始匀速运动等速阶段中颗粒相对与流体的运动速度等速阶段中颗粒相对与流体的运动速度ut 称为沉降速度。称为沉降速度。当当a=0时，时，u=ut，代入（代入（a）式式024662233tsudgdgd

6、 3)(4stdgu沉降速度表达式沉降速度表达式2sss43-udgddu(b)对于球形颗粒，根据曳力曲线按雷诺数值大致分成三个区：对于球形颗粒，根据曳力曲线按雷诺数值大致分成三个区： Re24182stdua) 滞流区或托斯克斯滞流区或托斯克斯(stokes)定律区（定律区（10 4Ret2）b) 过渡区或艾伦定律区（过渡区或艾伦定律区（Allen）（）（2Ret500） Re10dgust322225)(4 c) 湍流区或牛顿定律区（湍流区或牛顿定律区（Nuton）（）（500Ret 2105） 44.0gdust74. 13、影响沉降速度的因素、影响沉降速度的因素 1）颗粒的体积浓度）颗

7、粒的体积浓度 在前面介绍的各种沉降速度关系式中，当颗粒的体积浓在前面介绍的各种沉降速度关系式中，当颗粒的体积浓度小于度小于0.2%时，理论计算值的偏差在时，理论计算值的偏差在1%以内，但当以内，但当颗粒颗粒浓度较高浓度较高时，由于颗粒间相互作用明显，便时，由于颗粒间相互作用明显，便发生干扰沉降发生干扰沉降，自由沉降的公式不再适用。，自由沉降的公式不再适用。2）器壁效应）器壁效应 当器壁尺寸远远大于颗粒尺寸时，（例如在当器壁尺寸远远大于颗粒尺寸时，（例如在100倍以上）倍以上）容器效应可忽略，否则需加以考虑。容器效应可忽略，否则需加以考虑。 Dduutt1 . 213）颗粒形状的影响）颗粒形状的

8、影响 psSS球形度球形度对于球形颗粒，对于球形颗粒，s=1，颗粒形状与球形的差异愈大，球形颗粒形状与球形的差异愈大，球形度度s值愈低。值愈低。对于非球形颗粒，雷诺准数对于非球形颗粒，雷诺准数Ret中的直径要用当量直径中的直径要用当量直径de代代替替 。peVd3636PeVd4）颗粒尺寸的影响）颗粒尺寸的影响 当颗粒非常细，当颗粒非常细，d510-7m时，沉降公式不适用，此时布朗时，沉降公式不适用，此时布朗运动不能忽略。运动不能忽略。颗粒的颗粒的球形度愈小球形度愈小，对应于同一，对应于同一Ret值的值的阻力系数阻力系数愈大愈大但但s值对值对的影响在滞流区并不显著，随着的影响在滞流区并不显著，

9、随着Ret的增大，这种的增大，这种影响变大。影响变大。4、沉降速度的计算、沉降速度的计算 假设沉降属于层流区假设沉降属于层流区 方法：方法：182stduut dutReRet Ret1 ut为所求为所求Ret1 艾伦公式艾伦公式求求ut判断判断公式适公式适用用为止为止 2) 摩擦数群法摩擦数群法 （自己课下看）（自己课下看）utsRe,fduRe1）试差法）试差法 例：例：试计算直径为试计算直径为80m，密度为密度为1995kg/m3的固体颗粒分别的固体颗粒分别在在20的空气和水中的自由沉降速度。的空气和水中的自由沉降速度。 182gdust 附录查得，附录查得，20时水的密度为时水的密度为

10、998.2kg/m3,=1.00510-3Pa.s解：解：1）在）在20水中的沉降。水中的沉降。用试差法计算用试差法计算先假设颗粒在滞流区内沉降先假设颗粒在滞流区内沉降 ，32610005. 11881. 92 .99819951080tusm/1048. 33核算流型核算流型 ttduRe33610005. 12 .9981048. 310802779. 012） 20的空气中的沉降速度的空气中的沉降速度20空气：空气：=205 kg/m3，=8110-5 Pa.s原假设滞流区正确，求得的沉降速度有效。原假设滞流区正确，求得的沉降速度有效。先假设颗粒在滞流区内沉降先假设颗粒在滞流区内沉降 ，

11、385. 0182gdust核算流型核算流型 105. 21081. 12 .998385. 0108056ttduRe滞留区不正确滞留区不正确 ，再假设过渡区，再假设过渡区6 . 06 . 0)(269. 0Re269. 0tsstdugdtgdu14. 14454. 07 . 0tu2 . 18 . 92 . 11995108)1081. 12 . 1108(269. 053 . 055ttuu1026. 2tetduR流体在过渡区沉降正确，3804. 0tu3804. 0tu二 重力沉降分离设备1降尘室 q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停留时间沉降时间ulttuH

12、t若则表明，该颗粒能在降尘室中除去。则表明，该颗粒能在降尘室中除去。ttuHttuHtuHul降尘室的生产能力降尘室的生产能力 降尘室的生产能力是指降尘室的生产能力是指降尘室所处理的含尘气体的体降尘室所处理的含尘气体的体积流量，积流量，用用q表示，表示，m3/s。uHBq HBqu tBluq 条件能使颗粒被分离出来的因此，能满足因此，能满足100%除去某粒度颗粒时的气体处理量除去某粒度颗粒时的气体处理量ttuBluqAtuHul带入带入 可见：降尘室生产能力与底面积、沉降速度有关，可见：降尘室生产能力与底面积、沉降速度有关，而与降尘室高度无关，因此降尘室要做成扁平的而与降尘室高度无关，因此降

13、尘室要做成扁平的ttuBluqAtlunB) 1(qn 层隔板的多层降尘室生产能力：层隔板的多层降尘室生产能力： 例：例：拟采用降尘室除去拟采用降尘室除去20oC空气中所含的球形尘粒。空空气中所含的球形尘粒。空气的流量为气的流量为1m3 /s，降尘室的底面积为，降尘室的底面积为10m2，宽和高均为，宽和高均为2m，已知固体密度已知固体密度S=1800kg/m3，试求：，试求：1理论上能完全分离下来的最小颗粒尺寸理论上能完全分离下来的最小颗粒尺寸；2在原降尘室内设置在原降尘室内设置20层水平隔板后，可分离的最小颗粒层水平隔板后，可分离的最小颗粒直径。直径。3）降尘室的计算）降尘室的计算 解：解：

14、 1）理论上能完全出去的最小颗粒尺寸）理论上能完全出去的最小颗粒尺寸 Blqutsm/1 . 0101用试差法由用试差法由ut求求dmin。假设沉降在斯托克斯区假设沉降在斯托克斯区 gudst18min8 . 91.205-18001 . 0101.81185m43104.35m核算沉降流型核算沉降流型 10.286101.811.2050.1104.3Re55ttdu原假设正确原假设正确2）加了）加了20层隔板后层隔板后18Bl1nBlu1nq2tgds）（）（颗粒已经核算为做层流运动颗粒已经核算为做层流运动5-2min101.81189.81.205-1800101201d）（mmd9.4

15、109.4-6min在原降尘室内设置在原降尘室内设置20层水平隔板后，可分离的最小颗粒层水平隔板后，可分离的最小颗粒直径为直径为m9.4降尘室降尘室结构简单，但设备庞大、效率低，结构简单，但设备庞大、效率低，只适用于分离粗颗粒只适用于分离粗颗粒-直径直径7575 m m以上的颗粒以上的颗粒，或作为预分离设备。，或作为预分离设备。注意：降尘室内气体流速不应过高，以免将已沉注意：降尘室内气体流速不应过高，以免将已沉降下来的颗粒重新扬起。根据经验，多数灰尘的降下来的颗粒重新扬起。根据经验，多数灰尘的分离，可取分离，可取u3m/su3m/s，较易扬起灰尘的，可取，较易扬起灰尘的，可取u1.5m/su1

16、5m/s。 加料加料清液溢流清液溢流水平水平清液清液挡板挡板 耙耙 稠浆稠浆 连续式沉降槽2. 2. 增稠器（沉降槽）增稠器（沉降槽）离心沉降：离心沉降： 依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程 适于分离两相密度差较小，颗粒粒度较细的非适于分离两相密度差较小，颗粒粒度较细的非均相物系。均相物系。 惯性离心力场与重力场的区别惯性离心力场与重力场的区别 重力场重力场离心力场离心力场力场强度力场强度重力加速度重力加速度guT2/R （可变）（可变）方向方向指向地心指向地心 沿旋转半径从中心指向外周沿旋转半径从中心指向外周 Fg=mg RumFTC2作用力作用力 第

17、三节第三节 离心沉降离心沉降RumFTC21、离心沉降速度、离心沉降速度ur惯性离心力惯性离心力=RudTs236向心力向心力=RudT236阻力阻力= 2422rud三力达到平衡，则：三力达到平衡，则：RudTs236RudT23602422rud 平衡时颗粒在径向上相对于流体的运动速度平衡时颗粒在径向上相对于流体的运动速度ur便是此位置便是此位置上的上的离心沉降速度离心沉降速度。RuduTsr3 42表达式表达式：重力沉降速度公式中的：重力沉降速度公式中的重力加速度改为离心加速度重力加速度改为离心加速度数值：数值：重力沉降速度基本上为重力沉降速度基本上为定值定值 离心沉降速度为离心沉降速度

18、为绝对速度在径向上的分量，绝对速度在径向上的分量，随颗粒在随颗粒在 离心力场中的离心力场中的位置而变位置而变。 182gdust离心沉降速度与重力沉降速度的比较离心沉降速度与重力沉降速度的比较阻力系数阻力系数 ：层流时：层流时tRe24RuduTsr2218 同一颗粒在同一种介质中的离心沉降速度与重力沉降速同一颗粒在同一种介质中的离心沉降速度与重力沉降速度的比值为度的比值为 ：cTtrKgRuuu2 比值比值 K Kc c 就是粒子所在位置上的惯性离心力场强度与重力就是粒子所在位置上的惯性离心力场强度与重力场强度之比称为场强度之比称为离心分离因数离心分离因数。 例如；当旋转半径例如；当旋转半径

19、 R R = 0.4m= 0.4m，切向速度切向速度u uT T = 20m/s= 20m/s时，时，求分离因数。求分离因数。1022gRuKTc 一般离心设备一般离心设备 K Kc c 在在 5 52500 2500 之间，高速离心机之间，高速离心机 Kc 可可达几万数十万。达几万数十万。2 2 旋风分离器的工作原理旋风分离器的工作原理旋风分离器旋风分离器旋液分离器、离心机旋液分离器、离心机气固非均相混合物液固非均相混合物标准旋风分离器标准旋风分离器h = D/2 B = D/4 D1 = D/2 H1 = 2D H2 = 2D S = D/8 D2 = D/4 8.0 旋风分离器性能的主要

20、操作参数为旋风分离器性能的主要操作参数为临界粒径，临界粒径，气体通过旋风分离器的压强降。气体通过旋风分离器的压强降。3 3 旋风分离器的性能旋风分离器的性能1）临界粒径）临界粒径 判断旋风分离器判断旋风分离器分离效率高低的重要依据是临界粒径。分离效率高低的重要依据是临界粒径。临界粒径临界粒径 ：理论上在旋风分离器中能完全分离下来的最小理论上在旋风分离器中能完全分离下来的最小颗粒直径。颗粒直径。 临界粒径的计算式临界粒径的计算式 a) 进入旋风分离器的气流严格按照螺旋形路线作等速运进入旋风分离器的气流严格按照螺旋形路线作等速运动，且切线速度恒定，等于进口气速动，且切线速度恒定，等于进口气速uT=

21、ui； RuduTsr2218b) 颗粒沉降过程中所穿过的气流厚度为进气口宽度颗粒沉降过程中所穿过的气流厚度为进气口宽度Bc) 颗粒在滞流情况下做自由沉降，径向速度可用下试颗粒在滞流情况下做自由沉降，径向速度可用下试表示表示iscunbd3经推导经推导:临界粒径的表达式临界粒径的表达式 n数值一般取数值一般取0.5-3.0，标准旋风分离器的，标准旋风分离器的n为为5. 2) 压强降压强降气体通过旋风分离器时，由于进气管、排气管及主体器壁气体通过旋风分离器时，由于进气管、排气管及主体器壁所引起的摩擦阻力，气体流动时的局部阻力以及气体旋转所引起的摩擦阻力，气体流动时的局部阻力以及气体旋转所产生的动

22、能损失造成了气体的压强降，所产生的动能损失造成了气体的压强降， 为阻力系数 22iup 对型式不同或尺寸比例不同的设备对型式不同或尺寸比例不同的设备的值也不同，要通过实的值也不同，要通过实验测定，对于标准旋风分离器验测定，对于标准旋风分离器=8.0。旋风分离器的压降一般在旋风分离器的压降一般在12kPa内。内。 HLdDbh230 过滤操作所处理的悬浮液称为过滤操作所处理的悬浮液称为滤浆或料浆滤浆或料浆 所用的多孔性介质称为所用的多孔性介质称为过滤介质过滤介质 通过过滤介质的液体称为通过过滤介质的液体称为滤液滤液 被截留下来的颗粒层称为被截留下来的颗粒层称为滤饼或滤渣滤饼或滤渣 悬浮液(滤浆)

23、滤饼过滤介质滤液过滤：过滤：以某种以某种多孔物质多孔物质为介质，在为介质，在外力作用外力作用下，使悬浮液中的下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道液体通过介质的孔道，而使，而使固体颗粒被截留固体颗粒被截留在介质上，从而实在介质上，从而实现固、液分离的单元操作。现固、液分离的单元操作。第四节 过滤一、 过滤方式过滤操作分两类：过滤操作分两类： 固体颗粒呈饼层状沉积于过滤介质的上游一侧固体颗粒呈饼层状沉积于过滤介质的上游一侧。适于处理固体含量较高。适于处理固体含量较高( (固体体积分率在固体体积分率在1 1以上以上) )的悬浮液。的悬浮液。 真正发挥分离作用的是滤饼真正发挥分离作用的是滤饼层，而不是过

24、滤介质。层，而不是过滤介质。1.饼层过滤：饼层过滤： 固体颗粒的沉积发生在较厚的粒状过滤介质固体颗粒的沉积发生在较厚的粒状过滤介质床层内部。适于处理颗粒小、含量少床层内部。适于处理颗粒小、含量少( (固体体积固体体积分率在分率在0.10.1以下以下) )的悬浮液。的悬浮液。真正发挥作用的是过滤介质。真正发挥作用的是过滤介质。化工中所处理的悬浮液浓度往往较高。故本章只讨论饼层过滤。化工中所处理的悬浮液浓度往往较高。故本章只讨论饼层过滤。2.2.深床过滤：深床过滤：二、 过滤介质 过滤介质的作用是过滤介质的作用是使清液通过，截留使清液通过，截留和支承滤饼。对其要求是：和支承滤饼。对其要求是： 1.

25、 1.具有多孔性，孔道大小合适；具有多孔性，孔道大小合适； 2. 2.具有足够的机械强度和尽可能小的流具有足够的机械强度和尽可能小的流动阻力；动阻力； 3. 3.具有相应的耐腐蚀性、耐热性、抗老具有相应的耐腐蚀性、耐热性、抗老化性等。化性等。 (1)(1)织物介质织物介质( (滤布滤布) )：由棉、毛、丝、麻等天然纤：由棉、毛、丝、麻等天然纤维或尼纶、聚氯乙烯纤维等合成纤维及玻璃丝、金维或尼纶、聚氯乙烯纤维等合成纤维及玻璃丝、金属丝属丝( (CuCu、NiNi、不锈钢不锈钢) )等材料制成的网。被截留的等材料制成的网。被截留的最小颗粒直径最小颗粒直径5 56565mm，应用最广；应用最广； (

26、2)(2)粒状介质粒状介质( (粒状介质粒状介质) )：由细而硬的粒状物质：由细而硬的粒状物质( (砂、砂、木碳、硅藻土、石绵、纤维球、碎石等木碳、硅藻土、石绵、纤维球、碎石等) )堆积而成。堆积而成。用于深床过滤用于深床过滤; ; (3)(3)多孔固体介质：多孔陶瓷、多孔塑料等具有细多孔固体介质：多孔陶瓷、多孔塑料等具有细微孔道固体材料。被截留的最小颗粒直径微孔道固体材料。被截留的最小颗粒直径1 13 3mm，适于处理含量少、颗粒小的腐蚀性悬浮液或其它特适于处理含量少、颗粒小的腐蚀性悬浮液或其它特殊场合。殊场合。 工业上常用的过滤介质种类主要有：工业上常用的过滤介质种类主要有：三、 滤饼的压

27、缩性和助滤剂 由悬浮液中被截留下来的颗粒累积而成的床层，随过滤由悬浮液中被截留下来的颗粒累积而成的床层，随过滤进行而增厚，根据其变形情况分为：进行而增厚，根据其变形情况分为：不可压缩滤饼：不可压缩滤饼：当滤饼厚度增加或压强差增大时，颗粒的当滤饼厚度增加或压强差增大时，颗粒的形状和颗粒间的空隙不发生明显变化，故单位滤饼层厚度形状和颗粒间的空隙不发生明显变化，故单位滤饼层厚度的流体阻力基本恒定。的流体阻力基本恒定。常见的有硅藻土、碳酸钙。常见的有硅藻土、碳酸钙。可压缩滤饼：可压缩滤饼：当滤饼厚度增加或过滤压强差增大时，颗粒的当滤饼厚度增加或过滤压强差增大时，颗粒的形状和颗粒间空隙发生明显变化，单位

28、滤饼层厚度的流体阻形状和颗粒间空隙发生明显变化，单位滤饼层厚度的流体阻力不断增大。力不断增大。常见的有胶体物质，豆渣等。常见的有胶体物质，豆渣等。 滤饼的压缩性用压缩性指数滤饼的压缩性用压缩性指数s s衡量，其值在衡量，其值在0 01 1之间。通过实之间。通过实验测定。验测定。 S=0S=0：不可压缩滤饼，无压缩性不可压缩滤饼，无压缩性 S=0S=01 1：可压缩滤饼，可压缩滤饼，s s愈大，压缩性愈强愈大，压缩性愈强。预涂或预混的粒状物质称为助滤剂。对助滤剂的要求：预涂或预混的粒状物质称为助滤剂。对助滤剂的要求： 应是能形成多孔饼层的刚性颗粒应是能形成多孔饼层的刚性颗粒具有化学稳定性和不溶于

29、液相中具有化学稳定性和不溶于液相中过滤操作的压强差范围内，具有不可压缩性过滤操作的压强差范围内，具有不可压缩性 硅藻土：单细胞水生植物的沉积化石，经过干燥硅藻土：单细胞水生植物的沉积化石，经过干燥或焙烧，含或焙烧，含8585以上的以上的SiOSiO2 2； 珍珠岩：将一种玻璃状的火山岩熔融后倾入水中，珍珠岩：将一种玻璃状的火山岩熔融后倾入水中，得到中空的小球，再打碎而成；得到中空的小球，再打碎而成； 其它：炭粉、石绵粉、纸浆粉等。其它：炭粉、石绵粉、纸浆粉等。常用作助滤剂的物质有：常用作助滤剂的物质有：前提：以获得清洁液体为目的。前提：以获得清洁液体为目的。悬浮液 1kg湿滤渣（滤饼）密度c干

30、渣 密度p液体=滤液滤液密度，体积V悬浮液(滤浆)滤饼过滤介质滤液过滤速率过滤速度单位时间通过单位过滤面单位时间通过单位过滤面积的滤液体积积的滤液体积 定义ddV表达式四、过滤速率 单位时间获得的滤液体积称为单位时间获得的滤液体积称为过滤速率过滤速率 ddqAddVu阻力推动力AddVu反映过滤快慢的物理量有两个推动力：压力差，面积阻力滤液粘度LeL滤饼厚度+过滤介质当量滤饼厚度r比阻当时不可压缩滤饼时，当时不可压缩滤饼时，r r为常数为常数滤饼体积与相应的滤液体积比阻力推动力LeLrAPAddVu32215arLAV LeAVe eeqqrPVVrAddVddqpA不可压缩滤饼VeVrPAd

31、dV2VeVKAddV22)(2 eqqKddqrpK2滤饼常数滤饼常数)(2eVVrPAddV)(eqqrPddq 对于一定的滤浆而言，对于一定的滤浆而言，、r r、均为常数，均为常数，恒压过滤，恒压过滤，p为常数，令：为常数，令：dKA)V)d(VV(Vee22积分限：时间积分限：时间0 0，体积：体积： 0 0V V)V(VKAddVe22020ee)()(2dKAVVdVVV222KAVVVe 积分上式，并整理：积分上式，并整理：)(2)(e2e2VVKAVVrpAddV表明恒压过滤时滤液体积与过滤时间的关系为一抛物线。表明恒压过滤时滤液体积与过滤时间的关系为一抛物线。Kqqqe222

32、22KAVVVe同理：恒压过滤方程式恒压过滤方程式说明2、当过滤介质阻力可以忽略不计时，恒压过滤方、当过滤介质阻力可以忽略不计时，恒压过滤方程式简化为：程式简化为： V2=KA21、K为物料特性及压强差所决定的常数，为物料特性及压强差所决定的常数，称为滤称为滤饼常数饼常数，m2/s。 Ve反映过滤介质阻力大小的常数，反映过滤介质阻力大小的常数，称为介质常称为介质常数数，m3；总结：恒压过滤方程式以绝对滤液量为基准以相对滤液量为基准(V+Ve)2=KA2(e) V2+2VeV =KA2Ve2=KA2e(q+qe)2=K(e) q2+2qeq =Kqe2=Ke过滤介质阻力忽略V2=KA2q2=K例

33、例3-53-5： 拟在拟在9.819.81kPakPa的恒定压强差下过滤悬浮于水中直径为的恒定压强差下过滤悬浮于水中直径为0.10.1mmmm的球形颗粒物质，悬浮液中固相体积分率为的球形颗粒物质，悬浮液中固相体积分率为10%10%，水的粘度，水的粘度为为1 11010-3-3PasPas。过滤过程介质阻力不计，滤饼为不可压缩滤饼，过滤过程介质阻力不计，滤饼为不可压缩滤饼，其空隙率为其空隙率为60%60%，过滤机过滤面积为，过滤机过滤面积为1010m m2 2，计算：计算：(1)(1)得到得到1515m m3 3滤液滤液时需过滤时间；时需过滤时间；(2)(2)若将过滤时间延长一倍时，可得滤液共为

34、若干若将过滤时间延长一倍时，可得滤液共为若干? ?解：解： 333321032243223243m1m6 . 0m11mm/110333. 16 . 04 . 0)106(5)1 (a5rm/m106101 . 06d6a滤浆体积滤饼中水体积滤饼体积滤液：考虑恒压过滤而且过滤介质阻力不计；其过滤方程式为恒压过滤而且过滤介质阻力不计；其过滤方程式为V V2 2=KA=KA2 2，关键计算关键计算K K 水体积衡算a)1 (a5rrp2pk2K322s1p, u32322322223103333m2 .211020101042. 4KAVs10202)2(s510101042. 415KAV) 1

35、 (s/m1042. 4333. 010333. 11011081. 92rp2Km/m333. 0) 1 . 01 ()1 (6 . 01时当对水体积衡算： 例例3-3-6 6： 在在2020oC C，10kPa10kPa的恒定压强差下对固相体积分率的恒定压强差下对固相体积分率为为4%4%的某种悬浮液进行恒压过滤实验，悬浮液中固相直的某种悬浮液进行恒压过滤实验，悬浮液中固相直径为径为0.10.1mmmm的球形颗粒，液相为水，过滤时形成的滤饼中的球形颗粒，液相为水，过滤时形成的滤饼中固体体积分数为固体体积分数为50%50%，滤饼不可压缩，实验中过滤，滤饼不可压缩，实验中过滤20min20min

36、后得滤液后得滤液2m2m2 2/m/m3 3，试求实验条件下的恒压过滤方程。，试求实验条件下的恒压过滤方程。2rPKq2+2qeq =Ke 不可压缩滤饼 r=C32215ar5 . 0da6已知 ,Peq以1m3滤饼为基准，固相颗粒0.5m3,悬浮液体积=0.5/4%=12.5m3，滤液体积=12.5-1=11.5m3，五、过滤常数的测定五、过滤常数的测定1、恒压下、恒压下K、qe的测定的测定 实验原理：实验原理：Kqqqe22eqKqKq21 对于一定恒压下过滤的悬浮液，测出延续的时间及滤液的累计量q（按单位面积计）的数据，然后算出一系列的/q与q的对应值。由恒压过滤方程 Kqqqe22然后

37、在直角坐标纸上以/q为纵坐标，以q为横坐标进行标绘，可得到一斜率为1/K，截距为2qe/K的直线。000111q22q22q22qqqq01q11q0 . 1500 1000500 00 0025 0.05 0.075q斜 率1/K截距2qe/Kq 例例3-6: 在在2525下对每升水中含下对每升水中含2525g g某种颗粒的悬浮某种颗粒的悬浮液进行了三次恒压过滤试验，所得数据如下：液进行了三次恒压过滤试验，所得数据如下： 实验序号123压强差p105/Pa 0.4631.953.39单位面积滤液量q103/m3/m2 过滤时间/s 11.35 22.70 34.05 45.40 56.75

38、68.10 17.3 41.4 72.0 108.4 152.3 201.6 6.5 14.0 24.1 37.1 51.8 69.1 4.39.416.224.534.646.1 计算：各压强差下的过滤常数计算：各压强差下的过滤常数K K、q qe eq/q11.417.31.5222.741.41.8234.1722.1145.41082.3956.81522.6868.12022.96p=0.463105/Pa2qe/K=1.2457qe=22.1710203040506070801.21.41.61.82.02.22.42.62.83.0 /qq1/K=0.02526K=39.59四、

39、 过滤设备 一）板框过滤机一）板框过滤机 滤液和洗液通道：滤液和洗液通道：一系列的滤板、滤框一系列的滤板、滤框和洗板装合压紧后，和洗板装合压紧后，它们的右上圆孔形成它们的右上圆孔形成了滤浆通道，左上圆了滤浆通道，左上圆孔形成了洗水通道孔形成了洗水通道。滤浆滤浆 洗水洗水 滤板滤板 滤框滤框 洗板洗板 滤布滤布 滤板的作用有二：一是支撑滤布；二是滤液流出的通道。滤板的作用有二：一是支撑滤布；二是滤液流出的通道。滤框的作用：一是支撑滤滤框的作用：一是支撑滤布；二是滤浆的容纳区和布；二是滤浆的容纳区和滤饼的形成区。滤饼的形成区。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浮

40、悬浮液入液入口口滤液排出方式：滤液排出方式：n明流：滤液经每块过滤板底部侧管直接排出明流：滤液经每块过滤板底部侧管直接排出n暗流：各板流出的滤液汇集在总管后排出暗流：各板流出的滤液汇集在总管后排出n洗水路径为过滤终了时洗水路径为过滤终了时过滤路径的两倍，过滤路径的两倍，n洗涤面积为过滤面积的洗涤面积为过滤面积的一半。一半。 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CE4L00040.swf洗涤液流出洗涤液流出洗洗涤涤液液入入口口横穿洗涤法横穿洗涤法将板框拉开卸出滤饼。对板、框和滤布进行清理后，将板框拉开卸出滤饼。对板、框和滤布进行清理后，重新组装进行下一个循环。重新组装进行下一个循

41、环。 洗涤结束后，旋开压紧装置，洗涤结束后，旋开压紧装置，结构简单，价格低廉，占地面积小，过滤面积大。结构简单，价格低廉，占地面积小，过滤面积大。 可根据需要增减滤板的数量，调节过滤能力。可根据需要增减滤板的数量，调节过滤能力。 对物料的适应能力较强，由于操作压力较高，对物料的适应能力较强，由于操作压力较高，对颗粒细小而对颗粒细小而液体粘度较大的滤浆，也能液体粘度较大的滤浆，也能适用。适用。 间歇操作，生产能力低，卸渣清洗和组装阶段需用人力操作，间歇操作，生产能力低，卸渣清洗和组装阶段需用人力操作，劳动强度大，所以它只适用于小规模生产。劳动强度大，所以它只适用于小规模生产。板框压滤机的特点：板

42、框压滤机的特点： 常用板框式压滤机类型常用板框式压滤机类型通常有BMS、BAS、BMY、BAY类型B板框压滤机，M明流，A暗流，S手动压紧，Y液压压紧。BMS 40/635-25板框压滤机板框压滤机明流明流手动压紧手动压紧过滤面积过滤面积滤框规格滤框规格框厚度框厚度滤饼的洗涤洗涤速率：单位时间内消耗的洗水体积 m3/s。由于洗涤过程中滤饼厚度不增加，所以当洗水路径与滤液路径相同时，洗涤速率大致与过滤终了时的过滤速率的相关参数一致在板框压滤机中，洗水流径的长度为滤液流径长度的2倍，而洗水流径的面积却为滤液流径面积的一半，所以例：现用板框压滤机在恒压强差下过滤某种悬浮液，测得例：现用板框压滤机在恒

43、压强差下过滤某种悬浮液，测得的过滤方程式为的过滤方程式为q2+0.055q=510-5（q:m3/m2, :s）试求试求：1、欲在、欲在30min内获得内获得5m3的滤液，需要边框尺寸为的滤液，需要边框尺寸为635mm635mm25mm的滤框若干个？的滤框若干个？ 2、若滤液与滤饼体积之比为、若滤液与滤饼体积之比为0.04，该过滤机一个过滤，该过滤机一个过滤周期的过滤时间是多少？周期的过滤时间是多少？ 3、过滤至滤框充满滤饼后用、过滤至滤框充满滤饼后用0.2 m3/m2的洗水在相同的洗水在相同压力差下对滤饼进行横穿洗涤，假设洗水粘度和滤液粘度压力差下对滤饼进行横穿洗涤，假设洗水粘度和滤液粘度等

44、物性相同，求洗涤时间？等物性相同，求洗涤时间？例：用板框压滤机在恒压强差下过滤某种悬浮液，测得的例：用板框压滤机在恒压强差下过滤某种悬浮液，测得的过滤方程式为过滤方程式为v2+v=610-5A2（/s）试求：欲在试求：欲在30min内内获 得获 得 5 m3的 滤 液 ， 需 要 边 框 尺 寸 为的 滤 液 ， 需 要 边 框 尺 寸 为635mm635mm25mm的滤框若干个？的滤框若干个？1）转筒真空过滤机的结构）转筒真空过滤机的结构置换洗涤：置换洗涤：L Lw w= L= L属连续式属连续式构造：构造：一个操作循环：一个操作循环：特点特点：过滤、洗涤、吹松、刮渣过滤、洗涤、吹松、刮渣二

45、转筒真空过滤机(连续过滤机) 过滤区过滤区洗涤区洗涤区吹干区吹干区卸渣区卸渣区三、过滤机的生产能力1. 间歇过滤机操作周期 生产能力m3/h2. 连续过滤机（转筒真空过滤机） 浸没度：转筒表面浸入滤浆中的分数操作周期 每周期过滤时间 转筒每转一周所得滤液的体积为： eVeKAV)(2eeVenKA)60(2生产能力：生产能力： nVnnKAnVQee)60(606022当滤布阻力可以忽略不计时 nKAnQ60602hmKnA/ 4653其中： DLA D-转筒直径 L-转筒的长度转速n愈高，浸没度愈大，生产能力愈大。在一定真空度下用转筒真空过滤机过滤某种悬浮液，转筒真空过滤机的转简直径1 m

46、长2.5 m，转筒转速1r/min，转筒的浸没度0.35。现已测得操作条件下的过滤常数为K=810-4 m2/s，qe=0.01m3/m2。每得lm3滤液可得滤饼0.04 m3，试求：此过滤机的生产能力及滤饼的厚度； 解： 以转筒转一周为基准 =/n=(600.35/1)=21 s q2+0.02q=K=810-421=0.0168 解得 q=0.120 m3/m2过滤面积 A=DL=12.5=7.85 m2 所得滤液 V=qA=0.1207.85=0.942 m3 所以转筒真空过滤机的生产能力为 Q=60nV=6010.942 m3/h=56.52 m3/h 转筒转一周所得滤饼体积 Vc=cV=0.040.942=0.03768 m3 滤饼厚度 L=V/A=0.03768/7.85=0.0048m=4.8 mm