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化学工程基础 第三章 沉降与过滤 课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望提提 纲纲v3.1 概述概述v3.2 重力沉降重力沉降v3.3 离心沉降离心沉降v3.4 过滤过滤 3.1 概述概述3.1.1 化工中的非均相物系化工中的非均相物系(1)固体颗粒和流体组成非均相物系。固体颗粒和流体组成非均相物系。(2)例如：例如：含尘或含雾气体含尘或含雾气体:烟道气，沙尘暴，雾，霾烟道气，沙尘暴，雾，霾(3)悬浮液悬浮液：固体颗粒分散于液体中，因固体颗粒分散于液体中，因布朗运动布朗运动而不能很快而不能很快下下(4)沉，此时固体分散相与液体的混合物称悬浮液。沉，此时固体分散相与液体的混合物称悬浮液。(5)乳浊液乳浊液：一种液体很细的分散于另一种（或数种）与之互一种液体很细的分散于另一种（或数种）与之互不不(6)溶的液体中所形成的乳状液。溶的液体中所形成的乳状液。(油水混合物，油漆油水混合物，油漆)(7)泡沫液：泡沫液：泡沫泡沫(CO2)灭火器。灭火器。(8)其中：流体为连续相；其中：流体为连续相；(9)固体颗粒为分散相，或分散物质。固体颗粒为分散相，或分散物质。沙尘暴沙尘暴：由于强风将地面大量尘沙吹起，使空气相当混：由于强风将地面大量尘沙吹起，使空气相当混浊，水平能见度小于浊，水平能见度小于1.0km。浮尘浮尘：尘土、细沙均匀地浮游在空中，使水平能见度小：尘土、细沙均匀地浮游在空中，使水平能见度小于于10.0km。浮尘多为远处尘沙经上层气流传播而来，或。浮尘多为远处尘沙经上层气流传播而来，或为沙尘暴、扬沙出现后尚未下沉的细粒浮游空中而成。为沙尘暴、扬沙出现后尚未下沉的细粒浮游空中而成。霾霾：大量：大量极细微的干尘粒极细微的干尘粒等等均匀均匀地浮游在空中，使水平地浮游在空中，使水平能见度小于能见度小于10.0Km的空气普遍混浊现象。霾使远处光亮的空气普遍混浊现象。霾使远处光亮物体微带黄、红色，使黑暗物体微带蓝色。物体微带黄、红色，使黑暗物体微带蓝色。据中国气象局出版的最新版的地面记录观测规范说据中国气象局出版的最新版的地面记录观测规范说明，明，“霾霾”的特征或成因是大量极细微尘粒，均匀浮游的特征或成因是大量极细微尘粒，均匀浮游空中，使空气普遍浑浊。出现的天气条件是气团稳定，空中，使空气普遍浑浊。出现的天气条件是气团稳定，较干燥。霾在一天中的任何时候均可出现。较干燥。霾在一天中的任何时候均可出现。小知识小知识(2)非均相物系中，流体和固体颗粒间会产生非均相物系中，流体和固体颗粒间会产生相对运动相对运动 固固 流体流体，固体颗粒会在力的方向上与流体产生相，固体颗粒会在力的方向上与流体产生相对运动。对运动。3.1 概述概述(3)非均相物系的非均相物系的分离分离 沉降法沉降法：产生沉降：产生沉降(重力，离心力，惯性力重力，离心力，惯性力)过滤法过滤法：颗粒较大，不能穿过过滤介质：颗粒较大，不能穿过过滤介质 液体洗涤：喷淋含尘气体洗去固体颗粒液体洗涤：喷淋含尘气体洗去固体颗粒 电除尘：高压电场作用电除尘：高压电场作用重力沉降，离心沉降，过滤3.1 概述概述3.1.2 颗粒的沉降运动颗粒的沉降运动（1）流体对固体颗粒的绕流（2）固体颗粒做沉降运动颗粒静止颗粒静止流体流动流体流动产生作用力产生作用力3.1.2 颗粒的沉降运动颗粒的沉降运动3.1 概述概述流体静止流体静止颗粒运动颗粒运动产生作用力产生作用力 3.1 概述概述(3)曳力或阻力曳力或阻力 a.在流体和颗粒间的绕流和沉降运动中，一者在流体和颗粒间的绕流和沉降运动中，一者运动，由于流体粘性力作用，使另一者也会运动。运动，由于流体粘性力作用，使另一者也会运动。从而二者之间会保持一种相对运动速度。从而二者之间会保持一种相对运动速度。b.流体和颗粒间的作用力称作流体和颗粒间的作用力称作曳力或阻力曳力或阻力。c.对于一定的流体和颗粒，只要相对运动速度对于一定的流体和颗粒，只要相对运动速度相同，所产生的阻力相同。相同，所产生的阻力相同。3.1 概述概述（2）曳力系数因次分析颗粒所受阻力颗粒所受阻力Fd与其动能成正比，用下式表示：与其动能成正比，用下式表示：A-颗粒在运动方向的投影面积颗粒在运动方向的投影面积-曳力系数，无量纲曳力系数，无量纲u-流体与颗粒间相对运动速度；流体与颗粒间相对运动速度；-流体密度流体密度与流体的性质和流体相对于颗粒的运动状况有关：与流体的性质和流体相对于颗粒的运动状况有关：3.1 概述概述曳力系数Rep关系图3.1 概述概述层流区(Stokes区)斯托克斯（Stokes）定律区由由ReP化为四个区，各区域的化为四个区，各区域的与与ReP的关系如下：的关系如下：-可理论推出可理论推出3.1 概述概述过渡区(阿伦区 Allen区)湍流区(牛顿区)湍流边界层区 （Re02105）近似取=0.13.2 重力沉降重力沉降3.2.1 沉降速度沉降速度(1)自由沉降过程重力沉降：由重力作用而发生的颗粒沉降过程，称重力重力沉降：由重力作用而发生的颗粒沉降过程，称重力 沉降。沉降。自由沉降：颗粒在流体中互不干扰的条件下沉降。自由沉降：颗粒在流体中互不干扰的条件下沉降。在静止的流体中，当球形颗粒的颗粒密度p大于流体密度时，由于重力作用，颗粒作沉降运动，颗粒将受三个力的作用：3.2 重力沉降重力沉降a.重力Fgb.浮力Fbc.流体曳力Fd颗粒受力分析颗粒受力分析FgFdFbu:颗粒与流体的相对运动速度，颗粒与流体的相对运动速度，m/s3.1 概述概述(2)沉降速度的计算 沉降进行时，重、浮一定，u，Fd，加速度加速度=0时，du/d=0.颗粒匀速沉降开始沉降时，u=0,Fd=0,(Fg-Fb)最大值，加速度最大颗粒匀速沉降的速度称为颗粒的颗粒匀速沉降的速度称为颗粒的沉降速度或终端速沉降速度或终端速度，度，utFg-Fb-Fd=0:3.2 重力沉降重力沉降层流区(Stokes区)Stokes公式斯托克斯定律可以从理论上推导出可以近似用到Re0=2根据上式和根据上式和在不同在不同Rep范围区域的值，可求得沉范围区域的值，可求得沉降速度的计算式：降速度的计算式：3.2 重力沉降重力沉降过渡区(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-艾伦公艾伦公式式3.2 重力沉降重力沉降湍流区(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Rep无关-牛顿公式牛顿公式3.2 重力沉降重力沉降（3）沉降公式使用方法 事前能够确认流动区域，直接用对应公式 流动区域不能确定，采用试差法 假定流动处于层流区，Stokesut Rep (？2)，yes结束no 换用相应区域公式 up Rep 判断，修正ut与与dp，p，有关。有关。当液体粘度太大时，若密度差又不大，则沉降几当液体粘度太大时，若密度差又不大，则沉降几乎难以实现。乎难以实现。3.2 重力沉降重力沉降例例3-1有一直径为有一直径为2.0mm，密度为，密度为8000kg/m3的钢球在密度为的钢球在密度为1400kg/m3的流体中自由沉降的流体中自由沉降6.0cm需要需要33s时间，求流体粘度。时间，求流体粘度。解：设流动形态为层流。解：设流动形态为层流。则有则有校核流型：校核流型：经校核，钢球在液体中沉降运动属于层流区。经校核，钢球在液体中沉降运动属于层流区。此例即为落球法测定液体粘度的原理。此例即为落球法测定液体粘度的原理。3.2 重力沉降重力沉降(3)影响沉降速度的其他因素影响沉降速度的其他因素a.颗粒形状：颗粒的形状会直接影响颗粒和流体相对运颗粒形状：颗粒的形状会直接影响颗粒和流体相对运b.动时所产生的阻力。动时所产生的阻力。球形、流线形颗粒：所受阻力较小；偏离球形或流线形体，如片状，多边体，带有棱角的形体：阻力大对非球形颗粒，先测定沉降速度，在反推其粒径，对非球形颗粒，先测定沉降速度，在反推其粒径，作为作为当量直径当量直径。3.2 重力沉降重力沉降b.壁效应壁效应 当颗粒在靠近器壁附近沉降时，因器壁的影响，这种当颗粒在靠近器壁附近沉降时，因器壁的影响，这种状况会偏离自由沉降，沉降速度会比自由沉降速度小，状况会偏离自由沉降，沉降速度会比自由沉降速度小，这种影响称为壁效应。这种影响称为壁效应。c.干扰沉降干扰沉降 干扰沉降是相对于自由沉降而言的。干扰沉降是相对于自由沉降而言的。物系中颗粒较多时，颗粒间互相干扰，（物系中颗粒较多时，颗粒间互相干扰，（密度，粘度密度，粘度变化变化）使沉降速度比自由沉降时要小。称为干扰沉降。）使沉降速度比自由沉降时要小。称为干扰沉降。3.2 重力沉降重力沉降3.2.2 重力沉降设备重力沉降设备1降尘室 分离粒径大于分离粒径大于50m的颗粒的颗粒3.2 重力沉降重力沉降（1）工作原理 气体入室流道扩大减速重力沉降颗粒的沉降运动&随气体运动沉降运动时间液流速度的颗粒沉至柱底，小颗粒带入下一柱。液流速度的颗粒沉至柱底，小颗粒带入下一柱。调整好调整好各柱流速各柱流速，可使，可使粒径不同的颗粒分离粒径不同的颗粒分离。3.2 重力沉降重力沉降(3)絮凝剂絮凝剂 含有粒径小于1m的固体颗粒的液体(溶胶)，沉降分离困难。分离方法：分离方法：加入少量加入少量电解质电解质(絮凝剂絮凝剂)。如加入明矾可使雨后浑浊的井水澄清。如加入明矾可使雨后浑浊的井水澄清。原因：颗粒带负电，明矾水解物原因：颗粒带负电，明矾水解物Al(OH)3带正电。从带正电。从而使微粒聚集成大颗粒迅速沉降。而使微粒聚集成大颗粒迅速沉降。3.2 重力沉降重力沉降(3)絮凝剂絮凝剂凡是能促进溶胶中小颗粒絮凝的物质称为絮凝剂。凡是能促进溶胶中小颗粒絮凝的物质称为絮凝剂。常用絮凝剂：常用絮凝剂：AlCl3，FeSO4，FeCl3等。等。用量：用量：40-200mg/kg3.3 离心沉降离心沉降3.3.1 离心沉降速度离心沉降速度(1)离心分离因数离心沉降的目的离心沉降的目的：对密度小或直径较小的颗粒，因其：对密度小或直径较小的颗粒，因其质量力较小，很难用重力沉降法从流体中除去。此时质量力较小，很难用重力沉降法从流体中除去。此时可采用离心沉降法。可采用离心沉降法。离心沉降：由离心力而发生的的颗粒沉降运动。离心沉降：由离心力而发生的的颗粒沉降运动。重力：重力：a.在静止的流体中，颗粒在重力作用下，沉降运动，在静止的流体中，颗粒在重力作用下，沉降运动，初速度为零，所受重力为：初速度为零，所受重力为：3.3 离心沉降离心沉降b.当流体置于匀速转动的圆筒内，假设筒内流体与圆当流体置于匀速转动的圆筒内，假设筒内流体与圆筒做同步运动，忽略颗粒的重力沉降，则颗粒所受离心筒做同步运动，忽略颗粒的重力沉降，则颗粒所受离心力为力为r为颗粒位置至旋转中心的距离，为颗粒位置至旋转中心的距离，m。为圆筒的角速为圆筒的角速度，度，。/s。c.分离因数分离因数同一颗粒所受的离心力和重力之比同一颗粒所受的离心力和重力之比为：为：3.3 离心沉降离心沉降u=r，为流体和颗粒的切向速度，为流体和颗粒的切向速度，m/s。称为离心分离因数，反映离心力的大小，是离心分离称为离心分离因数，反映离心力的大小，是离心分离设备的性能参数。设备的性能参数。由于离心力是重力的成百数千倍，因此，离心分离因由于离心力是重力的成百数千倍，因此，离心分离因数值一般较大。数值一般较大。d.气气-固非均相物系分离：旋风分离器固非均相物系分离：旋风分离器 液固非均相物系分离：沉降式离心机液固非均相物系分离：沉降式离心机3.3 离心沉降离心沉降(2)离心沉降速度球形颗粒在离心力作用下做沉降运动时，在径向上要球形颗粒在离心力作用下做沉降运动时，在径向上要受到离心力、浮力、阻力三个力。有：受到离心力、浮力、阻力三个力。有：离心力：离心力：向心浮力：向心浮力：向心曳力：向心曳力：为颗粒在径向上相对于流体的速度。为颗粒在径向上相对于流体的速度。m/s3.3 离心沉降离心沉降当当du/d=0，三力平衡，有：，三力平衡，有：则颗粒离心沉降速度为：则颗粒离心沉降速度为：分析：分析：离心沉降速度与重力沉降速度的意义是一致的；离心沉降速度与重力沉降速度的意义是一致的；重力沉降速度是一定的，因为重力沉降速度是一定的，因为g是常数。是常数。离心沉降速度是变化的。因为离心加速度离心沉降速度是变化的。因为离心加速度r2在一定系统在一定系统内随内随r的大小而变化。的大小而变化。3.3 离心沉降离心沉降小颗粒沉降时所受的阻力一般在斯托克斯区，小颗粒沉降时所受的阻力一般在斯托克斯区，=24/Re 有有上式表明，在斯托克斯区，离心沉降速度与上式表明，在斯托克斯区，离心沉降速度与r的一的一次方成正比。若改写为次方成正比。若改写为上式表明，离心沉降速度与重力沉降速度都与加速上式表明，离心沉降速度与重力沉降速度都与加速度成正比。度成正比。3.3 离心沉降离心沉降3.3.2 旋风分离器旋风分离器1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利用离心力进行气利用离心力进行气-固分离的设备。固分离的设备。结构简单，无运动部件，效率高。结构简单，无运动部件，效率高。3.3 离心沉降离心沉降颗粒器壁失去动能滑落分离因数：分离因数：因此，只要因此，只要 u2gr，离心分离效果就远优于重力分离。，离心分离效果就远优于重力分离。如如u=15m/s，r=0.4m，则，则一般旋风分离器分离因数为一般旋风分离器分离因数为52500，可分离气体中，可分离气体中575m直径的颗粒。直径的颗粒。（2）分离性能估计 3.3 离心沉降离心沉降分离效率 总效率O：被分离出来的颗粒占全部颗粒的质量分数式中，式中，进进和和出出分别表示进出旋风分离器气体颗粒的分别表示进出旋风分离器气体颗粒的质量浓度，质量浓度，g/m3。分析：总效率相同的两台旋风分离器，它们的分离性分析：总效率相同的两台旋风分离器，它们的分离性能却不相同，因为被分离出来的固体颗粒的粒度分布能却不相同，因为被分离出来的固体颗粒的粒度分布不同。不同。粒级效率i :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颗粒越小，离心力越小，沉降速度也小，被除去的比颗粒越小，离心力越小，沉降速度也小，被除去的比例也越小。例也越小。所以，仅用质量分率衡量一台旋风分离器的效率是不所以，仅用质量分率衡量一台旋风分离器的效率是不够的。够的。3.3 离心沉降离心沉降i进进，i出出分别为进、出旋风分离器气体中粒径为分别为进、出旋风分离器气体中粒径为dpi的的颗粒的质量浓度，颗粒的质量浓度，g/m3。3.3 离心沉降离心沉降101.00.1粒径比 dpi/dpe分级效率i/%204060100 标准旋风分离器的标准旋风分离器的i i与与di/d50曲线曲线dpe通常指旋风分离后能被分离通常指旋风分离后能被分离50%的颗粒的直径。的颗粒的直径。高效率的旋风分离器的分割直径可达高效率的旋风分离器的分割直径可达3-10m。3.3 离心沉降离心沉降压降能量损失进气管、排气管、器壁、各局部，气旋常表示为旋风分离器的压头损失一般约为旋风分离器的压头损失一般约为1-2kPa。3.3 离心沉降离心沉降3.3.3 旋液分离器旋液分离器 分离液分离液-固非均相混合物；固非均相混合物；结构与工作原理与旋风分离器类似；结构与工作原理与旋风分离器类似；特点：形状细长、直径小、圆锥部分长；特点：形状细长、直径小、圆锥部分长；优点：优点：结构简单，没有运动部件，体积小、处理结构简单，没有运动部件，体积小、处理量大；量大；缺点：缺点：产生较大阻力；造成设备严重磨损。产生较大阻力；造成设备严重磨损。3.3 离心沉降离心沉降1悬浮液入口管悬浮液入口管2圆筒圆筒3锥形筒锥形筒4底流出口底流出口5中心溢流管中心溢流管6溢流出口管溢流出口管3.3 离心沉降离心沉降3.3.4 沉降式离心机沉降式离心机(1)转鼓式离心机转鼓式离心机a.分离过程分离过程悬浮液悬浮液转鼓中间加入转鼓中间加入固体颗粒沉至鼓壁，固体颗粒沉至鼓壁，澄清液从转鼓上部溢出，澄清液从转鼓上部溢出，沉渣人工清除。沉渣人工清除。1固体2液体悬浮液悬浮液RARB分离悬浮液或乳浊液分离悬浮液或乳浊液3.3 离心沉降离心沉降b.径向速度径向速度当沉降时间当沉降时间t小于停留时间小于停留时间r时，颗粒可沉降而除去。时，颗粒可沉降而除去。小颗粒的沉降一般在斯托克斯区，有小颗粒的沉降一般在斯托克斯区，有u为颗粒径向速度。为颗粒径向速度。当当=0时，时，r=RA；=t时，时，r=RB。积分有：。积分有：3.3 离心沉降离心沉降取颗粒停留时间取颗粒停留时间说明：对于给定的处理量说明：对于给定的处理量qV，其中只有直径为，其中只有直径为dP的颗的颗粒满足粒满足tr，才能全部除去。，才能全部除去。要求全部除去的要求全部除去的dp给定时，设备的处理量为给定时，设备的处理量为3.3 离心沉降离心沉降例例3-3 P64(2)碟式离心机碟式离心机 用用 途：分离乳浊液和从液体中分离少量极细的固体颗粒，途：分离乳浊液和从液体中分离少量极细的固体颗粒，广泛用于润滑油脱水、牛乳脱脂、饮料澄清等。广泛用于润滑油脱水、牛乳脱脂、饮料澄清等。料液料液3.3 离心沉降离心沉降a.在碟式离心机的转鼓内装上在碟式离心机的转鼓内装上50100片的锥形碟片，片的锥形碟片，碟片直径碟片直径0.20.6m。当转鼓以当转鼓以45008500r/min的转速旋转时，其分离因的转速旋转时，其分离因数可达数可达500010000。b.分离乳浊液的碟式分离机的碟片上开有小孔，分离乳浊液的碟式分离机的碟片上开有小孔，料液料液顶部进入空心转轴顶部进入空心转轴流至碟片组底部流至碟片组底部经碟片经碟片小孔分配至碟片间隙。小孔分配至碟片间隙。离心力作用：离心力作用：重液重液沿碟片斜面沉降，经由转鼓内壁沿碟片斜面沉降，经由转鼓内壁流向重液出口；流向重液出口；轻液轻液沿斜面向上流动，经由转筒外沿斜面向上流动，经由转筒外壁流向清夜出口。壁流向清夜出口。3.3 离心沉降离心沉降c.澄清悬浮液的碟式分离机碟片上不开孔，上部有一清澄清悬浮液的碟式分离机碟片上不开孔，上部有一清液排出口。沉渣在转鼓内壁沉积，可间歇排出。液排出口。沉渣在转鼓内壁沉积，可间歇排出。-分离低浓度悬浮液分离低浓度悬浮液 当颗粒含量大于当颗粒含量大于1%时，可在转鼓的壁面开一喷嘴排时，可在转鼓的壁面开一喷嘴排渣。渣。3.4 过滤过滤(1)过滤(2)(3)是将含固体颗粒的非均相物系通过过滤介质，分离出固体颗粒的操作。(4)(5)分为 (6)a.含尘气体的过滤：空气过滤网，口罩(7)(8)b.悬浮液的过滤:是利用过滤操作获得作为产品的清净的液体或固体物质。3.4 过滤过滤3.4.1 过滤基本原理1 过滤方式 深层过滤深层过滤 (澄清过滤澄清过滤)特点：颗粒尺寸小于介质孔隙；特点：颗粒尺寸小于介质孔隙；固体颗粒只是穿行介质并沉积在厚层介质内固体颗粒只是穿行介质并沉积在厚层介质内 部，没有滤饼。部，没有滤饼。使用：用于净化固体体积含量低于使用：用于净化固体体积含量低于0.1%的液体。的液体。如：自来水的过滤。如：自来水的过滤。悬浮液悬浮液过滤介质过滤介质滤液滤液深层过滤深层过滤3.4 过滤过滤 滤饼过滤滤饼过滤固液混合，外力驱动，多孔介质，颗粒截留，液体通过a.颗粒沉积于介质表面而成为滤饼。颗粒沉积于介质表面而成为滤饼。b.过滤介质常用多孔织物，孔径大小视悬浮液颗粒粒径过滤介质常用多孔织物，孔径大小视悬浮液颗粒粒径而定。而定。注意：织物孔径未必一定小于颗粒粒径。注意：织物孔径未必一定小于颗粒粒径。c.适用于颗粒体积含量大于适用于颗粒体积含量大于1%的悬浮液。的悬浮液。滤液滤液过滤介质过滤介质悬浮液悬浮液(滤浆滤浆)滤饼滤饼滤饼过滤滤饼过滤滤饼过滤中滤饼过滤中流体流体滤饼层滤饼层(固定床固定床)+)+过滤介质过滤介质过滤后期，滤饼为主要的过滤后期，滤饼为主要的“过滤介质过滤介质”。3.4 过滤过滤3.4 过滤过滤2.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,化学性能稳定，耐一定高温，便宜织物介质 滤布(织物、网)，5-50m，工业应用广泛堆积介质砂，木炭等固体颗粒或纤维等堆积，深层过滤 多孔固体介质：具有微细孔道的固体，微孔陶瓷，烧结金属，等，1-3m多孔膜：有机膜、无机膜。1 m以下 3.4 过滤过滤(3)滤饼的压缩性和助滤剂 滤饼受压，流动阻力，甚至使过滤介质堵塞c.c.助滤剂助滤剂避免滤网堵塞，增加滤饼刚性，改变滤饼结构a.不可压缩滤饼不可压缩滤饼b.可压缩滤饼可压缩滤饼滤饼有一定刚性，孔隙结构不变形。滤饼有一定刚性，孔隙结构不变形。在操作压力下，会使本身或滤布中的孔道变形或缩小在操作压力下，会使本身或滤布中的孔道变形或缩小.取决于悬浮液的性质。3.4 过滤过滤 助滤剂的种类化学稳定性好，较好的刚性，多孔性化学稳定性好，较好的刚性，多孔性硅藻土，珍珠岩，碳粉，纤维素等 助滤剂的使用方法预敷：在介质表面形成以助滤剂层；预敷：在介质表面形成以助滤剂层；掺滤：加入悬浮液一起过滤。掺滤：加入悬浮液一起过滤。3.4 过滤过滤(4)物料衡算物料衡算滤浆量，滤液量，滤渣量，固体量滤浆量，滤液量，滤渣量，固体量设湿滤渣质量为设湿滤渣质量为C，所含固体质量为，所含固体质量为1，则液体含量为，则液体含量为C-1。如三者的密度分别为。如三者的密度分别为 c，p ，则：，则：若单位质量悬浮液所含固体的质量为若单位质量悬浮液所含固体的质量为X，则可得湿滤，则可得湿滤渣质量渣质量CX，滤液质量，滤液质量(1-CX)。则单位体积滤液对应。则单位体积滤液对应的固体质量为：的固体质量为：3.4 过滤过滤例例3-4 P66 3.4 过滤过滤3.4.2 过滤速率基本方程式(1).过滤速度及其表达a.定义A滤饼层总截面积；过滤时间；V滤液体积过滤速度，过滤速度，m/s过滤速率过滤速率3.4 过滤过滤b.过程推动力滤浆侧和滤液侧的压差滤饼压降介质压降一般，化工过程任何过程的速率为一般，化工过程任何过程的速率为 p1p2pcppmL3.4 过滤过滤 c pc的表达Hagen-Poiseuille 方程l(L)，如p不变，则u 恒压降速，恒速升压说明滤饼层内有许多微小的毛细孔道滤饼层内有许多微小的毛细孔道滤液运动：圆管内层流流动滤液运动：圆管内层流流动3.4 过滤过滤l-滤饼层毛细孔道的平均长度，滤饼层毛细孔道的平均长度，lL.L-与单位过滤面积的干滤饼质量成正比，与单位过滤面积的干滤饼质量成正比，LV/Au-滤液在滤饼层毛细孔道流速，滤液在滤饼层毛细孔道流速，u dV/Add-毛细孔道的直径，无法测定，但为定值。毛细孔道的直径，无法测定，但为定值。有：有：pc滤液通过滤饼层的推动力。滤液通过滤饼层的推动力。滤饼阻力滤饼阻力3.4 过滤过滤r-滤饼比阻。即单位面积的干渣质量为滤饼比阻。即单位面积的干渣质量为1kg/m2时的阻时的阻力，力，m/kgd 过滤介质阻力和推动力Ve-形成与过滤介质阻力相当的滤饼层的滤液量。形成与过滤介质阻力相当的滤饼层的滤液量。过滤介质阻力的当量滤液量过滤介质阻力的当量滤液量推动力推动力(压力降压力降)pm近似：阻力厚度为Le的一层滤饼3.4 过滤过滤e 总推动力与总阻力总压力降：总压力降：总推动力：总推动力：f 过率速度方程式3.4 过滤过滤上式即为过滤速度基本方程。上式即为过滤速度基本方程。表示：某一瞬时的过滤速度与物系性质、操作压力差以表示：某一瞬时的过滤速度与物系性质、操作压力差以及该时刻以前的滤液量及过滤介质当量滤液量间的关系。及该时刻以前的滤液量及过滤介质当量滤液量间的关系。g 过滤操作方式恒速过滤：恒速率，变压差恒速过滤：恒速率，变压差恒压过滤恒压过滤：恒压差，变速率：恒压差，变速率先恒速，后恒压先恒速，后恒压3.4 过滤过滤3.4.3 恒压过滤(1)恒压过滤方程式恒压过滤方程式ooVV+VeVe+e+eeVV+VeBOB-实际过滤实际过滤V的关系的关系考虑考虑Ve，得到，得到o(Ve,e);oo-过滤介质阻力的当量滤液过滤介质阻力的当量滤液体积体积Ve与其所对应的时间与其所对应的时间e的关的关系。系。求：求：V的关系的关系积分形式1r、与时间无关Ve、p常数3.4 过滤过滤3.4 过滤过滤另一写法其中上两式称为恒压过滤方程式。上两式称为恒压过滤方程式。式中：式中：qe，K为过滤常数为过滤常数3.4 过滤过滤(2)过滤常数的实验测定 过滤方程同除以Kq连续测定，q/q q作图，直线斜率=1/K，截距=2qe/K讨论由于K=2p/(r)，与悬浮液性质及压差有关。实验条件必须与生产条件一致，才能运用试验结果。可在不同p下测多个常数，求出比阻r与压差p的关系，则实验数据使用更广泛。3.4 过滤过滤例：水悬浮液中例：水悬浮液中CaCO3的质量分数为的质量分数为15%，用板框压滤机在，用板框压滤机在20下进行过滤实验，过滤面积为下进行过滤实验，过滤面积为0.3m2。在表压为。在表压为12104Pa的情况下的情况下，实验得出当时间为，实验得出当时间为为为70s时，滤液量时，滤液量V为为5.45dm3；为为500s时，时，滤液量滤液量V为为16.5dm3；求过滤常数；求过滤常数K与与qe。解：解：3.4 过滤过滤联立，得方程组，可解得：联立，得方程组，可解得：3.4.4 过滤设备压滤和吸滤：如压滤和吸滤：如板框压滤机板框压滤机，叶滤机，叶滤机，转筒真空过滤机转筒真空过滤机离心过滤：间歇卸渣和连续卸渣离心机离心过滤：间歇卸渣和连续卸渣离心机压差压差的不同：的不同：操作方式：间歇和连续操作操作方式：间歇和连续操作3.4 过滤过滤1板框压滤机 a.特点 间歇式间歇式，压压滤机；滤机；由多块带棱槽面的方形滤板和滤框组成，由多块带棱槽面的方形滤板和滤框组成，1060块，块，2-80m2；滤框：右上角圆孔为滤浆通道，左上角为洗水通道；滤框：右上角圆孔为滤浆通道，左上角为洗水通道；滤板：右上角圆孔滤浆通道，左上角为洗水通道；滤板：右上角圆孔滤浆通道，左上角为洗水通道；两侧有凹凸不平的沟槽，敷有滤布。两侧有凹凸不平的沟槽，敷有滤布。洗涤板：左上角洗水通道与两侧表面的凹槽相通，使洗水流进凹洗涤板：左上角洗水通道与两侧表面的凹槽相通，使洗水流进凹 槽。槽。非洗涤板：水洗通道与凹槽不相通。非洗涤板：水洗通道与凹槽不相通。滤框、洗涤板、非洗涤板按一定的顺序组装在一起。滤框、洗涤板、非洗涤板按一定的顺序组装在一起。3.4 过滤过滤b 结构与工作原理 3.4 过滤过滤3.4 过滤过滤1-非洗涤板；2-框；3-洗涤板；组装:1-2-3-2-1-2-3-2-1-2-3-2-1滤布框的两侧料液通道料液通道2 2钮钮1 1钮钮3 3钮钮洗涤液通道洗涤液通道洗涤板洗涤板框框非洗涤板非洗涤板排列方式：板、框交替，排列方式：板、框交替，个数可调。个数可调。滤浆由总管入框 框内形成滤饼 滤液穿过饼和布顺滤板凹槽至每个滤板下角的阀门排出过滤3.4 过滤过滤滤滤 液液滤浆滤浆 1 2 3 2 1 2 3 2 13.4 过滤过滤横穿洗涤：洗涤液由总管入洗涤板排出洗涤途径=2倍过滤液途径滤布滤饼 滤布 非洗涤板滤液口洗液洗液废洗液废洗液 1 2 3 2 1 2 3 2 13.4 过滤过滤洗涤液行程与滤液相同。洗涤面=过滤面置换洗涤：说明间歇操作过滤、洗涤、卸渣、整理、装合主要优缺点3.4 过滤过滤缺点：劳动强度大，操作不连续，生产效率低。缺点：劳动强度大，操作不连续，生产效率低。优点：结构紧凑，过滤面积大，可承受较大压力优点：结构紧凑，过滤面积大，可承受较大压力3.4 过滤过滤例例 3-6 P703.4 过滤过滤2转筒真空过滤机 a.特点特点连续操作；连续操作；在一定真空度下操作，压力差不超过一大气压；在一定真空度下操作，压力差不超过一大气压；适用于处理大量而固体物含量较多的悬浮液；适用于处理大量而固体物含量较多的悬浮液；滤饼阻力较大时，需加助滤剂。滤饼阻力较大时，需加助滤剂。3.4 过滤过滤b 构造与操作 主要部件：水平转筒、分配头；主要部件：水平转筒、分配头；操作方式：操作方式：恒压、连续操作；恒压、连续操作；操作周期操作周期(旋转一周旋转一周)：过滤过滤 洗涤洗涤 干燥干燥 吹松吹松 卸卸渣渣1-1-转筒；转筒；2-2-分配头；分配头；3-3-洗涤水喷嘴洗涤水喷嘴4-4-刮刀；刮刀；5-5-悬浮液槽；悬浮液槽；6-6-抖搅器抖搅器卸渣区卸渣区洗涤脱水区洗涤脱水区过滤区过滤区1 12 23 34 45 56 6回转真空过滤机操作简图回转真空过滤机操作简图3.4 过滤过滤1/3弧面沉浸在滤液弧面沉浸在滤液0.1-3rpm扇形隔室扇形隔室滤布滤布12345 回转真空过滤机的分配头回转真空过滤机的分配头转动盘转动盘固定盘固定盘1、2与滤液储槽相通的槽；与滤液储槽相通的槽；3与洗液与洗液相通的槽；相通的槽；4、5通压缩空气的孔通压缩空气的孔3.4 过滤过滤3.4 过滤过滤泵泵滤滤液液洗洗水水压缩空气压缩空气洗水洗水去真空泵去真空泵转筒真空过滤机装置示意图转筒真空过滤机装置示意图过滤过滤洗涤洗涤干燥干燥吹松吹松卸渣卸渣3.4 过滤过滤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 吹气管工作过程跟综一段 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3.4 过滤过滤当位于水喷头下，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,干燥 遇到刮刀 卸渣3.4 过滤过滤(2)转筒真空过滤机的生产能力转筒真空过滤机的生产能力a.生产能力生产能力 单位时间内过滤机获得的滤液的体积量单位时间内过滤机获得的滤液的体积量 Q，单位：，单位：M3/s.b.浸液率浸液率转筒真空机的转筒浸入滤浆中的表面积分数，表示转筒真空机的转筒浸入滤浆中的表面积分数，表示为：为：3.4 过滤过滤c.有效过滤时间有效过滤时间对于转筒任一角度的表面，在转筒旋转一周的过程对于转筒任一角度的表面，在转筒旋转一周的过程中，其中，其浸入在滤浆中的时间浸入在滤浆中的时间为该表面旋转一周的有为该表面旋转一周的有效过滤时间。效过滤时间。转筒转速转筒转速N/s，单位时间滤液量，单位时间滤液量Q，则转筒旋转一周，则转筒旋转一周的时间为的时间为1/N，在该时间内转筒任一角度的表面的有，在该时间内转筒任一角度的表面的有效过滤时间为：效过滤时间为：3.4 过滤过滤转筒旋转一周获得的滤液量为转筒旋转一周获得的滤液量为Q/N，换算为单位面积的，换算为单位面积的滤液量为：滤液量为：以转筒旋转一周为恒算范围，有以转筒旋转一周为恒算范围，有:整理，有：整理，有：3.4 过滤过滤若过滤介质阻力可以忽略，则有：若过滤介质阻力可以忽略，则有：表明了转筒真空过滤机其参数与生产能力的关系。表明了转筒真空过滤机其参数与生产能力的关系。求解，得：求解，得：3.4 过滤过滤卧式立式3 叶滤机叶滤机 液滤机主要构件是矩形或圆形滤叶。液滤机主要构件是矩形或圆形滤叶。滤叶由金属丝网组成框架并敷以滤布，滤槽中盛有悬浮液，在滤叶由金属丝网组成框架并敷以滤布，滤槽中盛有悬浮液，在加压条件下过滤。加压条件下过滤。3.4 过滤过滤优点：更换过滤介质容易，过滤周期可根据需要调节，滤饼损失优点：更换过滤介质容易，过滤周期可根据需要调节，滤饼损失量小，滤液在壳内容易排净，得到的滤饼含湿量小且维修方便。量小，滤液在壳内容易排净，得到的滤饼含湿量小且维修方便。缺点：更换介质等需人工操作，密度大的颗粒可能沉积在封头与缺点：更换介质等需人工操作，密度大的颗粒可能沉积在封头与管板组成的加料室内。管板组成的加料室内。适用：小型工厂和中试场合，过滤较细颗粒物料。适用：小型工厂和中试场合，过滤较细颗粒物料。本章小结本章小结基本概念基本概念曳力，曳力系数；重力沉降，自由沉降，沉降速度，降尘室，曳力，曳力系数；重力沉降，自由沉降，沉降速度，降尘室，临界沉降速度，临界粒径；离心分离因数，离心沉降速度，旋临界沉降速度，临界粒径；离心分离因数，离心沉降速度，旋风分离器的效率，沉降式离心机风分离器的效率，沉降式离心机(处理量的计算处理量的计算)；过滤，深层；过滤，深层过滤，滤饼过滤，过滤介质，助滤剂，物料衡算，过滤速度，过滤，滤饼过滤，过滤介质，助滤剂，物料衡算，过滤速度，过滤阻力，过滤推动力，恒压过滤，恒速过滤，恒压过滤方程过滤阻力，过滤推动力，恒压过滤，恒速过滤，恒压过滤方程式，板框式压滤机，转筒真空过滤机式，板框式压滤机，转筒真空过滤机重点内容重点内容(1)沉降速度的计算；沉降分离的条件；沉降速度的计算；沉降分离的条件；(2)恒压过滤方程式恒压过滤方程式作业作业P74 3-2 3-4 3-11谢谢大家！