化工原理第三章非均相系分离.ppt
第三章第三章 非均相系的分离非均相系的分离第一页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3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 物物系系内内部部各各处处物物料料性性质质均均匀匀而而且且不不存存在在相相界面的混合物。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 物物系系内内部部有有隔隔开开两两相相的的界界面面存存在在且且界界面两侧的物料性质截然不同的混合物。面两侧的物料性质截然不同的混合物。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（固体颗粒间以气体分隔）（固体颗粒间以气体分隔）第二页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3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 第三页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3一、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 球形度当量直径第四页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3二、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。第五页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3A：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，重点讨论球形颗粒第六页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3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：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）b)过渡区或艾伦定律区（过渡区或艾伦定律区（Allen）（）（2Ret500）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 第七页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3其中斯托克斯区的计算是准确的，其他两个区是近似。第八页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3单单个个颗颗粒粒在在流流体体中中沉沉降降，或或颗颗粒粒群群在在流流体体中中分分散散的的较较好好而而颗颗粒粒之之间间不不接接触触、不不碰碰撞撞，互互不不干干扰扰的的条件下沉降，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 重力沉降重力沉降第九页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3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 浮力浮力 而而阻阻力力随随着着颗颗粒粒与与流流体体间间的的相相对对运运动动速速度度而而变变，可可仿仿照流体流动阻力的计算式写为照流体流动阻力的计算式写为：根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律：第十页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3(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）式式沉降速度表达式沉降速度表达式(b)第十一页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3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：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）b)过渡区或艾伦定律区（过渡区或艾伦定律区（Allen）（）（2Ret500）c)湍流区或牛顿定律区（湍流区或牛顿定律区（Nuton）（）（500Ret 2105）第十二页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/33、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）颗粒的体积浓度 在在前前面面介介绍绍的的各各种种沉沉降降速速度度关关系系式式中中，当当颗颗粒粒的的体体积积浓浓度度小小于于0.2%时时，理理论论计计算算值值的的偏偏差差在在1%以以内内，但但当当颗颗粒粒浓浓度度较较高高时时，由由于于颗颗粒粒间间相相互互作作用用明明显显，便便发发生生干干扰扰沉沉降降，自自由由沉沉降降的公式不再适用。的公式不再适用。2）器壁效应）器壁效应 当当器器壁壁尺尺寸寸远远远远大大于于颗颗粒粒尺尺寸寸时时，（例例如如在在100倍倍以以上上）容容器器效效应可忽略，否则需加以考虑。应可忽略，否则需加以考虑。第十三页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/33）颗粒形状的影响）颗粒形状的影响 球形度球形度对对于于球球形形颗颗粒粒，s=1，颗颗粒粒形形状状与与球球形形的的差差异异愈愈大大，球球形形度度s值愈低。值愈低。对对于于非非球球形形颗颗粒粒，雷雷诺诺准准数数Ret中中的的直直径径要要用用当当量量直直径径de代代替替。4）颗粒尺寸的影响）颗粒尺寸的影响 当当颗颗粒粒非非常常细细，d510-7m时时，沉沉降降公公式式不不适适用用，此此时时布布朗朗运运动动不不能忽略。能忽略。第十四页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3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值值对对的的影影响响在在滞滞流流区区并并不不显显著著，随随着着Ret的的增增大大，这这种种影影响变大。响变大。第十五页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/34、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：ut Ret 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）ut1）试差法）试差法 第十六页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3例例：试试计计算算直直径径为为80m，密密度度为为1995kg/m3的的固固体体颗颗粒粒分分别别在在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。附录查得，附录查得，20时水的密度为时水的密度为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，第十七页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3核算流型核算流型 2）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。第十八页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3先假设颗粒在滞流区内沉降先假设颗粒在滞流区内沉降，核算流型核算流型 滞留区不正确滞留区不正确，再假设过渡区，再假设过渡区第十九页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3流体在过渡区沉降正确，第二十页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3二 重力沉降分离设备1降尘室 q第二十一页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3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。第二十二页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3降尘室的生产能力降尘室的生产能力 降降尘尘室室的的生生产产能能力力是是指指降降尘尘室室所所处处理理的的含含尘尘气气体体的的体体积积流流量量，用用q表示，表示，m3/s。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带入带入第二十三页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3 可见：降尘室生产能力与底面积、沉降速度有关，而与可见：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降尘室高度无关，因此降尘室要做成扁平的n 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：第二十四页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3第二十五页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3 例例：拟拟采采用用降降尘尘室室除除去去20oC空空气气中中所所含含的的球球形形尘尘粒粒。空空气气的的流流量量为为1m3/s，降降尘尘室室的的底底面面积积为为10m2，宽宽和和高高均均为为2m，已已知知固固体体密度密度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：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 第二十六页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3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 核算沉降流型核算沉降流型 原假设正确原假设正确第二十七页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/32）加了）加了20层隔板后层隔板后颗粒已经核算为做层流运动颗粒已经核算为做层流运动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第二十八页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3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。注注意意：降降尘尘室室内内气气体体流流速速不不应应过过高高，以以免免将将已已沉沉降降下下来来的的颗颗粒粒重重新新扬扬起起。根根据据经经验验，多多数数灰灰尘尘的的分分离离，可可取取u3m/su3m/s，较易扬起灰尘的，可取，较易扬起灰尘的，可取u1.5m/su1.5m/s。第二十九页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/32.2.增稠器（沉降槽）增稠器（沉降槽）第三十页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3第三十一页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3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 作用力作用力 第三节第三节 离心沉降离心沉降第三十二页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/31、离心沉降速度、离心沉降速度ur惯性离心力惯性离心力=向心力向心力=阻力阻力=三力达到平衡，则：三力达到平衡，则：第三十三页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3 平平衡衡时时颗颗粒粒在在径径向向上上相相对对于于流流体体的的运运动动速速度度ur便便是是此此位位置置上上的的离离心沉降速度心沉降速度。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。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第三十四页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3阻力系数阻力系数：层流时：层流时 同同一一颗颗粒粒在在同同一一种种介介质质中中的的离离心心沉沉降降速速度度与与重重力力沉沉降降速速度度的的比值为比值为：比比值值 K Kc c 就就是是粒粒子子所所在在位位置置上上的的惯惯性性离离心心力力场场强强度度与与重重力力场场强强度之比称为度之比称为离心分离因数离心分离因数。例例如如；当当旋旋转转半半径径 R R=0.4m0.4m，切切向向速速度度u uT T=20m/s20m/s时时，求求分分离因数。离因数。一一般般离离心心设设备备 K Kc c 在在 5 52500 2500 之之间间，高高速速离离心心机机 Kc 可可达达几万数十万。几万数十万。第三十五页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/32 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第三十六页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3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第三十七页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3第三十八页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3 旋风分离器性能的主要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。临临界界粒粒径径：理理论论上上在在旋旋风风分分离离器器中中能能完完全全分分离离下下来来的的最最小小颗颗粒粒直径。直径。临界粒径的计算式临界粒径的计算式 a)进进入入旋旋风风分分离离器器的的气气流流严严格格按按照照螺螺旋旋形形路路线线作作等等速速运运动动，且切线速度恒定，等于进口气速且切线速度恒定，等于进口气速uT=ui；第三十九页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3b)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.第四十页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/32)压强降压强降气气体体通通过过旋旋风风分分离离器器时时，由由于于进进气气管管、排排气气管管及及主主体体器器壁壁所所引引起起的的摩摩擦擦阻阻力力，气气体体流流动动时时的的局局部部阻阻力力以以及及气气体体旋旋转转所所产产生生的的动动能能损损失失造成了气体的压强降，造成了气体的压强降，对对型型式式不不同同或或尺尺寸寸比比例例不不同同的的设设备备的的值值也也不不同同，要要通通过过实实验验测测定定，对于标准旋风分离器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。第四十一页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3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 过过滤滤：以以某某种种多多孔孔物物质质为为介介质质，在在外外力力作作用用下下，使使悬悬浮浮液液中中的的液液体体通通过过介介质质的的孔孔道道，而而使使固固体体颗颗粒粒被被截截留留在在介介质质上上，从从而而实实现现固固、液分离的单元操作。液分离的单元操作。第四节 过滤第四十二页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3一、过滤方式过滤操作分两类：过滤操作分两类：固固体体颗颗粒粒呈呈饼饼层层状状沉沉积积于于过过滤滤介介质质的的上上游游一一侧侧。适适于于处处理理固固体体含含量量较较高高(固固体体体体积积分分率率在在1 1以以上上)的悬浮液。的悬浮液。真真正正发发挥挥分分离离作作用用的的是是滤滤饼饼层层，而不是过滤介质。而不是过滤介质。1.饼层过滤：饼层过滤：第四十三页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3 固固体体颗颗粒粒的的沉沉积积发发生生在在较较厚厚的的粒粒状状过过滤滤介介质质床床层层内内部部。适适于于处处理理颗颗粒粒小小、含含量量少少(固固体体体体积积分分率在率在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：第四十四页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3二、过滤介质 过过滤滤介介质质的的作作用用是是使使清清液液通通过过，截截留留和和支承滤饼。对其要求是：支承滤饼。对其要求是：1.1.具有多孔性，孔道大小合适；具有多孔性，孔道大小合适；2.2.具具有有足足够够的的机机械械强强度度和和尽尽可可能能小小的的流流动阻力；动阻力；3.3.具具有有相相应应的的耐耐腐腐蚀蚀性性、耐耐热热性性、抗抗老老化性等。化性等。第四十五页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3(1)(1)织织物物介介质质(滤滤布布)：由由棉棉、毛毛、丝丝、麻麻等等天天然然纤纤维维或或尼尼纶纶、聚聚氯氯乙乙烯烯纤纤维维等等合合成成纤纤维维及及玻玻璃璃丝丝、金金属属丝丝(CuCu、NiNi、不不锈锈钢钢)等等材材料料制制成成的的网网。被被截截留留的的最最小小颗颗粒直径粒直径5 56565mm，应用最广；应用最广；(2)(2)粒粒状状介介质质(粒粒状状介介质质)：由由细细而而硬硬的的粒粒状状物物质质(砂砂、木木碳碳、硅硅藻藻土土、石石绵绵、纤纤维维球球、碎碎石石等等)堆堆积积而而成成。用用于于深深床床过过滤滤;(3)(3)多多孔孔固固体体介介质质：多多孔孔陶陶瓷瓷、多多孔孔塑塑料料等等具具有有细细微微孔孔道道固固体体材材料料。被被截截留留的的最最小小颗颗粒粒直直径径1 13 3mm，适适于处理含量少、颗粒小的腐蚀性悬浮液或其它特殊场合。于处理含量少、颗粒小的腐蚀性悬浮液或其它特殊场合。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：第四十六页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3三、滤饼的压缩性和助滤剂 由由悬悬浮浮液液中中被被截截留留下下来来的的颗颗粒粒累累积积而而成成的的床床层层，随随过过滤滤进行而增厚，根据其变形情况分为：进行而增厚，根据其变形情况分为：不不可可压压缩缩滤滤饼饼：当当滤滤饼饼厚厚度度增增加加或或压压强强差差增增大大时时，颗颗粒粒的的形形状状和和颗颗粒粒间间的的空空隙隙不不发发生生明明显显变变化化，故故单单位位滤滤饼饼层层厚厚度度的的流流体阻力基本恒定。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。可可压压缩缩滤滤饼饼：当当滤滤饼饼厚厚度度增增加加或或过过滤滤压压强强差差增增大大时时，颗颗粒粒的的形形状状和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。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。常见的有胶体物质，豆渣等。常见的有胶体物质，豆渣等。第四十七页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3滤滤饼饼的的压压缩缩性性用用压压缩缩性性指指数数s s衡衡量量，其其值值在在0 01 1之之间间。通通过过实实验验测定。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，具有不可压缩性第四十八页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3硅硅藻藻土土：单单细细胞胞水水生生植植物物的的沉沉积积化化石石，经经过过干干燥燥或或焙烧，含焙烧，含8585以上的以上的SiOSiO2 2；珍珍珠珠岩岩：将将一一种种玻玻璃璃状状的的火火山山岩岩熔熔融融后后倾倾入入水水中中，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。第四十九页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3悬浮液 1kg湿滤渣（滤饼）密度c干渣 密度p液体=滤液滤液密度，体积V第五十页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3过滤速率过滤速度单单位位时时间间通通过过单单位位过过滤滤面面积的滤液体积积的滤液体积 定义表达式四、过滤速率 单单位位时时间间获获得得的的滤滤液液体体积积称称为为过过滤滤速率速率 反映过滤快慢的物理量有两个第五十一页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3推动力：压力差，面积阻力滤液粘度滤饼厚度+过滤介质当量滤饼厚度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第五十二页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3不可压缩滤饼滤饼常数滤饼常数 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：第五十三页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3积分限：时间积分限：时间0 0，体积：体积：0 0V V积分上式，并整理：积分上式，并整理：第五十四页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3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。同理：恒压过滤方程式恒压过滤方程式第五十五页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3说明2、当过滤介质阻力可以忽略不计时，恒压过滤方程、当过滤介质阻力可以忽略不计时，恒压过滤方程式简化为：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，称为滤饼常称为滤饼常数数，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，称为介质常数称为介质常数，m3；第五十六页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3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第五十七页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3例例3-53-5：拟拟在在9.819.81kPakPa的的恒恒定定压压强强差差下下过过滤滤悬悬浮浮于于水水中中直直径径为为0.10.1mmmm的的球球形形颗颗粒粒物物质质，悬悬浮浮液液中中固固相相体体积积分分率率为为10%10%，水水的的粘粘度度为为110110-3-3PasPas。过过滤滤过过程程介介质质阻阻力力不不计计，滤滤饼饼为为不不可可压压缩缩滤滤饼饼，其其空空隙隙率率为为60%60%，过过滤滤机机过过滤滤面面积积为为1010m m2 2，计计算算：(1)(1)得得到到1515m m3 3滤滤液液时时需需过过滤滤时时间间；(2)(2)若若将将过过滤滤时时间间延长一倍时，可得滤液共为若干延长一倍时，可得滤液共为若干?解：解：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 p,u第五十八页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3第五十九页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3例例3-3-6 6：在在2020oC C，10kPa10kPa的的恒恒定定压压强强差差下下对对固固相相体体积积分分率率为为4%4%的的某某种种悬悬浮浮液液进进行行恒恒压压过过滤滤实实验验，悬悬浮浮液液中中固固相相直直径径为为0.10.1mmmm的的球球形形颗颗粒粒，液液相相为为水水，过过滤滤时时形形成成的的滤滤饼饼中中固固体体体体积积分分数数为为50%50%，滤滤饼饼不不可可压压缩缩，实实验验中中过过滤滤20min20min后后得得滤滤液液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。q2+2qeq=Ke 不可压缩滤饼 r=C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，第六十页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3五、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：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 第六十一页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3然后在直角坐标纸上以/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。000q00第六十二页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3 .1500 1000500 00 0025 0.05 0.075q第六十三页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3例例3-6:在在2525下对每升水中含下对每升水中含2525g g某种颗粒的悬浮液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：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 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 e第六十四页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3q/q11.417.31.5222.741.41.8234.1722.1145.41082.3956.81522.6868.12022.96p=0.463105/Pa2qe/K=1.2457qe=22.171/K=0.02526K=39.59第六十五页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3四、过滤设备一）板框过滤机一）板框过滤机 第六十六页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3第六十七页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3第六十八页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3滤液和洗液通道：滤液和洗液通道：一一系列的滤板、滤框和洗系列的滤板、滤框和洗板装合压紧后，它们的板装合压紧后，它们的右上圆孔形成了滤浆通右上圆孔形成了滤浆通道，左上圆孔形成了洗道，左上圆孔形成了洗水通道水通道。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。滤滤框框的的作作用用：一一是是支支撑撑滤滤布布；二二是是滤滤浆浆的的容容纳纳区区和和滤滤饼饼的的形形成区。成区。第六十九页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3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第七十页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3n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环。洗涤结束后，旋开压紧装置，洗涤结束后，旋开压紧装置，第七十一页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3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，对颗对颗粒粒细细小而液小而液体粘度体粘度较较大的大的滤浆滤浆，也能，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，劳动强间歇操作，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。度大，所以它只适用于小规模生产。1.板框压滤机的特点：板框压滤机的特点：第七十二页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/31.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第七十三页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3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第七十四页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3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，所以第七十五页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3例例：现现用用板板框框压压滤滤机机在在恒恒压压强强差差下下过过滤滤某某种种悬悬浮浮液液，测测得得的的过过滤滤方方程程式式为为q2+0.055q=510-5（q:m3/m2,:s）试试求求：1、欲欲 在在30min内内 获获 得得5m3的的 滤滤 液液，需需 要要 边边 框框 尺尺 寸寸 为为635mm635mm25mm的滤框若干个？的滤框若干个？2、若若滤滤液液与与滤滤饼饼体体积积之之比比为为0.04，该该过过滤滤机机一一个个过过滤滤周周期期的过滤时间是多少？的过滤时间是多少？3、过过滤滤至至滤滤框框充充满满滤滤饼饼后后用用0.2 m3/m2的的洗洗水水在在相相同同压压力力差差下下对对滤滤饼饼进进行行横横穿穿洗洗涤涤，假假设设洗洗水水粘粘度度和和滤滤液液粘粘度度等等物物性相同，求洗涤时间？性相同，求洗涤时间？第七十六页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3例例：用用板板框框压压滤滤机机在在恒恒压压强强差差下下过过滤滤某某种种悬悬浮浮液液，测测得得的的过过滤滤方方程程式式为为v2+v=610-5A2（/s）试试求求：欲欲在在30min内内获获得得5m3的的滤滤液液，需需要要边边框框尺尺寸寸为为635mm635mm25mm的的滤滤框框若若干个？干个？第七十七页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/31）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、转筒真空过滤机(连续过滤机)第七十八页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3第七十九页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3第八十页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3三、过滤机的生产能力1.间歇过滤机操作周期 生产能力m3/h第八十一页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/32.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 第八十二页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3转筒每转一周所得滤液的体积为：生产能力：生产能力：当滤布阻力可以忽略不计时 其中：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。第八十三页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3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，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第八十四页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3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第八十五页，编辑于星期六：十八点 十分。2023/2/3
