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第三章第三章机械分离机械分离难点：过滤基本方程的应用、过滤设备难点：过滤基本方程的应用、过滤设备重点：过滤和沉降的基本理论、基本方程重点：过滤和沉降的基本理论、基本方程p均均相相物物系系(honogeneous system):均均相相混混合合物物。物物系系内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。部各处均匀且无相界面。如溶液和混合气体都是均相物系。自然界的混合物分为两大类：自然界的混合物分为两大类：p非非均均相相物物系系(non-honogeneous system):非非均均相相混混合合物物。物物系系内内部部有有隔隔开开不不同同相相的的界界面面存存在在，且且界界面面两两侧侧的的物物料料性性质质有有显显著著差差异异。如如：悬悬浮浮液液、乳乳浊浊液液、泡泡沫沫液液属属于于液液态态非非均均相相物物系系，含尘气体、含雾气体属于气态非均相物系。含尘气体、含雾气体属于气态非均相物系。第一节第一节概述概述p分散相分散相：分散物质。在非均相物系中，处于分散状分散物质。在非均相物系中，处于分散状态的物质。态的物质。p连续相连续相：分散介质。包围着分散物质而处于连续状分散介质。包围着分散物质而处于连续状态的流体。态的流体。非均相物系由分散相和连续相组成非均相物系由分散相和连续相组成要要实实现现分分离离，必必须须使使分分散散相相和和连连续续相相之之间间发发生生相相对对运运动动。因因此此，非非均均相相物物系系的的分分离离操操作作遵遵循循流流体体力力学学的的基本规律。基本规律。p非均相物系的分离原理：非均相物系的分离原理：p非均相物系分离的理论基础：非均相物系分离的理论基础：根据两相物理性质根据两相物理性质(如密度等如密度等)的不同而进行的分离。的不同而进行的分离。由于非均相物的两相间的密度等物理特性差异较大，由于非均相物的两相间的密度等物理特性差异较大，因此常采用因此常采用机械方法机械方法进行分离。按两相运动方式的不进行分离。按两相运动方式的不同，机械分离大致分为同，机械分离大致分为沉降和过滤沉降和过滤两种操作。两种操作。通常先造成一个两相物系，再用机械分离的方法分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。离，如蒸馏，萃取等。p非均相物系的分离方法：非均相物系的分离方法：p均相物系的分离均相物系的分离：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。自来水厂的主要流程自来水厂的主要流程广州水厂全貌 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。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。水厂沉降池 p 定义：定义：p沉降力场：重力、离心力。沉降力场：重力、离心力。在某种力场的作用下，利用分散物质与分散介质的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。密度差异，使之发生相对运动而分离的单元操作。p 沉降操作分类：重力沉降、离心沉降。沉降操作分类：重力沉降、离心沉降。第一节第一节流体与粒子的相对运动流体与粒子的相对运动图图 流体绕过颗粒的流动流体绕过颗粒的流动uFdFd与颗粒运动的方向相反与颗粒运动的方向相反 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种作用力通常称为曳力（drag force)drag force)或阻力。或阻力。只要颗粒与流体之间有相只要颗粒与流体之间有相对运动，就会产生阻力。对运动，就会产生阻力。对于一定的颗粒和流体，对于一定的颗粒和流体，只要相对运动速度相同，流只要相对运动速度相同，流体对颗粒的阻力就一样。体对颗粒的阻力就一样。一、颗粒在流体中的运动一、颗粒在流体中的运动（一）（一）曳力与曳力系数曳力与曳力系数理想流体实际流体n流体绕球形颗粒的流动流体绕球形颗粒的流动 流体密度；流体密度；流体粘度；流体粘度；d dp p颗粒的当量直径；颗粒的当量直径；A AP P 颗粒在运动方向上的投影面积；颗粒在运动方向上的投影面积；u u 颗粒与流体相对运动速度。颗粒与流体相对运动速度。C CD D 阻力系数，是雷诺数阻力系数，是雷诺数ReRe的函数，由实验确定。的函数，由实验确定。颗粒所受的阻力颗粒所受的阻力Fd可用可用下式计算下式计算n曳力与雷诺数曳力与雷诺数层流区（斯托克斯层流区（斯托克斯StokesStokes区，区，1010-4-4 ReReP P11）注意：其中斯托克斯区的计算式是准确的，其它两个区域的注意：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。计算式是近似的。过渡区（艾仑过渡区（艾仑SllenSllen区，区，11ReReP P10103 3）湍流区（牛顿湍流区（牛顿NewtonNewton区，区，10103 3 ReReP P10500Ret 1n n沉降速度的推导：沉降速度的推导：根据牛顿第二定律，颗粒的重力沉降运动基本方程式应为根据牛顿第二定律，颗粒的重力沉降运动基本方程式应为:u重力重力 Fg 阻力阻力FD浮力浮力 Fb p p为颗粒密度为颗粒密度随着颗粒向下沉降，随着颗粒向下沉降，u逐渐增大，逐渐增大，du/dt 逐渐减少。逐渐减少。当当u增到一定数值增到一定数值ui时，时，du/dt=0。颗粒开始作匀速沉降运动。颗粒开始作匀速沉降运动。上式表明：上式表明：颗粒的沉降过程分为两个阶段：颗粒的沉降过程分为两个阶段：沉降速度沉降速度（terminal velocity）：也称为终端速度，匀速阶段颗也称为终端速度，匀速阶段颗粒相对于流体的运动速度。粒相对于流体的运动速度。当当du/dt=0时，令时，令u=ut，则可得沉降速度计算式则可得沉降速度计算式加速阶段；加速阶段；匀速阶段。匀速阶段。将不同流动区域的阻力系数分别代入上式，得将不同流动区域的阻力系数分别代入上式，得球形颗粒在球形颗粒在各各区相应的沉降速度分别为：区相应的沉降速度分别为：层流区（层流区（ReP1）过渡区（过渡区（11ReReP P500500）湍流区（湍流区（500500ReReP P10105 5）u ut t与与d dp p有关。有关。d dp p愈大，愈大，u ut t则愈大。则愈大。层流区与过渡区中，层流区与过渡区中，u ut t还与流体粘度有关。还与流体粘度有关。液体粘度约为气体粘度的液体粘度约为气体粘度的5050倍，故颗粒在液体中的沉降速倍，故颗粒在液体中的沉降速度比在气体中的小很多。度比在气体中的小很多。假设流体流动类型；假设流体流动类型；计算沉降速度；计算沉降速度；计算计算ReReP P，验证与假设是否相符；验证与假设是否相符；如果不相符，则转如果不相符，则转。如果相符，。如果相符，OK!OK!求沉降速度通常采用试差法。求沉降速度通常采用试差法。沉降速度的求法：沉降速度的求法：例：计算直径为例：计算直径为9595 m m，密度为密度为30003000kg/mkg/m3 3的固体颗粒的固体颗粒分别在分别在20 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。计算计算Re，核算流型：核算流型：假设正确，计算有效。假设正确，计算有效。解：在解：在20 20 的水中：的水中：20 20 水的密度为水的密度为998.2998.2kg/mkg/m3 3，粘度为粘度为1.005101.00510-3-3 PaPa s s先设为层流区。先设为层流区。1)1)颗粒直径颗粒直径d dp p:应用：应用：啤酒生产，采用絮状酵母，啤酒生产，采用絮状酵母，dpu ut t，使啤酒易于分离和澄清。使啤酒易于分离和澄清。均质乳化，均质乳化，dput，使饮料不易分层。使饮料不易分层。加絮凝剂，如水中加明矾。加絮凝剂，如水中加明矾。2)2)连续相的粘度连续相的粘度：应用：应用：加酶：清饮料中添加果胶酶，使加酶：清饮料中添加果胶酶，使 ut，易于分离。易于分离。增稠：浓饮料中添加增稠剂，使增稠：浓饮料中添加增稠剂，使 ut，不易分层。不易分层。加热：加热：3)两相密度差两相密度差(p-)：影响沉降速度的因素影响沉降速度的因素影响沉降速度的因素影响沉降速度的因素(以层流区为例以层流区为例以层流区为例以层流区为例)4)颗粒形状颗粒形状在实际沉降中：在实际沉降中：非球形颗粒的形状可用球形度非球形颗粒的形状可用球形度 s 来描述。来描述。s 球形度；球形度；S 颗粒的表面积，颗粒的表面积，m2；Sp与颗粒体积相等的圆球的表面积，与颗粒体积相等的圆球的表面积，m2。不同球形度下阻力系数与不同球形度下阻力系数与ReRe的关系见课本图示，的关系见课本图示，ReRe中的中的d dp p用当量直径用当量直径d de e代替。代替。球形度球形度 s s越小，阻力系数越小，阻力系数 越大，但在层流区不明显。越大，但在层流区不明显。u ut t非球非球 u ut t球球 。对于细微颗粒对于细微颗粒(d d0.55 m，dpc50=12 m。主要技术参数主要技术参数例：温度为例：温度为20，压力为，压力为0.1010.101Mpa，流量为流量为2.52.5m m3 3/s/s的含尘空的含尘空气，用标准旋风分离器除尘。粉尘密度为气，用标准旋风分离器除尘。粉尘密度为25002500kg/mkg/m3 3，试计试计算临界粒径。选择合适的旋风分离器，使之能算临界粒径。选择合适的旋风分离器，使之能100%100%的分离的分离出出6.56.5 m以上的粉尘。并计算压损。以上的粉尘。并计算压损。解：解：20，0.101Mpa时空气的：时空气的：=1.21kg/m3，=1.811010-5-5PaPa s s1 1、确定进口气速：、确定进口气速：u ui i=20m/s(15-20m/s)=20m/s(15-20m/s)2 2、计算、计算D D和和b b：流量流量 V=SuV=Sui=Bhu=Bhu B=D/5,h=3D/5 B=D/5,h=3D/5 2.5=(D/5)2.5=(D/5)(3D/5)(3D/5)20 20 D=1.041m D=1.041m 取取 D=1100 mmD=1100 mm旋风分离器的选用旋风分离器的选用此时此时3、求求dpc4、求、求 p5、求求D，使使dpc=6.5 mB=0.175，D=5B，h=3D/5=3B=0.525，取取ui=17m/sx=1.6，取取x=2D=5B=0.875，取取D=800mm6、校核校核所以，所选分离器适用。所以，所选分离器适用。由由V=bhu，b=D/5，h=3D/5，得得用标准旋风分离器出去气流中所含的固体颗粒。已知固体密用标准旋风分离器出去气流中所含的固体颗粒。已知固体密度为度为1100kg/m3，粒径为粒径为4.5 m，气体密度为气体密度为1.2kg/m3，粘度为粘度为1.81010-5-5PaPa s s，流量为流量为.40.40m m3 3/s/s，允许压强降为允许压强降为17801780PaPa。试选择试选择合适的分离器。合适的分离器。习题习题由于分离器各部分的尺寸都是由于分离器各部分的尺寸都是D D的倍数，所以只要进口气速的倍数，所以只要进口气速u ui i相同，不管多大的旋风分离器，其压力损失都相同。相同，不管多大的旋风分离器，其压力损失都相同。压力损失相同时，小型分离器的压力损失相同时，小型分离器的b=D/5b=D/5值较小，则小型分离器值较小，则小型分离器的临界粒径较小。的临界粒径较小。旋风分离器的使用旋风分离器的使用双联双联四联四联 用若干个小旋风分离器并来代替一个大旋风分离用若干个小旋风分离器并来代替一个大旋风分离器，可以提高分离效率。器，可以提高分离效率。灰尘灰尘净化气体净化气体含尘气体含尘气体1.结构结构滤袋、骨架、机壳、清滤袋、骨架、机壳、清灰装置、灰斗、排灰阀。灰装置、灰斗、排灰阀。2.工作过程工作过程含尘气体进入袋滤器；含尘气体进入袋滤器；气体通过滤袋，经顶部气体通过滤袋，经顶部排出；排出；灰尘被截留；灰尘被截留；聚集一定厚度灰尘后，聚集一定厚度灰尘后，压缩空气通入，滤袋振动，压缩空气通入，滤袋振动，灰尘落下；灰尘落下；灰尘经过排灰阀排除。灰尘经过排灰阀排除。压缩空气压缩空气骨架骨架滤袋滤袋机壳机壳清灰装置清灰装置排灰阀排灰阀灰斗灰斗清灰原则清灰原则及时清灰；及时清灰；不彻底清灰。不彻底清灰。袋滤器袋滤器袋式过滤器动画含尘气体的分离系统含尘气体的分离系统4050 m5 m，dpc50=12 m0.5 m达达90%灰尘灰尘含尘气体含尘气体净化气体净化气体灰尘灰尘灰尘灰尘重力沉降室重力沉降室旋风分离器旋风分离器袋滤器袋滤器离心风机离心风机利用离心力的作用，使悬浮液中固体颗粒增稠或使粒径不同利用离心力的作用，使悬浮液中固体颗粒增稠或使粒径不同及密度不同的颗粒进行分级。及密度不同的颗粒进行分级。结构和工作原理：结构和工作原理：与旋风分离器相似。与旋风分离器相似。4 4 旋液分离器旋液分离器(hydraulic cyclone)hydraulic cyclone)l悬浮液从圆筒上部的切向进口进入器内，旋转向下流动。悬浮液从圆筒上部的切向进口进入器内，旋转向下流动。工作过程：工作过程：l液流中的颗粒受离心力作用，沉降到器壁，并随液流下降液流中的颗粒受离心力作用，沉降到器壁，并随液流下降到锥形底的出口，成为较稠的悬浮液而排出，称为底流。到锥形底的出口，成为较稠的悬浮液而排出，称为底流。l澄清的液体或含有较小较轻颗粒的液体，则形成向上的内澄清的液体或含有较小较轻颗粒的液体，则形成向上的内旋流，经上部中心管从顶部溢流管排出，称为溢流。旋流，经上部中心管从顶部溢流管排出，称为溢流。液体的粘度约为气体的液体的粘度约为气体的50倍，液体的倍，液体的(p-)比气体的小，悬浮液的进口比气体的小，悬浮液的进口速度也比含尘气体的小，所以同样大小和密度的颗粒，速度也比含尘气体的小，所以同样大小和密度的颗粒，沉降速度远小于含尘气体在旋风分离器中的沉降速度。沉降速度远小于含尘气体在旋风分离器中的沉降速度。要达到同样的临界粒径要求，则旋液分离器的直径要比旋风分离器小很多。要达到同样的临界粒径要求，则旋液分离器的直径要比旋风分离器小很多。特点特点旋液分离器的圆筒直径一般为旋液分离器的圆筒直径一般为75300mm。悬浮液进口速度一般为悬浮液进口速度一般为515m/s。压力损失约为压力损失约为50200kPa。分离的颗粒直径约为分离的颗粒直径约为1040 m m。主要技术参数主要技术参数文丘里除尘器动画 静电除尘器动画 过滤介质过滤介质:过滤采用的多孔物质；过滤采用的多孔物质；滤浆滤浆:所处理的悬浮液；所处理的悬浮液；滤液滤液:通过多孔通道的液体；通过多孔通道的液体；滤饼或滤渣滤饼或滤渣:被截留的固体物质。被截留的固体物质。以某种多孔物质为介质，在外力的作用下，使悬浮液中以某种多孔物质为介质，在外力的作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固液分离的单元操作。实现固液分离的单元操作。第三节第三节过过滤滤一、过滤操作的基本概念一、过滤操作的基本概念过滤过滤过滤过滤(filtration):filtration):滤浆滤浆(slurry)：原悬浮液。原悬浮液。滤饼滤饼(filtercake)：截留的固体物质。截留的固体物质。过滤介质过滤介质(filteringmedium)：多孔物质。多孔物质。滤液滤液(filterate)：通过多孔通道的液体。通过多孔通道的液体。过滤操作示意图过滤操作示意图(滤饼过滤滤饼过滤)织物介质织物介质(又称滤布又称滤布)由棉、毛、麻、丝等天然纤维及合成纤维制成的织物，以由棉、毛、麻、丝等天然纤维及合成纤维制成的织物，以及玻璃丝、金属丝等织成的网；及玻璃丝、金属丝等织成的网；过滤介质的分类：过滤介质的分类：堆积介质堆积介质由各种固体颗粒（细砂、硅藻土等）堆积而成，由各种固体颗粒（细砂、硅藻土等）堆积而成，多用于多用于深床过滤；深床过滤；多孔固体介质多孔固体介质这类介质具有很多细微孔道，如多孔陶瓷、多孔塑料等。这类介质具有很多细微孔道，如多孔陶瓷、多孔塑料等。多用于含少量细微颗粒的悬浮液，如白酒等的精滤。多用于含少量细微颗粒的悬浮液，如白酒等的精滤。(一一)过滤介质过滤介质过滤介质应具有如下性质：过滤介质应具有如下性质：过过滤滤介介质质的的作作用用(滤滤饼饼过过滤滤)：促促使使滤滤饼饼的的形形成成，并支承滤饼。并支承滤饼。（1 1）多孔性，液体流过的阻力小；）多孔性，液体流过的阻力小；（2 2）有足够的强度；）有足够的强度；（3 3）耐腐蚀性和耐热性；）耐腐蚀性和耐热性；（4 4）孔道大小适当，能发生架桥现象。）孔道大小适当，能发生架桥现象。滤饼过滤过程：滤饼过滤过程：刚开始：有细小颗粒通过孔道，滤液混浊。刚开始：有细小颗粒通过孔道，滤液混浊。开始后：迅速发生开始后：迅速发生“架桥现象架桥现象”，颗粒被拦截，颗粒被拦截，滤液澄清。滤液澄清。所以，在滤饼过滤时真正起过滤作用的是滤饼本所以，在滤饼过滤时真正起过滤作用的是滤饼本身，而非过滤介质。身，而非过滤介质。（二）（二）过滤方式过滤方式过滤的操作基本方式有两种：过滤的操作基本方式有两种：过滤的操作基本方式有两种：过滤的操作基本方式有两种：滤饼过滤滤饼过滤滤饼过滤滤饼过滤和和和和深层过滤深层过滤深层过滤深层过滤。1 1 1 1.滤饼过滤滤饼过滤滤饼过滤滤饼过滤(cake filtration)cake filtration)cake filtration)cake filtration)：饼层过滤饼层过滤饼层过滤饼层过滤架桥现象架桥现象注意注意：所选过滤介质的孔道尺寸一定要使：所选过滤介质的孔道尺寸一定要使“架桥现象架桥现象”能够能够过发生。过发生。饼层过滤适于处理固体含量较高的悬浮液。饼层过滤适于处理固体含量较高的悬浮液。特点：颗粒特点：颗粒(粒子粒子)沉积于介质内部。沉积于介质内部。深层过滤深层过滤过滤对象：悬浮液中的固体颗粒小而少。过滤对象：悬浮液中的固体颗粒小而少。过滤介质：堆积较厚的粒状床层。过滤介质：堆积较厚的粒状床层。过滤原理：颗粒尺寸过滤原理：颗粒尺寸 介质通道尺寸，介质通道尺寸，颗粒通过细长而弯曲的孔道，靠静电和分颗粒通过细长而弯曲的孔道，靠静电和分子的作用力附着在介质孔道上。子的作用力附着在介质孔道上。应用：适于处理生产能力大而悬浮液中应用：适于处理生产能力大而悬浮液中颗粒小而且含量少的场合，如水处理和酒颗粒小而且含量少的场合，如水处理和酒的过滤。的过滤。2.2.深层过滤深层过滤深层过滤深层过滤(deep bed filtration)deep bed filtration)：深床过滤深床过滤深床过滤深床过滤不不可可压压缩缩滤滤饼饼：若若颗颗粒粒由由不不易易变变形形的的坚坚硬硬固固体体组组成成，则则当当压压强强差差增增大大时时，滤滤饼饼的的结结构构不不发发生生明明显显变变化化，单单位位厚厚度度滤滤饼饼的流动阻力可视作恒定，这类滤饼称为不可压缩滤饼。的流动阻力可视作恒定，这类滤饼称为不可压缩滤饼。随着过滤的进行，滤饼的厚度增大，滤液的流动阻力亦逐随着过滤的进行，滤饼的厚度增大，滤液的流动阻力亦逐渐增大，导致滤饼两侧的压强差增大。滤饼的压缩性对压强差渐增大，导致滤饼两侧的压强差增大。滤饼的压缩性对压强差有较大影响。有较大影响。可可压压缩缩滤滤饼饼：若若滤滤饼饼为为胶胶体体物物质质时时，当当压压强强差差增增大大时时，滤滤饼饼则则被被压压紧紧，使使单单位位厚厚度度滤滤饼饼的的流流动动阻阻力力增增大大，此此类类滤滤饼饼称称为可压缩滤饼。为可压缩滤饼。（三）（三）滤饼的压缩性和助滤剂滤饼的压缩性和助滤剂助助滤滤剂剂：对对于于可可压压缩缩滤滤饼饼，为为了了使使过过滤滤顺顺利利进进行行，可可以以将将质质地地坚坚硬硬而而能能形形成成疏疏松松滤滤饼饼的的另另一一种种固固体体颗颗粒粒混混入入悬悬浮浮液液或或预预涂涂于于过过滤滤介介质质上上，以以形形成成疏疏松松饼饼层层，使使得得滤滤液液畅畅流流，该该种种颗粒状物质就称为助滤剂。颗粒状物质就称为助滤剂。常用的助滤剂：常用的助滤剂：硅藻土、珍珠岩、石棉、炭粉等。硅藻土、珍珠岩、石棉、炭粉等。助滤剂的基本要求：助滤剂的基本要求：1 1、能形成多孔饼层的刚性颗粒，使滤饼有良好的渗透性及、能形成多孔饼层的刚性颗粒，使滤饼有良好的渗透性及较低的流体阻力。较低的流体阻力。2 2、具有化学稳定性。、具有化学稳定性。3 3、在操作压强范围内具有不可压缩性。、在操作压强范围内具有不可压缩性。（四）过滤的操作方式（四）过滤的操作方式n n根据使用的过滤设备、过滤介质及所处理的物系的性质和根据使用的过滤设备、过滤介质及所处理的物系的性质和根据使用的过滤设备、过滤介质及所处理的物系的性质和根据使用的过滤设备、过滤介质及所处理的物系的性质和产品收集的要求分为产品收集的要求分为产品收集的要求分为产品收集的要求分为:n n根据提供过滤推动力的方式分为根据提供过滤推动力的方式分为根据提供过滤推动力的方式分为根据提供过滤推动力的方式分为:重力过滤重力过滤重力过滤重力过滤加压过滤加压过滤加压过滤加压过滤真空过滤真空过滤真空过滤真空过滤离心过滤离心过滤离心过滤离心过滤连续式连续式连续式连续式间歇式间歇式间歇式间歇式工业上使用的典型过滤设备：工业上使用的典型过滤设备：按操作方式分类：间歇过滤机、连续过滤机按操作方式分类：间歇过滤机、连续过滤机按操作压强差分类：压滤、吸滤和离心过滤按操作压强差分类：压滤、吸滤和离心过滤板框压滤机（间歇操作）板框压滤机（间歇操作）转筒真空过滤机（连续操作）转筒真空过滤机（连续操作）过滤式离心机过滤式离心机二、过滤设备二、过滤设备结构：结构：滤板、滤框、夹紧机构、机架等组成。滤板、滤框、夹紧机构、机架等组成。滤板：凹凸不平的表面，凸部用来支撑滤布，凹槽是滤滤板：凹凸不平的表面，凸部用来支撑滤布，凹槽是滤液的流道。液的流道。滤板右上角的圆孔，是滤浆通道；左上角的圆滤板右上角的圆孔，是滤浆通道；左上角的圆孔，是洗水通道。孔，是洗水通道。洗涤板洗涤板：左上角的洗水通道与两侧表面的凹槽相通，左上角的洗水通道与两侧表面的凹槽相通，使洗水流进凹槽；使洗水流进凹槽；非洗涤板：非洗涤板：洗水通道与两侧表面的凹槽不相通。洗水通道与两侧表面的凹槽不相通。（一）（一）板框压滤机板框压滤机 下载下载板框过滤机动画 这是一台等待出厂的板框过滤机产品。这是一台等待出厂的板框过滤机产品。板框过滤机为了避免这两种板和框的安装次序有错，在铸造时常在板为了避免这两种板和框的安装次序有错，在铸造时常在板与框的外侧面分别铸有一个、两个或三个小钮。非洗涤板为一与框的外侧面分别铸有一个、两个或三个小钮。非洗涤板为一钮板，框带两个钮板，框带两个钮，洗涤板为三钮板。钮板，框带两个钮板，框带两个钮，洗涤板为三钮板。滤框：滤框：滤浆通道：滤浆通道：滤框右上角的圆孔滤框右上角的圆孔洗水通道：洗水通道：滤框左上角的圆孔滤框左上角的圆孔滤浆滤浆洗水洗水滤板滤板滤框滤框洗板洗板滤布滤布板框过滤机板框过滤机 板框过滤机的操作是间歇式的，每个操作循环由装合、过滤、板框过滤机的操作是间歇式的，每个操作循环由装合、过滤、洗涤、卸渣、整理五个阶段洗涤、卸渣、整理五个阶段。过滤过程过滤过程1)1)、装合：、装合：将板与框按将板与框按 1-2-3-2-1-2-3 1-2-3-2-1-2-3的顺序，滤板的两侧表面放上滤布，的顺序，滤板的两侧表面放上滤布，然后用手动的或机动的压紧装置固定，使板与框紧密接触。然后用手动的或机动的压紧装置固定，使板与框紧密接触。2)2)、过滤：、过滤：用泵把滤浆送进右上角的滤浆通道，由通道流进每个滤框里。用泵把滤浆送进右上角的滤浆通道，由通道流进每个滤框里。滤液穿过滤布沿滤板的凹槽流至每个滤板下角的阀门排出。固体滤液穿过滤布沿滤板的凹槽流至每个滤板下角的阀门排出。固体颗粒积存在滤框内形成滤饼，直到框内充满滤饼为止。颗粒积存在滤框内形成滤饼，直到框内充满滤饼为止。3)3)、洗涤：、洗涤：将洗水送入洗水通道，经洗涤板左上角的洗水进口，进入板将洗水送入洗水通道，经洗涤板左上角的洗水进口，进入板的两侧表面的凹槽中。然后，洗水横穿滤布和滤饼，最后由非的两侧表面的凹槽中。然后，洗水横穿滤布和滤饼，最后由非洗涤板下角的滤液出口排出。在此阶段中，洗涤板下角的滤液洗涤板下角的滤液出口排出。在此阶段中，洗涤板下角的滤液出口阀门关闭。出口阀门关闭。4)4)、卸渣、整理、卸渣、整理 打开板框，卸出滤饼，洗涤滤布及板、框。打开板框，卸出滤饼，洗涤滤布及板、框。在洗液粘度与滤液粘度相近的情况下，且在压差相同时，在洗液粘度与滤液粘度相近的情况下，且在压差相同时，洗涤速率约为过滤终了速率的洗涤速率约为过滤终了速率的1/41/4。为什么？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（310kg/cm2 ），），对颗粒细小而液体粘度较大的滤浆，也能适用。对颗粒细小而液体粘度较大的滤浆，也能适用。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。近年出现了各种自动操作的板框压滤机，使劳动强度得到减近年出现了各种自动操作的板框压滤机，使劳动强度得到减轻。轻。板框压滤机的特点：板框压滤机的特点：（二）叶滤机（二）叶滤机加压叶滤机动画 结构：结构：p转筒，扇形格转筒，扇形格(18格格)；滤室；滤室；分配头；分配头；动盘动盘(18个孔，分别与扇形个孔，分别与扇形格的格的18个通道相连个通道相连)；定盘定盘(三个凹槽：滤液真空三个凹槽：滤液真空凹槽、洗水真空凹槽、压缩凹槽、洗水真空凹槽、压缩空气凹槽，分别将动盘的空气凹槽，分别将动盘的18个孔道分成三个通道个孔道分成三个通道)；p金属网；金属网；p滤布；滤布；p滤浆槽滤浆槽。工作过程工作过程转筒真空过滤机结构示意图转筒真空过滤机结构示意图动盘动盘定盘定盘转筒转筒金属网金属网滤布滤布滤饼滤饼搅拌器搅拌器洗涤喷头洗涤喷头料浆槽料浆槽刮刀刮刀（三）转筒真空过滤机（三）转筒真空过滤机（rotary-drum rotary-drum vacuum filtervacuum filter）110987654321817161514131112动盘动盘转筒及分配头的结构转筒及分配头的结构工作过程工作过程定盘定盘18格分成格分成6个工作区个工作区1区区(17格格)：过滤区；：过滤区；2区区(810格格)：滤液吸干区；：滤液吸干区；3区区(1213格格)：洗涤区；：洗涤区；4区区(14格格)：洗后吸干区；：洗后吸干区；5区区(16格格)：吹松卸渣区；：吹松卸渣区；6区区(17格格)：滤布再生区。：滤布再生区。l过滤区过滤区(12区区)，f 槽槽;l洗涤区洗涤区(34区区)，g槽槽;l干燥卸渣区干燥卸渣区(56区区)，h 槽槽;f 槽槽h 槽槽g 槽槽转筒真空过滤机动画 110987654321817161514131112定盘定盘动盘动盘转筒及分配头的结构转筒及分配头的结构转筒真空过滤机转筒真空过滤机自动连续操作；自动连续操作；适用于处理量大，固体颗粒含量较多的滤浆；适用于处理量大，固体颗粒含量较多的滤浆；真空下操作，其过滤推动力较低真空下操作，其过滤推动力较低(最高只有最高只有1 1atmatm)，对于滤对于滤饼阻力较大的物料适应能力较差。饼阻力较大的物料适应能力较差。转筒旋转时，藉分配头的作用，能使转筒旋转一周的过程转筒旋转时，藉分配头的作用，能使转筒旋转一周的过程中，每个小过滤室可依次进行过滤、洗涤、吸干、吹松卸渣等中，每个小过滤室可依次进行过滤、洗涤、吸干、吹松卸渣等项操作。项操作。整个转筒圆周在任何瞬间都划分为整个转筒圆周在任何瞬间都划分为:特点：特点：工作过程工作过程过滤区过滤区;洗涤区洗涤区;干燥卸渣区干燥卸渣区。dpde 对于颗粒层中不规则的通道，可以简化成由一组当量直径对于颗粒层中不规则的通道，可以简化成由一组当量直径为为d de e的细管，而细管的当量直径可由床层的空隙率和颗粒的的细管，而细管的当量直径可由床层的空隙率和颗粒的比表面积来计算。比表面积来计算。三、过滤计算三、过滤计算1 1.滤液通过饼层的流动滤液通过饼层的流动滤液通过饼层的流动滤液通过饼层的流动（一）过滤基本方程（一）过滤基本方程颗粒床层的特性可用颗粒床层的特性可用空隙率空隙率、当量直径当量直径等物理量来描述。等物理量来描述。空隙率空隙率：单位体积床层中的空隙体积称为空隙率。单位体积床层中的空隙体积称为空隙率。式中式中床层的空隙率，床层的空隙率，m3/m3。式中式中颗粒的比表面，颗粒的比表面，m2/m3。比表面积比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积称为比表面积。单位体积颗粒所具有的表面积称为比表面积。2.颗粒床层的特性颗粒床层的特性依照第一章中非圆形管的当量直径定义，当量直径为：依照第一章中非圆形管的当量直径定义，当量直径为：式中式中de床层流道的当量直径，床层流道的当量直径，m故对颗粒床层直径应可写出：故对颗粒床层直径应可写出：滤滤液液通通过过饼饼层层的的流流动动常常属属于于滞滞流流流流型型，可可以以仿仿照照圆圆管管内内滞滞流流流流动动的的泊泊稷稷叶叶公公式式(哈哈根根方方程程)来来描描述述滤滤液液通通过过滤滤饼饼的的流流动动，则则滤液通过饼床层的流速与压强降的关系为：滤液通过饼床层的流速与压强降的关系为：式中式中 u u1 1 滤液在床层孔道中的流速，滤液在床层孔道中的流速，m/sm/s；L L 床层厚度，床层厚度，m,m,ppc c 滤液通过滤饼层的压强降，滤液通过滤饼层的压强降，papa；阻阻力力与与压压强强降降成成正正比比，因因此此可可认认为为上上式式表表达达了了过过滤滤操操作作中中滤液流速与阻力的关系。滤液流速与阻力的关系。在在与与过过滤滤介介质质相相垂垂直直的的方方向向上上，床床层层空空隙隙中中的的滤滤液液流流速速u u1 1与按整个床层截面积计算的滤液平均流速与按整个床层截面积计算的滤液平均流速u u之间的关系为：之间的关系为：上上式式中中的的比比例例常常数数KK与与滤滤饼饼的的空空隙隙率率、颗颗粒粒形形状状、排排列列及及粒粒度度范范围围诸诸因因素素有有关关。对对于于颗颗粒粒床床层层内内的的滞滞流流流流动动，KK值值可可取为取为5 5。式中式中V 滤液量，滤液量，m3；t过滤时间，过滤时间，s；S过滤面积，过滤面积，m2。过滤速率为：过滤速率为：任一瞬间的过滤速度为：任一瞬间的过滤速度为：过滤速度过滤速度:单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积，单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积，m3/m2 s。过滤速率过滤速率:单位时间内获得的滤液体积，单位时间内获得的滤液体积，m3/s。3.过滤速率过滤速率R R滤饼阻力，滤饼阻力，1/1/m,m,其计算式为：其计算式为：对于不可压缩滤饼，滤饼层中的空隙率对于不可压缩滤饼，滤饼层中的空隙率可视为常数，颗可视为常数，颗粒的形状、尺寸也不改变，因而比表面粒的形状、尺寸也不改变，因而比表面a 亦为常数，则有亦为常数，则有式中式中 r r滤饼的比阻，滤饼的比阻，1/1/m m2 2,其计算式为：其计算式为：R=rL4滤饼阻力滤饼阻力比阻比阻r r单位厚度滤饼的阻力；单位厚度滤饼的阻力；在数值上等于粘度为在数值上等于粘度为1 1PasPas的滤液以的滤液以1 1m/sm/s的平均流速通过的平均流速通过厚度为厚度为1 1m m 的滤饼层时所产生的压强降；的滤饼层时所产生的压强降；比阻反映了颗粒特性比阻反映了颗粒特性(形状、尺寸及床层空隙率形状、尺寸及床层空隙率)对滤液流对滤液流动的影响；动的影响；床层空隙率床层空隙率愈小及颗粒比表面愈小及颗粒比表面a a愈大，则床层愈致密，愈大，则床层愈致密，对流体流动的阻滞作用也愈大。对流体流动的阻滞作用也愈大。通通常常把把过过滤滤介介质质的的阻阻力力视视为为常常数数，仿仿照照滤滤液液穿穿过过滤滤饼饼层层的的速速度方程则可写出滤液穿过过滤介质层的速度关系式：度方程则可写出滤液穿过过滤介质层的速度关系式：式中式中pm过滤介质上、下游两侧的压强差，过滤介质上、下游两侧的压强差，Pa；Rm 过滤介质阻力，过滤介质阻力，l/m由于很难划定过滤介质与滤饼之间的分界面，更难测定分界由于很难划定过滤介质与滤饼之间的分界面，更难测定分界面处的压强，在操作过程中总是把过滤介质与滤饼联合起来考面处的压强，在操作过程中总是把过滤介质与滤饼联合起来考虑。虑。5过滤介质的阻力过滤介质的阻力 通通常常，滤滤饼饼与与滤滤布布的的面面积积相相同同。所所以以两两层层中中的的过过滤滤速速度度应应相等，则：相等，则：上式表明，可用滤液通过串联的滤饼与滤布的总压强降来上式表明，可用滤液通过串联的滤饼与滤布的总压强降来表示过滤推动力，用两层的阻力之和来表示总阻力。表示过滤推动力，用两层的阻力之和来表示总阻力。式中：式中：p 滤饼与滤布两侧的总压强差，称为过滤压强差。滤饼与滤布两侧的总压强差，称为过滤压强差。假假设设：厚厚度度为为Le的的滤滤饼饼产产生生的的阻阻力力与与滤滤布布相相同同，而而过过程程仍仍能完全按照原来的速率进行，则：能完全按照原来的速率进行，则：rLe=Rm在一定的操作条件下，以一定介质过滤一定悬浮液时，在一定的操作条件下，以一定介质过滤一定悬浮液时，Le为定值；但同一介质在不同的过滤操作中，为定值；但同一介质在不同的过滤操作中，Le值不同值不同。式中式中Le过滤介质的当量滤饼厚度，或称虚拟滤饼厚度，过滤介质的当量滤饼厚度，或称虚拟滤饼厚度，m。式中：式中：v 滤饼体积与相应的滤液体积之比，无因次。滤饼体积与相应的滤液体积之比，无因次。LA=vV 若每获得若每获得1 1m m3 3滤液所形成的滤饼体积为滤液所形成的滤饼体积为v vm m3 3，则任一瞬间的滤则任一瞬间的滤饼厚度饼厚度L L与当时已经获得的滤液体积与当时已经获得的滤液体积V V之间的关系为：之间的关系为：同理，如生成厚度为同理，如生成厚度为Le的滤饼所应获得的滤液体积以的滤饼所应获得的滤液体积以Ve来表来表示，则示，则式中式中Ve过滤介质的当量滤液体积，或称虚拟滤液体积，过滤介质的当量滤液体积，或称虚拟滤液体积，m3。6.过滤基本方程推导过滤基本方程推导 注注意意：在在一一定定的的操操作作条条件件下下，以以一一定定介介质质过过滤滤一一定定的的悬悬浮浮液时，液时，Ve为定值，但同一介质在不同的过滤操作中，为定值，但同一介质在不同的过滤操作中，Ve不同。不同。上式适用于上式适用于不可压缩滤饼不可压缩滤饼。对于对于可压缩滤饼可压缩滤饼其比阻其比阻r r与压强差有关。与压强差有关。上式称为上式称为过滤基本方程式过滤基本方程式，它对各种过滤情况均适用。，它对各种过滤情况均适用。式中式中r0单位压强下滤饼的比阻，单位压强下滤饼的比阻，1/m2p过滤压强差，过滤压强差，pa s滤饼的压缩性指数，无因此。一般情况下，滤饼的压缩性指数，无因此。一般情况下，s=01。对于不可压缩滤饼，对于不可压缩滤饼，s=0。根据上两式可得根据上两式可得r=r0(p)sp定义：过滤操作在恒定压强下进行时称为恒压过滤。定义：过滤操作在恒定压强下进行时称为恒压过滤。滤饼不断变厚；滤饼不断变厚；阻力逐渐增加；阻力逐渐增加；推动力推动力pp 恒定；恒定；过滤速率逐渐变小。过滤速率逐渐变小。过滤操作的两种典型方式：恒压过滤和恒速过滤过滤操作的两种典型