沉降与过滤改动.ppt

第三章第三章沉降与过滤沉降与过滤重点重点：过滤和沉降的基本理论、基本方程：过滤和沉降的基本理论、基本方程难点难点：过滤基本方程的应用、过滤设备：过滤基本方程的应用、过滤设备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。非均相物系由非均相物系由分散相分散相和和连续相连续相组成组成 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：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。第二节第二节过过滤滤一、过滤操作的基本概念一、过滤操作的基本概念1过滤过滤(filtration)滤浆滤浆(slurry)：原悬浮液。原悬浮液。滤饼滤饼(filter cake)：截留的固体物质。截留的固体物质。过滤介质过滤介质(filtering medium)：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)滤饼过滤过程：滤饼过滤过程：(食用油脱色后出去活性炭和漂白土、牛奶去杂）食用油脱色后出去活性炭和漂白土、牛奶去杂）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，颗粒被拦截，滤液澄清。截，滤液澄清。所以，在滤饼过滤时真正起过滤作用的是滤所以，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。饼本身，而非过滤介质。2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：滤饼过滤滤饼过滤和和深层过滤深层过滤2.1 2.1 滤饼过滤滤饼过滤(cake filtration)cake filtration)：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。特点特点：颗粒：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过滤对象：悬浮液中的固体颗粒小而少。：悬浮液中的固体颗粒小而少。过滤介质过滤介质：堆积较厚的粒状床层。：堆积较厚的粒状床层。过滤原理过滤原理：颗粒尺寸：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壁上子的作用力附着在介质孔道壁上,无无滤饼堆滤饼堆积积。应用应用：适于处理生产能力大而悬浮液中：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(deep bed filtration)：又称深床过滤（又称深床过滤（啤酒、果汁、色拉油过滤）啤酒、果汁、色拉油过滤）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(又称粒状介质）又称粒状介质）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。3 3 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)：促促使滤饼的形成，并支承滤饼。使滤饼的形成，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。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。4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。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。二、过滤的基本理论二、过滤的基本理论1滤液通过饼层的流动滤液通过饼层的流动颗粒床层的特性可用颗粒床层的特性可用空隙率、当量直径空隙率、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滤液通过滤饼层的流动（过滤过程分析）2滤液在管内层流，则在1-1，2-2截面之间存在阻力存在压力降P1式中式中 V 滤液量，滤液量，m3；t 过滤时间，过滤时间，s；A 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：过过滤滤速速度度:单单位位时时间间内内通通过过单单位位过过滤滤面面积积的的滤滤液液体体积积，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，颗粒的形状、尺寸也不改变，因可视为常数，颗粒的形状、尺寸也不改变，因而比表面而比表面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度方方程程则则可可写写出出滤滤液液穿穿过过滤介质层的速度关系式：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。所所以以两两层中的过滤速度应相等，则：层中的过滤速度应相等，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，称为滤饼与滤布两侧的总压强差，称为过滤压强差过滤压强差。上式适用于上式适用于不可压缩滤饼不可压缩滤饼。x为获得单位体积为获得单位体积滤液所形成干滤液所形成干滤饼的质量滤饼的质量VeVe过滤介质的当量体积，过滤介质的当量体积，m m3 3r-r-滤饼的比阻滤饼的比阻m/kgm/kg三、过滤基本方程式三、过滤基本方程式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。式中式中 r r1-1-单位压强下滤饼的比阻，单位压强下滤饼的比阻，1/m2 p过滤压强差，过滤压强差，pa s 滤饼的压缩性指数，无因次。一般情况下，滤饼的压缩性指数，无因次。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。r=r1(p)sp定义定义：过滤操作在恒定压强下进行时称为恒压过滤。：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：过滤操作的两种典型方式：恒压过滤和恒速过滤恒压过滤和恒速过滤p特点特点：四、恒压过滤四、恒压过滤对对于于一一定定的的悬悬浮浮液液，若若、r r1 1及及x x可可视视为为常数，令常数，令(V+VV+Ve e)dV=kA)dV=kA2 2pp1-s1-sd dt t式中：式中：k k 表征过滤物料特性的常数，表征过滤物料特性的常数，m m4 4/（N N s s）。）。过滤基本方程可写成：过滤基本方程可写成：恒压过滤方程式的推导恒压过滤方程式的推导又令又令 q=V/A，qe=Ve/A五、五、恒速过滤恒速过滤若维持过滤速率恒定，这样的过滤操作方式称若维持过滤速率恒定，这样的过滤操作方式称若维持过滤速率恒定，这样的过滤操作方式称若维持过滤速率恒定，这样的过滤操作方式称为恒速过滤为恒速过滤为恒速过滤为恒速过滤。如果忽略介质阻力如果忽略介质阻力如果忽略介质阻力如果忽略介质阻力恒压过滤方程恒压过滤方程恒压过滤方程恒压过滤方程 恒速过滤方程恒速过滤方程恒速过滤方程恒速过滤方程K=2kpK=2kpK=2kpK=2kp1-s1-s1-s1-s先恒速后恒压过滤方程先恒速后恒压过滤方程先恒速后恒压过滤方程先恒速后恒压过滤方程间歇过滤的滤液量与过滤时间的关系间歇过滤的滤液量与过滤时间的关系过滤常数过滤常数过滤常数过滤常数n间歇过滤机的计算n n连续过滤机的计算总过滤面积框内总容积操作周期生产能力几种操作方式下的过滤方程几种操作方式下的过滤方程恒压过滤恒压过滤恒速过滤恒速过滤先恒速后恒压先恒速后恒压(V+Ve)2=KA2(+)eq=uR(V2-VR2)+2Ve(V-VR)=KA2(-R)V2+2VVe=KA2 V=uRA(q2-qR2)+2qe(q-qR)=K(-R)(q+qe)2=K(+e)p=a+bq2+2qqe=K 可得可得qdt/dq2qe/K由由斜率斜率=1/K，求出求出K;由截距由截距=2qe/K，求出求出qe；由由q2+2qqe=Kt，t=0，q=0，求出求出te=qe2/K。测定时采用恒压试验，恒压过滤方程为：测定时采用恒压试验，恒压过滤方程为：七、过滤常数的测定七、过滤常数的测定上式表明：上式表明：t/q与与q成直线关系，直线斜率为成直线关系，直线斜率为1/K，截距为截距为2qe/KlnK=(1-s)lnp+ln(2k)以以lnlnp p为横坐标，为横坐标，lnlnK K为纵坐标为纵坐标作直线，从而求出斜率作直线，从而求出斜率(1-(1-s s)，截截距距ln(2ln(2k k)，进而算出进而算出s s和和k k。K=2kp1-s 滤饼的压缩性指数滤饼的压缩性指数s s及物料特性常数及物料特性常数k k需在需在不同压强差下对指定物料进行试验，求得若不同压强差下对指定物料进行试验，求得若干过滤压强差下的干过滤压强差下的K K，然后对然后对K-pK-p数据加以数据加以处理，即可求得处理，即可求得s s 值。值。lnpln(K)ln(2k)q/t2qe/K压缩指数压缩指数s的测定的测定 工业上使用的典型过滤设备：工业上使用的典型过滤设备：按操作方式分类按操作方式分类：间歇过滤机、连续过滤机：间歇过滤机、连续过滤机按操作压强差分类按操作压强差分类：压滤、吸滤和离心过滤：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八、过滤设备八、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。滤板滤板：凹凸不平的表面，凸部用来支撑滤布，凹槽是滤：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。1板框压滤机板框压滤机 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，每个操作循板框过滤机的操作是间歇式的，每个操作循环由环由装合装合、过滤过滤、洗涤洗涤、卸渣卸渣、整理整理五个阶段五个阶段。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，的顺序，滤板的两侧表面放上滤布，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：用泵把滤浆送进用泵把滤浆送进右上角右上角的滤浆通道，由通道流进每个滤框里。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。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：总过滤面积总过滤面积框内总容积框内总容积操作周期操作周期生产能力生产能力间歇过滤机的计算间歇过滤机的计算间歇过滤机的计算间歇过滤机的计算过滤时间过滤时间过滤时间过滤时间t=Vt=Vt=Vt=V2 22 2+2VeV/KA+2VeV/KA+2VeV/KA+2VeV/KA2 22 2由由由由q q q q2 22 2+q+q+q+qe ee eq=Ktq=Ktq=Ktq=Ktt=qt=qt=qt=q2 22 2+q+q+q+qe ee eq/Kq/Kq/Kq/K洗涤时间洗涤时间洗涤时间洗涤时间t t t tw ww w=8(V=8(V=8(V=8(V2 22 2+V+V+V+Ve ee e)V)V)V)Vw ww w/KA/KA/KA/KA2 22 2n例例1 1：以某板框式压滤机在恒压条件下过滤含硅藻：以某板框式压滤机在恒压条件下过滤含硅藻土的悬浮夜。过滤机的滤框尺寸为土的悬浮夜。过滤机的滤框尺寸为81081025(81081025(mm)mm)，共有共有3 33 3个框。已测出过滤常个框。已测出过滤常数数K K=10-4m=10-4m2 2/s/s，qe=0.01mqe=0.01m3 3/m m2 2。若已知侧到得滤液若已知侧到得滤液体积为体积为8.668.66，所用洗水量为滤液量的，所用洗水量为滤液量的1/1/6 6。求：。求：n 1)1)过滤面积和滤框内的总容量；过滤面积和滤框内的总容量；n 2)2)过滤所需的时间；过滤所需的时间；n 3)3)洗涤时间；洗涤时间；例例2 2：以某板框式压滤机在恒压条件下过滤含硅藻：以某板框式压滤机在恒压条件下过滤含硅藻土的悬浮夜。过滤机的滤框尺寸为土的悬浮夜。过滤机的滤框尺寸为81081025(81081025(mm)mm)，共有共有3737个框。已测出过滤常个框。已测出过滤常数数K K=10=10-4-4m m2 2/s/s，qe=0.01mqe=0.01m3 3/m m2 2，t te=1se=1s。若已知单位若已知单位面积上通过的滤液量为面积上通过的滤液量为0.150.15m m3 3/m/m2 2，所用洗水量为所用洗水量为滤液量的滤液量的1/51/5。求：。求：1)1)过滤面积和滤框内的总容量；过滤面积和滤框内的总容量；2)2)过滤所需的时间；过滤所需的时间；3)3)洗涤时间；洗涤时间；4)4)生产能力生产能力Q(td=15minQ(td=15min)。生产能力：是指单位时间内获得的滤液量。生产能力：是指单位时间内获得的滤液量。解：解：1)1)过滤面积过滤面积 A=2LBZ=20.810.8137=48.6mA=2LBZ=20.810.8137=48.6m2 2 滤框总容积滤框总容积 V Vz z=LB=LB Z=0.810.810.02537=0.607mZ=0.810.810.02537=0.607m3 3 2)2)过滤时间过滤时间 3)3)洗涤时间洗涤时间 4)4)生产能力生产能力 (q+qq+qe e)2 2=K(=K(t t+t te e)(0.15+0.01)(0.15+0.01)2 2=10=10-4-4(+1)+1)=255=255s s w w=8 8(q+q(q+qe e)q)qw w/5K=8/5K=8(0.15+0.01)0.15/(510(0.15+0.01)0.15/(510-4-4)=348s)=348s n过滤时间过滤时间n由由q2+qeq=Ktnt=q2+qeq/Knq=0.15qe=0.01K=10-4洗涤时间洗涤时间洗涤时间洗涤时间t tww=8(V=8(V22+V+Vee)V)Vww/KA/KA22V2V2V2V2为滤液体积为滤液体积为滤液体积为滤液体积=V=q=V=q=V=q=V=qA AVe=Ve=qeAqeAqeAqeAVwVw为洗涤水用量为洗涤水用量解解：（1 1）求求过过滤滤时时间间。过过滤滤介介质质阻阻力力可可以以忽忽略略不不计，滤渣为不可压缩的恒压过滤方程为：计，滤渣为不可压缩的恒压过滤方程为：V V2 2+2VV+2VVe e=KA=KA2 2t t介质阻力忽略，即介质阻力忽略，即Ve0V=KA2t p=100103kpaA=40m2V=10m3x=0.05kg/mx=0.05kg/m3 3 3030水水=0.8007=0.800710-3Pasr=1r=11014m/Kg 拟用一台板框压滤机过滤悬浮液，板框尺寸为拟用一台板框压滤机过滤悬浮液，板框尺寸为450mm450mm,450mm450mm,有有4040个滤框。在个滤框。在p=310p=3105 5PaPa下恒压过滤。待滤框充满滤渣后下恒压过滤。待滤框充满滤渣后用清水洗涤滤饼，洗涤水量为滤液体积的用清水洗涤滤饼，洗涤水量为滤液体积的1/101/10。已知每立方米。已知每立方米滤液形成滤液形成0.025m0.025m3 3立方米滤饼；操作条件下过滤常数立方米滤饼；操作条件下过滤常数:qe=0.0268m3/m:qe=0.0268m3/m2 2；=8.93710=8.93710-4-4 Pa.s;r=1.1310 Pa.s;r=1.131013 13(p)p)0.274 0.274。（食品工程原理。（食品工程原理 李云飞李云飞 P350P350）试试 （1 1）过滤时间；）过滤时间；（2 2）洗涤时间；）洗涤时间；（3 3）若每次装卸清理的辅助时间为）若每次装卸清理的辅助时间为60min60min，求此压滤机的，求此压滤机的生产能力。生产能力。nK=2kp p1-s1-s=2=2p p/rxrx P148 7、8结构：结构：p转筒转筒，扇形格，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、压缩空凹槽、洗水真空凹槽、压缩空气凹槽，分别将动盘的气凹槽，分别将动盘的18个孔个孔道分成三个通道道分成三个通道)；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2 2 转筒真空过滤机转筒真空过滤机（rotary-drum vacuum filterrotary-drum vacuum 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，每个扇形格室可依次筒旋转一周的过程中，每个扇形格室可依次进行进行过滤过滤、洗涤洗涤、吸干吸干、吹松卸渣吹松卸渣等项操作。等项操作。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。计算：计算：1 1、浸液率、浸液率 浸没角浸没角:是指转鼓表面浸没于滤浆中的转鼓圆周角度。是指转鼓表面浸没于滤浆中的转鼓圆周角度。浸液率浸液率:是指转鼓表面浸入滤浆中的面积占整个过滤是指转鼓表面浸入滤浆中的面积占整个过滤表面积的分数。表面积的分数。=转鼓浸液面积转鼓浸液面积/转鼓总表面积转鼓总表面积=/2/2 在旋转一周中的有效过滤时间为：在旋转一周中的有效过滤时间为：t=/nt=/n n-n-表示转鼓转速表示转鼓转速,r/s,r/s 生产能力：是指单位时间内获得的滤液量。生产能力：是指单位时间内获得的滤液量。转鼓旋转一周获得滤液量为：转鼓旋转一周获得滤液量为：V=qV=q/n /n V-V-表示滤液量表示滤液量;q q-表示生产能力；单位为表示生产能力；单位为m m3 3/s./s.n-n-表示转鼓转速；表示转鼓转速；r/sr/s。2 2 2 2、生产能力、生产能力、生产能力、生产能力nn连续过滤机的计算连续过滤机的计算如忽略介质阻力连续如忽略介质阻力连续如忽略介质阻力连续如忽略介质阻力连续Ve=0,Ve=0,Ve=0,Ve=0,qv=AVeqv=AVeqv=AVeqv=AVe过滤介质的当量过滤体积过滤介质的当量过滤体积过滤介质的当量过滤体积过滤介质的当量过滤体积例：用转鼓真空过滤机过滤某种悬浮液，过滤机转鼓直径为例：用转鼓真空过滤机过滤某种悬浮液，过滤机转鼓直径为1m1m，转鼓长度转鼓长度0.7m,0.7m,浸没角浸没角130130度，转鼓转速度，转鼓转速0.18r/min,0.18r/min,在真空度在真空度66.7 66.7 kPakPa下操作。悬浮液的过滤常数为下操作。悬浮液的过滤常数为K K=9.9010=9.9010-7-7m m2 2/(s.kPa)/(s.kPa)，过滤，过滤介质阻力忽略不计。试估计此过滤机的生产能力。介质阻力忽略不计。试估计此过滤机的生产能力。（食品工程原理（食品工程原理 李李云飞云飞 P352P352）例：用转鼓真空过滤机过滤某种悬浮液，过滤机例：用转鼓真空过滤机过滤某种悬浮液，过滤机转鼓直径为转鼓直径为1m1m，转鼓长度，转鼓长度0.8m,0.8m,浸没角浸没角130130度，转度，转鼓转速鼓转速0.18r/min0.18r/min。悬浮液中每送出。悬浮液中每送出1m1m3 3的滤液可的滤液可获得获得0.4m0.4m3 3的滤渣，滤相为水，测得过滤常数的滤渣，滤相为水，测得过滤常数K K=8.3010=8.3010-7-7m m2 2/(s.kPa)/(s.kPa)，过滤介质阻力忽略不，过滤介质阻力忽略不计。计。求求:1:1、过滤机的生产能力；、过滤机的生产能力；2 2、转筒表面的滤饼厚度、转筒表面的滤饼厚度L L P148 9结构：结构：1.1.悬筐式离心机悬筐式离心机(suspended-basket centrifuge)suspended-basket centrifuge)转鼓转鼓滤饼滤饼滤布滤布滤网滤网离心过滤机工作原理图离心过滤机工作原理图p转鼓转鼓(上有小孔，亦称悬框上有小孔，亦称悬框)；滤网；滤网；滤布滤布；p机架。机架。原理：原理：由于离心力作用，液体产生径向压差，通过由于离心力作用，液体产生径向压差，通过滤饼滤饼、滤网滤网及及滤筐滤筐而流出。而流出。3离心过滤机（离心过滤机（centrifugal filter）过滤方程及压力的计算过滤方程及压力的计算采用恒压过滤方程式：采用恒压过滤方程式：A 过滤面积，过滤面积，m2；H 转筒高度，转筒高度，m;R 转筒半径，转筒半径，m；p 过滤推动力，过滤推动力，Pa。r 任意处滤饼半径，任意处滤饼半径，m。平均生产力能力平均生产力能力平均生产力能力平均生产力能力qv=V/tqv=V/tqv=V/tqv=V/t 在离心力作用下液体沿加料斗的锥形面在离心力作用下液体沿加料斗的锥形面流动，均匀地沿圆周分散到滤筐的过滤段。滤液透过滤网而形流动，均匀地沿圆周分散到滤筐的过滤段。滤液透过滤网而形成滤渣层。活塞推渣器与加料斗一齐作往复运动，将滤渣间断成滤渣层。活塞推渣器与加料斗一齐作往复运动，将滤渣间断地沿着滤筐内表面向排渣口排出。排渣器的往复运动是先向前地沿着滤筐内表面向排渣口排出。排渣器的往复运动是先向前推，马上后退，经过一段时间形成一定厚度的滤渣层后，再次推，马上后退，经过一段时间形成一定厚度的滤渣层后，再次向前推，如此重复进行推渣。向前推，如此重复进行推渣。分离因数约为分离因数约为300300700700，其生产能力大，适用于分离固体颗，其生产能力大，适用于分离固体颗粒浓度较浓、粒径较大（粒浓度较浓、粒径较大（0.15mm）的悬浮液，在生产中得到的悬浮液，在生产中得到广泛应用。广泛应用。工作原理工作原理：特点：特点：4往复活塞推渣离心机往复活塞推渣离心机（reciprocating-pusher centrifuge）离心力自动卸料离心机，又称为锥篮离心机离心力自动卸料离心机，又称为锥篮离心机 p结构结构：如图：如图p工作过程：工作过程：料浆料浆滤液滤液滤渣滤渣转鼓转鼓滤饼滤饼滤布滤布滤网滤网洗涤洗涤料浆进入锥形滤筐底部，靠离心料浆进入锥形滤筐底部，靠离心力甩向滤筐；力甩向滤筐；液相通过滤布，固相被截留。液相通过滤布，固相被截留。滤渣克服摩擦阻力，沿滤筐向上滤渣克服摩擦阻力，沿滤筐向上移动，经过洗涤段和干燥段。最后移动，经过洗涤段和干燥段。最后从顶端排出。从顶端排出。5自动卸渣离心机（自动卸渣离心机（conical basket centrifuge）p特点：特点：离心力离心力,F重力重力,mg 摩擦力摩擦力,f支承力支承力,Nxy结构简单，造价低廉，功率消耗小。结构简单，造价低廉，功率消耗小。对悬浮液的浓度和固体颗粒大小的波动敏感。对悬浮液的浓度和固体颗粒大小的波动敏感。生产能力较大，分离因数约为生产能力较大，分离因数约为20002000，可分离固体颗，可分离固体颗粒浓度较浓、粒度为粒浓度较浓、粒度为0.041mm的悬浮液。的悬浮液。在各种结晶产品的分离中广泛应用。在各种结晶产品的分离中广泛应用。设备名称设备名称主要结构主要结构工作过程工作过程特点、特点、适用性适用性生产能力计算生产能力计算板框压滤板框压滤机机滤板、滤框、滤板、滤框、夹紧机构、夹紧机构、机架机架装合、过滤、装合、过滤、洗涤、卸渣、洗涤、卸渣、整理整理加压过滤，推动力较大加压过滤，推动力较大结构简单，造价低；结构简单，造价低；过滤面积大，能耗少；过滤面积大，能耗少；读为间歇操作，推动力读为间歇操作，推动力较大；较大；洗涤时间长，生产效率洗涤时间长，生产效率低。低。应用范围广。应用范围广。对原料的适对原料的适应性强应性强转鼓真空转鼓真空过滤机过滤机转筒转筒(滤网、滤网、滤布滤布)、分、分配头、滤浆配头、滤浆槽槽过滤、洗涤、过滤、洗涤、吹干、卸渣吹干、卸渣真空过滤，推动力较小；真空过滤，推动力较小；连续化生产，自动化程连续化生产，自动化程度高，推动力小，滤饼湿度高，推动力小，滤饼湿度大，设备投资高度大，设备投资高适于粒度中适于粒度中等，粘度不等，粘度不太大的物料太大的物料离心过滤离心过滤机机转鼓转鼓(滤网、滤网、滤布滤布)、机、机架架过滤、洗涤、过滤、洗涤、卸渣等卸渣等离心过滤，推动力最大；离心过滤，推动力最大；滤液湿度小。滤液湿度小。应用广泛，应用广泛，适应性强。适应性强。仪设备成本仪设备成本高，过滤面高，过滤面积小。积小。(q+qe)2=K(+e)几种过滤设备的比较几种过滤设备的比较p 定义：定义：p沉降力场：沉降力场：重力重力、离心力离心力。在某种力场的作用下，利用在某种力场的作用下，利用分散物质分散物质与与分散介质分散介质的的密度差异密度差异，使之发生相对运动而分离的单元操作。，使之发生相对运动而分离的单元操作。p 沉降操作分类：沉降操作分类：重力沉降重力沉降、离心沉降离心沉降。第三节第三节沉降沉降图图 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