机械分离与固体流态化(精品).ppt
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1、返回主题后页后页前页前页第三章第三章 机械分离与固体流态化机械分离与固体流态化 3.1过过滤滤3.2沉沉降降 3.3固体流态化固体流态化 返回主题后页后页前页前页3.1过过滤滤3.1.1概述概述 3.1.2过滤基本方程过滤基本方程 3.1.3过滤常数的测定过滤常数的测定 3.1.4滤饼洗涤滤饼洗涤 3.1.5过滤设备及过滤计算过滤设备及过滤计算 返回主题后页后页前页前页3.1.1概概 述述 滤饼过滤其基本原理是在外力(重力、压力、离心力)作用下,使悬浮液中的液体通过多孔性介质,而固体颗粒被截留,从而使液、固两相得以分离,如图3-1所示。返回主题后页后页前页前页3.1.1概概 述述1过滤介质过滤
2、介质 过滤过程所用的多孔性介质称为过滤介质,过滤介质应具有下列特性:多孔性、孔径大小适宜、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。工业用过滤介质主要有织物介质(如棉、麻、丝、毛、合成纤维、金属丝等编织成的滤布)、多孔性固体介质(如素瓷板或管、烧结金属等)。固体颗粒被过滤介质截留后,逐渐累积成饼(称为滤饼),如前图3-2所示。返回主题后页后页前页前页3.1.1概概 述述2过滤推动力过滤推动力 在过滤过程中,滤液通过过滤介质和滤饼层流动时需克服流动阻力,因此,过滤过程必须施加外力。外力可以是重力、压力差,也可以是离心力,其中以压力差和离心力为推动力的过滤过程在工业生产中应用较为广泛。返回主题后页后页前页
3、前页3.1.1概概 述述3滤饼的压缩性和助滤剂滤饼的压缩性和助滤剂(1)压缩性 若形成的滤饼刚性不足,则其内部空隙结构将随着滤饼的增厚或压差的增大而变形,空隙率减小,称这种滤饼为可压缩滤饼,反之,若滤饼内部空隙结构不变形,则称为不可压缩滤饼。返回主题后页后页前页前页3.1.1概概 述述3滤饼的压缩性和助滤剂滤饼的压缩性和助滤剂(2)助滤剂 若滤浆中所含固体颗粒很小,或者所形成的滤饼孔道很小,又若滤饼可压缩,随着过滤进行,滤饼受压变形,都使过滤阻力很大而导致过滤困难。可采用助滤剂以改善滤饼的结构,增强其刚性。助滤剂通常是一些不可压缩的粉状或纤维状固体,能形成结构疏松的固体层。常用的助滤剂有:硅藻
4、土、纤维粉末、活性炭、石棉等。返回主题后页后页前页前页3.1.2过滤基本方程过滤基本方程 将孔道视为长度均为le的一组平行细管,流体在细管中的平均流速u1,同时考虑到滤饼较薄,广义压力降可近似用压力降代替,则:式中 u1 流体的真实流速,m/s;p1 通过滤饼的压力降,N/m2;滤液的粘度,Ns/m2;de 滤饼层孔道的当量直径,m;le 孔道的平均长度,m。(31)返回主题后页后页前页前页3.1.2过滤基本方程过滤基本方程在单位时间内通过单位过滤面积的滤液量为瞬时过滤速度u:式中 q 单位过滤面积所得的滤液量,q=V/A,m3/m2;A 过滤面积,m2。V滤液量令表示滤饼层空隙率(=空隙体积
5、/滤饼层体积),则:取le=CL,式3-1中的de采用水力当量直径,则:返回主题后页后页前页前页3.1.2过滤基本方程过滤基本方程令颗粒比表面积a=颗粒表面积/颗粒体积,则:将上述几式式代入式3-1,整理得:r称为滤饼的比阻,与滤饼的结构有关。可压缩滤饼的s大约为0.20.8。不可压缩滤饼s=0。于是式3-2可写成:(32)式中p1 为过滤推动力,rL可视为滤饼阻力。(33)返回主题后页后页前页前页3.1.2过滤基本方程过滤基本方程将介质阻力折合成厚度为Le的滤饼阻力,式3-3成为:滤饼层厚度L为(34)令 代入(3-4)中得 或式中 过滤基本方程(35)(34a)返回主题后页后页前页前页3.
6、1.2过滤基本方程过滤基本方程1恒压过滤恒压过滤 若过滤过程中保持过滤推动力(压差)不变,则称为恒压过滤。对于指定滤浆的恒压过滤,K为常数,积分式3-5得:或若过滤介质阻力可忽略不计,则以上两式简化为:返回主题后页后页前页前页3.1.2过滤基本方程过滤基本方程2恒速过滤恒速过滤 若过滤时保持过滤速度不变,则过滤过程为恒速过滤。代入式3-5中得:若过滤介质阻力可忽略不计,则以上两式简化为:对恒速过滤,有 或 返回主题后页后页前页前页3.1.3过滤常数的测定过滤常数的测定 过滤计算要有过滤常数K、qe或Ve作依据。由不同物料形成的悬浮液,其 过滤常数差别很大。即使是同一种物料,由于操作条件不同、浓
7、度不同,其过滤常数亦不尽相同。过滤常数一般要由实验来测定。将恒压过滤积分方程改写成:此式表明,/q与q之间具有线性关系,实验中记录不同过滤时间 内的单位面积滤液量q,将 /q对q作图,得一直线,直线的斜率为1/K,截距为2qe/K,由此可求出K、qe。用上述方法可以测出不同压差条件下的K值,再根据K与p 关系式3-4a,有 可见logK与logp 成直线关系,由直线的斜率可求出压缩指数s。返回主题后页后页前页前页3.1.3过滤常数的测定过滤常数的测定例例3-1 过滤常数测定 CaCO3粉末与水的悬浮液在恒定压差1.17105Pa及25下进行过滤,试验结果列于表3-1,过滤面积为400cm2,求
8、此压差下的过滤常数K和qe。表表3-1恒压过滤试验中的恒压过滤试验中的V 数据数据过滤时间 s 6.8 19.0 34.5 53.4 76.0 102.0滤液体积V l 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0返回主题后页后页前页前页3.1.4滤饼洗涤滤饼洗涤 1洗涤速度洗涤速度 若洗涤压力与过滤终了时的操作压力相同 式中、w分别为滤液、洗涤液的粘度,L、Lw分别为过滤终了时滤饼厚度、洗涤时穿过的滤饼厚度。由过滤基本方程可知:式中V是过滤终了时的滤液量洗涤速度洗涤速度:返回主题后页后页前页前页3.1.4滤饼洗涤滤饼洗涤 2洗涤时间洗涤时间 w w设洗涤液用量为Vw,则洗涤时间:返回主题后
9、页后页前页前页3.1.5过滤设备及过滤计算过滤设备及过滤计算 1.1.过滤设备过滤设备(1 1)板框压滤机)板框压滤机 图图 P139 板与框的结构如板与框的结构如图图3-63-6所示,四角所示,四角均开有孔,组装叠均开有孔,组装叠合后分别构成滤浆合后分别构成滤浆通道、滤液通道和通道、滤液通道和洗涤液通道。洗涤液通道。返回主题后页后页前页前页3.1.5过滤设备及过滤计算过滤设备及过滤计算滤浆由总管入框框内形成滤饼滤液穿过饼和布经每板上旋塞排出(明流)从板流出的滤液汇集于某总管排出(暗流)过滤横穿洗涤:洗涤液由总管入板 滤布 滤饼 滤布非洗涤板 排出洗涤面=(1/2)过滤面积返回主题后页后页前页
10、前页3.1.5过滤设备及过滤计算过滤设备及过滤计算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、装合主要优缺点构造简单,过滤面积大而占地省,过滤压力高(可达1.5MPa左右),便于用耐腐蚀性材料制造,便于洗涤。它的缺点是装卸、清洗劳动强度较大。返回主题后页后页前页前页3.1.5过滤设备及过滤计算过滤设备及过滤计算(2 2)叶滤机)叶滤机 叶滤机也是间歇操作设备,具有过滤推动力大、单位地面所容纳的过滤面积大、滤饼洗涤较充分等优点。其生产能力比板框压滤机大,而且机械化程度高,劳动力较省,密闭过滤,操作环境较好。其缺点是构造较复杂、造价较高。叶滤机是由许多滤叶组成
11、。滤叶为内有金属网的扁平框架,外包滤布,将滤叶装在密闭的机壳内(加压式),为滤浆所浸没。滤浆中液体在压力差作用下穿过滤布进入滤叶内部,成为滤液从其周边引出。过滤完毕,机壳内改充清水,使水循着与滤液相同的路径通过滤饼,进行置换洗涤。返回主题后页后页前页前页3.1.5过滤设备及过滤计算过滤设备及过滤计算(3 3)回转真空过滤机)回转真空过滤机 图P142返回主题后页后页前页前页3.1.5过滤设备及过滤计算过滤设备及过滤计算2.2.间歇式过滤机的生产能力及最佳操作周期间歇式过滤机的生产能力及最佳操作周期 操作周期包括过滤时间、洗涤时间w和卸渣、整理、重装等辅助时间D。设整个操作周期内获得的滤液量为V
12、,则生产能力Q可表示为:(3-6)假设洗涤液粘度与滤液粘度相近,于是,对板框压滤机,恒压操作时洗涤速率 返回主题后页后页前页前页3.1.5过滤设备及过滤计算过滤设备及过滤计算对叶滤机,洗涤速率则为:综合板框压滤机、叶滤机,洗涤速率可统一写成:对板框压滤机,式中=8;对叶滤机,=2。返回主题后页后页前页前页3.1.5过滤设备及过滤计算过滤设备及过滤计算设洗涤液量Vw=bV,则洗涤时间:而过滤时间 将、w表达式代入式3-6得:将上式对V求导数,得:返回主题后页后页前页前页3.1.5过滤设备及过滤计算过滤设备及过滤计算并令,得:若介质阻力忽略不计,则 ,于是 当D0;D+w时,dQ/dV0。这表明,
13、在过滤介质阻力忽略不计的条件下,当过滤时间与洗涤时间之和等于辅助时间时,板框过滤机生产能力最大,此时的操作周期为最佳操作周期,即 若滤饼不洗涤,则w=0,达到最大生产能力的条件是:返回主题后页后页前页前页3.1.5过滤设备及过滤计算过滤设备及过滤计算 3.回转真空过滤机的生产能力回转真空过滤机的生产能力 设转筒的转数为每秒钟n次,转筒浸入面积占全部转筒面积的分率为,则转筒任何一部分表面在一个操作周期中的过滤时间为 根据恒压过滤方程,在忽略过滤介质阻力的情况下,有 即转一圈(一个操作周期)的滤液量为 故生产能力为:此式表明,提高转筒的浸没分数及转数n均可提高生产能力,但这类方法受到一定的限制。返
14、回主题后页后页前页前页3.1.5过滤设备及过滤计算过滤设备及过滤计算例例3-2板框压滤机计算 现用一板框压滤机过滤含钛白(TiO2)的水悬浮液,过滤压力为3105Pa(表压)。已知滤框尺寸为81081045mm,共有40个框,已经测得过滤常数K=510-5m2/s,qe=0.01m3/m2,滤饼体积与滤液体积之比c=0.08 m3/m3。滤框充满后,在同样压力下用清水洗涤滤饼,洗涤水量为滤液体积的1/10,水与钛白水悬浮液的粘度可认为近似相等。试计算:(1)框全部充满时所需过滤时间;(2)洗涤时间;(3)洗涤后卸渣、清理、重装等共需40分钟,求板框压滤机的生产能力;(4)这个板框压滤机的最大生
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