化工原理第三章2.ppt

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1、 3.3 3.3 滤饼过滤滤饼过滤 一、概述一、概述 二、过滤基本方程二、过滤基本方程 三、过滤常数的测定三、过滤常数的测定 四、滤饼洗涤四、滤饼洗涤 五、过滤设备及过滤计算五、过滤设备及过滤计算 习题课习题课幻灯片2目录第三章 机械分离与固体流态化第一页，编辑于星期六：十八点 九分。3.2 3.2 滤饼过滤滤饼过滤一、概述一、概述（一）、过滤（一）、过滤深层过滤深层过滤滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼过滤推动力：重力、压力、离心力推动力：重力、压力、离心力 第三章 机械分离与固体流态化第二页，编辑于星期六：十八点 九分。（一）、过滤（一）、过滤 3.2 3.2 滤饼过滤滤饼过滤滤浆滤饼过滤介

2、质滤液滤饼过滤滤饼过滤过滤介质：过滤介质：多多孔孔性性介介质质、耐耐腐腐蚀蚀、耐耐热热并并具具有有足够的机械强度。足够的机械强度。工业用过滤介质主要有：工业用过滤介质主要有：织织物物介介质质，如如棉棉、麻麻、丝丝、毛毛、合合 成成纤纤维维、金金属属丝丝等等编编织织 成的滤布；成的滤布；多多孔孔性性固固体体介介质质，如如素素瓷瓷板板或或管管、烧结金属等。烧结金属等。第三章 机械分离与固体流态化第三页，编辑于星期六：十八点 九分。滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼过滤滤饼的压缩性：滤饼的压缩性：空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。（一）、过滤（一）、过滤第三章 机械分

3、离与固体流态化第四页，编辑于星期六：十八点 九分。爬流：来流速度很小，流动很缓慢，颗粒迎流面与背流面的流线对称。（二）（二）流体通过颗粒层的流动流体通过颗粒层的流动概述概述 过滤过滤 滤饼层固液分离滤饼层固液分离吸附吸附 分子筛吸附某种气体分子筛吸附某种气体离子交换离子交换离子柱离子柱反应器反应器 催化剂颗粒层等概念催化剂颗粒层等概念固定床：固定床：众多固体颗粒堆积而成的静止的颗粒层众多固体颗粒堆积而成的静止的颗粒层 以上化工操作中均为流体通过颗粒层的流动，与流体以上化工操作中均为流体通过颗粒层的流动，与流体在管道中的流动相比较：阻力增大，速度分布均一，在管道中的流动相比较：阻力增大，速度分布

4、均一，流动特点：层流，绕流（因速度慢也称爬流）。流动特点：层流，绕流（因速度慢也称爬流）。流体通过固流体通过固定床的流动定床的流动第三章 机械分离与固体流态化第五页，编辑于星期六：十八点 九分。工程上感兴趣的是工程上感兴趣的是阻力增大问题（压降问题）阻力增大问题（压降问题），因而本章主，因而本章主要讨论要讨论流体通过颗粒层的压降流体通过颗粒层的压降。由于固定床内大量细小而密集的固体颗粒对流体形成很大的阻力，由于固定床内大量细小而密集的固体颗粒对流体形成很大的阻力，这种阻力一方面是流体沿床层截面的速度分布变得相当均匀，另这种阻力一方面是流体沿床层截面的速度分布变得相当均匀，另一方面在床层两端造成

5、很大压降。一方面在床层两端造成很大压降。为什么流体通过颗粒层的流动比一般管道流体流动的速度为什么流体通过颗粒层的流动比一般管道流体流动的速度分布均一、阻力增大？分布均一、阻力增大？思考：思考：压降与压强差有何不同？压降与压强差有何不同？第三章 机械分离与固体流态化第六页，编辑于星期六：十八点 九分。1 1、颗粒床层的特性颗粒床层的特性 （1）、单颗粒特性 A、球形颗粒 比表面积 与颗粒的大小（体积V）、形状（取向 ）、表面积（S）、比表面积 a（即S/V）等因素有关。或体积表面积 可用单一参数 直径dP表示第三章 机械分离与固体流态化第七页，编辑于星期六：十八点 九分。B、非球形颗粒 形状千变

6、万化，不可能用单一参数全面表示颗粒的形状千变万化，不可能用单一参数全面表示颗粒的V、S、a 一般以某种当量的球形颗粒代表一般以某种当量的球形颗粒代表形状系数形状系数一般定义一般定义dev作为当量直径，简写为作为当量直径，简写为de dev球形颗粒球形颗粒V、S 和和 a 均可以颗粒直径均可以颗粒直径 dP 确定，确定，非球形颗粒必须定义两个参数非球形颗粒必须定义两个参数第三章 机械分离与固体流态化第八页，编辑于星期六：十八点 九分。C、的物理意义的物理意义称为形状系数称为形状系数 体积相等时，球形颗粒的表面积最小体积相等时，球形颗粒的表面积最小第三章 机械分离与固体流态化第九页，编辑于星期六：

7、十八点 九分。A、床层的空隙率、床层的空隙率(2)、床层特性及基本概念、床层特性及基本概念 均匀球形颗粒按最松排列时空隙率均匀球形颗粒按最松排列时空隙率0.48，最紧密排列空隙率，最紧密排列空隙率0.26球形颗粒床层的球形颗粒床层的 小于乱堆的非球形颗粒床层小于乱堆的非球形颗粒床层非均匀（大小不等）颗粒的床层非均匀（大小不等）颗粒的床层 小于均匀颗粒的小于均匀颗粒的第三章 机械分离与固体流态化第十页，编辑于星期六：十八点 九分。B、床层的中的速度、床层的中的速度表观流速（空床流速）表观流速（空床流速）u与实际流速与实际流速 u1 的关系的关系：第三章 机械分离与固体流态化第十一页，编辑于星期六

8、：十八点 九分。C、床层的比表面、床层的比表面床层比表面积床层比表面积推导过程：推导过程：指单位体积床层具有的颗粒表面积，用指单位体积床层具有的颗粒表面积，用 表示表示思考：思考：和和 的区别的区别第三章 机械分离与固体流态化第十二页，编辑于星期六：十八点 九分。二、过滤基本方程二、过滤基本方程过滤过程流动的特点：过滤过程流动的特点：v 流体在固定床中同一截面上的流速分布很均匀流体在固定床中同一截面上的流速分布很均匀v 产生压降的主要原因：产生压降的主要原因：第三章 机械分离与固体流态化第十三页，编辑于星期六：十八点 九分。1、过滤基本方程的推导、过滤基本方程的推导简化模型简化模型：二、过滤基

9、本方程二、过滤基本方程滤饼内，雷诺数很小，属层流流动，滤饼内，雷诺数很小，属层流流动，于是：于是：-哈根哈根-泊谡叶方泊谡叶方程程 流体通过固定床的压降等同于流体通过一组当量流体通过固定床的压降等同于流体通过一组当量直径为直径为de、长度为、长度为 Le 的毛细管束的压降的毛细管束的压降第三章 机械分离与固体流态化第十四页，编辑于星期六：十八点 九分。由质量守恒得：由质量守恒得：固体颗粒固体颗粒床层体积床层体积床层截床层截面积面积二、过滤基本方程二、过滤基本方程将将le、de、u 表达式代入得：表达式代入得：第三章 机械分离与固体流态化第十五页，编辑于星期六：十八点 九分。-单单位位时时间间内

10、内通通 过过单单位位过过滤滤面面 积的滤液体积积的滤液体积即过滤速度即过滤速度二、过滤基本方程二、过滤基本方程思考：思考：影响过滤阻力的因素有哪些？影响过滤阻力的因素有哪些？影响过滤速度的因素有哪些？影响过滤速度的因素有哪些？p2 p1u 表观速度表观速度第三章 机械分离与固体流态化第十六页，编辑于星期六：十八点 九分。设每获得单位体积滤液时，被截留在过滤介质上的滤饼体积设每获得单位体积滤液时，被截留在过滤介质上的滤饼体积为为c（m3滤饼滤饼/m3滤液），则滤液），则 代入过滤速度表达式中代入过滤速度表达式中：令令故故二、过滤基本方程二、过滤基本方程第三章 机械分离与固体流态化第十七页，编辑于

11、星期六：十八点 九分。-过滤基本方程过滤基本方程过滤常数过滤常数二、过滤基本方程二、过滤基本方程 pu 表观速度表观速度第三章 机械分离与固体流态化第十八页，编辑于星期六：十八点 九分。影响影响K的因素：的因素：影响影响qe或或Ve 的因素：的因素：二、过滤基本方程二、过滤基本方程滤饼性质（滤饼性质（s、a）滤浆性质（滤浆性质（c、）推动力（推动力（p）过滤介质的性质（孔的结构、过滤介质的性质（孔的结构、r0、厚度）、厚度）pu 表观速度表观速度第三章 机械分离与固体流态化第十九页，编辑于星期六：十八点 九分。2 2、恒压过滤、恒压过滤二、过滤基本方程二、过滤基本方程 pu 表观速度表观速度特

12、点：特点：K为常数为常数 积分得：积分得：或或若过滤介质阻力可忽略不计，则若过滤介质阻力可忽略不计，则 或或第三章 机械分离与固体流态化第二十页，编辑于星期六：十八点 九分。三、过滤常数的测定三、过滤常数的测定恒压时：恒压时：求出压缩指数求出压缩指数s 第三章 机械分离与固体流态化第二十一页，编辑于星期六：十八点 九分。四、滤饼洗涤四、滤饼洗涤特点：特点：洗涤时推动力、阻力不变，洗涤速度为常数。洗涤时推动力、阻力不变，洗涤速度为常数。1 1、洗涤速度与过滤终了速度间的关系、洗涤速度与过滤终了速度间的关系 若推动力相同，则：若推动力相同，则：第三章 机械分离与固体流态化第二十二页，编辑于星期六：

13、十八点 九分。四、滤饼洗涤四、滤饼洗涤2 2、洗涤时间、洗涤时间 w 第三章 机械分离与固体流态化第二十三页，编辑于星期六：十八点 九分。五、过滤设备及过滤计算五、过滤设备及过滤计算过滤过滤设备设备 第三章 机械分离与固体流态化第二十四页，编辑于星期六：十八点 九分。1 1、板框过滤机、板框过滤机五、过滤设备及过滤计算五、过滤设备及过滤计算滤框、滤板滤框、滤板结构：结构：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一个操作循环：一个操作循环：过滤、洗涤、卸渣、整理重装过滤、洗涤、卸渣、整理重装 滤液流出滤液流出悬悬浮浮液液入入口口10 60块不等，块不等，过滤面积约为过滤面积约为2 8

14、0m2 洗涤液流出洗涤液流出洗洗涤涤液液入入口口属间歇式属间歇式特点：特点：横穿洗涤：横穿洗涤：Lw=2L第三章 机械分离与固体流态化第二十五页，编辑于星期六：十八点 九分。1 1、板框过滤机、板框过滤机五、过滤设备及过滤计算五、过滤设备及过滤计算生产能力：生产能力：操作周期：操作周期：单位时间内获得的滤液量或滤饼量单位时间内获得的滤液量或滤饼量。其中：其中：思考：思考：V、Ve、A的含义是什么？的含义是什么？第三章 机械分离与固体流态化第二十六页，编辑于星期六：十八点 九分。1 1、板框过滤机、板框过滤机五、过滤设备及过滤计算五、过滤设备及过滤计算最佳操作周期：最佳操作周期：生产能力最大时的

15、操作周期生产能力最大时的操作周期其中：其中：第三章 机械分离与固体流态化第二十七页，编辑于星期六：十八点 九分。例例1某某板板框框过过滤滤机机有有5个个滤滤框框，框框的的尺尺寸寸为为635 635 25mm。过过滤滤操操作作在在20、恒恒定定压压差差下下进进行行，过过滤滤常常数数K=4.24 10-5m2/s，qe=0.0201m3/m2，滤滤饼饼体体积积与与滤滤液液体体积积之之比比c=0.08 m3/m3，滤滤饼饼不不洗洗涤涤，卸卸渣渣、重重整整等等辅辅助助时时间间为为10分分钟钟。试试求求框框全全充充满满所所需需时间和生产能力。时间和生产能力。假设滤饼不可压缩。假设滤饼不可压缩。习题课习题课第三章 机械分离与固体流态化第二十八页，编辑于星期六：十八点 九分。解：解：以一个框为基准进行计算。框全充满时滤饼的体积为：以一个框为基准进行计算。框全充满时滤饼的体积为：滤液量滤液量 过滤面积过滤面积再根据恒压过滤方程得：再根据恒压过滤方程得：K=4.24 10-5m2/s，qe=0.0201m3/m2思考：思考：以以5个框为基准，如何求解？个框为基准，如何求解？第三章 机械分离与固体流态化第二十九页，编辑于星期六：十八点 九分。板框过滤机的生产能力为：板框过滤机的生产能力为：第三章 机械分离与固体流态化第三十页，编辑于星期六：十八点 九分。