非均相物系的分离.pptx

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1、4.14.1概述概述 一、基本概念一、基本概念 1、化工生产上经常处理不同类型的混合物。按照相数这些混合物可分为均相物系和非均相物系两类。2、均相物系物系内部各处物料性质均匀，不存在相界面。如气体、液体。3、非均相物系物系内部有相界面，界面两侧物料性质截然不同。常见的非均相物系有：气固系统(空气中的尘埃)液固系统(液体中的固体颗粒)气液系统(气体中的液滴)液液系统(乳浊液中的微滴)等。第1页/共96页基本概念基本概念 4、非均相物系中处于分散状态的物质如上述的尘埃、固体颗粒、气泡和微滴等统称为分散物质(或称分散相)，而非均相物系中包围着分散相而处于连续状态的流体如气体、液体称为分散介质(或称连

2、续相)。第2页/共96页二、非均相物系的分离二、非均相物系的分离 1、分离的依据 是连续相与分散相具有不同的物理性质(两相的密度、颗粒形状、尺寸有差异等)，故可用机械方法使两相产生相对运动而将两相分离。利用两相密度差进行分离时，必须使分散相与连续相间产生相对运动，故分离非均相物系的单元操作遵循流体流动的基本规律。2、操作方式根据两相相对运动方式不同，机械分离分为过滤和沉降。第3页/共96页二、非均相物系的分离二、非均相物系的分离 3、非均相物系的分离在工业中的应用主要有：（1）回收有用物质（分散相）；（2）净化分散介质（连续相；（3）除去废液、废气中的有害物质，满足环境保护的要求，确保安全生产

3、。第4页/共96页三、介质阻力的一般规律1、曳力（阻力）：当流体与颗粒之间发生相对运动时，流体对颗粒产生的作用力。流体与固体颗粒之间的相对运动可分为以下三种情况：颗粒静止，流体对其做绕流；流体静止，颗粒作沉降运动；颗粒与流体都运动，但保持一定的相对运动。对于一定的颗粒和流体，不论何种相对运动，只要相对运动的速度相同，流体对颗粒的阻力就一样。第5页/共96页三、介质阻力的一般规律2、阻力Fd的计算式中：A为颗粒在运动方向上的投影面积；u为颗粒与流体间的相对运动速度；为流体相对于颗粒运动时的阻力系数，是雷诺数的函数。阻力系数与Rep的关系见第二节。第6页/共96页p 定义：p沉降力场：重力、离心力

4、。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。p 沉降操作分类：重力沉降、离心沉降。4.2 沉降第7页/共96页一、重力沉降沉降.AVI依据重力作用而发生的沉降过程。在重力场中，借连续相与分散相的密度差异使两相分离的过程，称为重力沉降。一般用于分离气、固混合物和混悬液的分离。1、球形颗粒的自由沉降1）沉降速度若固体颗粒在沉降过程中，不受流体中其它颗粒的干扰及器壁的影响的沉降过程，称为自由沉降。如较稀的混悬液和含尘气体中的固体颗粒的沉降。第8页/共96页根据牛顿第二定律，颗粒的重力沉降运动基本方程式应为:p为颗粒密度u重力 F g阻力 F d浮力 F

5、b自由沉降假设的条件：微粒是球形的；沉降的微粒相距较远，互补干扰；器壁对微粒的阻滞作用忽略，粒径不能小于23m。第9页/共96页当颗粒开始沉降的瞬间，u为零，阻力也为零，a为最大值；随着颗粒向下沉降，u逐渐增大，阻力随之增大，a 逐渐减少；当u增到一定数值ut时，重力、阻力、浮力三者达到平衡状态，此时a=0，颗粒开始作匀速沉降运动。此时颗粒的速度称为沉降速度。此式为球形颗粒在重力作用下的自由沉降速度公式。第10页/共96页2）阻力系数阻力系数是流体与颗粒相对运动时的雷诺数准Re的函数，即 =f(Re)阻力系数与Re的关系由实验测定，结果如图3-2所示。图中曲线按Re值可分成三个区，即(1)层流

6、区，又称斯托克斯区第11页/共96页第12页/共96页2）阻力系数(2)过渡区 2 Re 500 (3)湍流区 =0.44 500 Re 2105对应各区沉降速度ut的计算公式如下：(1)层流区(2)过渡区（3）湍流区 第13页/共96页假设属于层流区，计算沉降速度（用斯托克斯公式求ut）；计算Re，验证与假设是否相符；如果不相符，则转。如果相符，OK!通常采用试差法：3）沉降速度的求取 第14页/共96页例：计算直径为95m，密度为3000kg/m3的固体颗粒分别在20 的空气和水中的自由沉降速度。计算Re，核算流型：假设正确，计算有效。解：在20 的水中：20 水的密度为998.2kg/m

7、3，粘度为1.00510-3 Pas 先设为层流区 第15页/共96页1）颗粒直径dp:dp 愈大，ut 则愈大2)连续相的粘度：层流区与过渡区中，ut 还与流体粘度有关。，则ut。液体粘度约为气体粘度的50倍，故颗粒在液体中的沉降速度比在气体中的小很多。3)两相密度差(s-)：密度差增大，则ut增大。4)颗粒形状：非球形颗粒的形状可用球形度s 来描述。2、影响沉降速率的因素(以层流区为例)s 球形度；S与非球形颗粒体积相等的球形的表面积m2；Sp非球形颗粒的实际表面积m2。s越小，表示偏离球形越远，其阻力系数越大，沉降速度越小。第16页/共96页（补）：非球形颗粒的自由沉降速率非球形颗粒几何

8、形状与球形颗粒的差异程度，用球形度表示。即一个任意几何形体的球形度等于体积与之相同的一个球形颗粒的表面积与这个任一形状颗粒的比表面积之比。当体积相同时，球形颗粒的比表面积最小。非球形颗粒的几何形状和投影面积对沉降速率有影响。一般地，相同密度的颗粒，球形或近球形颗粒的沉降速率大于同体积非球形颗粒的沉降速率。2、影响沉降速率的因素(以层流区为例)第17页/共96页2 2、影响沉降速率的因素、影响沉降速率的因素(以以层流区流区为例例)5）壁效应当容器尺寸远远大于颗粒尺寸时，器壁效应可忽略，否则需加以考虑6）干扰沉降干扰沉降速度比自由沉降的速度小。第18页/共96页3、重力沉降设备及其生产能力（1）降

9、尘室 是利用重力沉降的作用从含尘气体重除去固体颗粒的设备。结构如图所示。第19页/共96页含尘气体进入降尘室后，因流通截面积扩大而速度放慢，只要气体在通过降尘室的时间内颗粒能够降至室底，颗粒便可以从气流中分离出来。假设颗粒运动的水平分速度与气体的流速 u 相同；停留时间（气体通过降尘室的时间）L/u 沉降时间（颗粒沉降至室底的时间）tH/ut 颗粒分离出来的条件是 t 即 L/uH/utLHW净化气体含尘气体u ut降尘室的计算 第20页/共96页（1）降尘室、停留时间与沉降时间假设颗粒运动的水平分速度与气体的流速 u 相同；停留时间（气体通过降尘室的时间）L/u 沉降时间（颗粒沉降至室底的时

10、间）tH/ut 则颗粒分离出来的条件是 t 即 L/uH/ut第21页/共96页（1）降尘室、处理能力降尘室所处理的含尘气体的体积流量称为降尘室的生产能力，用qv表示。qv=WHu 或u=qv/HW由L/uH/ut得：qv WLut 或utqv/LW说明降尘室的处理能力仅与底面积WL、与颗粒的沉降速度有关，而与降尘室的高度无关。故一般降尘室以扁平状为佳，并将降尘室作成多层隔板间距一般为25100mm。第22页/共96页多层隔板降尘室示意图 含尘气体粉尘隔板净化气体 多层隔板降尘室能分离较细小的颗粒，并节省占地面积，一般可分离20m以上的颗粒，但是排灰不方便。第23页/共96页（1）降尘室临界粒

11、径dpc由前可知：某些粒径的尘粒，其沉降速度时能被完全分离出来。设有一种粒径的粒子刚好满足ut=qv/LW，此时的沉降速度称为临界颗粒的沉降速度utc。而按上式计算出来的粒径称为临界粒径dpc。以滞流区为例，则第24页/共96页说明：ut应根据需分离的最小微粒计算。气流速度u不宜过高（一般应不大于3m/s），以免干扰颗粒的沉降或把已沉降下来的颗粒重新卷起。为此应保证气体流动的雷诺数处于层流范围内。降尘室结构简单，但设备庞大、效率低（50），只适合分离粗颗粒（一般之直径75 m以上的颗粒，）或作为预分离设备。（1）降尘室第25页/共96页例：用高2m、宽2.5m、长5m的重力降尘室分离空气中的粉

12、尘。在操作条件下空气的密度为0.799kg/m3，粘度为2.5310-5Pas，流量为5.0104 m3/h。粉尘的密度为2000 kg/m3。试求粉尘的临界直径。解：与临界直径对应的临界沉降速度为第26页/共96页假设流型属于过渡区，粉尘的临界直径为校核流型故属于过渡区，与假设相符。第27页/共96页（2）沉降槽处理悬浮液的重力沉降设备称为沉降槽或增浓器。沉降槽可分为间歇式、半连续式和连续式。悬浮液通过沉降槽后可分离成清液和沉渣。沉降槽适于处理颗粒不太小、浓度不高，但处理量较大的悬浮液的分离。这种设备具有结构简单，可连续操作且增稠物浓度较均匀等优点，其缺点是设备庞大、占地面积大、分离效率较低

13、等。第28页/共96页连续沉降槽第29页/共96页沉聚（sedimentation）：悬浮液放在大型容器里，其中的固体颗粒在重力下沉降，得到澄清液与稠浆的操作。澄清：当原液中固体颗粒的浓度较低，而为了得到澄清液时的操作，所用设备称为澄清器（clarifier）。增稠器（thickener）：从较稠的原液中尽可能把液体分离出来而得到稠浆的设备。处理溶胶中细小颗粒分离较为困难，一般加入絮凝剂成较大颗粒以增大沉降速度。第30页/共96页二、离心沉降依靠离心力的作用，使流体中的颗粒产生沉降的运动，称为离心沉降。1、离心沉降速率和离心分离因数（1 1）离心沉降速率当流体围绕某一中心轴线作圆周运动时，便产

14、生了惯性离心力。惯性离心场和重力场有所不同，重力场强度g基本上是常数，其方向指向地心。而离心场强度（离心加速度）随位置而改变，在与转轴距离为R，切向速度为uT的位置上。离心力随离心加速度的变化而变化，旋转速度，颗粒所受离心力，有利于分离。第31页/共96页颗粒在离心力场中沉降时，在径向沉降方向上受力有：离心力、浮力（向心力）、阻力三个力的作用。若这三个力达到平衡，则有浮力 Fbu离心力 Fc阻力 Fd颗粒在离心力场中的受力分析（1）离心沉降速率第32页/共96页（1 1）离心沉降速率若离心沉降处于层流区，则阻力系数符合斯托克斯定律，将代入则得：说明：ur称为离心沉降速率，方向径向向外。它并不是

15、颗粒运动的绝对速度，而是径向分量，即颗粒离开旋转中心的速度。颗粒在旋转介质中的运动实际上是沿着半径逐渐增大的螺旋形轨道前进的。第33页/共96页（2 2）离心分离因数离心分离因数是离心分离设备的重要性能参数。工程上将离心加速度与重力加速度之比称为离心分离因数。即：表明了离心沉降速率比重力沉降速率增大的倍数。Kc越高，其离心分离效果越高。例如：R0.4m，切向速率uT20m/s，求Kc=?结论：离心沉降比重力沉降分离效果好，高出102倍。能分离出更小的固体颗粒，且设备体积大为缩小。第34页/共96页2、旋风分离器 利用惯性离心力的作用从气体中分离出固体颗粒或液滴的设备。(1)、旋风分离器的构造和

16、操作 外圆筒、内圆筒、锥形筒。h=D/2 B=D/4 D1=D/2 H1=2D H2=2D S1=D/8 D2D/4第35页/共96页(1)、旋风分离器的构造和操作圆筒形上部和圆锥形下部组成，含尘气体从圆筒上侧的矩形进气管以1520m/s的速度沿切线方向进入，颗粒受器壁的约束而形成一个向下作螺旋运动的外旋流,在离心力作用下，其中固体颗粒密度较大，所受离心力也大，被甩向外围且与器壁碰撞后失去动能滑落至锥底，与气流分离，由排灰口排出。第36页/共96页(1)、旋风分离器的构造和操作外旋气流按螺旋型曲线向器底旋转，到达锥底转折向上，形成自下而上的内旋流（称气芯），净化后的气体由从顶部的中央排气管排出

17、。旋风分离器.AVI旋风除尘器.avi第37页/共96页旋风分离器的结构特点其结构简单，制造方便；分离效率高；操作不受温度、压力的限制，可用于高温含尘气体的分离。缺点是气体在器内流动阻力大，微粒对器壁有较严重的磨损。（2）旋风分离器的主要性能参数临界粒径、分离效率、压力降和气体处理量是旋风分离器的主要性能参数，是选型和操作控制的依据，也是评价旋风分离器性能好坏的主要指标。第38页/共96页（2）旋风分离器的主要性能参数、临界粒径dpc指旋风分离器理论上能够完全分离出的最小颗粒直径。它是判断分离效率的重要依据。ui含尘气体的进口气速，m/s B旋风分离器的进口宽度(沉降距离)，m n 气流旋转的

18、圈数。对标准旋风分离器，可取n=5。液体的粘度，Pa.s第39页/共96页（2）旋风分离器的主要性能参数临界粒径的大小根据下列假设推导而得：颗粒与气体在旋风分离器内的切线速度恒定，且等于进口处的气速ui；颗粒沉降过程中要穿过一定的气流才能达到器壁，假设气流通过进气口以后形状不变，因此颗粒的最大厚度等于进气口宽度B；颗粒与气流的相对运动为层流。根据假设，沉降速度可由下式表示若用进口速度ui代替切线速度uT,旋转半径r用平均值rm代替，则此式成为：第40页/共96页（2）旋风分离器的主要性能参数根据假设可得到沉降所需的时间气体进入排气管以前在器内旋转n圈，则运行的距离为2rmn，故停留时间颗粒到达

19、器壁所需要的沉降时间恰好等于停留时间，就是能分离的最小颗粒。第41页/共96页、分离效率 总效率 粒级效率总效率工程计算中常用，也容易测定，但是不能准确代表旋风分离器的分离性能。总效率不仅与粒级效率有关，还与进入粉尘的粒度分布有关。总效率相同的两台旋风分离器，其分离性能可能相差很大，这是因为若被分离的尘粒具有不同的粒度分布，则各种颗粒被除去的比例也不同。对细小颗粒的分离，用粒级效率有时更有意义。（2）旋风分离器的主要性能参数第42页/共96页、压力降旋风分离器的压力降是评价其性能的重要指标。产生压力降的主要原因：由气体流经进气管、排气管时的膨胀、压缩、旋转、转向及和器壁的而消耗的大量能量损失。

20、可用进口气体动压的倍数表示。气体通过旋风分离器的压力降应尽可能小，分离设备压力降的大小是决定分离过程能耗和合理选择风机的依据。（2）旋风分离器的主要性能参数第43页/共96页例题：温度为2020、压力为0.101MPa、流量为2.5m3/s的含尘空气用图3-9a所示的旋风分离器除尘。尘粒的密度为2500kg/m3。最大允许压力损失为2.0kPa时，试求：（1)分离器的尺寸;(2)临界粒径。分析讲解第44页/共96页3 3 旋液分离器旋液分离器利用离心力的作用，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。旋液分离器是离心沉降悬浮液的设备，其结构和工作原理与旋风分离器类似。由于悬浮

21、液中液相密度大，固、液两相的密度差比气固间的密度差小，所以旋液分离器的直径比旋风分离器的直径小，而圆锥部分长，这样的结构既可增大离心力，又可加长停留时间。由于液体进口速度较大，故流体阻力也较大，磨损也较严重。第45页/共96页l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：l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。l澄清的液体或含有较小较轻颗粒的液体，则形成向上的内旋流，经上部中心管从顶部溢流管排出，称为溢流。第46页/共96页 液体的粘度约为气体的50倍，液体的(p-)比气体的小，悬浮液的进口速度也比含尘气体的小，所以

22、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。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。特点旋液分离器的圆筒直径一般为75300mm。悬浮液进口速度一般为515m/s。压力损失约为50200kPa。分离的颗粒直径约为1040m。主要技术参数第47页/共96页 p特点：离心分离因数可达13000，也有高达105的超速离心机。转鼓内装有三个纵向平板，以使料液迅速达到与转鼓相同的角速度。适用于于分离乳浊液及含细颗粒的稀悬浮液。四、沉降式离心机 沉降式离心机是利用离心沉降的原理分离悬浮液或乳浊液的机械。（1）管式离心机（tubular-bowl cent

23、rifuge）第48页/共96页p分离乳浊液的管式离心机操作原理 转鼓由转轴带动旋转。乳浊液由底部进入，在转鼓内从下向上流动过程中，由于两种液体的密度不同而分成内、外两液层。外层为重液层，内层为轻液层。到达顶部后，轻液与重液分别从各自的溢流口排出。p分离悬浮液的管式离心机操作原理 流量qv为悬浮液从底部进入，悬浮液是由密度为的与密度为p的少量颗粒形成的。假设转鼓内的液体以转鼓的旋转角速度随着转鼓旋转。液体由下向上流动过程中，颗粒由液面r1处沉降到转鼓内表面r2处。凡沉降所需时间小于式等于在转鼓内停留时间的颗粒，均能沉降除去。第49页/共96页 分离乳浊液的碟式离心机：碟片上开有小孔。乳浊液通过

24、小孔流到碟片的间隙。在离心力作用下，重液沿着每个碟片的斜面沉降，并向转鼓内壁移动，由重液出口连续排出。而轻液沿着每个碟片的斜面向上移动，汇集后由轻液出口排出。主要分离乳浊液中轻、重两液相，例如油类脱水、牛乳脱脂等；也可以澄清含少量细小颗粒固体的悬浮液。澄清悬浮液用的碟式离心沉降机：碟片上不开孔。只有一个清液排出口。沉积在转鼓内壁上的沉渣，间歇排出。只适用于固体颗粒含量很少的悬浮液。当固体颗粒含量较多时，可采用具有喷嘴排渣的碟式离心沉降机，例如淀粉的分离。（2）碟式离心机（disk-bowl centrifuge）第50页/共96页工作原理：转鼓内有可旋转的螺旋输送器，其转数比转鼓的转数稍低。悬

25、浮液通过螺旋输送器的空心轴进入机内中部。沉积在转鼓壁面渣，被螺旋输送器沿斜面向上推到排出口而排出。澄清液从转鼓另一端溢流出去。用途：用于分离固体颗粒含量较多的悬浮液，其生产能力较大。也可以在高温、高压下操作，例如催化剂回收。（3）螺旋式离心机（scroll-type centrifuge）第51页/共96页4.4.3 3 过滤过滤 一、悬浮液的过滤（一）基本概念1、过滤就是在推动力作用下，使悬浮液中的液体通过多孔介质，将固体截留，从而使悬浮液得以分离的单元操作。2、滤浆需要分离的液体非均相物系即所处理的悬浮液；第52页/共96页（一）基本概念3、过滤介质在过滤操作中起隔层作用的物质如多孔物质；

26、4、滤渣被截留在过滤介质上的固体颗粒5、滤液过滤后的液体6、过滤推动力可以是重力、离心力还可以是多孔物质上下游两侧的压差（多用）第53页/共96页（二）过滤的基本方式1、按过滤推动力分重力、离心力、压力差（加压、真空）过滤悬浮液自身压强差-重力悬浮液的侧加压过滤介质的侧抽真空离心力第54页/共96页（二）过滤的基本方式2、按过滤机理分滤饼过滤 悬浮液中的固体颗粒沉积在过滤介质表面上形成滤饼层，液体穿过滤饼层中空隙，此过滤过程称为滤饼过滤，又称为表面过滤。其特点是随着过滤时间的增长，滤饼层增厚，过滤阻力也随之增大。主要用于含固量较大（1%）的场合。第55页/共96页b.架桥现象“架桥”现象：如图

27、，由于“架桥”现象的出现，才使过滤操作真正开始，故实际起过滤作用的是滤饼（滤渣）而非过滤介质。a.滤饼过滤第56页/共96页（二）过滤的基本方式深层过滤固体颗粒不形成滤饼，而是沉积在过滤介质内部的过滤操作称为深层过滤。深床过滤主要用于净化含固量很少的（0.1%）流体，如水净化等。深层过滤第57页/共96页（三）（三）过滤介介质过滤介质的分类：织物介质(又称滤布)：由棉、毛、麻、丝等天然纤维及合成纤维制成的织物，以及玻璃丝、金属丝等织成的网。堆积介质：由各种固体颗粒（细砂、硅藻土等）堆积而成，多用于深床过滤。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。多用于含少量细微颗粒的悬

28、浮液。第58页/共96页（四）（四）滤饼的可的可压缩性和助性和助滤剂1、滤饼的压缩性不可压缩滤饼：当滤饼两侧压力差增大时，构成滤饼的颗粒形状和颗粒间隙不发生明显变化，这类滤饼称。可压缩滤饼：滤饼受压变形，空隙率减小，过滤阻力增大。滤饼的压缩性对过滤效率及滤材的可使用时间影响很大，是设计过滤工艺和选择过滤介质的依据。第59页/共96页（四）（四）滤饼的可的可压缩性和助性和助滤剂2、助滤剂为了减少可压缩滤饼的过滤阻力，可采用助滤剂改变滤饼结构，提高滤饼的刚性和空隙率。助滤剂的使用方法有预涂法和掺滤法两种。一般适用于固体颗粒小于0.5%以下，滤液有价值而滤渣无价值的场合。第60页/共96页（五）悬浮

29、液量、固体量、滤液量及滤渣量之间的关系1、湿滤渣密度c的计算2、干渣质量与滤液体积的比值w3、湿滤渣质量与滤液体积的比值4、湿滤渣的体积与滤液体积的比值v第61页/共96页（五）悬浮液量、固体量、滤液量及滤渣量之间的关系例题：已知1kg悬浮液中含0.04kg固体颗粒，湿滤渣、干渣、滤液的密度分别为1400kg/m3、2600kg/m3、100kg/m3。试求：（1）湿滤渣与其中所含干渣的质量比C；（2）干渣质量与滤液体积的比值w；（3）湿滤渣的体积与滤液体积的比值V第62页/共96页二、过滤速率基本方程式1、过滤速率过滤速率：单位时间获得的滤液体积；m3/s定义式为：过滤速度：单位过滤面积上的

30、过滤速率；m/s定义式为：第63页/共96页二、过滤速率基本方程式2、滤液通过滤渣层的流动 过滤过程实际上是流体通过滤渣和过滤介质的流动过程，而这个过程中阻力主要集中在滤渣层中，因此我们主要考虑滤液通过滤渣层的流动问题。液体通过滤饼层为层流，其流速为：式中：u为滤液在滤饼层毛细孔道内的流速。l为滤饼层中毛细孔道的平均长度。d为滤饼层中毛细孔道的平均直径。第64页/共96页二、过滤速率基本方程式将式中l用滤渣层厚度L表示：l=L u用过滤速度dVAd表示：u=dVAd那么：r比例系数，1/m2。由实验测定。rL为通过饼层时过滤的阻力。此式表明任意瞬间的过滤速度与滤渣层前后两侧的压差成正比，与滤渣

31、层的厚度及滤液的粘度成反比。第65页/共96页二、过滤速率基本方程式3、滤渣层的阻力令Rc=rL，又L=Vc/A所以：滤饼阻力是获得滤液量V时所形成的滤饼层的阻力。4、过滤介质阻力一般很小，但有时也不能忽略。把过滤介质阻力看作是获得当量滤液量Ve时所形成的滤饼层的阻力。第66页/共96页二、过滤速率基本方程式5、过滤速率方程式 过滤过程的总阻力 过滤过程的总推动力 过滤过程的速度为 由此可知，要提高过滤的速率，可以适当增大过滤面积，增大过滤压力，增大操作温度（滤液粘度降低），或选用阻力低的过滤介质。过滤过程的速率为第67页/共96页三、恒压过滤对恒压过滤而言，P是定值。1、恒压过滤方程式对于一

32、定的悬浮液，其、r、v、Ve为常数。对 积分，表明恒压过滤时滤液体积与过滤时间之间的关系。第68页/共96页三、恒压过滤令q=VA；qe=VeA则改写成恒压过滤方程式的另一种表示式：K为过滤常数，m2/s。qe为介质过滤常数，表示单位过滤面积获得的虚拟滤液体积。2、过滤常数的测定将上式改写得可见/q与q成线性关系。利用实验测定不同下所对应的q值，可求出K和qe第69页/共96页三、恒压过滤例题3-5:含有CaCO3质量分数为13.9%的水悬浮液，用板框式压滤机在20下进行过滤实验。过滤面积危0.1m2。实验数据列于附表中，试求过滤常数K与qe。附表中的表压实际上是压差。附表如下：表压/Pa滤液

33、量/dm3过滤时间/s表压/Pa滤液量/dm3过滤时间/s3.43x1042.927.8014688810.3x1042.459.8050660第70页/共96页三、恒压过滤例题3-6：试用上例题中在两种压差条件下测得的K与qe求出滤饼的比阻r。已知1kg湿滤渣的含水量在P1=3.43x104Pa时为0.37kg，在P2=10.3x104Pa时为0.32kg。固体颗粒的密度为2700kg/m3。第71页/共96页三、恒压过滤3、过滤计算是指滤液体积、过滤时间、及过滤面积之间的计算。例题3-7：想用一台工业用板框式压滤机过滤例3-5中的含CaCO3粉末的悬浮液。在表压10.3x104Pa、20条

34、件下过滤3小时，得到6m3滤液。所用过滤介质与例3-5相同。试求所需要的过滤面积与湿滤渣体积。分析说明：1）因为q=V/A，式中V为滤液的体积，已知。那么要求A则需要先求q。可利用过滤方程求出。2）湿滤渣的体积Vc=vV求出。第72页/共96页四、过滤设备 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、吸滤和离心过滤工业上使用的典型过滤设备：板框压滤机（间歇操作）转筒真空过滤机（连续操作）过滤式离心机第73页/共96页第74页/共96页（一）、板框压滤机 图 板框压滤机1固定头；2滤板；3滤框；4滤布；5压紧装置第75页/共96页（一）、板框压滤机板框压滤机.AVI.AVI1

35、1、板框压滤机的结构与工作原理es_es_板框压滤机.bmp.bmpes_板框压滤机2.bmpes_板框压滤机3.bmp 由多块带凸凹纹路的滤板和滤框交替排列于机架而构成。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。滤板右上角的圆孔，是滤浆通道；左上角的圆孔，是洗水通道。洗涤板：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；非洗涤板：洗水通道与两侧表面的凹槽不相通。滤框：滤浆通道：滤框右上角的圆孔 洗水通道：滤框左上角的圆孔第76页/共96页1 1、板框过滤机的结构与工作原理 板和框一般制成方形，其角端均开有圆孔，这样板、框装合，压紧后即构成供滤浆、滤液或洗涤液流动的通道

36、。框的两侧覆以滤布，空框与滤布围成了容纳滤浆和滤饼的空间。由机头上的阀门控制悬浮液、滤液及洗液的进出。板框数视工艺要求在机座长度范围内可灵活调节，由数个至上百个不等组成。第77页/共96页1 1、板框过滤机的结构与工作原理 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。非洗涤板为一钮板，框为二钮板，洗涤板为三钮板。第78页/共96页 如果将非洗涤板编号为1、框为2、洗涤板为3，则板框的组合方式服从1232123之规律。组装之后的过滤和洗涤原理如图所示。第79页/共96页第80页/共96页2 2、过滤操作 过滤阶段 悬浮液从通道进入滤框，滤液在压力下

37、穿过滤框两边的滤布、沿滤布与滤板凹凸表面之间形成的沟道流下，既可单独由每块滤板上设置的出液旋塞排出，称为明流式；也可汇总后排出，称为暗流式。洗涤操作 洗涤液由洗涤板上的通道进入其两侧与滤布形成的凹凸空间，穿过滤布、滤饼和滤框另一侧的滤布后排出。洗涤液的行程（包括滤饼和滤布）约为过滤终了时滤液行程的2倍，而流通面积却为其1/2，故洗涤速率约为过滤终了速率的1/4。第81页/共96页 2 2、过滤操作洗涤终了，若有必要可引入压缩空气使滤饼脱湿后再折开过滤机卸出滤饼，结束一次过滤操作。然后清洗、整理、重新组装、准备下一次操作。常用规格的板框其厚度为2560mm,边框长为0.22.0m，框数由生产所需

38、定 板框压滤机的操作压强一般在0.31.0Mpa之间。第82页/共96页3 3、主要优缺点 优点：结构简单紧凑，过滤面积大而占地省，并可承受较高的压差，便于用耐腐蚀材料制造，操作灵活，过滤面积可根据产生任务调节。缺点：间歇式操作，所费的装、折、清洗时间较长，劳动强度大，生产效率较低。板框式压滤机主要用于含固量较多的悬浮液过滤。第83页/共96页（二）转鼓真空过滤机真空过滤机.AVI.AVI1、结构与原理转筒的多孔表面上覆盖滤布，内部分隔成互不相通的若干扇形过滤室。转动盘与机架上的固定盘紧密贴合构成分配头，转筒回转时各过滤室通过分配头依次与真空抽滤系统、洗水抽吸回收系统和压缩空气反吹系统相通。第

39、84页/共96页（二）、转鼓真空过滤机es_筒型外滤式真空过滤机.bmp为了不使这些系统彼此串通，在固定盘上设有不与任何通道相通的非开孔区。第85页/共96页结构：p转筒，扇形格(18格)；滤室；分配头；动盘(18个孔，分别与扇形格的18个通道相连)；定盘(三个凹槽：滤液真空凹槽、洗水真空凹槽、压缩空气凹槽，分别将动盘的18个孔道分成三个通道)；p金属网；p滤布；p滤浆槽。第86页/共96页110987654321817161514131112转筒及分配头的结构18格分成6个工作区 1区(17格)：过滤区；2区(811格)：滤液吸干区；3区(1214格)：洗涤区；4区(15格)：洗后吸干区；5

40、区(1617格)：吹松卸渣区；6区(18格)：滤布再生区。l过滤区(12区)，f 槽;l洗涤区(34区)，g槽;l干燥卸渣区(56区)，h 槽;f 槽动盘定盘h 槽g 槽第87页/共96页（二）、转鼓真空过滤机2.过滤操作：转筒旋转一周，每一个扇形过滤室依次完成真空过滤、洗涤、脱水、吸干滤饼和压缩空气吹松、刮刀卸料、反吹清洗表面等全部操作，相应分为过滤区、洗涤脱水区、卸料区和表面再生区等几个不同的工作区域。转筒转速多在0.13 r/min，浸入悬浮液中的吸滤面积约占总表面的3040%。滤饼厚度范围大约340mm。第88页/共96页（二）、转鼓真空过滤机3、生产能力Q浸液率：转筒真空过滤机的转筒

41、表面浸入滤浆中的分数。转筒过滤机一个操作周期即旋转一周所经历的时间为1/N秒。转筒任一部分表面结果过滤区的有效过滤时间为在这个时间内每单位面积获得滤液量为把q和带入恒压过滤方程得整理解得：第89页/共96页(二）、转鼓真空过滤机3.3.优点：连续进料，操作自动化，便于在转鼓表面预涂助滤剂后用于黏、细物料的过滤。适用于处理量大，固体颗粒含量较多的滤浆。缺点：过滤推动力有限，滤饼含液量较大，常达30%。真空下操作，其过滤推动力较低(最高只有1atm)，对于滤饼阻力较大的物料适应能力较差。第90页/共96页结构：1.悬筐式离心机转鼓滤饼滤布滤网离心过滤机工作原理图p转鼓(上有小孔，亦称悬框)；滤网；

42、滤布；p机架。原理：由于离心力作用，液体产生径向压差，通过滤饼、滤网及滤筐而流出。(三)、离心过滤机第91页/共96页设备名称设备名称设备名称设备名称主要结构主要结构主要结构主要结构工作过程工作过程工作过程工作过程特点、特点、特点、特点、适用性适用性适用性适用性生产能力计算生产能力计算生产能力计算生产能力计算板框板框板框板框压滤机压滤机压滤机压滤机滤板、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；结构简单，造价低；结构简

43、单，造价低；过滤面积大，能耗少；过滤面积大，能耗少；过滤面积大，能耗少；过滤面积大，能耗少；间歇操作，推动力较大间歇操作，推动力较大间歇操作，推动力较大间歇操作，推动力较大 洗涤时间长，生产效率洗涤时间长，生产效率洗涤时间长，生产效率洗涤时间长，生产效率低。低。低。低。应用范围广。应用范围广。应用范围广。应用范围广。对原料的适对原料的适对原料的适对原料的适应性强应性强应性强应性强转鼓真空转鼓真空转鼓真空转鼓真空过滤机过滤机过滤机过滤机转筒转筒转筒转筒(滤网、滤网、滤网、滤网、滤布滤布滤布滤布)、分、分、分、分配头、滤浆配头、滤浆配头、滤浆配头、滤浆槽槽槽槽过滤、洗涤、过滤、洗涤、过滤、洗涤、过

44、滤、洗涤、吹干、卸渣吹干、卸渣吹干、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，设备投资高度大，设备投资高度大，设备投资高 适于粒度中适于粒度中适于粒度中适于粒度中等，粘度不等，粘度不等，粘度不等，粘度不太大的物料太大的物料太大的物料太大的物料离心过滤离心过滤离心过滤离心过滤机机机机转鼓转鼓转鼓转鼓(滤网、滤网、滤网、滤网、滤布滤布滤布滤布)、机、机、机、

45、机架架架架过滤、洗涤、过滤、洗涤、过滤、洗涤、过滤、洗涤、卸渣等卸渣等卸渣等卸渣等离心过滤，推动力最大；离心过滤，推动力最大；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。滤液湿度小。滤液湿度小。应用广泛，应用广泛，应用广泛，应用广泛，适应性强。适应性强。适应性强。适应性强。但设备成本但设备成本但设备成本但设备成本高，过滤面高，过滤面高，过滤面高，过滤面积小。积小。积小。积小。(q+qe)2=K(+e)几种过滤设备的比较第92页/共96页三足式离心机 离心过滤是藉旋转液体产生的径向压差作为过滤的推动力。离心过滤 在各种间歇或连续操作的离心过滤机中进行。间歇式离心机中又有人

46、工及自动卸料之分。三足式离心机是一种常用的人工卸料的间歇式离心机，图4-17为其结构示意图。离心机的主要部件是一篮式转鼓，壁面钻有许多小孔，内壁衬有金属丝及滤布。整个机座和外罩藉三根弹簧悬挂于三足支柱上，以减轻运转时的振动。图4-17 三足式离心机第93页/共96页刮刀卸料式离心机 图4-18为刮刀卸料离心机的示意图。悬浮液从加热管进入连续运转的卧式转鼓，机内设有粑齿以使沉积的滤渣均布于转鼓内壁。得滤饼达到一定厚度时，停止加料，进行洗涤、沥干。然后，藉液压传动的刮刀逐渐向上移动，将滤饼刮入卸料斗卸出机外，然后清洗转鼓。整个操作周期均在连续运转中完成，每一步骤均采用自动控制的液压操作。图4-18刮刀卸料式离心式1进料管；2转鼓；3滤网；4外壳；5滤饼第94页/共96页活塞往复式卸料离心机 这种离心机的加料过滤、洗涤、沥干、卸料等操作同时在转鼓内的不同部位进行，图4-19为其结构示意图。料液加入旋转的锥形料斗后被洒在近转鼓底部的一小段范围内，形成约mm厚的滤渣层。转鼓底部装有与转鼓一起旋转的推料活塞，其直径梢小于转鼓内壁。活塞与料斗还一起做往复运动，将滤渣逐步推向加料斗的右边。图4-19 活塞推料离心机第95页/共96页感谢您的观看！第96页/共96页