非均相物系,分離理論

1、 第三章第三章第三章第三章第三章第三章 非均相物系的分離非均相物系的分離非均相物系的分離非均相物系的分離非均相物系的分離非均相物系的分離p均相物系均相物系(honogeneous system): 均相混合物。物系內(nèi)均相混合物。物系內(nèi)部各處均勻且無相界面。如溶液和混合氣體都是均相物系。部各處均勻且無相界面。如溶液和混合氣體都是均相物系。自然界的混合物分為兩大類：自然界的混合物分為兩大類：p非均相物系非均相物系(non-honogeneous system): 非均相混合物。非均相混合物。物系內(nèi)部有隔開不同相的界面存在，且界面兩側(cè)的物料性質(zhì)有物系內(nèi)部有隔開不同相的界面存在，且界面兩側(cè)的物料性質(zhì)有

2、顯著差異。如：懸浮液、乳濁液、泡沫液屬于液態(tài)非均相物系，顯著差異。如：懸浮液、乳濁液、泡沫液屬于液態(tài)非均相物系，含塵氣體、含霧氣體屬于氣態(tài)非均相物系。含塵氣體、含霧氣體屬于氣態(tài)非均相物系。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述非均相物系的分離原理：非均相物系的分離原理：在非均相物系中，分散物質(zhì)和分散介質(zhì)組成在非均相物系中，分散物質(zhì)和分散介質(zhì)組成由于非均相物的兩相間的密度等物理特性差異較由于非均相物的兩相間的密度等物理特性差異較大，因此常采用大，因此常采用機械方法機械方法進行分離。按兩相運動進行分離。按兩相運動方式的不同，機械分離大致分為方式的不同，機械分離大致分為沉降和過濾沉降和過濾兩種兩種操作。操作。 過濾

3、介質(zhì)過濾介質(zhì)過濾介質(zhì)過濾介質(zhì)過濾介質(zhì)過濾介質(zhì): : : 過濾采用的多孔物質(zhì)；過濾采用的多孔物質(zhì)；過濾采用的多孔物質(zhì)；過濾采用的多孔物質(zhì)；過濾采用的多孔物質(zhì)；過濾采用的多孔物質(zhì)； 濾漿濾漿濾漿濾漿濾漿濾漿: : : 所處理的懸浮液；所處理的懸浮液；所處理的懸浮液；所處理的懸浮液；所處理的懸浮液；所處理的懸浮液； 濾液濾液濾液濾液濾液濾液: : : 通過多孔通道的液體；通過多孔通道的液體；通過多孔通道的液體；通過多孔通道的液體；通過多孔通道的液體；通過多孔通道的液體； 濾餅或濾渣濾餅或濾渣濾餅或濾渣濾餅或濾渣濾餅或濾渣濾餅或濾渣: : : 被截留的固體物質(zhì)被截留的固體物質(zhì)被截留的固體物質(zhì)被截留的固

4、體物質(zhì)被截留的固體物質(zhì)被截留的固體物質(zhì)。 以某種多孔物質(zhì)為介質(zhì)，在外力的作用下，使懸浮液中以某種多孔物質(zhì)為介質(zhì)，在外力的作用下，使懸浮液中的液體通過介質(zhì)的孔道，而固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而的液體通過介質(zhì)的孔道，而固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而實現(xiàn)固液分離的單元操作。實現(xiàn)固液分離的單元操作。 第二節(jié)第二節(jié) 過過 濾濾一、過濾操作的基本概念一、過濾操作的基本概念1 過濾過濾(filtration)濾漿濾漿濾餅濾餅過濾介質(zhì)過濾介質(zhì)濾液濾液過濾操作示意圖 (濾餅過濾)深床過濾織物介質(zhì)織物介質(zhì)(又稱濾布又稱濾布) ： 由棉、毛、麻、絲等天然纖維及合成纖維制成的織物，以由棉、毛、麻、絲等天然纖維及合成纖維

5、制成的織物，以及玻璃絲、金屬絲等織成的網(wǎng)；及玻璃絲、金屬絲等織成的網(wǎng)；過濾介質(zhì)的分類：過濾介質(zhì)的分類：堆積介質(zhì)堆積介質(zhì) 由各種固體顆粒（細砂、硅藻土等）堆積而成，由各種固體顆粒（細砂、硅藻土等）堆積而成， 多用于多用于深床過濾；深床過濾；多孔固體介質(zhì)多孔固體介質(zhì) 這類介質(zhì)具有很多細微孔道，如多孔陶瓷、多孔塑料等。這類介質(zhì)具有很多細微孔道，如多孔陶瓷、多孔塑料等。多用于含少量細微顆粒的懸浮液，多用于含少量細微顆粒的懸浮液，2 2 過濾介質(zhì)過濾介質(zhì)3.過濾推動力 懸浮液自身壓強差，重力 懸浮液的側(cè)加壓 過濾介質(zhì)的側(cè)抽真空 離心力4.過濾阻力 介質(zhì)阻力：可視為平變，且一般過濾初較明顯 濾餅阻力: 濾

6、餅厚度：隨過濾進行而增加 濾餅特性：顆粒形狀、大小，粒 大多情況下，過濾阻力主要取決于濾餅阻力。 對于顆粒層中不規(guī)則的通道，可以簡化成由一組當量直徑對于顆粒層中不規(guī)則的通道，可以簡化成由一組當量直徑為為d de e的細管，而細管的當量直徑可由床層的空隙率和顆粒的的細管，而細管的當量直徑可由床層的空隙率和顆粒的比表面積來計算。比表面積來計算。二、過濾的基本理論二、過濾的基本理論1 濾液通過餅層的流動濾液通過餅層的流動顆粒床層的特性可用顆粒床層的特性可用空隙率空隙率、當量直徑當量直徑等物理量來描述。等物理量來描述?？障堵士障堵剩簡挝惑w積床層中的空隙體積稱為空隙率。單位體積床層中的空隙體積稱為空隙率

7、。比表面積比表面積：單位體積顆粒所具有的表面積稱為比表面積。單位體積顆粒所具有的表面積稱為比表面積。2 顆粒床層的特性顆粒床層的特性依照第一章中非圓形管的當量直徑定義，當量直徑為：依照第一章中非圓形管的當量直徑定義，當量直徑為：流道長度潤濕周邊長流道長度流道截面積edade)1 (流道表面積流道容積潤濕周邊長管道截面積水力半徑44ed式中式中 de床層流道的當量直徑，床層流道的當量直徑，m故對顆粒床層直徑應可寫出：故對顆粒床層直徑應可寫出：Lpduce)(21232dlupAF 濾液通過餅層的流動常屬于滯流流型，可以仿照圓管內(nèi)滯流濾液通過餅層的流動常屬于滯流流型，可以仿照圓管內(nèi)滯流流動的泊稷葉

8、公式流動的泊稷葉公式(哈根方程哈根方程)來描述濾液通過濾餅的流動，則來描述濾液通過濾餅的流動，則濾液通過餅床層的流速與壓強降的關系為：濾液通過餅床層的流速與壓強降的關系為：式中式中 u u1 1 濾液在床層孔道中的流速，濾液在床層孔道中的流速，m/sm/s； L L 床層厚度，床層厚度，m, m, ppc c 濾液通過濾餅層的壓強降，濾液通過濾餅層的壓強降，papa； 阻力與壓強降成正比，因此可認為上式表達了過濾操作中阻力與壓強降成正比，因此可認為上式表達了過濾操作中濾液流速與阻力的關系。濾液流速與阻力的關系。uu1床層空隙中的濾液流速床層空隙中的濾液流速u u1 1床層截面積計算的濾液平均流

9、速床層截面積計算的濾液平均流速u uuu1)()1 (1223LpaKuc 上式中的比例常數(shù)上式中的比例常數(shù)KK與濾餅的空隙率、顆粒形狀、排列及與濾餅的空隙率、顆粒形狀、排列及粒度范圍諸因素有關。對于顆粒床層內(nèi)的滯流流動，粒度范圍諸因素有關。對于顆粒床層內(nèi)的滯流流動，KK值可值可取為取為5 5。ade)1(Lpduce)(21R R濾餅阻力，濾餅阻力，1/m, 1/m, 其計算式為：其計算式為：RprLpAddVcc322)1(5ar)()1 (5223LpaAddVuc 對于不可壓縮濾餅，濾餅層中的空隙率對于不可壓縮濾餅，濾餅層中的空隙率可視為常數(shù)，顆可視為常數(shù)，顆粒的形狀、尺寸也不改變，因

10、而比表面粒的形狀、尺寸也不改變，因而比表面a 亦為常數(shù)，則有亦為常數(shù)，則有式中式中 r r濾餅的比阻，濾餅的比阻，1/1/m m2 2, , 其計算式為：其計算式為：R=rL4 濾餅阻力濾餅阻力)()1 (5223LpaAddVuc)()1 (5223LpAaddVc式中式中 V 濾液量，濾液量，m3； 過濾時間，過濾時間，s； A 過濾面積，過濾面積，m2。過濾速率為：過濾速率為：任一瞬間的過濾速度為：任一瞬間的過濾速度為：過濾速度過濾速度: : 單位時間內(nèi)通過單位過濾面積的濾液體積，單位時間內(nèi)通過單位過濾面積的濾液體積， m3/m2 s。過濾速率過濾速率: : 單位時間內(nèi)獲得的濾液體積，單

11、位時間內(nèi)獲得的濾液體積，m3/s。3 過濾速率過濾速率比阻比阻r r 單位厚度濾餅的阻力；單位厚度濾餅的阻力； 在數(shù)值上等于粘度為在數(shù)值上等于粘度為1Pas1Pas的濾液以的濾液以1m/s1m/s的平均流速通過的平均流速通過厚度為厚度為1m 1m 的濾餅層時所產(chǎn)生的壓強降；的濾餅層時所產(chǎn)生的壓強降； 比阻反映了顆粒特性比阻反映了顆粒特性( (形狀、尺寸及床層空隙率形狀、尺寸及床層空隙率) )對濾液流對濾液流動的影響；動的影響； 床層空隙率床層空隙率愈小及顆粒比表面愈小及顆粒比表面a a愈大，則床層愈致密，愈大，則床層愈致密，對流體流動的阻滯作用也愈大。對流體流動的阻滯作用也愈大。 通常把過濾介

12、質(zhì)的阻力視為常數(shù)，仿照濾液穿過濾餅層的速通常把過濾介質(zhì)的阻力視為常數(shù)，仿照濾液穿過濾餅層的速度方程則可寫出濾液穿過過濾介質(zhì)層的速度關系式：度方程則可寫出濾液穿過過濾介質(zhì)層的速度關系式：mmRpAddV式中式中 pm 過濾介質(zhì)上、下游兩側(cè)的壓強差，過濾介質(zhì)上、下游兩側(cè)的壓強差，Pa； Rm 過濾介質(zhì)阻力，過濾介質(zhì)阻力，l/m 由于很難劃定過濾介質(zhì)與濾餅之間的分界面，更難測定分由于很難劃定過濾介質(zhì)與濾餅之間的分界面，更難測定分界面處的壓強，在操作過程中總是把過濾介質(zhì)與濾餅聯(lián)合起來界面處的壓強，在操作過程中總是把過濾介質(zhì)與濾餅聯(lián)合起來考慮。考慮。5 過濾介質(zhì)的阻力過濾介質(zhì)的阻力 通常，濾餅與濾布的面

13、積相同。所以兩層中的過濾速度應通常，濾餅與濾布的面積相同。所以兩層中的過濾速度應相等，則：相等，則：)()(mmmcRRpRRppAddV 上式表明，可用濾液通過串聯(lián)的濾餅與濾布的總壓強降來上式表明，可用濾液通過串聯(lián)的濾餅與濾布的總壓強降來表示過濾推動力，用兩層的阻力之和來表示總阻力。表示過濾推動力，用兩層的阻力之和來表示總阻力。式中：式中：p 濾餅與濾布兩側(cè)的總壓強差，稱為過濾壓強差。濾餅與濾布兩側(cè)的總壓強差，稱為過濾壓強差。 假設：厚度為假設：厚度為Le的濾餅產(chǎn)生的阻力與濾布相同，而過程仍的濾餅產(chǎn)生的阻力與濾布相同，而過程仍能完全按照原來的速率進行，則：能完全按照原來的速率進行，則：rLe

14、=Rm 在一定的操作條件下，以一定介質(zhì)過濾一定懸浮液時，在一定的操作條件下，以一定介質(zhì)過濾一定懸浮液時，Le為定值；但同一介質(zhì)在不同的過濾操作中，為定值；但同一介質(zhì)在不同的過濾操作中，Le值不同值不同。)()(eeLLrprLrLpAddV式中式中Le過濾介質(zhì)的當量濾餅厚度，或稱虛擬濾餅厚度，過濾介質(zhì)的當量濾餅厚度，或稱虛擬濾餅厚度，m。 式中：式中：v 濾餅體積與相應的濾液體積之比，無因次。濾餅體積與相應的濾液體積之比，無因次。AvVL LA=vV 若每獲得若每獲得1 1m m3 3濾液所形成的濾餅體積為濾液所形成的濾餅體積為v vm m3 3，則任一瞬間的濾，則任一瞬間的濾餅厚度餅厚度L

15、L與當時已經(jīng)獲得的濾液體積與當時已經(jīng)獲得的濾液體積V V之間的關系為：之間的關系為：AvVLee 同理，如生成厚度為同理，如生成厚度為Le的濾餅所應獲得的濾液體積以的濾餅所應獲得的濾液體積以Ve來表來表示，則示，則式中式中Ve過濾介質(zhì)的當量濾液體積，或稱虛擬濾液體積，過濾介質(zhì)的當量濾液體積，或稱虛擬濾液體積，m3。 三、過濾基本方程式三、過濾基本方程式 注意注意：在一定的操作條件下，以一定介質(zhì)過濾一定的懸浮在一定的操作條件下，以一定介質(zhì)過濾一定的懸浮液時，液時，Ve為定值，但同一介質(zhì)在不同的過濾操作中，為定值，但同一介質(zhì)在不同的過濾操作中，Ve不同。不同。AVVrvpAddVe過濾阻力過濾推動

16、力2)(2)(AVVrveepVVrvpAddV上式適用于上式適用于不可壓縮濾餅不可壓縮濾餅。 對于對于可壓縮濾餅可壓縮濾餅其比阻其比阻r r與壓強差有關。與壓強差有關。 上式稱為上式稱為過濾基本方程式過濾基本方程式，它對各種過濾情況均適用。，它對各種過濾情況均適用。式中式中 r單位壓強下濾餅的比阻，單位壓強下濾餅的比阻，1/m2 p過濾壓強差，過濾壓強差，pa s 濾餅的濾餅的壓縮性指數(shù)壓縮性指數(shù)，無因此。一般情況下，無因此。一般情況下， s=01。對于不可壓縮濾餅，。對于不可壓縮濾餅，s=0。)(12esVVvrpAddV根據(jù)上兩式可得根據(jù)上兩式可得r=r(p)s p定義：過濾操作在恒定壓

17、強下進行時稱為恒壓過濾。定義：過濾操作在恒定壓強下進行時稱為恒壓過濾。濾餅不斷變厚；濾餅不斷變厚； 阻力逐漸增加；阻力逐漸增加； 推動力推動力p p 恒定；恒定； 過濾速率逐漸變小。過濾速率逐漸變小。過濾操作的兩種典型方式：恒壓過濾和恒速過濾過濾操作的兩種典型方式：恒壓過濾和恒速過濾。p特點：特點：四、恒壓過濾四、恒壓過濾對于一定的懸浮液，若對于一定的懸浮液，若、rr及及v v可視為常數(shù)，令可視為常數(shù)，令 vrk1)(12esVVvrpAddV(V+V(V+Ve e )dV )dV=kA=kA2 2pp1-s1-sd d 式中：式中：k k 表征過濾物料特性的常數(shù)，表征過濾物料特性的常數(shù)，m

18、m4 4/ /（N N s s）。）。 過濾基本方程可寫成：過濾基本方程可寫成：恒壓過濾方程式的推導恒壓過濾方程式的推導積分條件積分條件 =0, V=0; = e ,V=Ve; = ,V=V eseVVeedpkAVVdVVe0120(1)(1)和和(2)(2)式都稱為式都稱為恒壓過濾方程式恒壓過濾方程式。令令K=2kpK=2kp1-s1-s 當當 =0 =0 時，則時，則V V=0=0(V+Ve )2=KA2( + e ) （1 1）Ve2=KA2 eV2+2VVe=KA2 （2 2）又令又令 q=V/A，qe=Ve/A 恒壓過濾方程式中的恒壓過濾方程式中的K K 稱為稱為過濾常數(shù)過濾常數(shù)，

19、由物料特性及過濾，由物料特性及過濾壓強差決定。壓強差決定。 恒壓過濾時恒壓過濾時V 的關系的關系 ooe e + e + ebV+VeVV+VeVVe (q+qe )2=K( + e) q2+2qqe=K 上兩式也稱為恒壓過濾方程式。上兩式也稱為恒壓過濾方程式。 若維持過濾速率恒定，這樣的過濾操作方式稱為恒速過濾。若維持過濾速率恒定，這樣的過濾操作方式稱為恒速過濾。 常數(shù)RuqAVAddV恒速過濾時恒速過濾時q-q- （或（或V- V- ）關系為一直線）關系為一直線。 q=uR V=uRA 恒速過濾時的過濾速度為：恒速過濾時的過濾速度為：五、五、 恒速過濾恒速過濾 在一定的操作條件下，在一定的

20、操作條件下，、r、v、uR、qe均為常數(shù)，故有：均為常數(shù)，故有：Reuqqrvpddq常數(shù))(對不可壓縮濾餅，由過濾基本方程可寫出：對不可壓縮濾餅，由過濾基本方程可寫出： 上式表明：上式表明：對于不可壓縮濾餅進行恒速過濾時，其壓強差隨對于不可壓縮濾餅進行恒速過濾時，其壓強差隨過濾時間成直線增加。過濾時間成直線增加。所以，在實踐中很少采用完全恒速過濾所以，在實踐中很少采用完全恒速過濾的方法。的方法。 p=rvuR2+rvuRqe=a +b 先恒速后恒壓過濾是工業(yè)中常用的一種過濾方法。先恒速后恒壓過濾是工業(yè)中常用的一種過濾方法。RRdpkAdVVVsVVe12 在過濾時間從在過濾時間從0 0到到

21、R R 時，計算方法與恒速過濾相同。而從時時，計算方法與恒速過濾相同。而從時間間 R R 到到 時，得到的濾液量從時，得到的濾液量從V VR R到到V V，故積分式為：，故積分式為：操作過程：操作過程： 開始，從開始，從0到到 R 時，時，采用恒速過濾，可在阻力還不太高時采用恒速過濾，可在阻力還不太高時獲得較多的濾液。獲得較多的濾液。 從從 R到到 時，改為恒壓過濾，以免壓強過高。時，改為恒壓過濾，以免壓強過高。 六、先恒速后恒壓過濾六、先恒速后恒壓過濾積分并將積分并將K=2kpK=2kp1-s 1-s 代入得代入得 )()(2)(222RReRKAVVVVV)()(2)(22RReRKqqq

22、qq兩式中兩式中V V為獲得的總濾液量，而不是恒壓階段獲得的為獲得的總濾液量，而不是恒壓階段獲得的濾液量。濾液量。幾種操作方式下的過濾方程幾種操作方式下的過濾方程恒壓過濾恒壓過濾恒速過濾恒速過濾先恒速后恒壓先恒速后恒壓(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 )(12esVVvrpAddVeqKqKdqd22上式表明：上式表明：d /dq與與q成直線關系，直線斜率為成直線關系，直線斜率

23、為2/K，截距為，截距為2qe/K2(q+qe )dq=Kd (q+qe )2=K ( + e )微分上式得微分上式得qd /dt2qe/K由斜率由斜率=2/K，求出，求出K; 由截距由截距=2qe/K ，求出，求出qe； 由由q2+2qqe=K ， =0，q=0，求出求出 e= qe2/K。測定時采用恒壓試驗，恒壓過濾方程為：測定時采用恒壓試驗，恒壓過濾方程為： 七、過濾常數(shù)的測定七、過濾常數(shù)的測定 采用采用 /q/q代替代替d d /dq/dq，在過濾面積一定時，記，在過濾面積一定時，記錄下時間錄下時間 和累計的濾液量和累計的濾液量V V，并由此計算一系列，并由此計算一系列q q值，值，然

24、后作圖，求出直線斜率和截距。最后算出過濾常數(shù)然后作圖，求出直線斜率和截距。最后算出過濾常數(shù)K K和和q qe e。 q/ t2qe/K注意：橫坐標注意：橫坐標q的取值。的取值。實驗數(shù)據(jù)處理實驗數(shù)據(jù)處理lgK=(1-s)lg(p)+lg(2k) 以以lglg( (pp) )為橫坐標，為橫坐標，lglg( (K K) )為為縱坐標作直線，從而求出斜率縱坐標作直線，從而求出斜率(1-(1-s s) )，截距，截距l(xiāng)glg(2(2k k) )，進而算出，進而算出s s和和k k。K=2kp1-s 濾餅的壓縮性指數(shù)濾餅的壓縮性指數(shù)s s及物料特性常數(shù)及物料特性常數(shù)k k需在不同壓強差下對指需在不同壓強差

25、下對指定物料進行試驗，求得若干過濾壓強差下的定物料進行試驗，求得若干過濾壓強差下的K K，然后對，然后對K-pK-p數(shù)數(shù)據(jù)加以處理，即可求得據(jù)加以處理，即可求得s s 值。值。lg(p)lg(K)lg(2k)q/ t2qe/K壓縮指數(shù)壓縮指數(shù)s的測定的測定 工業(yè)上使用的典型過濾設備：工業(yè)上使用的典型過濾設備：按操作方式分類：間歇過濾機、連續(xù)過濾機按操作方式分類：間歇過濾機、連續(xù)過濾機按操作壓強差分類：壓濾、吸濾和離心過濾按操作壓強差分類：壓濾、吸濾和離心過濾板框壓濾機（間歇操作）板框壓濾機（間歇操作） 轉(zhuǎn)筒真空過濾機（連續(xù)操作）轉(zhuǎn)筒真空過濾機（連續(xù)操作） 過濾式離心機過濾式離心機八、過濾設備八

26、、過濾設備結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：濾板、濾框、夾緊機構(gòu)、機架等組成。濾板、濾框、夾緊機構(gòu)、機架等組成。 濾板：凹凸不平的表面，凸部用來支撐濾布，凹槽是濾濾板：凹凸不平的表面，凸部用來支撐濾布，凹槽是濾液的流道。液的流道。濾板右上角的圓孔，是濾漿通道；左上角的圓濾板右上角的圓孔，是濾漿通道；左上角的圓孔，是洗水通道?？?，是洗水通道。洗滌板洗滌板：左上角的洗水通道與兩側(cè)表面的凹槽相通，左上角的洗水通道與兩側(cè)表面的凹槽相通， 使洗水流進凹槽；使洗水流進凹槽； 非洗滌板：非洗滌板：洗水通道與兩側(cè)表面的凹槽不相通。洗水通道與兩側(cè)表面的凹槽不相通。1 板框壓濾機板框壓濾機 為了避免這兩種板和框的安裝次序有錯，在鑄造時

27、常在板為了避免這兩種板和框的安裝次序有錯，在鑄造時常在板與框的外側(cè)面分別鑄有一個、兩個或三個小鈕。非洗滌板為一與框的外側(cè)面分別鑄有一個、兩個或三個小鈕。非洗滌板為一鈕板，框帶兩個鈕板，框帶兩個鈕，洗滌板為三鈕板。鈕板，框帶兩個鈕板，框帶兩個鈕，洗滌板為三鈕板。濾框：濾框：濾漿通道：濾漿通道：濾框右上角的圓孔濾框右上角的圓孔 洗水通道：洗水通道：濾框左上角的圓孔濾框左上角的圓孔結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，占地面積小，過濾面積大。結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，占地面積小，過濾面積大。 可根據(jù)需要增減濾板的數(shù)量，調(diào)節(jié)過濾能力?？筛鶕?jù)需要增減濾板的數(shù)量，調(diào)節(jié)過濾能力。 對物料的適應能力較強，由于操作壓力較高對物料的適應

28、能力較強，由于操作壓力較高（310kg/cm2 ），對顆粒細小而液體粘度較大的濾漿，也能），對顆粒細小而液體粘度較大的濾漿，也能適用。適用。 間歇操作，生產(chǎn)能力低，卸渣清洗和組裝階段需用人力操作，間歇操作，生產(chǎn)能力低，卸渣清洗和組裝階段需用人力操作，勞動強度大，所以它只適用于小規(guī)模生產(chǎn)。勞動強度大，所以它只適用于小規(guī)模生產(chǎn)。 近年出現(xiàn)了各種自動操作的板框壓濾機，使勞動強度得到減近年出現(xiàn)了各種自動操作的板框壓濾機，使勞動強度得到減輕。輕。板框壓濾機的特點：板框壓濾機的特點：結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：p轉(zhuǎn)筒，扇形格轉(zhuǎn)筒，扇形格(18格格)； 濾室；濾室； 分配頭；分配頭； 動盤動盤(18個孔，分別與扇形個孔，分

29、別與扇形格的格的18個通道相連個通道相連)； 定盤定盤(三個凹槽：濾液真空三個凹槽：濾液真空凹槽、洗水真空凹槽、壓縮凹槽、洗水真空凹槽、壓縮空氣凹槽，分別將動盤的空氣凹槽，分別將動盤的18個孔道分成三個通道個孔道分成三個通道)； p金屬網(wǎng)；金屬網(wǎng)； p濾布；濾布； p濾漿槽濾漿槽。工作過程工作過程2 2 轉(zhuǎn)筒真空過濾機轉(zhuǎn)筒真空過濾機（rotary-drum vacuum filterrotary-drum vacuum filter）110987654321817161514131112動盤動盤轉(zhuǎn)筒及分配頭的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)筒及分配頭的結(jié)構(gòu)定盤定盤18格分成格分成6個工作區(qū)個工作區(qū) 1區(qū)區(qū)(17格格)：

30、過濾區(qū)；：過濾區(qū)； 2區(qū)區(qū)(810格格)：濾液吸干區(qū)；：濾液吸干區(qū)； 3區(qū)區(qū)(1213格格)：洗滌區(qū)；：洗滌區(qū)； 4區(qū)區(qū)(14格格)：洗后吸干區(qū)；：洗后吸干區(qū)； 5區(qū)區(qū)(16格格)：吹松卸渣區(qū)；：吹松卸渣區(qū)； 6區(qū)區(qū)(17格格)：濾布再生區(qū)。：濾布再生區(qū)。l過濾區(qū)過濾區(qū)(12區(qū)區(qū))，f 槽槽; l洗滌區(qū)洗滌區(qū)(34區(qū)區(qū))，g槽槽 ; l干燥卸渣區(qū)干燥卸渣區(qū)(56區(qū)區(qū))，h 槽槽;f 槽槽h 槽槽g 槽槽自動連續(xù)操作；自動連續(xù)操作； 適用于處理量大，固體顆粒含量較多的濾漿；適用于處理量大，固體顆粒含量較多的濾漿； 真空下操作，其過濾推動力較低真空下操作，其過濾推動力較低( (最高只有最高只有1

31、1atmatm) )，對于濾，對于濾餅阻力較大的物料適應能力較差。餅阻力較大的物料適應能力較差。 轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)時，藉分配頭的作用，能使轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)一周的過程轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)時，藉分配頭的作用，能使轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)一周的過程中，每個小過濾室可依次進行過濾、洗滌、吸干、吹松卸渣等中，每個小過濾室可依次進行過濾、洗滌、吸干、吹松卸渣等項操作。項操作。整個轉(zhuǎn)筒圓周在任何瞬間都劃分為整個轉(zhuǎn)筒圓周在任何瞬間都劃分為: :特點：特點：工作過程工作過程 過濾區(qū)過濾區(qū); 洗滌區(qū)洗滌區(qū); 干燥卸渣區(qū)干燥卸渣區(qū)。結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：1.1.懸筐式離心機懸筐式離心機( (suspended-basket centrifuge)suspended-b

32、asket centrifuge) 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)鼓濾餅濾餅濾布濾布濾網(wǎng)濾網(wǎng)離心過濾機工作原理圖離心過濾機工作原理圖p轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)鼓(上有小孔，亦稱懸框上有小孔，亦稱懸框)； 濾網(wǎng)；濾網(wǎng)； 濾布；濾布； p機架。機架。 原理：原理： 由于離心力作用，液體產(chǎn)生徑向壓差，通過濾餅、濾由于離心力作用，液體產(chǎn)生徑向壓差，通過濾餅、濾網(wǎng)及濾筐而流出。網(wǎng)及濾筐而流出。3 離心過濾機（離心過濾機（centrifugal filter）濾板、濾框、濾板、濾框、夾緊機構(gòu)、夾緊機構(gòu)、機架機架裝合、過濾、裝合、過濾、洗滌、卸渣、洗滌、卸渣、整理整理(q+qe )2=K( + e)幾種過濾設備的比較幾種過濾設備的比較)(2)(2e

33、EVVKAddV式中式中V過濾終了時所得濾液體積，過濾終了時所得濾液體積，m3由恒壓過濾方程知，過濾終了時的過濾速率為：由恒壓過濾方程知，過濾終了時的過濾速率為：洗滌速率：單位時間內(nèi)消耗的洗滌液體積。洗滌速率：單位時間內(nèi)消耗的洗滌液體積。 由于洗滌液中不含固相，洗滌過程中濾餅厚度不變。若在由于洗滌液中不含固相，洗滌過程中濾餅厚度不變。若在恒壓下洗滌，則它既是恒壓洗滌又是恒速洗滌。恒壓下洗滌，則它既是恒壓洗滌又是恒速洗滌。九、過濾機的生產(chǎn)能力九、過濾機的生產(chǎn)能力 1 洗滌速率的計算洗滌速率的計算p若洗滌液粘度和洗滌時的壓差與濾液粘度和過濾壓差相比差若洗滌液粘度和洗滌時的壓差與濾液粘度和過濾壓差相

34、比差異較大，則應校正，校正后的洗滌速率為異較大，則應校正，校正后的洗滌速率為)(2)()(2eEWVVKAddVddV)(8)(41)(2eEWVVKAddVddVppddVddVWWWW)()(若洗滌用的壓差與過濾相同，洗滌液粘度與濾液粘度大致相等：若洗滌用的壓差與過濾相同，洗滌液粘度與濾液粘度大致相等：p 對于轉(zhuǎn)筒真空過濾機，洗滌速率與過濾終了速率相等對于轉(zhuǎn)筒真空過濾機，洗滌速率與過濾終了速率相等p對于板框過濾機，洗滌速率等于過濾終了速率的對于板框過濾機，洗滌速率等于過濾終了速率的1/41/4生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力: : 單位時間內(nèi)獲得的濾液體積。單位時間內(nèi)獲得的濾液體積。對于間歇過濾機，一個過

35、濾循環(huán)包括過濾、洗滌、卸渣、對于間歇過濾機，一個過濾循環(huán)包括過濾、洗滌、卸渣、清理、重裝等步驟。清理、重裝等步驟。通常把卸渣、清理、重裝等所用的時間合在一起稱為輔助通常把卸渣、清理、重裝等所用的時間合在一起稱為輔助時間時間 D D 。一個循環(huán)時間一個循環(huán)時間T=T= + + W W+ + D D 。其中只有過濾時間真正用于過濾。其中只有過濾時間真正用于過濾。2 2 間歇過濾機的生產(chǎn)能力間歇過濾機的生產(chǎn)能力式中式中 V V 一個操作循環(huán)內(nèi)所獲得的濾液體積，一個操作循環(huán)內(nèi)所獲得的濾液體積，m m3 3； Q Q 生產(chǎn)能力，生產(chǎn)能力，m m3 3/h/h； T T 一個循環(huán)時間。一個循環(huán)時間。 T=

36、 + W+ D DWVTVQ36003600如果以濾液量如果以濾液量Q Q 表示生產(chǎn)能力，則有表示生產(chǎn)能力，則有p 浸沒度浸沒度 ：轉(zhuǎn)筒真空過濾機的轉(zhuǎn)筒表面浸入濾漿中的分數(shù)轉(zhuǎn)筒真空過濾機的轉(zhuǎn)筒表面浸入濾漿中的分數(shù)。浸沒角度360 以轉(zhuǎn)筒真空過濾機為例，轉(zhuǎn)筒在任何時候總有一部分表面浸以轉(zhuǎn)筒真空過濾機為例，轉(zhuǎn)筒在任何時候總有一部分表面浸沒在濾漿中進行過濾。沒在濾漿中進行過濾。p 有效過濾時間有效過濾時間：某一瞬時開始進入濾漿中的轉(zhuǎn)筒表面，經(jīng)過：某一瞬時開始進入濾漿中的轉(zhuǎn)筒表面，經(jīng)過過濾區(qū)，最后從濾漿中出來，這一段時間為該表面旋轉(zhuǎn)一周的過濾區(qū)，最后從濾漿中出來，這一段時間為該表面旋轉(zhuǎn)一周的有效過濾時

37、間。有效過濾時間。3 3 連續(xù)過濾機的生產(chǎn)能力連續(xù)過濾機的生產(chǎn)能力由于轉(zhuǎn)筒式真空過濾機為恒壓操作，則有由于轉(zhuǎn)筒式真空過濾機為恒壓操作，則有 eeeeVnKAVKAV)60()(22轉(zhuǎn)鼓每轉(zhuǎn)一周得到的濾液體積為：轉(zhuǎn)鼓每轉(zhuǎn)一周得到的濾液體積為：(V+V(V+Ve e) )2 2=KA=KA2 2(+(+e e) ) nT60p 過濾時間過濾時間 為為:p 假設轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為假設轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為n r/min，則轉(zhuǎn)一周的時間為，則轉(zhuǎn)一周的時間為: T=60/n按每小時計的濾液生產(chǎn)能力為：按每小時計的濾液生產(chǎn)能力為：nVnnKAnVQee)60(606022KnAnKAnQ46560602若忽略濾布阻力，則若忽

38、略濾布阻力，則e e=0=0、V Ve e=0=0，則上式簡化為：，則上式簡化為： 注意：提高轉(zhuǎn)速可增加生產(chǎn)能力，但若轉(zhuǎn)速太高，則每周期注意：提高轉(zhuǎn)速可增加生產(chǎn)能力，但若轉(zhuǎn)速太高，則每周期中過濾時間減至很短，濾餅層很薄，難于卸除，也不利于洗滌，中過濾時間減至很短，濾餅層很薄，難于卸除，也不利于洗滌，而且功率消耗大，反而不經(jīng)濟。合適的轉(zhuǎn)速需由實驗確定，以而且功率消耗大，反而不經(jīng)濟。合適的轉(zhuǎn)速需由實驗確定，以得到合適厚度的濾餅，使成本最低。得到合適厚度的濾餅，使成本最低。例：用轉(zhuǎn)鼓真空過濾機過濾某種懸浮液，料漿處理量為例：用轉(zhuǎn)鼓真空過濾機過濾某種懸浮液，料漿處理量為2020m m3 3/h/h。已

39、知每得已知每得1 1m m3 3濾液可濾液可得得濾餅濾餅0.040.04m m3 3，要求轉(zhuǎn)筒的浸沒度為，要求轉(zhuǎn)筒的浸沒度為0.350.35，過濾表面上濾餅厚度不低于過濾表面上濾餅厚度不低于5mm5mm?，F(xiàn)測得過濾常數(shù)為?，F(xiàn)測得過濾常數(shù)為K K=8=81010- -4 4m m2 2/s/s，q qe e=0.01m=0.01m3 3/m/m2 2。試試求過濾機的過濾面積和轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速。求過濾機的過濾面積和轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速。解：解：以以1min1min為基準，為基準，v=0.04, v=0.04, =0.35=0.35 nn35.06060sKqee125. 042210801. 0min/321.

40、060)04. 01 (2060)1 (203mvQ濾餅體積濾餅體積 0.3210.3210.04=0.01284 0.04=0.01284 m m3 3/min/minmin)/(568. 210501284. 001284. 03rnAAAmin/321. 0)60(322mnVnnKAnVQee將將n n及及 代入上式，得：代入上式，得：A A=2.771m=2.771m2 2 n n = 0.927 r/min= 0.927 r/minp 定義：定義：p沉降力場：重力、離心力。沉降力場：重力、離心力。 在某種力場的作用下，利用分散物質(zhì)與分散介質(zhì)的在某種力場的作用下，利用分散物質(zhì)與分散介

41、質(zhì)的密度差異，使之發(fā)生相對運動而分離的單元操作。密度差異，使之發(fā)生相對運動而分離的單元操作。p 沉降操作分類：重力沉降、離心沉降。沉降操作分類：重力沉降、離心沉降。第三節(jié)第三節(jié) 沉降沉降圖圖 流體繞過顆粒的流動流體繞過顆粒的流動uFdFd與顆粒運動的方向相反與顆粒運動的方向相反 當流體相對于靜止的固體顆粒流動時，或者固體顆粒在靜止當流體相對于靜止的固體顆粒流動時，或者固體顆粒在靜止流體中移動時，由于流體的粘性，兩者之間會產(chǎn)生作用力，這流體中移動時，由于流體的粘性，兩者之間會產(chǎn)生作用力，這種作用力通常稱為曳力種作用力通常稱為曳力（drag force)drag force)或阻力。或阻力。只要顆

42、粒與流體之間有相只要顆粒與流體之間有相對運動，就會產(chǎn)生阻力。對運動，就會產(chǎn)生阻力。對于一定的顆粒和流體，對于一定的顆粒和流體，只要相對運動速度相同，流只要相對運動速度相同，流體對顆粒的阻力就一樣。體對顆粒的阻力就一樣。一、顆粒運動時的阻力一、顆粒運動時的阻力 流體密度；流體密度； 流體粘度；流體粘度； d dp p顆粒的當量直徑；顆粒的當量直徑； A A 顆粒在運動方向上的投影面積；顆粒在運動方向上的投影面積； u u 顆粒與流體相對運動速度。顆粒與流體相對運動速度。 阻力系數(shù)，是雷諾數(shù)阻力系數(shù)，是雷諾數(shù)ReRe的函數(shù)，由實驗確定。的函數(shù)，由實驗確定。22uAFd)()(udRpe顆粒所受的阻

43、力顆粒所受的阻力Fd可用可用下式計算下式計算 tRe/248 . 0Re/5 .18t44.0層流區(qū)（斯托克斯層流區(qū)（斯托克斯StokesStokes區(qū)，區(qū)，1010-4-4 Re1Re1） 注意：其中斯托克斯區(qū)的計算式是準確的，其它兩個區(qū)域注意：其中斯托克斯區(qū)的計算式是準確的，其它兩個區(qū)域的計算式是近似的。的計算式是近似的。過渡區(qū)（艾侖過渡區(qū)（艾侖AllenAllen區(qū)，區(qū)，11Re10Re103 3）湍流區(qū)（牛頓湍流區(qū)（牛頓NewtonNewton區(qū)，區(qū)，10103 3 Re10Re105 5）圖中曲線大致可分為三個區(qū)域，各區(qū)域的曲線可分別用不同圖中曲線大致可分為三個區(qū)域，各區(qū)域的曲線可分

44、別用不同的計算式表示為：的計算式表示為： 自由沉降自由沉降（free settling）： 單個顆粒在流體中沉降，或單個顆粒在流體中沉降，或者顆粒群在流體中分散得較好而顆粒之間互不接觸互不碰撞的者顆粒群在流體中分散得較好而顆粒之間互不接觸互不碰撞的條件下沉降。條件下沉降。 二二、重力沉降重力沉降 重力沉降重力沉降(gravity settling)：由地球引力作用而：由地球引力作用而發(fā)生的顆粒沉降過程，稱為重力沉降發(fā)生的顆粒沉降過程，稱為重力沉降。1 1 沉降速度沉降速度1.1 1.1 球形顆粒的自由沉降球形顆粒的自由沉降ddumFFFdbg243)(udgddupppp根據(jù)牛頓第二定律，顆粒

45、的重力沉降運動基本方程式應為根據(jù)牛頓第二定律，顆粒的重力沉降運動基本方程式應為:u重力重力 Fg阻力阻力 Fd浮力浮力 Fb2422udFpdgdFppg36gdFpb36 p p為顆粒密度為顆粒密度 隨著顆粒向下沉降，隨著顆粒向下沉降，u逐漸增大，逐漸增大，du/d 逐漸減少。逐漸減少。 當當u增到一定數(shù)值增到一定數(shù)值ui時，時，du/d =0。顆粒開始作勻速沉降運動。顆粒開始作勻速沉降運動。3)(4pptgdu上式表明：上式表明：顆粒的沉降過程分為兩個階段：顆粒的沉降過程分為兩個階段：沉降速度沉降速度（terminal velocity） ：也稱為：也稱為終端速度，終端速度，勻速階段顆勻速

46、階段顆粒相對于流體的運動速度。粒相對于流體的運動速度。 當當du/d =0時，令時，令u= ut，則可得沉降速度計算式，則可得沉降速度計算式加速階段；加速階段； 勻速階段。勻速階段。 將不同流動區(qū)域的阻力系數(shù)分別代入上式，得球形顆粒在各將不同流動區(qū)域的阻力系數(shù)分別代入上式，得球形顆粒在各區(qū)相應的沉降速度分別為：區(qū)相應的沉降速度分別為： 層流區(qū)（層流區(qū)（Re1）18)(2ppgdtupptdgu3122225)(4ppdgtu)(3過渡區(qū)（過渡區(qū)（11Re500Re500）湍流區(qū)（湍流區(qū)（500500Re10Re5 m，dpc50=12 m 。主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)例：溫度為例：溫度為20，壓

47、力為，壓力為0.1010.101Mpa，流量為，流量為2.52.5m m3 3/s/s的含塵的含塵空氣，用標準旋風分離器除塵。粉塵密度為空氣，用標準旋風分離器除塵。粉塵密度為25002500kg/mkg/m3 3，試，試計算臨界粒徑。選擇合適的旋風分離器，使之能計算臨界粒徑。選擇合適的旋風分離器，使之能100%100%的分的分離出離出6.56.5 m以上的粉塵。并計算壓損。以上的粉塵。并計算壓損。解：解： 20，0.101Mpa時空氣的：時空氣的： =1.21kg/m3， =1.811010-5-5PaPa s s1 1、確定進口氣速：、確定進口氣速：u ui i=20m/s (15-20m/

48、s)=20m/s (15-20m/s)2 2、計算、計算D D和和b b：流量：流量 V=AuV=Aui=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 旋風分離器的選用旋風分離器的選用此時此時550,160,220,1200,1100121DhBHDHsmuhBVi/2 .17)5/ 1 . 13()5/ 1 . 1 (5 . 23、 求求dpc muNBdippc3 . 73)(32 .172500514. 322. 0

49、1081. 15kPaupi49.121.13 .82/22 .17223.8302121HHDDBh4、求、求 p5、 求求D，使，使dpc=6.5 mmuNBdBippc5 . 63)(32 .172500514. 31081. 15B=0.175，D=5B ，h=3D/5=3B=0.525，取，取ui=17m/s 17525. 0175. 05 . 2xx=1.6，取，取x=2 D=5B=0.875，取，取D=800mm6、 校核校核)/2015(/25.16)5/8 . 03()5/8 . 0(2/5 . 2smsmuhBVi所以，所選分離器適用。所以，所選分離器適用。由由 V=bhu

50、，b=D/5，h=3D/5，得得 由于分離器各部分的尺寸都是由于分離器各部分的尺寸都是D D的倍數(shù)，所以只要進口氣速的倍數(shù)，所以只要進口氣速u ui i相同，不管多大的旋風分離器，其壓力損失都相同。相同，不管多大的旋風分離器，其壓力損失都相同。ippcuNBd)(3壓力損失相同時，小型分離器的壓力損失相同時，小型分離器的b=D/5b=D/5值較小，則小型分離值較小，則小型分離器的臨界粒徑較小。器的臨界粒徑較小。旋風分離器的使用旋風分離器的使用灰塵灰塵凈化氣體凈化氣體含塵氣體含塵氣體1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 濾袋、骨架、機殼、清濾袋、骨架、機殼、清灰裝置、灰斗、排灰閥?；已b置、灰斗、排灰閥。2. 工作過程

51、工作過程含塵氣體進入袋濾器；含塵氣體進入袋濾器； 氣體通過濾袋，經(jīng)頂部氣體通過濾袋，經(jīng)頂部排出；排出； 灰塵被截留；灰塵被截留； 聚集一定厚度灰塵后，聚集一定厚度灰塵后，壓縮空氣通入，濾袋振動，壓縮空氣通入，濾袋振動，灰塵落下；灰塵落下； 灰塵經(jīng)過排灰閥排除?；覊m經(jīng)過排灰閥排除。 壓縮空氣壓縮空氣骨架骨架濾袋濾袋機殼機殼清灰裝置清灰裝置排灰閥排灰閥灰斗灰斗清灰原則清灰原則 及時清灰；及時清灰； 不徹底清灰。不徹底清灰。袋濾器袋濾器 利用離心力的作用，使懸浮液中固體顆粒增稠或使粒徑不同利用離心力的作用，使懸浮液中固體顆粒增稠或使粒徑不同及密度不同的顆粒進行分級。及密度不同的顆粒進行分級。結(jié)構(gòu)和工

52、作原理：結(jié)構(gòu)和工作原理： 與旋風分離器相似。與旋風分離器相似。4 4 旋液分離器旋液分離器( (hydraulic cyclone)hydraulic cyclone)l懸浮液從圓筒上部的切向進口進入器內(nèi)，旋轉(zhuǎn)向下流動。懸浮液從圓筒上部的切向進口進入器內(nèi)，旋轉(zhuǎn)向下流動。工作過程：工作過程：l液流中的顆粒受離心力作用，沉降到器壁，并隨液流下降液流中的顆粒受離心力作用，沉降到器壁，并隨液流下降到錐形底的出口，成為較稠的懸浮液而排出，稱為底流。到錐形底的出口，成為較稠的懸浮液而排出，稱為底流。l澄清的液體或含有較小較輕顆粒的液體，則形成向上的內(nèi)澄清的液體或含有較小較輕顆粒的液體，則形成向上的內(nèi)旋流，

53、經(jīng)上部中心管從頂部溢流管排出，稱為溢流。旋流，經(jīng)上部中心管從頂部溢流管排出，稱為溢流。 液體的粘度約為氣體的液體的粘度約為氣體的50倍，液體的倍，液體的(p-)比氣體的小，懸浮液的進口速比氣體的小，懸浮液的進口速度也比含塵氣體的小，所以同樣大小和密度的顆粒，度也比含塵氣體的小，所以同樣大小和密度的顆粒， 沉降速度遠小于含塵氣體在旋風分離器中的沉降速度。沉降速度遠小于含塵氣體在旋風分離器中的沉降速度。 要達到同樣的臨界粒徑要求，則旋液分離器的直徑要比旋風分離器小很多。要達到同樣的臨界粒徑要求，則旋液分離器的直徑要比旋風分離器小很多。 特點特點旋液分離器的圓筒直徑一般為旋液分離器的圓筒直徑一般為75300mm。 懸浮液進口速度一般為懸浮液進口速度一般為515m/s。 壓力損失約為壓力損失約為50200kPa。 分離的顆粒直徑約為分離的顆粒直徑