化工原理非均相分離

1、第 3 章非均相物系的分離和固體流態(tài)化31 概述本章介紹利用流體力學原理(顆粒與流體之間相對運動)實現(xiàn)非均相物系的分離流態(tài)化及固體顆粒的氣力輸送等工業(yè)過程。1混合物的分類自然界的大多數(shù)物質(zhì)是混合物。 若物系內(nèi)部各處組成均勻且不存在相界面，則稱為均相混合物或均相物系， 溶液及混合氣體都是均相混合物。 由具有不同物理性質(zhì) (如密度差別 )的分散物質(zhì)和連續(xù)介質(zhì)所組成的物系稱為非均相混合物或非均相物系。在非均相物系中， 處于分散狀態(tài)的物質(zhì)， 如分散于流體中的固體顆粒、液滴或氣泡， 稱為分散物質(zhì)或分散相； 包圍分散物質(zhì)且處于連續(xù)狀態(tài)的物質(zhì)稱為分散介質(zhì)或連續(xù)相。根據(jù)連續(xù)相的狀態(tài)，非均相物系分為兩種類型：氣

2、態(tài)非均相物系，如含塵氣體、含霧氣體等；液態(tài)非均相物系，如懸浮液、乳濁液及泡沫液等。2非均相混合物的分離方法由于非均相物系中分散相和連續(xù)相具有不同的物理性質(zhì)，故工業(yè)上一般都采用機械方法將兩相進行分離。 要實現(xiàn)這種分離， 必須使分散相與連續(xù)相之間發(fā)生相對運動。根據(jù)兩相運動方式的不同，機械分離可按下面兩種操作方式進行。顆粒相對于流體 (靜止或運動 )運動而實現(xiàn)懸浮物系分離的過程稱為沉降分離。實現(xiàn)沉降操作的作用力可以是重力，也可以是慣性離心力，因此，沉降過程有重力沉降與離心沉降之分。流體相對于固體顆粒床層運動而實現(xiàn)固液分離的過程稱為過濾。實現(xiàn)過濾操作的外力可以是重力、 壓強差或慣性離心力。 因此，過濾

3、操作又可分為重力過濾、加壓過濾、真空過濾和離心過濾。氣態(tài)非均相混合物的分離， 工業(yè)上主要采用重力沉降和離心沉降方法。在某些場合，根據(jù)顆粒的粒徑和分離程度要求，也可采用慣性分離器、袋濾器、靜電除塵器或濕法除塵設備等，如表 31 所示。此外，還可采用其他措施預先增大微細粒子的有效尺寸而后加以機械分離。例如，使含塵或含霧氣體與過飽和蒸汽接觸，發(fā)生以粒子為核心的冷凝；又如，將氣體引入超聲場內(nèi)， 使細粒碰撞并凝聚。 這樣，可使微細顆粒附聚成較大顆粒，然后在旋風分離器中除去。對于液態(tài)非均相物系， 根據(jù)工藝過程要求可采用不同的分離操作。若要求懸浮液在一定程度上增濃， 可采用重力增稠器或離心沉降設備；若要求固

4、液較徹底地分離，則要通過過濾操作達到目的；乳濁液的分離可在離心分離機中進行。3非均相混合物分離的目的(1)收集分散物質(zhì)例如收取從氣流干燥器或噴霧干燥器出來的氣體以及從結(jié)晶器出來的晶漿中帶有的固體顆粒，這些懸浮的顆粒作為產(chǎn)品必須回收；又如回收從催化反應器出來的氣體中夾帶的催化劑顆粒以循環(huán)使用。(2)凈化分散介質(zhì)某些催化反應，原料氣中夾帶有雜質(zhì)會影響觸媒的效能，必須在氣體進反應器之前清除催化反應原料氣中的雜質(zhì)，以保證觸媒的活性。(3)環(huán)境保護與安全生產(chǎn)為了保護人類生態(tài)環(huán)境，消除工業(yè)污染，要求對排放的廢氣、 廢液中的有害物質(zhì)加以處理， 使其達到規(guī)定的排放標準； 很多含碳物質(zhì)或金屬細粉與空氣混合會形成

5、爆炸物，必須除去這些物質(zhì)以消除爆炸的隱1 患。機械分離操作涉及顆粒相對于流體以及流體相對于顆粒床層的流動。同時，在許多單元操作和化學反應中經(jīng)常采用的流態(tài)化技術同樣涉及兩相間的流動，它們都遵循流體力學的基本規(guī)律。 本章重點討論沉降和過濾兩種機械分離操作的原理、過程計算、典型設備的結(jié)構(gòu)、特性和選型，同時簡要介紹流態(tài)化技術的基本概念。32 顆粒及顆粒床層的特性顆粒與流體之間的相對運動特性與顆粒本身的特性密切相關，因而首先介紹顆粒的有關性能。321 顆粒的特性表述顆粒特性的主要參數(shù)為顆粒的形狀、大小(體積)和表面積。1單一顆粒特性1)球形顆粒球形粒子通常用直徑 (粒徑)表示其大小。球形顆粒的各有關特性

6、均可用單一的參數(shù)即直徑 d 全面表示。諸如：VSda6/d式中d-顆粒直徑， m；V-球形顆粒的體積， m3；S-球形顆粒的表面積， m2；a比表面積 (單位體積顆粒具有的表面積)，m2/m3。2)非球形顆粒工業(yè)上遇到的固體顆粒大多是非球形的。 非球形顆?？捎卯斄恐睆郊靶螤钕禂?shù)來表示其特性。(1)體積當量直徑de 當量直徑是根據(jù)實際顆粒與球體某種等效性而確定的。根據(jù)測量方法及在不同方面的等效性， 當量直徑有不同的表示方法。 工程上，體積當量直徑應用比較多。令實際顆粒的體積等于當量球形顆粒的體積，則體積當量直徑定義為Vd式中de體積當量直徑， m；VP球形顆粒的實際體積， m3。2 ePd6Vd

7、633623Pe(2)形狀系數(shù)可以寫出：Ss式中s顆粒的形狀系數(shù)或球形度；Sp顆粒的表面積， m2；S與該顆粒體積相等的圓球的表面積，m2。由于體積相同時球形顆粒的表面積最小，因此，任何非球形顆粒的形狀系數(shù)皆小于 1。對于球形顆粒， s=1。顆粒形狀與球形差別愈大，s 值愈低。對于非球形顆粒， 必須有兩個參數(shù)才能確定其特征。 通常選用體積當量直徑和形狀系數(shù)來表征顆粒的體積、表面積和比表面積，即VSa2. 顆粒群的特性工業(yè)中遇到的顆粒大多是由大小不同的粒子組成的集合體，稱為非均一性粒子或多分散性粒子；而將具有同一粒徑的顆粒稱為單一性粒子或單分散性粒子。1)粒度分布不同粒徑范圍內(nèi)所含粒子的個數(shù)或質(zhì)

8、量，即粒徑分布。 可采用多種方法測量多分散性粒子的粒度分布。對于大于40m 的顆粒，通常采用一套標準篩進行測量。這種方法稱為篩分分析。泰勒標準篩的目數(shù)與對應的孔徑如表32 所示。當使用某一號篩子時， 通過篩孔的顆粒量稱為篩過量， 截留于篩面上的顆粒量則稱為篩余量。 稱取各號篩面上的顆粒篩余量即得篩分分析的基本數(shù)據(jù)。目前各種篩制正向國際標準組織ISO 篩系統(tǒng)一。2)顆粒的平均粒徑顆粒平均直徑的計算方法很多， 其中最常用的是平均比表面積直徑。設有一批大小不等的球形顆粒， 其總質(zhì)量為 G，經(jīng)篩分分析得到相鄰兩號篩之間的顆粒質(zhì)量為 Gi，篩分直徑 (兩篩號篩孔的算術平均值 )為 di。根據(jù)比表面積相等

9、原則，顆粒群的平均比表面積直徑可寫為11Gxd或i式中da平均比表面積直徑， m; di篩分直徑， m; 3 eiddsse1/P6d/6/ddGdxa形狀系數(shù)又稱球形度，它表征顆粒的形狀與球形的差異程度。S3P2PePiiaiidxidi 粒徑段內(nèi)顆粒的質(zhì)量分數(shù)。3.2.2 顆粒床層的特性1床層空隙率 由顆粒群堆積成的床層疏密程度可用空隙率來表示，其定義如下：床層體積顆粒體積床層體積影響空隙率 值的因素非常復雜，諸如顆粒的大小、形狀、粒度分布與充填方式等。實驗證明， 單分散性球形顆粒作最松排列時的空隙率為0.48，作最緊密排列時為 0.26；亂堆的非球形顆粒床層空隙率往往大于球形的，形狀系數(shù)

10、s 值愈小，空隙率 值超過球形 的可能性愈大；多分散性顆粒所形成的床層空隙率則較?。蝗舫涮顣r設備受到振動，則空隙率必定小，采用濕法充填(即設備內(nèi)先充以液體 )，則空隙率必大。一般亂堆床層的空隙率大致在0.470.70 之間。2床層的比表面積 ab 單位床層體積具有的顆粒表面積稱為床層的比表面積ab。若忽略之間接觸面積的影響，則a式中：a床層空隙率。床層比表面積也可根據(jù)堆積密度估算，即as式中用下式表示：b3床層的自由截面積床層截面上未被顆粒占據(jù)的、 流體可以自由通過的面積即為床層的自由截面積。工業(yè)上，小顆粒的床層用亂堆方法堆成， 而非球形顆粒的定向是隨機的， 因而可認為床層是各向同性。 各向同

11、性床層的一個重要特點是， 床層橫截面上可供流體通過的自由截面 (即空隙截面 )與床層截面之比在數(shù)值上等于空隙率。實際上，壁面附近床層的空隙率總是大于床層內(nèi)部的，較多的流體必趨向近壁處流過， 使床層截面上流體分布不均勻， 這種現(xiàn)象稱為壁效應。當床層直徑D與顆粒直徑 d 之比 D/d 較小時，壁效應的影響尤為嚴重。3.2.3 流體通過床層流動的壓降4 ；m23m/ms床層比表面積，23kg/m,1abm/bd分別為堆積密度和真實密度，和之間的近似關系可sba顆粒的比表面積，；6b、3bsb1固定床層中顆粒間的空隙形成可供流體通過的細小、曲折、互相交聯(lián)的復雜通道。流體通過如此復雜通道的流動阻力很難進

12、行理論推算。本節(jié)采用數(shù)學模型法進行研究。1床層的簡化模型細小而密集的固體顆粒床層具有很大的比表面積，流體通過這樣床層的流動多為滯流，流動阻力基本上為黏性摩擦阻力， 從而使整個床層截面速度的分布均勻化。為解決流體通過床層的壓降計算問題，在保證單位床層體積表面積相等的前提下，將顆粒床層內(nèi)實際流動過程加以簡化， 以便可以用數(shù)學方程式加以描述。簡化模型是將床層中不規(guī)則的通道假設成長度為L，當量直徑為 de 的一組平行細管，并且規(guī)定： 細管的全部流動空間等于顆粒床層的空隙容積； 細管的內(nèi)表面積等于顆粒床層的全部表面積。在上述簡化條件下，以1 m3 床層體積為基準，細管的當量直徑可表示為床層空隙率 及比表

13、面積 ab的函數(shù)，即db2流體通過床層壓降的數(shù)學描述根據(jù)前述簡化模型，流體通過一組平行細管流動的壓降為2pepLduuupL式 312 即為流體通過固定床壓降的數(shù)學模型， 式中的 為流體通過床層流道的摩擦系數(shù)，稱為模型參數(shù)，其值由實驗測定。5 44a1aPa;mm/s.uu床層流動空間細管的全部內(nèi)表面積1d2流體通過床層的壓降，m:床層流道的當量直徑，；流體在床層內(nèi)的實際流速，與按整個床層截面計算的空床流速的關系1a4ebLuff床層高度，eb11u1f233模型參數(shù)的實驗測定模型的有效性需通過實驗檢驗，模型參數(shù)需實驗測定。33 沉降分離在外力場作用下， 利用分散相和連續(xù)相之間的密度差，使之發(fā)

14、生相對運動而實現(xiàn)非均相混合物分離的操作稱為沉降分離。顯然，實現(xiàn)沉降分離的前提條件是分散相和連續(xù)相之間存在密度差，并且有外力場的作用。 根據(jù)外力場的不同， 沉降分離分為重力沉降和離心沉降； 根據(jù)沉降過程中顆粒是否受到其他顆?；蚱鞅诘挠绊懚譃樽杂沙两岛透蓴_沉降。沉降屬于流體相對于顆粒的繞流問題。液一固之間的相對運動有三種情況：流體靜止， 顆粒相對于流體作沉降或浮升運動；固體顆粒靜止， 流體對固體作繞流；固體和流體都運動，但二者保持一定相對速度。只要相對速度相同，上述三種情況并沒本質(zhì)區(qū)別。本節(jié)從最簡單的沉降過程剛性球形顆粒的自由沉降入手，討論沉降速度的計算，分析影響沉降速度的因素，介紹沉降設備的設

15、計或操作原則33.1 重力沉降在重力場中進行的沉降過程稱為重力沉降。1沉降速度1)球形顆粒的自由沉降將表面光滑的剛性球形顆粒置于靜止的流體介質(zhì)中，如果顆粒的密度大于流體的密度，則顆粒將在流體中降落。此時，顆粒受到三個力的作用，即重力、浮力和阻力，如圖 31 所示。重力向下，浮力向上，阻力與顆粒運動的方向相反(即向上)。對于一定的流體和顆粒，重力與浮力是恒定的，而阻力卻隨顆粒的降落速度而變。6 令顆粒的密度為，直徑為，流體密度為，則重力浮力F2阻力式中阻力系數(shù)，量綱為；顆粒在垂直于其運動方向的平面上的投影面積，顆粒相對于流體的降落速度，根據(jù)牛頓第二運動定律可知，上面三個力的合力應等于顆粒的質(zhì)量與

16、加速度的乘積，即F2或式中a時間，顆粒開始沉降的瞬間，速度u 為零，因此阻力 Fd 也為零，故加速度 a 具有最大值。顆粒開始沉降后， 阻力隨運動速度 u 的增加而相應加大， 直至 u 達到某一數(shù)值 ut 后，阻力、浮力與重力達到平衡，即合力為零。質(zhì)量m 不可能為零，故只有加速度 a為零。此時，顆粒便開始作勻速沉降運動。由上面分析可見，靜止流體中顆粒的沉降過程可分為兩個階段，起初為加速段，后為等速段。由于小顆粒具有相當大的比表面積，使得顆粒與流體間的接觸面積很大，故阻力在很短時間內(nèi)便與顆粒所受的凈重力（重力減浮力）接近平衡。因而，經(jīng)歷加速段的時間很短，在整個沉降過程中往往可以忽略。等速階段中顆

17、粒相對于流體的運動速度ut 稱為沉降速度。 由于這個速度是加速階段終了時顆粒相對于流體的速度，故又稱為“ 終端速度”。當u式中dm，sg7 dus326dsdd則dg2u4tm/s6dgA2skg;2uu,顆粒的自由沉降速度，；32d3g6udFFmadg顆粒的質(zhì)量，m/s;時，s3tkg/m;m/s.sF3bFgbd36m加速度，s.a04gdtu顆粒直徑，；分別為顆粒和流體的密度，重力加速度，2阻力系數(shù) 用式 3-20 計算沉降速度時，首先需要確定阻力系數(shù) 值。通過量綱分析可知， 是顆粒與流體相對運動時雷諾數(shù)Ret的函數(shù)，由實驗測得的綜合結(jié)果示于圖 3-2 中。圖中雷諾數(shù)Re 的定義為Re

18、8 ttdut由圖看出，球形顆粒的曲線（值大致分為三個區(qū)，各區(qū)內(nèi)的曲線可分別用相應的關系式表達。層流區(qū)或斯托克斯（定律區(qū)（24Re過渡區(qū)或艾侖（）定律區(qū)（185Re湍流區(qū)或牛頓（）定律區(qū)（.44顆粒在各區(qū)相應的沉降速度公式，即2滯流區(qū)過渡區(qū)湍流區(qū)3)影響沉降速度的因素上面的討淪，都是針對表面光滑、剛性球形顆粒在流體中作自由沉降的簡單情況。所謂自由沉降是指在沉降過程中， 顆粒之間的距離足夠大， 任一顆粒的沉降不因其他顆粒的存在而受到干擾， 以及可以忽略容器壁面的影響。 單個顆粒在空間中的沉降或氣態(tài)非均相物系中顆粒的沉降都可視為自由沉降。如果分散相的體積分率較高，顆粒間有顯著的相互作用， 容器壁面

19、對顆粒沉降的影響不可忽略，則稱為干擾沉降或受阻沉降。 液態(tài)非均相物系中， 當分散相濃度較高時， 往往發(fā)生干擾沉降。下面討論實際沉降操作中影響沉降速度的因素。(1)流體的黏度在層流沉降區(qū)內(nèi)，由流體黏性引起的表面摩擦力占主要地位。在湍流區(qū)， 流體黏性對沉降速度已無影響， 由流體在顆粒后半部出現(xiàn)的邊界層分離所引起的形體阻力占主要地位。在過渡區(qū)，表面摩擦阻力和形體阻力二者都不可忽略。在整個范圍內(nèi)，隨雷諾數(shù)Ret的增大，表面摩擦阻力的作用逐漸減弱，而形體阻力的作用逐漸增長。當雷諾數(shù)Ret 超過 2 105 時，出現(xiàn)湍流邊界層，此時反而不易發(fā)生邊界層分離，故阻力系數(shù) 值突然下降，但在沉降操作中很少達到這個

20、區(qū)域。(2)顆粒的體積分數(shù)前述各種沉降速度關系式中，當顆粒的體積分數(shù)小于0.2%時，理論計算值的偏差在1%以內(nèi)。當顆粒體積分數(shù)較高時，由于顆粒間相互作用明顯，便發(fā)生干擾沉降。(3)器壁效應容器的壁面和底面均增加顆粒沉降時的曳力，使顆粒的實際沉降速度較9 艾侖公式牛頓公式ggt斯托克斯公式s6tstRe:s18.27Re.741Re43t35tdgtdtdtsStokes)10tAllen1Re10:.6tNuwton10Re210:uuu自由沉降速度低。當容器尺寸遠遠大于顆粒尺寸時(例如在 100倍以上 )，器壁效應可忽略，否則需加以考慮。（4）顆粒形狀的影響同一種固體物質(zhì)， 球形或近球形顆粒

21、比同體積非球形顆粒的沉降要快一些，非球形顆粒的形狀及其投影面積A 均影響沉降速度。需要指出，上述各區(qū)沉降速度關系式既可適用于顆粒密度s 大于流體密度的沉降操作，也可適用于顆粒密度s小于流體密度 的顆粒浮升運動。4)沉降速度的計算計算在給定介質(zhì)中球形顆粒的沉降速度，可采用以下方法。(1)試差法根據(jù)式 3-24、式 3-25 及式 3-26 計算沉降速度 ut 時，需要預先知道沉降雷諾數(shù) Ret 值才能選用相應的計算式。但是，ut 為待求， Ret 值也就為未知。所以，沉降速度ut 的計算需要用試差法，即先假設沉降屬于某一流型(譬如層流區(qū) )，則可直接選用與該流型相應的沉降速度公式計算ut。然后按

22、 ut 檢驗Ret值是否在原設的流型范圍內(nèi)。如果與原設一致，則求得的ut 有效。否則，按算出的 Ret 值另選流型，并改用相應的公式求ut，直到按求得 ut 算出的 Ret 值恰與所選用公式的 Ret 值范圍相符為止。(2)摩擦數(shù)群法該法是把圖3-2 加以轉(zhuǎn)換，使兩個坐標軸之一變成不包含ut 的量綱為 1 的數(shù)群，進而便可求得ut。10 具體：t222又令與相乘，便可消去3Re由已知數(shù)據(jù)算出ReReReReReu如果要計算在一定介質(zhì)中具有某一沉降速度的顆粒的直徑，也可用類似的方法解決。2重力沉降設備1)降塵室藉重力沉降從氣流中分離出塵粒的設備稱為降塵室。(1) 單層降塵室最常見的單層降塵室如圖

23、所示。含塵氣體進入降塵室后， 因流道截面積擴大而速度減慢， 只要顆粒能夠在氣體通過降塵室的時間內(nèi)降至室底， 便可從氣流中分離出來。 顆粒在降塵室內(nèi)的運動情況如圖所示。11 343eKgts223KdRt即g，由反算值。gdu2u,s22tttts22t2tt4d3值，再由曲線查得t4d3uReRe2t2ttulHbuV則位于降塵室最高點的顆粒沉降至室底需要的時間為t氣體通過降塵室的時間為為滿足除塵要求，氣體在降塵室內(nèi)的停留時間至少需等于顆粒的沉降時間，即ltt氣體在降塵室內(nèi)的水平通過速度為單層降塵室的生產(chǎn)能力為(2)多層降塵室理論上，降塵室的生產(chǎn)能力只與其沉降面積bl 及顆粒的沉降速度 ut

24、有關，與降塵室高度H 無關，故降塵室應設計成扁平形，或在室內(nèi)均勻設置多層水平隔板， 構(gòu)成多層降塵室，如圖所示。隔板間距一般為 40100mm。12 s.3m/sm;m;m;m/s;降塵室的生產(chǎn)能力（即含塵氣通過降塵室的體積流量），uHuuVHbst降塵室的長度，降塵室的高度，降塵室的寬度，氣體在降塵室的水平通過速度，sHtlu或uVblu若降塵室設置 n 層水平隔板，則多層降塵室的生產(chǎn)能力變?yōu)閂s (n+1)blut降塵室結(jié)構(gòu)簡單，流動阻力小，但體積龐大，分離效率低，通常只適用于分離粒度大于 50m 的粗顆粒，一般作為預除塵使用。多層降塵室雖能分離較細的顆粒且節(jié)省地面，但清灰比較麻煩。需要指出

25、，沉降速度ut 應根據(jù)需要完全分離下來的最小顆粒尺寸計算。此外，氣體在降塵室內(nèi)的速度不應過高， 一般應保證氣體流動的雷諾數(shù)處于層流區(qū)，以免干擾顆粒的沉降或把已沉降下來的顆粒重新?lián)P起。2)沉降槽沉降槽是用來提高懸浮液濃度并同時得到澄清液體的重力沉降設備。沉降槽又稱增濃器或澄清器。沉降槽可間歇操作或連續(xù)操作。間歇沉降槽通常為帶有錐底的圓槽， 其中的沉降情況與間歇沉降試驗時玻璃筒內(nèi)的情況相似。 需要處理的懸浮料漿在槽內(nèi)靜置足夠時間以后，增濃的沉渣由槽底排出，清液則由槽上部排出管抽出。13 連續(xù)沉降槽是底部略成錐狀的大直徑淺槽，料漿經(jīng)中央進料口送到液面以下0.31.0m 處，在盡可能減小擾動的條件下，

26、迅速分散到整個橫截面上，液體向上流動，清液經(jīng)由槽頂端四周的溢流堰連續(xù)流出，稱為溢流； 固體顆粒下沉至底部，槽底有徐徐旋轉(zhuǎn)的耙將沉渣緩慢地聚攏到底部中央的排渣口連續(xù)排出。排出的稠漿稱為底流。連續(xù)沉降槽的自徑，小者數(shù)米，大者可達數(shù)百米；高度為2.54m。有時將數(shù)個沉降槽垂直疊放， 共用一根中心豎軸帶動各槽的轉(zhuǎn)耙。這種多層沉降槽可以節(jié)省地面，但操作控制較為復雜。連續(xù)沉降槽適用于處理量大而濃度不高且顆粒不甚細微的懸浮料漿，常見的污水處理就是一例。經(jīng)過這種設備處理后的沉渣中還含有約50的液體。沉降槽有澄清液體和增濃懸浮液的雙重功能。為了獲得澄清液體， 沉降槽必須有足夠大的槽截面積，以保證任何瞬間液體向上

27、的速度小于顆粒的沉降速度。為了把沉渣增濃到指定的稠度， 要求顆粒在槽中有足夠的停留時間。所以沉降槽加料口以下的增濃段必須有足夠的高度，以保證壓緊沉渣所需要的時間。在沉降槽的增濃段中大都發(fā)生顆粒的干擾沉降，所進行的過程稱為沉聚過程。為了使給定尺寸的沉降槽獲得最大可能的生產(chǎn)能力，應盡可能提高沉降速度。向懸浮液中添加少量電解質(zhì)或表面活性劑，使細粒發(fā)生“ 凝聚” 或“ 絮凝”；改變一些物理條件 (如加熱、冷凍或震動 )，使顆粒的粒度或相界面積發(fā)生變化，這些都有利于提高沉降速度。 沉降槽中裝置攪拌耙的作用， 除能把沉渣導向排出口外，還能減低非牛頓型懸浮物系的表觀黏度，并能促使沉淀物的壓緊， 從而加速沉聚

28、過程。攪拌耙的轉(zhuǎn)速應選擇適當，通常小槽耙的轉(zhuǎn)速為1 rmin，大槽的在 0.1 rmin 左右。3)分級器利用重力沉降可將懸浮液中不同粒度的顆粒進行粗略的分離，或?qū)煞N不同密度的顆粒進行分類， 這樣的過程統(tǒng)稱為分級。 實現(xiàn)分級操作的設備稱為分級器。附圖所示為一個雙錐分級器， 利用它可將密度不同或尺寸不同的粒子混合物分開?；旌狭Ｗ由喜考尤?， 水經(jīng)可調(diào)錐與外壁的環(huán)形間隙向上流過。沉降速度大于水在環(huán)隙處上升流速的顆粒進入底流， 而沉降速度小于該流速的顆粒則被溢流帶出。14 3.3.2離心沉降依靠慣性離心力的作用而實現(xiàn)的沉降過程稱為離心沉降。兩相密度差較小、顆粒粒度較細的非均相物系， 在重力場中的沉降

29、效率很低甚至完全不能分離，若改用離心沉降則可大大地提高沉降速度，設備尺寸也可縮小很多。通常，氣固非均相物系的離心沉降是在旋風分離器中進行，液固懸浮物系一般可在旋液分離器或沉降離心機中進行。1慣性離心力作用下的沉降速度當流體圍繞某一中心軸作圓周運動時，便形成了慣性離心力場。 在與轉(zhuǎn)軸距離為 R、切向速度為 uT 的位置上，慣性離心力場強度為uT見，慣性離心力場強度不是常數(shù)， 隨位置及切向速度而變， 其方向是沿旋轉(zhuǎn)半徑從中心指向外周。重力場強度g(即重力加速度 )基本上可視作常數(shù)，其方向指向地心。當流體帶著顆粒旋轉(zhuǎn)時， 如果顆粒的密度大于流體的密度， 則慣性離心力將會使顆粒在徑向上與流體發(fā)生相對運

30、動而飛離中心。與顆粒在重力場中受到三個作用力相似，慣性離心力場中顆粒在徑向上也受到三個力的作用，即慣性離心力、向心力 (與重力場中的浮力相當， 其方向為沿半徑指向旋轉(zhuǎn)中心)和阻力 (與顆粒徑向運動方向相反， 其方向為沿半徑指向中心 )。如果球形顆粒的直徑為d，密度為s，流體密度為 ，顆粒與中心軸的距離為R，切向速度為 uT，則上述三個力分別為15 2(即離心加速度 )。顯2慣性離心力2向心力2阻力三力達到平衡時，則36R6平衡時顆粒在徑向上相對于流體的運動速度便是它在此位置上的離心沉降速度。2u顆粒的離心沉降速度 ur 與重力沉降速度 ut 比較：.具有相似的計算關系式2u離心力場強度u重力場

31、強度在離心沉降時，如果顆粒與流體的相對運動屬于滯流，沉降速度也符合斯托克斯公式。2u2u.沉降的方向不同重力沉降是向下，顆粒向下。離心沉降是向外，顆粒是背離旋轉(zhuǎn)中心。由于慣性離心力隨旋轉(zhuǎn)半徑而變化，也隨顆粒的位置而變，本身不是一個恒定的數(shù)值，是個變量。而變的，恒定的。16 rd02T2uu3R42uRTrd3TsuRu222TugugudddusrsT3RsT3Rs32sT18Rs18rr（重力沉降速度）是不t63624du4dur相似性4dr4drdrdt不同點uu分離因數(shù)同一種顆粒在同種介質(zhì)中的離心沉降速度與重力沉降速度的比值。2Kt即顆粒所在位置上的慣性分離因數(shù)是離心分離設備的重要指標。

32、2旋風分離器的操作原理旋風分離器是利用慣性離心力的作用從氣流中分離出塵粒的設備。附圖所示是具有代表性的結(jié)構(gòu)類型， 稱為標準旋風分離器。 主體的上部為圓筒形， 下部為圓錐形。各部件的尺寸比例均標注于圖中。 含塵氣體由圓筒上部的進氣管切向進入，受器壁的約束向下作螺旋運動。 在慣性離心力作用下， 顆粒被拋向器壁而與氣流分離，再沿壁面落至錐底的排灰口。 凈化后的氣體在中心軸附近由下而上作螺旋運動，最后由頂部排氣管排出。 附圖的側(cè)視圖上描繪了氣體在器內(nèi)的運動情況。通常，把下行的螺旋形氣流稱為外旋流，上行的螺旋形氣流稱為內(nèi)旋流(又稱氣芯 )。內(nèi)、外旋流氣體的旋轉(zhuǎn)方向相同。外旋流的上部是主要除塵區(qū)。旋風分離

33、器內(nèi)的靜壓強在器壁附近最高，僅稍低于氣體進口處的壓強， 往中心逐漸降低， 在氣芯處可降至氣體出口壓強以下。旋風分離器內(nèi)的低壓氣芯由排氣管入口一直延伸到底部出灰口。因此，如果出灰口或集塵室密封不良， 便易漏入氣體，把已收集在錐形底部的粉塵重新卷起，嚴重降低分離效果。旋風分離器的應用已有近百年的歷史，因其結(jié)構(gòu)簡單， 造價低廉， 沒有活動17 rTugR離心力場強度與重力場強度之比，稱為離心分離因數(shù)。uuc:部件，可用多種材料制造，操作條件范圍寬廣，分離效率較高，所以至今仍是化工、采礦、冶金、機械、輕工等工業(yè)部門里最常用的一種除塵、分離設備。旋風分離器一般用來除去氣流中直徑在5 m 以上的塵粒。對顆

34、粒含量高于200gm3 的氣體，由于顆粒聚結(jié)作用，它甚至能除去3 m 以下的顆粒。旋風分離器還可以從氣流中分離出霧沫。對于直徑在200 m 以上的粗大顆粒，最好先用重力沉降法除去，以減少顆粒對分離器器壁的磨損； 對于直徑在 5 m 以下的顆粒，一般旋風分離器的捕集效率已不高，需用袋濾器或濕法捕集。 旋風分離器不適用于處理黏性粉塵、 含濕量高的粉塵及腐蝕性粉塵。 此外，氣量的波動對除塵效果及設備阻力影響較大。3旋風分離器的性能評價旋風分離器性能的主要指標是塵粒從氣流中的分離效果及氣體經(jīng)過旋風分離器的壓強降。1)臨界粒徑研究旋風分離器分離性能時， 常從分析其臨界粒徑入手。 所謂臨界粒徑， 是理論上

35、在旋風分離器中能被完全分離下來的最小顆粒直徑。臨界粒徑是判斷分離效率高低的重要依據(jù)。2)分離效率旋風分離器的分離效率有兩種表示法：一是總效率，以 0 表示；一是分效率，又稱粒級效率，以表示 p?？傂适侵高M入旋風分離器的全部顆粒中被分離下來的質(zhì)量分數(shù)，即C01式中C3)壓強降氣體經(jīng)旋風分離器時，由于進氣管和排氣管及主體器壁所引起的摩擦阻力，流動時的局部阻力以及氣體旋轉(zhuǎn)運動所產(chǎn)生的動能損失等等，造成氣體的壓強降?？梢苑抡盏?1 章的方法，將壓強降看做與進口氣體動能成正比，即2p式中的 為比例系數(shù)，亦即阻力系數(shù)。 對于同一結(jié)構(gòu)形式及尺寸比例的旋風分離器， 為常數(shù)，不因尺寸大小而變。影響旋風分離器性

36、能的因素多而復雜， 物系情況及操作條件是其中的重要方面。一般說來，顆粒密度大、粒徑大、進口氣速高及粉塵濃度高等情況均有利于分離。譬如，含塵濃度高則有利于顆粒的聚結(jié)，可以提高效率，而且顆粒濃度增大可以抑制氣體渦流， 從而使阻力下降， 所以較高的含塵濃度對壓強降與效率兩個方面都是有利的。 但有些因素則對這兩個方面有相互矛盾的影響，譬如進口氣速稍高有利于分離， 但過高則導致渦流加劇， 反而不利于分離， 徒然增大壓強降。因此，旋風分離器的進口氣速保持在1025ms 范圍內(nèi)為宜。18 3g/m;旋風分離器進口氣體含塵濃度，g/mC1旋風分離器出口氣體含塵濃度，。12CC32i u24旋風分離器的結(jié)構(gòu)形式

37、與選用旋風分離器的分離效率不僅受含塵氣的物理性質(zhì)、含塵濃度、粒度分布及操作的影響， 還與設備的結(jié)構(gòu)尺寸密切相關。 只有各部分結(jié)構(gòu)尺寸恰當， 才能獲得較高的分離效率和較低的壓強降。近年來，在旋風分離器的結(jié)構(gòu)設計中， 主要對以下幾個方面進行改進， 以提高分離效率或降低氣流阻力。(1)采用細而長的器身減小器身直徑可增大慣性離心力，增加器身長度可延長氣體停留時間， 所以，細而長的器身有利于顆粒的離心沉降，使分離效率提高。(2)減小渦流的影響含塵氣體自進氣管進入旋風分離器后，有一小部分氣體向頂蓋流動， 然后沿排氣管外側(cè)向下流動， 當達到排氣管下端時匯入上升的內(nèi)旋氣流中，這部分氣流稱為上渦流。 分散在這部

38、分氣流中的顆粒由短路而逸出器外，這是造成旋風分離器低效的主要原因之一。采用帶有旁路分離室或采用異形進氣管的旋風分離器，可以改善上渦流的影響。在標準旋風分離器內(nèi)， 內(nèi)旋流旋轉(zhuǎn)上升時， 會將沉集在錐底的部分顆粒重新?lián)P起，這是影響分離效率的另一重要原因。為抑制這種不利因素， 設計了擴散式旋風分離器。此外，排氣管和灰斗尺寸的合理設計都可使除塵效率提高。5旋液分離器旋液分離器又稱水力旋流器， 是利用離心沉降原理從懸浮液中分離固體顆粒的設備。它的結(jié)構(gòu)與操作原理和旋風分離器相類似。設備主體也是由圓筒和圓錐兩部分組成，如附圖所示。19 懸浮液經(jīng)入口管沿切向進入圓筒， 向下作螺旋形運動， 固體顆粒受慣性離心力作

39、用被甩向器壁， 隨下旋流降至錐底的出口， 由底部排出， 此處的增濃液稱為底流；清液或含有微細顆粒的液體則成為上升的內(nèi)旋流，從頂部的中心管排出，此液稱為溢流。 內(nèi)層旋流中心有一個處于負壓的氣柱，氣柱中的氣體是由料漿中釋放出來的，或者是由溢流管口暴露于大氣中時吸入器內(nèi)的空氣。旋液分離器的結(jié)構(gòu)特點是直徑小而圓錐部分長。因為固、液間的密度差比固、氣間的密度差小， 在一定的切線進口速度下， 小直徑的圓筒有利于增大慣性離心力，以提高沉降速度；同時，錐形部分加長可增大液流的行程，從而延長了懸浮液在器內(nèi)的停留時間。旋液分離器不僅可用于懸浮液的增濃，在分級方面更有顯著特點， 而且還可用于不互溶液體的分離、氣、液

40、分離以及傳熱、傳質(zhì)和霧化等操作中，因而廣泛應用于多種工業(yè)領域中。旋液分離器的粒級效率和顆粒直徑的關系曲線與旋風分離器頗為相似，并且同樣可根據(jù)粒級效率及粒徑分布計算總效率。在旋液分離器中，顆粒沿器壁快速運動時產(chǎn)生嚴重磨損。 為了延長使用期限，應采用耐磨材料制造或采用耐磨材料作內(nèi)襯。3.4 過濾過濾是分離懸浮液最普遍和最有效的單元操作之一。藉過濾操作可獲得清凈的液體或固相產(chǎn)品。與沉降分離相比，過濾操作可使懸浮液的分離更迅速更徹底。在某些場合下，過濾是沉降的后繼操作。過濾也屬于機械分離操作，與蒸發(fā)、干燥等非機械操作相比，其能量消耗比較低。3.4.1過濾操作的基本概念過濾是以某種多孔物質(zhì)為介質(zhì)， 在外

41、力作用下， 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，從而實現(xiàn)固、液分離的操作。過濾操作采用的多孔物質(zhì)稱為過濾介質(zhì)， 所處理的懸浮液稱為濾漿或料漿， 通過多孔通道的液體稱為濾液，被截留的固體物質(zhì)稱為濾餅或濾渣。20 實現(xiàn)過濾操作的外力可以是重力、 壓強差或慣性離心力。 在化工中應用最多的還是以壓強差為推動力的過濾。1.過濾方式工業(yè)上的過濾操作分為兩大類， 即餅層過濾和深床過濾。 餅層過濾時， 懸浮液置于過濾介質(zhì)的一側(cè)， 固體物沉積于介質(zhì)表面而形成濾餅層。過濾介質(zhì)中微細孔道的直徑可能大于懸浮液中部分顆粒的直徑，因而，過濾之初會有一些細小顆粒穿過介質(zhì)而使濾液渾濁，但是顆粒會在孔道中

42、迅速地發(fā)生“ 架橋” 現(xiàn)象(見附圖)，使小于孔道直徑的細小顆粒也能被截攔，故當濾餅開始形成，濾液即變清，此后過濾才能有效地進行。 可見，在餅層過濾中， 真正發(fā)揮截攔顆粒作用的主要是濾餅層而不是過濾介質(zhì)。 通常，過濾開始階段得到的渾濁液， 待濾餅形成后應返回濾漿槽重新處理。 餅層過濾適用于處理固體含量較高(固相體積分數(shù)約在 1以上)的懸浮液。在深床過濾中， 固體顆粒并不形成濾餅， 而是沉積于較厚的粒狀過濾介質(zhì)床層內(nèi)部。懸浮液中的顆粒尺寸小于床層孔道直徑，當顆粒隨流體在床層內(nèi)的曲折孔道中流過時， 便附在過濾介質(zhì)上。 這種過濾適用于生產(chǎn)能力大而懸浮液中顆粒小、含量甚微 (固相體積分數(shù)在0.1以下 )

43、的場合。自來水廠飲水的凈化及從合成纖維紡絲液中除去極細固體物質(zhì)等均采用這種過濾方法。另外，隨著膜分離技術應用領域的擴大，作為精密分離技術的膜過濾 （包括微孔過濾和超濾 )近年來發(fā)展非常迅速?；ぶ兴幚淼膽腋∫汗滔酀舛韧^高，故本節(jié)只討論餅層過濾。2過濾介質(zhì)過濾介質(zhì)是濾餅的支承物， 它應具有足夠的力學強度和盡可能小的流動阻力應具有相應的耐腐蝕性和耐熱性。工業(yè)上常用的過濾介質(zhì)主要有下面三類。(1)織物介質(zhì) (又稱濾布 ) 包括由棉、毛、絲、麻等天然纖維及合成纖維制成的織物，以及由玻璃絲、 金屬絲等織成的網(wǎng)。 這類介質(zhì)能截留顆粒的最小直徑為21 5-65 m?？椢锝橘|(zhì)在工業(yè)上應用最為廣泛。(2)

44、堆積介質(zhì)此類介質(zhì)由各種固體顆粒 (細砂、木炭、石棉、硅藻土 )或非編織纖維等堆積而成多用于深床過濾中。(3)多孔固體介質(zhì)這類介質(zhì)是具有很多微細孔道的固體材料，如多孔陶瓷、多孔塑料及多孔金屬制成的管或板，能截攔13 m 的微細顆粒。3濾餅的壓縮性和助濾劑濾餅是由截留下的固體顆粒堆積而成的床層，隨著操作的進行， 濾餅的厚度與流動阻力都逐漸增加。 構(gòu)成濾餅的顆粒特性對流動阻力的影響懸殊。顆粒如果是不易變形的堅硬固體 (如硅藻土、碳酸鈣等 )，則當濾餅兩側(cè)的壓強差增大時，顆粒的形狀和顆粒間的空隙都不發(fā)生明顯變化，單位厚度床層的流動阻力可視為恒定，這類濾餅稱為不可壓縮濾餅。 相反，如果濾餅是由某些類似氫

45、氧化物的膠體物質(zhì)構(gòu)成， 則當濾餅兩側(cè)的壓強差增大時， 顆粒的形狀和顆粒間的空隙便有明顯的改變，單位厚度餅層的流動阻力隨壓強差加高而增大，這種濾餅稱為可壓縮濾餅。為了減少可壓縮濾餅的流動阻力， 有時將某種質(zhì)地堅硬而能形成疏松餅層的另一種固體顆?；烊霊腋∫夯蝾A涂于過濾介質(zhì)上，以形成疏松餅層， 使濾液得以暢流。這種預混或預涂的粒狀物質(zhì)稱為助濾劑。對助濾劑的基本要求如下：應是能形成多孔餅層的剛性顆粒，使濾餅有良好的滲透性、 較高的孔隙率及較低的流動阻力；應具有化學穩(wěn)定性，不與懸浮液發(fā)生化學反應，也不溶于液相中。應予注意，一般以獲得清凈濾液為目的時，采用助濾劑才是適宜的，34.2 過濾基本方程式過濾基本

46、方程式是描述過濾速率(或過濾速度 )與過濾推動力、過濾面積、料漿性質(zhì)、介質(zhì)特性及濾餅厚度等諸因素關系的數(shù)學表達式。本節(jié)，從分析濾液通過濾餅層流動的特點入手， 將復雜的實際流動加以簡化， 對濾液的流動用數(shù)學方程式進行描述， 并以基本方程式為依據(jù)， 分析強化過濾操作的途徑， 進行過濾計算。1濾液通過餅層的流動1)濾液通過濾餅層流動的特點濾液通道細小曲折，形成不規(guī)則的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；隨著過濾進行， 濾餅厚度不斷增加， 流動阻力逐漸加大， 因而過濾屬非穩(wěn)態(tài)操作；細小而密集的顆粒層提供了很大的液、固接觸表面， 濾液的流動大都在層流區(qū)。2)濾液通過餅層流動的數(shù)學描述對于濾液通過平行細管的層流流動，由康采尼方程式

47、得到22 3u式中pL濾液黏度，2.過濾速率和過濾速度前面討論的 u 為單位州司通過單位過濾面積的濾液體積，稱為過濾速度。通常將單位時間獲得的濾液體積稱為過濾速率，單位為m3/s。過濾速度是單位過濾面積上的過濾速率，應防止將二者相混淆。若過濾進程中其他因素維持不變，則由于濾餅厚度不斷增加而使過濾速度逐漸變小。任一瞬間的過濾速度應寫成如下形式：u而過濾速率為dVApd5a1L式中過濾時間，A3.濾餅的阻力對于不可壓縮濾餅， 濾餅層中的空隙率 可視為常數(shù)， 顆粒的形狀、 尺寸也不改變，因而比表面 a亦為常數(shù)。35a3令則式中R比阻 r 是單位厚度濾餅的阻力 它在數(shù)值上等于黏度為1 Pa .s的濾液

48、以 1 ms 的平均流速通過厚度為1m 的濾餅層時所產(chǎn)生的壓強降。比阻反映了顆粒形狀、尺寸及床層空隙率對濾液流動的影響。床層空隙率 愈小及顆粒比表面 a愈大，則床層愈致密，對流體流動的阻滯作用也愈大。23 ;反映了顆粒的特性，其值隨物料而不同21m/s;Pa;2322rRrL/mc2按整個床層截面積計算的濾液平均流速，濾液通過濾餅層的壓強降，3c2濾液量，m.122cc濾餅的比阻，/m.p5auc濾餅層厚度，；Pas.dVpAd5a1L3c22Vms;過濾面積，215a1dVppAdrLRr濾餅阻力，4.過濾介質(zhì)的阻力餅層過濾中， 過濾介質(zhì)的阻力一般都比較小， 但有時卻不能忽略， 尤其在過濾初

49、始濾餅尚薄的期間。過濾介質(zhì)的阻力當然也與其厚度及本身的致密程度有關。通常把過濾介質(zhì)的阻力視為常數(shù)，仿照濾餅阻力公式可寫出濾液穿過過濾介質(zhì)層的速度關系式：dVpAdR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，因而過濾介質(zhì)的阻力與最初所形成的濾餅層的阻力往往是無法分開的，所以過濾操作中總是把過濾介質(zhì)與濾餅聯(lián)合起來考慮。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dVppAd(RR)(RR設想以一層厚度為的濾餅來代替濾布rLdVppAd(rLrL)r(LL)式中pRL在一定條件下，以一定介質(zhì)過濾一定懸浮液時，為定值；但同一介質(zhì)在不同的 過 濾 操 作 中 值 不

50、同 。5.過濾基本方程式24 ；/m.m.p)eR過濾介質(zhì)上、下游兩側(cè)的壓強差，Pa過濾介質(zhì)阻力，過濾介質(zhì)的當量濾餅厚度，或稱虛擬濾餅厚度，emmcmmmLemeemmeL若每獲得獲得的濾液體積之間的關系LAV則如生成厚度為的濾餅所應獲得的濾液L過濾速度和過濾速率分別為dVpAdVVAdVApdrVV式中濾餅體積與相應的濾液體積之比，量綱為V可壓縮濾餅的情況比較復雜， 它的比阻是兩側(cè)壓強差的函數(shù)。 考慮到濾餅的壓縮性，通?？山栌孟旅娴慕?jīng)驗公式來粗略估算壓強差增大時比阻的變化，即rrp式中ps對于不可壓縮濾餅，故過濾基本方程式可表示為dVApdrVV應用過濾基本方程式時， 需針對操作的具體方式而

51、積分。 過濾操作有兩種典型的方式， 即恒壓過濾及恒速過濾。 有時，為避免過濾初期因壓強差過高而引起濾液渾濁或濾布堵塞， 可采用先恒速后恒壓的復合操作方式，過濾開始時以較低的恒定速率操作，當表壓升至給定數(shù)值后，再轉(zhuǎn)入恒壓操作。當然，工業(yè)上也有既非恒速亦非恒壓的過濾操作，如用離心泵向壓濾機送料漿即屬此例。3.4.3恒壓過濾若過濾操作是在恒定壓強差下進行的，則稱為恒壓過濾。 恒壓過濾是最常見的過濾方式。 連續(xù)過濾機內(nèi)進行的過濾都是恒壓過濾，間歇過濾機內(nèi)進行的過濾25 L則任一瞬間的濾餅厚度與當時已經(jīng)3m,V332濾液所形成的濾餅體積為體積以表示，則m.m./m;3VAeeeAe3過濾介質(zhì)的當量濾液體

52、積，或稱虛擬濾液體積，單位壓強差下濾餅的比阻，Pa;.s0.1mVLLVer2e1m/esr過濾壓強差，濾餅的壓縮性指數(shù)，量綱為一般情況下，s.21se也多為恒壓過濾。恒壓過濾時濾餅不斷變厚，致使阻力逐漸增加，但推動力 P 恒定，因而過濾速率逐漸變小。對于一定的懸浮液，若、皆可視為常數(shù)，令1rdVkApdVVK2kpdVKAd2(VV)虛擬過濾階段，沒獲得濾液，即dVKAd2V假定獲得體積為的濾液所需的虛擬過濾過濾時間濾液體積0V有效過濾階段，和為常數(shù)，積分的邊界條過濾時間濾液體積0V當過濾介質(zhì)阻力可以忽略時，則V若qq2qqKq當介質(zhì)阻力可以忽略時，26 恒 壓 過 濾 方 程 式eKA()

53、e22VVeA為e(VV)Ves.0qK,2e0V2eeq恒壓過濾方程式s;322e時間為則上式的積分邊界條件KA件為2VVKA,及ee2,m/m,0pkAs則ee0VVeeeeKAVAKqqKKm/介質(zhì)常數(shù)，反映過濾介質(zhì)阻力大小的常數(shù)erk21s恒壓過濾時，壓強差不變，、都是常數(shù)。令e1s2eV,2eVeeeeeV,22q2e2e2e過濾常數(shù)，由物料特性及過濾壓強差所決定，eeq3.4.4恒速過濾與先恒速后恒壓過濾過濾設備 (如板框壓濾機 )內(nèi)部空間的容積是一定的，當料漿充滿此空間后，供料的體積流量就等于濾液流出的體積流量，即過濾速率。 所以，當用排量固定的正位移泵向過濾機供料而未打開支路閥

54、時，過濾速率便是恒定的。 這種維持速率恒定的過濾方式稱為恒速過濾。恒速過濾時的過濾速度為dVVqAdAquVAu式中上式表明，恒速過濾時，（或）與的關系是通過原點的直線對于不可壓縮性濾餅常數(shù)e在一定的條件下，式中的、及均為常數(shù)，僅及隨而變化，于是得到pruruq其中常數(shù)：27 m/s.Re常數(shù)恒速階段的過濾速度，RqruqRRuRepab2RuRRuVqdqpdrqqruqp2RRearu,b對不可壓縮濾餅進行恒速過濾時，其操作壓強差隨過濾時間成直線增高。所以，實際上很少采用把恒速過濾進行到底的操作方法，而是采用先恒速后恒壓的復合式操作方法。這種復合式的裝置見上圖。由于采用正位移泵， 過濾初期

55、維持恒定速率， 泵出口表壓強逐漸升高。 經(jīng)過 R 時間后，獲得體積為 VR 的濾液，若此時表壓強恰已升至能使支路閥自動開啟的給定數(shù)值， 則開始有部分料漿返回泵的入口， 進入壓濾機的料漿流量逐漸減小，而壓濾機人口表壓強維持恒定。后階段的操作即為恒壓過濾。對于恒壓階段的 V- 關系，仍可用過濾基本方程式求得，即dVkApdVV或若令、形式為VV從而此式即為恒壓階段的過濾方程，式中、后所獲得的濾液體積及所經(jīng)歷的過濾時間。3.4.5 過濾常數(shù)的測定1.恒壓下 K、qe、 e 的測定在某指定的壓強差下對一定料漿進行恒壓過濾時，過濾常數(shù)K、qe、 e 可通過恒壓過濾實驗測定。28 d2RR21s)2VVV

56、KApd分別代表升壓階段終了瞬間的濾液體積及過濾時間，則上式的積分dVkAp221seRRe2Re分別代表轉(zhuǎn)入恒壓操作RR21seVVdVkAVVVRR(VVVVqq微分上式，得2qqdq或上式表明與應成直線關系，直線的為便于根據(jù)測定的數(shù)據(jù)計算過濾常數(shù)，上式左端的可用增量比代替，即22qKK2.壓縮性指數(shù) s的測定為了進一步求得濾餅的壓縮性指數(shù)s 以及物料特性常數(shù) k，需要先在若干不同的壓強差下對指定物料進行實驗，求得若干過濾壓強差下的K 值，然后對 K- p 數(shù)據(jù)加以處理，即可求得s值。K2kp上式兩端取對數(shù)，得lgK1slgplg2k因時應是直線，直線的斜率為截距為。如此可得濾餅的壓縮性指

57、數(shù)及物料特性常數(shù)。34.6 過濾設備各種生產(chǎn)工藝的懸浮液， 其性質(zhì)有很大的差異； 過濾的目的及料漿的處理量相差也很懸殊。 為適應各種不同的要求而發(fā)展了多種形式的過濾機。按照操作方式可分為間歇過濾機與連續(xù)過濾機；按照采用的壓強差可分為壓濾、 吸濾和離心過濾機。工業(yè)上應用最廣泛的板框壓濾機和加壓葉濾機為間歇壓濾型過濾機，轉(zhuǎn)筒真空過濾機則為吸濾型連續(xù)過濾機。離心過濾機將在下節(jié)介紹。1.板框壓濾機板框壓濾機早為工業(yè)所使用， 至今仍沿用不衰。 它由多塊帶凹凸紋路的鋁板和鋁框交替排列組裝于機架而構(gòu)成，如圖所示。29 。e的關系在對數(shù)坐標紙上標繪22KKKpe2e斜率為，截距為常數(shù)，故與KKdqqqqe1r

58、2eed2dqKKddqddqqqq1sk1-s,2ksk板和框一般制成正方形， 板和框的角端均開有圓孔， 裝合、壓緊后即構(gòu)成供濾漿、濾液或洗滌液流動的通道。 框的兩側(cè)覆以四角開孔的濾布， 空框與濾布圍成了容納濾漿及濾餅的空間。 濾板又分為洗滌板與過濾板兩種。 洗滌板左上角的圓孔內(nèi)還開有與板面兩側(cè)相通的側(cè)孔道，洗水可由此進入框內(nèi)。為了便于區(qū)別，常在板、框外側(cè)鑄有小鈕或其他標志，通常，過濾板為一鈕，洗滌板為三鈕，而框則為二鈕。 裝合時即按鈕數(shù)以 1-2-3-2-1-2的順序排列板與框。 壓緊裝置的驅(qū)動可用手動、電動或液壓傳動等方式。過濾時，懸浮液在指定的壓強下經(jīng)濾漿通道由濾框角端的暗孔進入框內(nèi)，

59、濾液分別穿過兩側(cè)濾布，再經(jīng)鄰板板面流至濾液出口排走，固體則被截留于框內(nèi)，待濾餅充滿濾框后， 即停止過濾。 濾液的排出方式有明流與暗流之分。若濾液經(jīng)由每塊濾板底部側(cè)管直接排出則稱為明流。若濾液不宜暴露于空氣中， 則需將各板流出的濾液匯集于總管后送走稱為暗流。若濾餅需要洗滌 可將洗水壓入洗水通道， 經(jīng)洗滌板角端的暗孔進入板面與濾布之間。 此時，應關閉洗滌板下部的濾液山口，洗水便在壓強差推動下穿過一層濾布及整個厚度的濾餅， 然后再橫穿另一層濾布， 最后由過濾板下部的濾液出口排出，這種操作方式稱為橫穿洗滌法，其作用在于提高洗滌效果。洗滌結(jié)束后， 旋開壓緊裝置并將板框拉開， 卸出濾餅，清洗濾布，重新裝合

60、，進入下一個操作循環(huán)。板框壓濾機結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、占地面積較小而過濾面積較大，操作壓強高，適應能力強，故應用頗為廣泛。它的主要缺點是間歇操作，生產(chǎn)效率低勞動強度大，濾布損耗也較快。近來，各種自動操作板框壓濾機的出現(xiàn)，使上述缺點在一定程度上得到改善。板框過濾機的型號：BMS20/63525BMS2063525252.加壓葉濾機，加壓葉濾機是由許多不同寬度的長方形濾葉裝合而成。濾葉由金屬多孔板或金屬網(wǎng)制造， 內(nèi)部具有空間， 外罩濾布。 過濾時濾葉安裝在能承受內(nèi)壓的密閉機殼內(nèi)。濾漿用泵壓送到機殼內(nèi)， 濾液穿過濾布進入葉內(nèi)， 匯集至總管后排出機外，顆粒則積于濾布外側(cè)形成濾餅。濾餅的厚度通常為535m