第二章沉降與過濾

第二章沉降與過濾第1頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章沉降與過濾概述：混合物分類混合物均相混合物：所需分離的物質(zhì)在同一相中，不能用機械的方法分離；非均相混合物：由分散物質(zhì)和連續(xù)物質(zhì)組成的一個以上的相，可以用機械的方法分離。相界面兩側(cè)的物質(zhì)性質(zhì)不同。固體——固體：固體混合物固體——液體：懸浮液固體——氣體：含塵氣體液體——氣體：含霧氣體液體——液體：乳濁液非均相混合物第2頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/9/15非均相物系

分散相

分散物質(zhì)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

連續(xù)相分散相介質(zhì)

包圍著分散相物質(zhì)且處于連續(xù)狀態(tài)的流體如：氣態(tài)非均相物系中的氣體液態(tài)非均相物系中的連續(xù)液體分離機械分離

沉降

過濾

不同的物理性質(zhì)

連續(xù)相與分散相發(fā)生相對運動的方式分散相和連續(xù)相第3頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月非均相物系分類法一般用機械分離法，使分散相與連續(xù)相發(fā)生相對運動，從而分離。重力沉降及離心沉降可用于分離氣態(tài)及液態(tài)非均相；過濾多用于液態(tài)非均相，包括加壓，減壓，常壓及離心過濾。分離目的：回收有價值的物質(zhì)，凈化空氣，保護(hù)環(huán)境，中藥制藥應(yīng)用過濾非常多。第4頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月顆粒與流體相對運動時所受的阻力當(dāng)流體以一定速度繞過靜止的固體顆粒流動時，由于流體的黏性，會對顆粒有作用力。反之，當(dāng)固體顆粒在靜止的流體中移動時，流體同樣會對顆粒有作用力。這兩種作用力性質(zhì)相同，統(tǒng)稱為阻力。只要顆粒與流體之間有相對運動，就會產(chǎn)生阻力。不同的相對運動，相對運動速度相同，流體對顆粒的阻力相同。流體密度：，黏度：m,顆粒直徑dp,，顆粒在運動方向上的投影面積：A，顆粒與流體相對速度u第5頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月z是量綱為一的量，是流體相對于顆粒運動時的雷諾數(shù)的函數(shù)不同流體流動類型z值與Re之間的計算式表示為：第6頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/9/15第7頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)重力沉降定義：是利用重力作用及分散相和連續(xù)相密度不同，使二者發(fā)生相對運動而將二者分離的過程一、沉降速度1、球形顆粒的自由沉降

單個球形顆粒在流體中沉降，或者顆粒群在流體中分散得較好而顆粒在互不接觸、互不碰撞的條件下沉降，稱為自由沉降。單個球形顆粒在自由沉降過程中受力：重力，浮力和阻力，當(dāng)其加速度a=0時，顆粒作勻速沉降運動，此時顆粒（分散相）相對于連續(xù)相的運動速度叫沉降速度或終端速度。此時：重力－浮力=阻力（a=0時，F(xiàn)=0）第8頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月公式推導(dǎo)：球形顆粒直徑d，密度ρS，連續(xù)相密度ρ，阻力系數(shù)ξ，沉降速度ut——沉降速度表達(dá)式第9頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月說明：①適用于光滑的球形顆粒的自由沉降，稱為自由沉降速度公式。②所計算速度為勻速速度（a=0）③ξ為阻力沉降系數(shù)2、阻力沉降系數(shù)ξ計算對于球形顆粒，將不同Re范圍的阻力系數(shù)ξ計算式代入上式得：層流區(qū)

斯托克斯公式過渡區(qū)

阿倫公式

第10頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月斯托克斯公式適用條件湍流區(qū)牛頓沉降公式特例：當(dāng)ρs>>ρ時，

（滯流層）牛頓沉降公式中適用于大顆粒沉降Re>500球形：ξ=0.44圓柱形：ξ=1.0圓盤形：ξ=1.2第11頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/9/152、沉降速度的計算

1）試差法

假設(shè)沉降屬于層流區(qū)

方法：ut

Re

Re＜2

ut為所求Re＞2阿倫公式求ut判斷……公式適用為止2)摩擦數(shù)群法

第12頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月3、影響沉降速度的其它因素以上的沉降過程為在重力作用下球形顆粒的自由沉降：①顆粒為球形；②顆粒沉降時彼此相距較遠(yuǎn)，互不干擾；③容器壁對沉降的阻滯作用可以忽略；④顆粒直徑不能小到受流體分子運動的影響。影響沉降速度的其它因素有：第13頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/9/151）顆粒的體積濃度

在前面介紹的各種沉降速度關(guān)系式中，當(dāng)顆粒的體積濃度小于0.2%時，理論計算值的偏差在1%以內(nèi)，但當(dāng)顆粒濃度較高時，由于顆粒間相互作用明顯，便發(fā)生干擾沉降，自由沉降的公式不再適用。2）器壁效應(yīng)當(dāng)器壁尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于顆粒尺寸時，（例如在100倍以上）容器效應(yīng)可忽略，否則需加以考慮。

第14頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/9/153）顆粒形狀的影響

球形度對于球形顆粒，φs=1，顆粒形狀與球形的差異愈大，球形度φs值愈低。對于非球形顆粒，雷諾準(zhǔn)數(shù)Ret中的直徑要用當(dāng)量直徑de代替。顆粒的球形度愈小，對應(yīng)于同一Ret值的阻力系數(shù)ξ愈大。但φs值對ξ的影響在滯流區(qū)并不顯著，隨著Ret的增大，這種影響變大。第15頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月3、非球形顆粒的自由沉降d用當(dāng)量直徑de代替，ξ用不同球形度下фs代替Фs：代表球形度，也叫形狀系數(shù)，表征顆粒形狀與球形顆粒的差異度。

SP—真實顆粒表面積

S—與SP真實顆粒體積相等的球型顆粒表面積de：代表當(dāng)量直徑，即與真實顆粒SP體積相等的圓球直徑，即VP：任意形狀的顆粒體積，不同Фs下的ξ—Re，曲線不同。第16頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月二、降塵室

B

Vs

u0

uL

H顆粒在降塵室中的運動

重力沉降是一種最原始的分離方法。一般作為預(yù)分離之用，分離粒徑較大的塵粒。本節(jié)介紹典型的水平流動型降塵室。（書圖3-3）顆粒能夠沉降到集塵斗中有什么條件呢？顆粒在降塵室中的沉降時間小于停留時間時，顆粒在流體離開降塵室前即可沉降到降塵室的底部。即：停留時間≥沉降時間

其中：停留時間：氣流水平分速度m/s氣體體積流量m3/sθt與設(shè)備尺寸及處理量有關(guān)，與顆粒性質(zhì)無關(guān)；

第17頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月沉降時間

θ0與流體、顆粒的性質(zhì)、分離要求及降塵室的高度有關(guān)。

注意：當(dāng)某直徑的顆粒滿足θt≥θ0時，它能夠被完全（100%）地分離；當(dāng)某直徑的顆粒滿足θt<θ0時，它不是不能被分離，仍然可以被分離，只不過是不能被完全分離。討論：（1）降塵室的生產(chǎn)能力：

停留時間最短為θt=θ0=H/u0，即最大生產(chǎn)能力為qV=BLu0

；故生產(chǎn)能力與降塵室的底面積BL有關(guān)而與降塵室的高度無關(guān)，因此，降塵室多制成扁平型或多層。第18頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月

（2）降塵室生產(chǎn)能力與設(shè)備高度無關(guān)，那么降塵室的高度是否越小越好呢？

H↓時，根據(jù)

①若u不變，則L↓，生產(chǎn)能力qv=BLu0↓；為保證生產(chǎn)能力不變，必須B↑；降塵室變得短而寬，氣體進(jìn)入降塵室還未穩(wěn)定就離開降塵室了，氣體在降塵室內(nèi)的分布不均勻造成分離能力下降；所以在降塵室的前后均有漸縮和漸擴裝置；②若L不變，u↑，生產(chǎn)能力不變；若流速太大，則沉降后的顆粒被重新?lián)P起，分離效率↓，故應(yīng)保證氣體流動維持層流狀態(tài)，一般u<3m/s，易揚起的物料u<1.5m/s。（3）重力沉降中沉降速度無法提高，重力沉降的效果有限，一般重力沉降能分離的顆粒直徑為>10μm（>75μm效果較好）。

第19頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月

（4）θt≥θ0在設(shè)計中是確定降塵室主要結(jié)構(gòu)尺寸的依據(jù)，在操作中是確定所能完全分離最小顆粒直徑的判據(jù)。當(dāng)斯托克斯定律適用時，顆粒在降塵室中作自由沉降，處理量為qv時能分離出的顆粒的最小直徑dmin為：降塵室底面積第20頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月qv一定,dmin、u0與降塵室的底面積A0成反比，與H無關(guān)，當(dāng)dmin、u0一定，qv與A0成正比。降塵室的形狀：扁平狀多層隔板降塵室：圖3-5，水平隔板分為N層，層高：H/N氣體流動截面積未變，水平流速不變，顆粒停留時間不變。顆粒沉降高度：原來的1/N，u0為原來的1/N

，dmin為原來的優(yōu)點：能分離更小的顆粒（20m）缺點：降塵排灰不方便第21頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月第22頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/9/15降塵室的計算

降塵室的計算設(shè)計型操作型已知氣體處理量和除塵要求，求降塵室的大小用已知尺寸的降塵室處理一定量含塵氣體時，計算可以完全除掉的最小顆粒的尺寸，或者計算要求完全除去直徑dp的塵粒時所能處理的氣體流量。第23頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月例題：用高2m、寬2.5m、長5m的重力降塵室分離空氣中的粉塵。在操作條件下空氣的密度為0.779kg/m3，黏度為2.53×10-5Pa·s，流量為1.25×10-4m3/h。粉塵的密度為2000kg/m3。試求完全能分離的粉塵的最小直徑。解：已知qv=1.25×10-4m3/h,=0.779kg/m3,=2.53×10-5Pa·s,

s=2000kg/m3,A0=2.5m×5m第24頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月三、沉降設(shè)備工業(yè)液體沉降目的為濃縮及澄清兩類濃縮：目的是增稠：所用設(shè)備為增稠器（要顆粒）澄清：目的是除去懸浮物：所用設(shè)備為澄清器（要連續(xù)相）連續(xù)式增稠器結(jié)構(gòu)：槽為圓筒形，底圓稚形，中心有一進(jìn)料筒，進(jìn)料筒插入懸浮區(qū)，上清液從槽上部溢出，底部由耙耙向稚形底部，由排泥口排出，耙運動緩慢，可連續(xù)加料，連續(xù)排泥及溢流。多層沉降槽結(jié)構(gòu)：分幾層，為幾個單層沉降槽疊放，設(shè)計復(fù)雜，要求高，占地面積小，節(jié)約空間，節(jié)約材料，操作控制復(fù)雜。沉降過程可分為四個區(qū)：清液區(qū)均一濃度區(qū)不均勻濃度區(qū)（濃度與顆粒不均勻區(qū)）粗料固體區(qū)（壓縮區(qū)）沉降終了時只剩下清液區(qū)及粗料固體區(qū)。第25頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月第26頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)離心沉降離心沉降是靠慣性離心力作用而實現(xiàn)的沉降過程。特點：沉降速度快，分離效果好主要設(shè)備：分離氣固非均相混合物設(shè)備：旋風(fēng)分離器分離液固非均相混合物設(shè)備：旋液分離器，沉降離心機第27頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/9/15離心沉降：

依靠慣性離心力的作用而實現(xiàn)的沉降過程

適于分離兩相密度差較小，顆粒粒度較細(xì)的非均相物系。慣性離心力場與重力場的區(qū)別

重力場離心力場力場強度重力加速度gut2/R

方向指向地心

沿旋轉(zhuǎn)半徑從中心指向外周

Fg=mg

作用力

第28頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月一、離心力作用下的沉降速度r1r2ArCBuruut顆粒在旋轉(zhuǎn)流體中的運動當(dāng)一個球形顆粒繞中心軸作圓周運動時，就產(chǎn)生慣性離心力。如圖：球體直徑為d，切向運動速度為ut，球體距中心o點的距離為r，球形顆粒ρs，流體ρ。則顆粒在圖示位置受三個力作用達(dá)平衡時，顆粒在徑向上相對于流體的運動速度就是離心沉降速度ur慣性離心力－向心力=阻力第29頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月r1r2ArCBuruut顆粒在旋轉(zhuǎn)流體中的運動當(dāng)作用力等于阻力時，代入整理可得離心沉降速度ur離心沉降速度在徑向上顆粒相對于流體的運動速度。

第30頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月上式中：ut及r均為變量，則ur也為變量

ur，ut方向均在變化，顆粒運動軌跡為u方向，絕對速度方向。對層流：代入則

—適于小顆粒球形與重力沉降

比較則Kc叫離心分離因數(shù)，表明同一顆粒在同一介質(zhì)中離心場強度與重力場強度之比，無因次，是離心分離設(shè)備的重要性能參數(shù)。

第31頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月在離心沉降時，重力沉降同時存在，但ur》ut。則忽略重力沉降。比較ur，ut：ur是顆粒絕對運動速度在徑向上的分量，方向沿徑向向外，隨r方向及大小而變化，不是恒值。ut：恒值，方向向下示例：一個顆粒作離心沉降，切向速度為20m/s，旋轉(zhuǎn)半徑r=0.04m，計算其離心分離因數(shù)Kc。解：影響ur因素——第32頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月

注意：離心沉降與重力沉降的類比。比較ur，ut：ur是顆粒絕對運動速度在徑向上的分量，方向沿徑向向外，隨r方向及大小而變化，不是恒值。由于顆粒和流體同時做圓周運動，顆粒的實際運動軌跡是一個半徑逐漸擴大的螺旋線。離心沉降速度并不是顆粒的實際運動速度，只是其在徑向上的分量。ut：恒值，方向向下旋風(fēng)分離器用于分離氣體中的固體顆粒旋液分離器用于分離液體中的固體顆粒

重力沉降

離心沉降

降塵室用于分離氣體中的固體顆粒增稠器用于分離液體中的固體顆粒

第33頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/9/15二、旋風(fēng)分離器第34頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)構(gòu)：上部圓柱形，下部圓錐形，進(jìn)氣口、排氣口、出塵口、灰斗組成。工作流程：①含塵氣體由進(jìn)氣口自切線方向進(jìn)入，受器壁約束向下作螺旋形運動，叫外旋流，其上部為主要除塵區(qū)。②顆粒在慣性離心力作用下被甩向器壁匯聚于錐底。③凈化后氣體在中心軸附近由下而上作旋轉(zhuǎn)運動，由頂部排出，叫內(nèi)旋流，與外旋流方向相反。④慣性離心力強度在器壁處最大，中心軸最小。（1）結(jié)構(gòu)與工作原理第35頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月第36頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月第37頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月2、旋風(fēng)分離器的性能：（1）臨界直徑：當(dāng)沉降時間與停留時間相等時所能完全分離的顆粒直徑為最小直徑。旋轉(zhuǎn)半徑的平均值停留時間：離心沉降時間為：

停留時間沉降時間標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)尺寸：進(jìn)氣口長h＝D/2；寬B＝D/4；圓柱筒直徑為D；圓柱筒高L=D;圓錐筒高H＝2D；排沉口直徑D/2；排氣口直徑D/2；排氣口底部與進(jìn)氣口底部距離s＝D/8第38頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月式中：—物性參數(shù)B—旋風(fēng)分離器進(jìn)氣口寬度（D/4）

Ne—氣體在旋風(fēng)分離器內(nèi)外旋氣流有效旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器為5。

umt—平均切向速度，近似等于進(jìn)口氣速ui，一般15――25m/s。第39頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月討論：

B↓，D↓，dc↓，效率↑；在生產(chǎn)能力相同條件下，有一臺大旋風(fēng)分離器和若干臺小旋風(fēng)分離器（進(jìn)口氣速一樣），應(yīng)采用哪種方案？

ui↑，dc↓，效率↑，但阻力↑；旋風(fēng)分離器的進(jìn)口氣速應(yīng)適當(dāng)選擇，不宜太高也不宜太低。dc不僅與顆粒和氣體的性質(zhì)有關(guān)，而且與旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)和處理量有關(guān)。處理量越大、顆粒密度越大、進(jìn)口越窄、長徑比越大（N越大），則臨界直徑越小，分離性能越好。第40頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月

（2）分離效率——粒級效率、總效率含塵氣體中所有顆粒經(jīng)分離器后被分離出的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)η0

，稱為總效率

:

含塵氣體中某一粒徑的顆粒經(jīng)分離器后被分離出的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)ηpi

，稱為粒級效率:其中c為質(zhì)量含量，g/m3；i表示直徑為di的顆粒。

第41頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月討論：

ⅰ若兩臺旋風(fēng)分離器的總效率相同，他們的分離性能是否相同？含塵氣體中顆粒的大小范圍不同，臨界直徑不同，因此采用粒級效率才能更準(zhǔn)確地評價分離器的效率。

ⅱd>dc時，ηpi=100%，d<dc的顆粒能否被分離？能,不能被完全分離即ηpi<100%

。ⅲηpi與η0的關(guān)系

第42頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）壓力降（阻力損失）通常壓降用入口氣體動壓

ui2/2的倍數(shù)來表示：

對標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器

處理量越大、顆粒密度越大、進(jìn)口越窄、長徑比越大、減小排氣管直徑、縮小旋風(fēng)分離器直徑等等均能提高分離性能，但同時也增加的阻力損失，在旋風(fēng)分離器的選型上應(yīng)充分考慮阻力的影響。第43頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/9/15（3）、旋風(fēng)分離器的選型與計算

1、旋風(fēng)分離器的型式

旋風(fēng)分離器的形式多種多樣，主要是在對標(biāo)準(zhǔn)型式的旋風(fēng)分離器的改進(jìn)設(shè)計出來的。進(jìn)氣口：為了保證高速氣流進(jìn)入旋風(fēng)分離q器時形成較規(guī)則的旋轉(zhuǎn)流，減少局部渦流與死角，設(shè)計了傾斜螺旋進(jìn)口，螺殼形進(jìn)口、軸向進(jìn)口等。

主體結(jié)構(gòu)與各部分尺寸比例的優(yōu)化：根據(jù)流場與顆粒流動規(guī)律設(shè)計旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)第44頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/9/15一般細(xì)長的旋風(fēng)分離器效率高，但超過一定限度，分離效率的提高不明顯，而壓降卻增加。改進(jìn)下灰口：防止已分離下來的粉塵重新?lián)P起。

目前，我國已定型了旋風(fēng)分離器，制定了標(biāo)準(zhǔn)流型系列，如CLT,CLT/A,CLP/A,CLP/B以及擴散式旋風(fēng)分離器。2、旋風(fēng)分離器的設(shè)計計算

例如，已知氣體流量qV(m3/s)、原始含塵量C1(g/m3)、粉塵的粒度分布，除塵要求及氣體通過旋風(fēng)分離器允許的壓強降，要求選擇旋風(fēng)分離器的形式，確定旋風(fēng)分離器的直徑和個數(shù)。第45頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/9/15步驟：

a)根據(jù)具體情況選擇合適的型式，選型時應(yīng)在高效率與地阻力者之間作權(quán)衡，一般長、徑比大且出入口截面小的設(shè)備效率高且阻力大，反之，阻力小效率低。

b)根據(jù)允許的壓降確定氣體在入口的流速ui

c)根據(jù)分離效率或除塵要求，求出臨界粒徑dC

d)根據(jù)ui和dc計算旋風(fēng)分離器的直徑D

e)根據(jù)ui與D計算旋風(fēng)分離器的處理量，再根據(jù)氣體流量確定旋風(fēng)分離器的數(shù)目。

f)校核分離效率與壓力降

第46頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月三、旋液分離器

旋液分離器的工作原理及計算與旋風(fēng)分離器類似。與旋風(fēng)分離器相比，旋液分離器的直徑較小？較大？氣固密度差大而液固密度差較小，為獲得較高的離心力，旋液分離器的直徑通常較小。第47頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月四、沉降方法的選擇氣體干法凈制：利用微粒受重力、離心力或慣性力分離氣體濕法凈制：與水或其他液體接觸而吸附其中的固體顆粒氣體電凈制：高壓電場、氣體分子電離、灰塵微粒帶電沉降在電極上

重力沉降（>75μm）初步凈化慣性分離（>15μm）折流擋板（通過撞擊而分離）離心沉降（1~10μm）中等凈化袋式除塵器（<1μm）布袋、玻璃纖維布作為過濾介質(zhì)電除塵第48頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)過濾（Filteration）

3.1.1概述過濾是在外力作用下，利用過濾介質(zhì)使懸浮液中的液體通過，而固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而實現(xiàn)固液分離的一種單元操作。過濾介質(zhì)具有多孔結(jié)構(gòu)，可以截留固體物質(zhì)，而讓液體通過；我們把待過濾的懸浮液稱為濾漿（Slurry），而過濾后分離出的固體稱為濾渣或濾餅（Filtercake），通過過濾介質(zhì)的液體稱為濾液（Filtrate）。（1）過濾介質(zhì)（Filtermedium）：過濾介質(zhì)應(yīng)具有以下特性：多孔性，足夠的機械強度，盡可能小的流動阻力，耐腐蝕性，耐熱性，易于再生。工業(yè)上常見的過濾介質(zhì)：織物介質(zhì)、堆積介質(zhì)、多孔固體介質(zhì)、多孔膜。

第49頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月

（2）過濾分類：深層過濾（Deepbedfilteration）粒狀床層孔道為有效過濾介質(zhì)（的過濾）。當(dāng)懸浮液中所含顆粒很小，且含量很少時（固相體積分率<0.1%），常用較厚的粒狀床層做過濾介質(zhì)進(jìn)行過濾。顆粒在經(jīng)過床層內(nèi)細(xì)長而彎曲的孔道時，靠靜電、分子間力、毛細(xì)管力等的作用而附著在孔道壁上，沒有濾餅形成，所以這種過濾稱為深層過濾。常用于自來水凈化和污水處理。過濾介質(zhì)懸浮液深層過濾第50頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月濾餅過濾（Cakefilteration）濾餅層為有效過濾介質(zhì)（的過濾）當(dāng)懸浮液中所含顆粒較多時（固相體積分率>1%），常用濾布、濾網(wǎng)做過濾介質(zhì)進(jìn)行過濾。當(dāng)粒徑大于過濾介質(zhì)孔徑時，顯然會形成濾餅；當(dāng)粒徑小于過濾介質(zhì)孔徑時，通過“架橋現(xiàn)象”也會形成濾餅。隨著濾餅的增厚，濾餅層就成為有效的過濾介質(zhì)，所以這種過濾稱為餅層過濾。常用于化工生產(chǎn)

懸浮液濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾第51頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）.過濾介質(zhì)A、織物介質(zhì)：由纖維、金屬絲等編織而成的濾布和濾網(wǎng)。B、堆積介質(zhì)：由砂、木炭等堆積而成的床層。C、多孔介質(zhì)：由多孔陶瓷、多孔金屬和多孔塑料制成的管和板。（4）.助濾劑：某種質(zhì)地堅硬、粒度均勻的顆粒，如硅藻土、珍珠巖等。1、作用：防止濾餅壓縮及細(xì)小顆粒堵塞過濾介質(zhì)的孔隙。2、使用方法：A.在懸浮液中加入助濾劑后一起過濾。B.先把助濾劑配成懸浮液并過濾，形成助濾劑層后，才正式過濾。應(yīng)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。3、要求A.能形成多孔餅層剛性顆粒B.物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定c.具有不可壓縮性（在使用的壓力范圍內(nèi)）第52頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月二、過濾基本理論1、濾餅層特性（1）濾餅層空隙率ε

空隙率反映了濾餅層中固體顆粒的堆積密度；ε↓，顆粒堆積緊密，同樣流量下，阻力↑；ε↑，顆粒堆積疏松，同樣流量下，阻力↓。

（5）過濾推動力：重力（漏斗過濾）、壓力（加壓過濾）或真空（抽濾）、離心力（離心過濾）。

第53頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）濾餅自由截面積分率A0D

dL

將濾餅層轉(zhuǎn)化為如圖所示的圓環(huán)柱，根據(jù)空隙率和自由截面積分率的定義，有：

第54頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）濾餅比表面積aB和顆粒比表面積S0第55頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月2、

濾液通過濾餅層的流動

流動阻力可用哈根—泊謖葉方程表示：式中l(wèi)'——濾餅孔道的平均長度，m；

u'——為濾餅孔道中濾液的流速，m/s；

de——為孔道的當(dāng)量直徑，m。

第56頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月將以上關(guān)系代入哈根—泊謖葉方程：濾餅的比阻（LewisSpecificfiltrationresistance）

濾餅兩側(cè)的壓力差過濾時間第57頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月

濾餅的空隙率↓，r↑，所以對可壓縮濾餅推動力不同時，比阻也不同；由于濾液流過濾餅而對濾餅中的顆粒產(chǎn)生向前的壓縮力（壓緊力），使得濾餅表面空隙率較大，而內(nèi)部的空隙率較小，阻力較大；因此空隙率、比阻不僅與過濾推動力有關(guān)，還與濾餅層的位置有關(guān)，它們在濾餅中的不同位置分布是不均勻的。且上式過濾速率只考慮了濾餅的過濾阻力，還未考慮過濾介質(zhì)的過濾阻力。第58頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月3過濾基本方程式（1）可壓縮濾餅當(dāng)量濾液量，m3

同理過濾介質(zhì)當(dāng)量濾餅層厚度，m

壓縮性指數(shù)第59頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）不可壓縮濾餅

S=0

比阻的另一種表達(dá)方法定義：無論如何定義，過濾的阻力是不變的，所以：

即比阻（RuthSpecificfiltrationresistance），m/kg

第60頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月4、恒壓過濾（Constantpressurefiltration）

若在過濾過程中保持過濾推動力恒定，那么在過濾初始階段，濾餅還未形成時，過濾阻力小，過濾速率大，隨著過濾的進(jìn)行，濾餅厚度不斷增大，過濾阻力增大，過濾速率下降；這種過濾方式為恒壓過濾。若要保證過濾過程的過濾速率恒定，那么在過濾過程中應(yīng)不斷提高過濾的推動力，這種操作方式為恒速過濾（Constantratefiltration

）。若過濾過程中壓力和速率均無法恒定則為變壓變速過濾。第61頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月

恒壓過濾如線（1）所示，壓力恒定，速率不斷下降；恒速過濾如線（2）所示，速率恒定，過濾壓力不斷提高；線（5）為系統(tǒng)阻力，包括過濾系統(tǒng)管道阻力和濾餅阻力；變壓變速過濾，當(dāng)管道阻力>>濾餅阻力時，則變壓變速過濾趨向于恒壓過濾，如線（3）所示；當(dāng)管道阻力<<濾餅阻力時，則過濾壓力和過濾速率變化明顯，如線（4）所示。

（3）（4）（5）（2）（1）壓力速率

在工業(yè)應(yīng)用實際中采用哪種操作方式？恒壓？恒速？先恒速后恒壓？先恒壓后恒速？

第62頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月令，k與濾液性質(zhì)、懸浮液濃度、溫度等有關(guān)K稱為過濾常數(shù)，m2/s，與濾液性質(zhì)、懸浮液濃度、溫度、過濾壓力、壓縮性指數(shù)等因素有關(guān)；對一定的懸浮液在恒壓條件下過濾，壓力差、濾液粘度、懸浮液濃度、濾餅比阻、壓縮性指數(shù)等為常數(shù)，即為常數(shù)，那么過濾基本方程為：第63頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月θe為過濾得到濾液量Ve所花的時間，它與Ve一樣是虛擬量（反映過濾介質(zhì)阻力的大小），積分上式第64頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月

當(dāng)過濾介質(zhì)阻力與濾餅阻力相比較小可以忽略，Le=0、Ve=0、θe=0時，令單位過濾面積上所得到的濾液量，m3/m2；過濾介質(zhì)阻力不可忽略過濾介質(zhì)阻力可忽略第65頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月5過濾參數(shù)的測定（1）過濾常數(shù)（Filtrationconstant）的測定過濾常數(shù)與過濾體系、操作條件有關(guān)，通常由恒壓過濾實驗測定；其測定方法主要有兩種。

微分法：

用近似代替

第66頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月第67頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月積分法：第68頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月注意：

①在實驗測定過程中微分法測定的是一定時間段內(nèi)時間、濾液量的變化量，而積分法是測定實驗過程中某時刻濾液的總量；微分法在理論上做了近似不如積分法準(zhǔn)確；②在實驗過程中要保證最終得到的關(guān)系線為直線，也就是過濾常數(shù)恒定，必須注意哪些問題？保證μ、r、c、s、Δp等參數(shù)即懸浮液體系、溫度、濃度、過濾方式、過濾介質(zhì)、過濾壓力等在過濾過程中維持恒定；③過濾常數(shù)是在一定過濾壓力下測定的，它能否用于其他過濾壓力的計算呢？第69頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月若比阻r與參數(shù)c沒有變化則

若為不可壓縮濾餅則

濾餅多具有可壓縮性，且實驗條件往往與實際操作條件不同如懸浮液的濃度、溫度、壓力等等，所以要將實驗測定的過濾常數(shù)應(yīng)用于實際生產(chǎn)，必須利用以上各式進(jìn)行校正；但校正前必須確定壓縮性指數(shù)s。

第70頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）壓縮性指數(shù)（Compressibilitycoefficient）的測定

第71頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月【例3-5】

一臺板框壓濾機的過濾面積為0.2m2，在表壓150kpa下以恒壓操作方式過濾某一懸浮液。2小時后得濾液40m3,已知濾渣不可壓縮，過濾介質(zhì)阻力忽略。求：①若其它情況不變，而過濾面積加倍，可得濾液多少？②若表壓加倍，2小時后可得濾液多少？③若其它情況不變，將操作時間縮短為1小時，所得濾液多少？第72頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月分