一、重力沉降原理

一)自由重力沉降——沉降速度表達(dá)式a)層流區(qū)或斯托克斯(stokes)定律區(qū)（10–4＜Re0<2）——斯托克斯公式b)過渡區(qū)或艾倫定律區(qū)（Allen）（2＜Re0<500）

——艾倫公式

重力沉降分離

c)湍流區(qū)或牛頓定律區(qū)（Nuton）（500＜Re0＜2×105）

——牛頓公式

假設(shè)沉降屬于層流區(qū)

u0

Re0

Re0＜2

u0為所求Re0＞2艾倫公式（牛頓公式）常用沉降速度的計算：

二）干擾沉降二、重力沉降分離設(shè)備一）降塵室---氣固體系——降塵室使顆粒沉降的條件——降塵室的生產(chǎn)能力二）分級器三）沉降槽---用于分離出液-固混合物一、過濾操作的基本概念二、過濾基本理論三、過濾設(shè)備四、濾餅的洗滌五、過濾機(jī)的生產(chǎn)能力第四節(jié)過濾1、過濾的概念1）定義：在外力作用下，使懸浮液中的液體通過多孔介質(zhì)的孔道，而懸浮液中的固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而實現(xiàn)固、液分離的操作。

說明:①推動力：重力、壓力（或壓差）和離心力；②目的:獲得清凈的液體產(chǎn)品，或者得到固體產(chǎn)品；一、過濾操作的基本概念2）過濾的相關(guān)術(shù)語濾漿：過濾操作中所處理的原始懸浮液濾液：通過多孔介質(zhì)后的液體濾渣（濾餅）：被截留住的固體顆粒堆積層2、過濾方式1）餅層過濾2）深層過濾3）膜過濾√濃縮液進(jìn)料液滲透液1）餅層過濾要求顆粒的直徑大多要比過濾介質(zhì)的孔道大，隨著過濾的進(jìn)行，固體顆粒沉積于過濾介質(zhì)表面而形成濾餅。適用于處理固相含量稍高（固相體積分率在1%以上）的懸浮液。2）深層過濾

顆粒尺寸比介質(zhì)的孔道小很多，但孔道彎曲細(xì)長，顆粒進(jìn)入后很容易被截流，同時這種過濾是在過濾介質(zhì)內(nèi)部進(jìn)行的，介質(zhì)表面無濾餅形成。過濾用的介質(zhì)為粒狀床層或素?zé)ú簧嫌缘模┨沾赏不虬?。此法適用于從液體中除去很小量的固體微粒，例如飲用水的凈化。3、過過濾介介質(zhì)（1）對過過濾介介質(zhì)的的性能能要求求a)多孔性性，對流流體的的阻力力小，，又能能截住住要分分離的的顆粒粒,孔道又又不宜宜大。。b)物理化化學(xué)性性質(zhì)穩(wěn)穩(wěn)定，，耐熱，，耐化化學(xué)腐腐蝕。。c)足夠的的機(jī)械械強(qiáng)度度，使用用壽命命長d)價格便便宜（2）工業(yè)業(yè)上常常用的的過濾濾介質(zhì)質(zhì)的種種類①織物介介質(zhì)(又稱②堆積介介質(zhì)③多孔固固體介介質(zhì)④多孔膜膜①織物物介質(zhì)質(zhì)：濾布，，用棉棉、毛毛、絲絲、麻麻等天天然纖纖維及及合成成纖維維織成成的織織物，，由玻玻璃絲絲或金金屬絲絲織成成的網(wǎng)網(wǎng)。能能截留留顆粒粒的最小直直徑為為5-65m。工業(yè)上上的應(yīng)應(yīng)用最最為廣廣泛。②堆積介介質(zhì)：由各種種固體顆顆粒（砂砂、、木木碳碳、、石石棉棉、、硅硅藻藻土土））或或非非紡紡織織纖纖維維等等堆堆積積而而成成，，多多用用于于深深床床過過濾濾中中。。③多多孔孔固固體體介介質(zhì)質(zhì)：具具有有很很多多微微細(xì)細(xì)孔孔道道的的固固體體材材料料，，如如多多孔孔陶陶瓷瓷、、多多孔孔塑塑料料、、多多孔孔金金屬屬制制成成的的管管或或板板，，能能攔攔截截1-3m的微微細(xì)細(xì)顆顆粒粒。。④多多孔孔膜膜：：用于于膜膜過過濾濾的的的的各各種種有機(jī)機(jī)高高分分子子膜膜和和無無機(jī)機(jī)材材料料膜膜。醋醋酸酸纖纖維維素素和和芳芳香香酰酰胺胺系系兩兩大大類類有有機(jī)機(jī)高高分分子子膜膜。?？煽捎糜糜谟诮亟亓袅?m以下下的的微微小小顆顆粒粒。4、、濾濾餅餅的的壓壓縮縮性性及及助助濾濾劑劑濾餅餅不可可壓壓縮縮濾濾餅餅:顆粒粒有有一一定定的的剛性性，當(dāng)當(dāng)濾濾餅餅兩兩側(cè)側(cè)的的壓壓力力差差增增大大時時，，顆顆粒粒的的形形狀狀和和顆顆粒粒間間的的空隙隙不不會會發(fā)發(fā)生生明明顯顯變變化化，單單位位厚厚度度床床層層的的流動動阻阻力力可可視視作作恒恒定定?？蓧簤嚎s縮濾濾餅餅:顆粒粒比較較軟軟，當(dāng)當(dāng)濾濾餅餅兩兩側(cè)側(cè)的的壓壓力力差差增增大大時時，，顆顆粒粒的的形形狀狀和和顆顆粒粒間間的的空隙隙會會有有明明顯顯的的改改變變，單單位位厚厚度度餅餅層層的的流流動動阻力力隨隨壓壓力力差差增增大大而而增增大大。1）濾濾餅餅的的可可壓壓縮縮性性加入入助助濾濾劑劑可減少可壓縮濾濾餅的流動阻力力加入方法法預(yù)涂將助濾劑劑混在濾濾漿中一一起過濾濾用助濾劑劑配成懸懸浮液，，在正式式過濾前前用它進(jìn)進(jìn)行過濾濾，在過過濾介質(zhì)質(zhì)上形成成一層由由助濾劑劑組成的的濾餅。。2）助濾劑劑助濾劑是某種質(zhì)質(zhì)地堅硬硬而能形形成疏松松餅層的的固體顆顆?；蚶w纖維狀物物質(zhì)，將將其混入入懸浮液液或預(yù)涂涂于過濾濾介質(zhì)上上，可以以改善餅餅層的性性能，使使濾液得得以暢流流。（一）過過濾速度度定義：單單位時間間通過單單位過濾濾面積的的濾液體體積u---瞬時過濾濾速率，，m3·m-2·s-1即m·s-1q--單位過濾濾面積所所得的濾濾液量，，q=V/A，m3·m-2二、過濾濾的基本本理論說明：隨著過濾濾過程的的進(jìn)行，，濾餅逐漸漸加厚，過濾阻力力不斷增增加，可以想想見，如如果過濾濾壓力不不變，即即恒壓過過濾時，，過濾速度將逐逐漸減小小。因此上上述定義義為瞬時過濾濾速度。。1.空隙率:單位體積積床層中中的空隙隙體積，，用ε表示。ε=空隙體積積/床床層體體積m3/m32.顆粒比表表面積：：單位體積積顆粒所所具有的的表面積積，用a表示。a=顆粒表面面/顆顆粒體體積3.管道的當(dāng)當(dāng)量直徑徑：de=4×水力半徑徑=4××管道截截面積/潤潤濕周邊邊（二）涉涉及的幾幾個術(shù)語語（三）過過濾基本本方程1、濾液液通過濾濾餅層的的流動特特點(diǎn)實際過濾濾過程中中，隨著著過濾的的進(jìn)行，，濾餅的的厚度不不斷增加加，流動動阻力逐逐漸加大大。因因此，是是一個非非穩(wěn)態(tài)流流動。1）非穩(wěn)態(tài)態(tài)過程2）層流流流動濾餅層是是由許多多細(xì)小顆顆粒堆積積而成，，這些顆顆粒提供供了很大大的液，，固接觸觸表面，，液體在在濾餅層層的流動動速度很很慢，因因此，濾濾液在濾濾餅層的的流動是是層流流動動。(1)流流體的流流動空間間等于床床層中顆顆粒之間間的全部部空隙體體積。(2)細(xì)細(xì)管的內(nèi)內(nèi)表面積積等于全全部顆粒粒的表面面積。簡化模型型：假定：2、過濾基基本方程程的推導(dǎo)導(dǎo)

空床速度（表觀速度）

u

u

L

le

de

u1

流體在固定床內(nèi)流動的簡化模型

討論：設(shè)濾餅的的體積為為Vc，顆粒的的比表面面積為a①u1與u的關(guān)系定義濾餅餅層的空空隙率為為：所以（1）②孔道的的平均長長度可以以認(rèn)為與與濾餅的的厚度成成正比：：le=K0L（2）③孔道的當(dāng)當(dāng)量直徑（3）④濾液通通過濾餅層層時的阻力力（層流流）------哈根-泊謖葉方程程（4）將（2），（3），（4）式帶入（（1）式，整理理得r稱為濾餅的的比阻，指指的是單位位厚度上濾濾餅的阻力力，與濾餅餅的比表面面、孔隙率率有關(guān)，對對不可壓縮縮濾餅，r為常數(shù)令：同理，通過過過濾介質(zhì)質(zhì)的速度表表達(dá)式可寫寫為：則：設(shè)每獲得單單位體積濾濾液時，被被截留在過過濾介質(zhì)上上的濾餅體體積為c（m3濾餅/m3濾液），則則Ve——濾出厚度為為Le的一層濾餅餅所獲得的的濾液量，，或稱虛擬擬濾液體積積，m3同理：——過濾速速度的一般般關(guān)系式（不可壓縮流流體）可壓縮濾餅餅的情況比比較復(fù)雜，，它的比阻是兩側(cè)壓強(qiáng)強(qiáng)差的函數(shù)數(shù)，s——濾餅的壓縮縮性指數(shù)，無因次。。s=0～1,對于不可壓壓縮濾餅，，s=0（表3-2）?！^濾速速度的一般般關(guān)系式（不可壓縮及及可壓縮流流體）-----過濾基本方方程過濾常數(shù)，，由實驗測測定△pu------濾液量V～過濾時間的關(guān)系（四）恒壓過過濾方程式恒壓過濾：在恒定壓強(qiáng)差差下進(jìn)行的過過濾操作。恒壓過濾時，，濾餅不斷變變厚致使阻力力逐漸增加。。但但推動力ΔP恒定，過濾速率逐漸漸變小。過濾操作方式式：恒壓過濾恒速過濾先恒速后恒壓的復(fù)合操作方方式特點(diǎn)：K為常數(shù)，過濾速度愈愈來愈小?！鱬u表觀速度積分得：或若過濾介質(zhì)阻阻力可忽略不不計，則或恒壓過濾方程對基本過濾方方程積分，得得K——過濾常數(shù)由物料特性及及過濾壓強(qiáng)差差所決定，，m2/s復(fù)習(xí)：1.過濾的定義及及相關(guān)術(shù)語（（濾漿；濾液液；濾餅；過過濾介質(zhì)）2.過濾基本方式式（濾餅過濾濾；深層過濾濾；膜過濾））3.過濾介質(zhì)（織織物介質(zhì)；堆堆積介質(zhì)；多多孔固體介質(zhì)質(zhì)；多孔膜））4.濾餅的可壓縮縮性及助濾劑劑5.過濾基本方程程式恒壓過濾方程程：或恒壓時：/q~q圖（五）過濾常常數(shù)的測定（（K和qe）logp~logK作圖求出壓縮縮指數(shù)s壓縮指數(shù)s的確定:例3-5，P108過濾設(shè)備三、過濾設(shè)備備以壓力差為推動動力：如板框壓濾機(jī)、葉濾機(jī)、回轉(zhuǎn)真空過濾濾機(jī)等；以離心力為推推動力：如各各種離心機(jī)。。（一）板框壓壓濾機(jī)1）板框壓濾濾機(jī)的構(gòu)造由許多塊帶凹凹凸紋路的濾板與濾框交替排列組裝裝于機(jī)而構(gòu)成成。板框壓濾機(jī)濾板和濾框多做成正方形形，角上均均開有小孔，組合后即構(gòu)構(gòu)成供濾漿和和洗滌水流通通的孔道。濾濾框的兩側(cè)覆覆以濾布，圍圍成容納濾漿漿及濾餅的空空間。濾板的作用：支持濾布和和提供濾液流流出的通道。。濾板洗滌板：非洗板：濾框：二鈕三鈕板一鈕板濾框的作用：提供濾漿流流入的通道和和收集濾渣。。濾板與濾框裝裝合方式：按鈕數(shù)以1-2-3-2-1-2-3-2的順序排列。。2）板框壓濾濾機(jī)的操作板框壓濾機(jī)為為間歇操作，每個操作循循環(huán)由裝合、、過濾、洗滌滌、卸餅、清清理5個階段段組成。懸浮液在指定壓強(qiáng)下下經(jīng)濾漿通路路由濾框角上上的孔道并行行進(jìn)入各個濾濾框。濾液分別穿過濾框框兩側(cè)的濾布布，沿濾板板板面的溝道至至濾液出口排排出顆粒被濾布截留而而沉積在濾布布上，待濾餅餅充滿全框后后，停止過濾濾。洗板板框壓濾機(jī)框非洗板洗板濾液流出懸浮液入口洗板板框壓濾機(jī)框非洗板洗板洗滌液流出洗滌液入口橫穿洗滌法：：洗滌時，先將洗滌板板上的濾液出出口關(guān)閉，，洗滌水經(jīng)洗洗水通路從洗洗滌半角上的的孔道并行進(jìn)進(jìn)入各個洗滌滌板的兩側(cè)。。特點(diǎn)：洗滌水穿過的的途徑正好是是過濾終了時時濾液穿過途途徑的二倍。洗滌液行程與與濾液相同。。洗滌面=過濾面置換洗滌：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制制造容易，設(shè)設(shè)備緊湊，過過濾面積大而而占地小，操操作壓強(qiáng)高，，濾餅含水少少，對各種物物料的適應(yīng)能能力強(qiáng)。缺點(diǎn)：間歇手工操作作，勞動強(qiáng)度度大，生產(chǎn)效效率低。葉濾機(jī)由許多多濾葉組成。。濾葉內(nèi)有空空間，外包濾濾布，將濾葉葉裝在密閉的的機(jī)殼內(nèi)，為為濾漿所浸沒沒。1）濾漿中的液液體在壓力作作用下穿過濾濾布進(jìn)入濾葉葉內(nèi)部，成為為濾液后從其其一端排出（過濾）。2）過濾完畢，，機(jī)殼內(nèi)改充充清水，使水水循著與濾液液相同的路徑徑通過濾餅進(jìn)進(jìn)行洗滌，故故為置換洗滌滌（洗滌滌）。3）最后后，濾濾餅可可用振振動器器使其其脫落落，或或用壓壓縮空空氣將將其吹吹下（卸渣渣）。濾葉可可以水平放放置也也可以以垂直直放置置，濾漿漿可用用泵壓入入也可可用真真空泵泵抽入入。2、加壓壓葉濾濾機(jī)優(yōu)點(diǎn):葉濾機(jī)機(jī)也是是間歇歇操作作設(shè)備備。它它具有有過濾濾推動動力大大，過過濾面面積大大，濾濾餅洗洗滌較較充分分等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)。。其產(chǎn)產(chǎn)生能能力比比壓濾濾機(jī)還還大，，而且且機(jī)械械化程程度高高，勞勞動力力較省省。缺點(diǎn):構(gòu)造較較為復(fù)復(fù)雜，，造價價較高高，粒粒度差差別較較大的的顆粒粒可能能分別別聚集集于不不同的的高度度，故故洗滌滌不均均勻。。2、轉(zhuǎn)筒筒真空空過濾濾機(jī)1）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒真真空過過濾機(jī)機(jī)的結(jié)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)筒真真空過過濾機(jī)機(jī)是工工業(yè)上上應(yīng)用用最廣廣的一一種連續(xù)操操作的的過濾濾設(shè)備備。設(shè)備的的主體體是一一個能能轉(zhuǎn)動動的水水平圓圓筒，，圓筒筒表面面有一一層金金屬網(wǎng)網(wǎng)，網(wǎng)網(wǎng)上覆覆蓋濾濾布，，筒的的下部部進(jìn)入入濾漿漿中，，圓筒筒沿徑徑向分分割成成若干干扇形形格，，每個個都有有單獨(dú)獨(dú)的孔孔道通通至分分配頭頭上。。圓筒筒轉(zhuǎn)動動時，，憑借借分配配頭的的作用用使這這些孔孔道依依次分分別與與真空空管及及壓縮縮空氣氣管相相通，，因而而在回回轉(zhuǎn)一一周的的過程程中每每個扇扇形格格表面面即可可順序序進(jìn)行行過濾濾、洗洗滌、、吸干干、吹吹松、、卸餅餅等項項操作作。2）分分配頭頭的結(jié)結(jié)構(gòu)及及工作作原理理分配頭頭由緊緊密貼貼合著著的轉(zhuǎn)動盤盤與固定盤盤構(gòu)成，，轉(zhuǎn)動動盤隨隨筒體體一起起旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，固固定盤盤內(nèi)側(cè)側(cè)面各各凹槽槽分別別與各各種不不同作作用的的管道道相通通。①當(dāng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動盤盤上的的某幾幾個小小孔與與固定定盤上上的凹凹槽2相對時時，這這幾個個小孔孔對應(yīng)應(yīng)的連連通管管及相相應(yīng)的的轉(zhuǎn)筒筒表面面與濾濾液真真空管管相連連，濾濾液便便可經(jīng)經(jīng)連通通管和和轉(zhuǎn)動動盤上上的小小孔被被吸入入真空空系統(tǒng)統(tǒng)；同同時濾濾餅沉沉積于于濾布布的外外表面面上。。此為過過濾。②轉(zhuǎn)動動盤轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)到使使這幾幾個小小孔與與凹槽槽3相對時時，這這幾個個小孔孔對應(yīng)應(yīng)的連連通管管及相相應(yīng)的的轉(zhuǎn)筒筒表面面與洗洗水真真空管管相連連，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒上上方噴噴灑的的洗水水被從從外表表面吸吸入連連通管管中，，經(jīng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動盤盤上的的小孔孔被送送入真真空系系統(tǒng)。。此為為洗洗滌滌、、吸吸干干。③當(dāng)當(dāng)這這些些小小孔孔凹凹槽槽4相對對時時，，這這幾幾個個小小孔孔對對應(yīng)應(yīng)的的連連通通管管及及相相應(yīng)應(yīng)的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒筒表表面面與與壓壓縮縮空空氣氣吹吹氣氣相相連連，，壓壓縮縮空空氣氣經(jīng)經(jīng)連連通通管管從從內(nèi)內(nèi)向向外外吹吹向向濾濾餅餅，，此為為吹吹松松。。④隨隨著著轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒筒的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動，，這這些些小小孔孔對對應(yīng)應(yīng)表表面面上上的的濾濾餅餅又又與與刮刮刀刀相相遇遇，，被被刮刮下下。。此為為卸卸渣渣。。繼續(xù)續(xù)旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，，這這些些小小孔孔對對應(yīng)應(yīng)的的又又重重新新浸浸入入濾濾漿漿中中，，這這些些小小孔孔又又與與固固定定盤盤上上的的凹凹槽槽2相對對，，又又重重新新開開始始一一個個操操作作循循環(huán)環(huán)。。⑤每每當(dāng)當(dāng)小小孔孔與與固固定定盤盤兩兩凹凹槽槽之之間間的的空空白白位位置置（（與與外外界界不不相相通通的的部部分分））相相遇遇時時，，則則轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒筒表表面面與與之之相相對對應(yīng)應(yīng)的的段段停停止止工工作作，，以以便便從從一一個個操操作作區(qū)區(qū)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向另另一一操操作作區(qū)區(qū)，，不不致致使使兩兩區(qū)區(qū)相相互互串串通通。。轉(zhuǎn)筒的過濾面面積一般為5～40m2，浸沒部分占總總面積的30%～40%。轉(zhuǎn)速可在一一定范圍內(nèi)調(diào)調(diào)整，通常為為0.1～3r/min。濾餅厚度一般般保持在40mm以內(nèi)，轉(zhuǎn)筒過過濾機(jī)所得濾濾餅中的液體體含量很少低低于10%，，常可達(dá)30%左右。優(yōu)點(diǎn)：能連續(xù)自動操操作，省人力力，生產(chǎn)能力力大，適用于于處理易含過過濾顆粒的濃濃懸浮液。缺點(diǎn)：附屬設(shè)備較多多，投資費(fèi)用用高，過濾面面積不大。過過濾推動力有有限，不易過過濾高溫的懸懸浮液。四、濾餅洗滌滌洗滌速率：特點(diǎn)：洗滌時推動力力、阻力不變變，洗滌速度度為常數(shù)。濾餅洗滌的目目的：為了回收濾餅餅里存留的濾濾液，或者凈凈化構(gòu)成濾餅餅顆粒。單位時間內(nèi)消消耗的洗水容容積洗滌時間：洗滌液量洗滌速率與過過濾終了時的的過濾速率有有關(guān)，這個關(guān)關(guān)系取決于濾濾液設(shè)備上采采用的洗滌方式。葉濾機(jī)采用的的置換洗滌法，洗水與過濾濾終了時的濾濾液流過的路路徑就完全相相同。當(dāng)操作作壓強(qiáng)強(qiáng)差和和洗水水與濾濾液粘粘度相相同時時橫穿洗洗滌法法：洗水橫橫穿兩兩層濾濾布及及整個個厚度度的濾濾餅，，流徑徑長度度約為為過濾濾終了了時濾濾液流流動的的兩倍倍。而而供洗洗水流流通的的面積積僅為為過濾濾面積積的一一半。當(dāng)操作作壓強(qiáng)強(qiáng)差和和洗水水與濾濾液粘粘度相相同時時當(dāng)洗水水粘度度、洗洗水表表壓與與濾液液粘度度、過過濾壓壓強(qiáng)差差有明明顯差差異時時，所所需的的過濾濾時間間可進(jìn)進(jìn)行校校正。。過濾機(jī)機(jī)的生生產(chǎn)能能力：：單位時時間的的濾液液體積積或濾濾渣體體積，，m3/s1、間間歇過過濾機(jī)機(jī)的計計算一個操操作周周期時時間為為：生產(chǎn)能能力為為：