第三章

非均相物系分離一、重力沉降1、球形顆粒的自由沉降2、阻力系數(shù)3、影響沉降速度的因素4、沉降速度的計(jì)算5、分級(jí)沉降二、降塵室1、降塵室的結(jié)構(gòu)2、降塵室的生產(chǎn)能力第一節(jié)

沉降分離2022/12/19第三章

非均相物系分離一、重力沉降第一節(jié)

沉降分離201混合物

均相混合物

非均相混合物

物系內(nèi)部各處物料性質(zhì)均勻而且不存在相界面的混合物。

例如：互溶溶液、混合氣體

物系內(nèi)部有隔開(kāi)兩相的界面存在且界面兩側(cè)的物料性質(zhì)截然不同的混合物。例如固體顆粒和氣體構(gòu)成的含塵氣體固體顆粒和液體構(gòu)成的懸浮液

不互溶液體構(gòu)成的乳濁液

液體顆粒和氣體構(gòu)成的含霧氣體2022/12/19混合物均相混合物非均相混合物物系內(nèi)部各處物料性質(zhì)均勻而2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(jī)械分離

沉降

過(guò)濾

不同的物理性質(zhì)

連續(xù)相與分散相發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式

分散相和連續(xù)相

2022/12/19非均相物系分散相處于分散狀態(tài)的物質(zhì)連續(xù)相包圍3

一、重力沉降

沉降:在某種力場(chǎng)中利用分散相和連續(xù)相之間的密度差異

，使之發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)分離的操作過(guò)程。

作用力

重力

慣性離心力

重力沉降離心沉降

1、沉降速度

1）球形顆粒的自由沉降設(shè)顆粒的密度為ρs，直徑為d，流體的密度為ρ，

2022/12/19一、重力沉降沉降:在某種力場(chǎng)中利4重力

浮力

而阻力隨著顆粒與流體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度而變，可仿照流體流動(dòng)阻力的計(jì)算式寫(xiě)為：2022/12/19重力浮力而阻力隨著顆粒與流體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度而變5(顆粒開(kāi)始沉降的瞬間，速度u=0，因此阻力Fd=0，a→max

顆粒開(kāi)始沉降后，u↑→Fd

↑；u→ut

時(shí)，a=0。等速階段中顆粒相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度ut

稱為沉降速度。當(dāng)a=0時(shí)，u=ut，代入（a）式——沉降速度表達(dá)式（a）2022/12/19(顆粒開(kāi)始沉降的瞬間，速度u=0，因此阻力Fd=0，a→ma62、阻力系數(shù)ξ

通過(guò)因次分析法得知，ξ值是顆粒與流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù)Ret的函數(shù)。對(duì)于球形顆粒的曲線，按Ret值大致分為三個(gè)區(qū)：

a)滯流區(qū)或托斯克斯(stokes)定律區(qū)（10–4＜Ret≤2）

——斯托克斯公式2022/12/192、阻力系數(shù)ξ——斯托克斯公式2022/12/1772022/12/192022/12/178——艾倫公式

c)滯流區(qū)或牛頓定律區(qū)（Nuton）（500＜Ret

≤2×105）

——牛頓公式

b)過(guò)渡區(qū)或艾倫定律區(qū)（Allen）（2＜Ret≤500）

2022/12/19——艾倫公式c)滯流區(qū)或牛頓定律區(qū)（Nuton）93、影響沉降速度的因素

1）顆粒的體積濃度

干擾沉降：顆粒之間距離小，沉降時(shí)受其他顆粒影響的沉降在各種沉降速度關(guān)系式中，當(dāng)顆粒的體積濃度小于0.2%時(shí)，理論計(jì)算值的偏差在1%以內(nèi)，但當(dāng)顆粒濃度較高時(shí)，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。2022/12/193、影響沉降速度的因素2022/12/17103）顆粒形狀的影響球形度對(duì)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。2）器壁效應(yīng)器壁效應(yīng)：顆?？拷鞅诔两禃r(shí)，由于受到器壁的作用，沉降速度要比自由沉降小，這種影響稱為干擾沉降。當(dāng)器壁尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于顆粒尺寸時(shí)，（例如在100倍以上）容器效應(yīng)可忽略，否則需加以考慮。2022/12/193）顆粒形狀的影響球形度對(duì)于球形顆粒，φs=1，2）器壁效應(yīng)11對(duì)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(duì)應(yīng)于同一Ret值的阻力系數(shù)ξ愈大；

φs值對(duì)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。2022/12/19對(duì)于非球形顆粒：顆粒的球形度愈小，對(duì)應(yīng)于同一Ret值124、沉降速度的計(jì)算

1）試差法

假設(shè)沉降屬于層流區(qū)

方法ut

Ret

Ret≤2ut為所求Ret＞2

艾倫公式求ut判斷……公式適用為止2)摩擦數(shù)群法

由得2022/12/194、沉降速度的計(jì)算假設(shè)沉降屬于層流區(qū)方法utRetR13令

因ξ是Ret的函數(shù)，ξRet2必然也是Ret的函數(shù)，ξ～Ret曲線便可轉(zhuǎn)化成ξRet2～Ret曲線。

計(jì)算ut：先由已知數(shù)據(jù)算出ξRet2的值，再由ξRet2～Ret曲線查得Ret值，最后由Ret反算ut。2022/12/19令因ξ是Ret的函數(shù)，ξRet2必然也是Ret142022/12/192022/12/1715計(jì)算顆粒的直徑d：令ξ與Ret-1相乘，

將ξRet-1～Ret關(guān)系繪成曲線，由ξRet-1值查得Ret的值；判別流型

再根據(jù)沉降速度ut值計(jì)算d。2022/12/19計(jì)算顆粒的直徑d：將ξRet-1～Ret關(guān)系繪成曲線16

由附錄查得：20℃時(shí)水的密度為998.2kg/m3,μ=1.005×10-3Pa.s例：試計(jì)算直徑為95μm，密度為3000kg/m3的固體顆粒分別在20℃的空氣和水中的自由沉降速度。解：1）在20℃水中的沉降

用試差法計(jì)算先假設(shè)顆粒在滯流區(qū)內(nèi)沉降：2022/12/19由附錄查得：2017核算流型

原假設(shè)滯流區(qū)正確，求得的沉降速度有效。2）20℃的空氣中的沉降速度

用摩擦數(shù)群法計(jì)算20℃空氣：ρ=⒈205kg/m3，μ=⒈81×10-5Pa.s

根據(jù)無(wú)因次數(shù)K值判別顆粒沉降的流型

2022/12/19核算流型原假設(shè)滯流區(qū)正確，求得的沉降速度有效。2）20℃182.61＜K<69.1，沉降在過(guò)渡區(qū)。用艾倫公式計(jì)算沉降速度。

5、分級(jí)沉降

含有兩種直徑不同或密度不同的混合物，也可用沉降方法加以分離。

2022/12/192.61＜K<69.1，沉降在過(guò)渡區(qū)。用艾倫公式計(jì)算沉降速度19

例：本題附圖所示為一雙錐分級(jí)器，利用它可將粒子密度不同或尺寸不同的混合物分開(kāi)?；旌狭Ｗ佑缮喜考尤?，水經(jīng)可調(diào)錐與外壁的環(huán)形間隙向上流過(guò)。沉降速度大于水在環(huán)隙處上升流速的顆粒進(jìn)入底流，而沉降速度小于該流速的顆粒則被溢流帶出。2022/12/19例：本題附圖所示2022/12/1720利用此雙錐分級(jí)器對(duì)方鉛礦與石英兩種粒子混合物分離。已知：粒子形狀正方體粒子尺寸棱長(zhǎng)為0.08~0.7mm方鉛礦密度ρs1=7500kg/m3石英密度ρs2=2650kg/m320℃水的密度和粘度ρ=998.2kg/m3

μ=1.005×10-3Pa·s假定粒子在上升水流中作自由沉降，試求：1）欲得純方鉛礦粒，水的上升流速至少應(yīng)取多少m/s？2）所得純方鉛礦粒的尺寸范圍。2022/12/19利用此雙錐分級(jí)器對(duì)方鉛礦與石英兩種粒子混合物分離。2022/21解：1)水的上升流速為了得到純方鉛礦粒，應(yīng)使全部石英粒子被溢流帶出，

按最大石英粒子的自由沉降速度決定水的上升流速。對(duì)于正方體顆粒，先算出其當(dāng)量直徑和球形度。設(shè)l代表棱長(zhǎng)，Vp代表一個(gè)顆粒的體積。2022/12/19解：1)水的上升流速2022/12/1722用摩擦數(shù)群法求最大石英粒子的沉降速度φs=0.806，查圖3-3的，Ret=60，則：2022/12/19用摩擦數(shù)群法求最大石英粒子的沉降速度φs=0.806，查圖3232）純方鉛礦的尺寸范圍純方鉛礦粒尺寸最小的沉降速度應(yīng)等于0.0696m/s,

用摩擦數(shù)群法計(jì)算該粒子的當(dāng)量直徑。φs=0.806，查圖3-3的，Ret=22，則：2022/12/192）純方鉛礦的尺寸范圍φs=0.806，查圖3-3的，Ret24與此當(dāng)量直徑相對(duì)應(yīng)的正方體的棱長(zhǎng)為：所得方鉛礦的棱長(zhǎng)范圍為0.2565~0.7mm。2022/12/19與此當(dāng)量直徑相對(duì)應(yīng)的正方體的棱長(zhǎng)為：所得方鉛礦的棱長(zhǎng)范圍為025二、降塵室1、降塵室的結(jié)構(gòu)2、降塵室的生產(chǎn)能力

降塵室的生產(chǎn)能力是指降塵室所處理的含塵氣體的體積流量，用Vs表示，m3/s。2022/12/19二、降塵室1、降塵室的結(jié)構(gòu)2、降塵室的生產(chǎn)能力2022/126降塵室內(nèi)的顆粒運(yùn)動(dòng)以速度u隨氣體流動(dòng)以速度ut作沉降運(yùn)動(dòng)2022/12/19降塵室內(nèi)的顆272022/12/192022/12/1728顆粒在降塵室的停留時(shí)間

顆粒沉降到室底所需的時(shí)間

為了滿足除塵要求

——降塵室使顆粒沉降的條件——降塵室的生產(chǎn)能力

降塵室的生產(chǎn)能力只與降塵室的沉降面積bl和顆粒的沉降速度ut有關(guān)，而與降塵室的高度無(wú)關(guān)。

2022/12/19顆粒在降塵室的停留時(shí)間顆粒沉降到室底所需的時(shí)間293、降塵室的計(jì)算

降塵室的計(jì)算

設(shè)計(jì)型操作型已知?dú)怏w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(shí)，計(jì)算:

可以完全除掉的最小顆粒的尺寸

要求完全除去直徑dp的塵粒時(shí)所能處理的氣體流量2022/12/193、降塵室的計(jì)算降塵室的計(jì)算設(shè)計(jì)型操作型已知?dú)怏w處理量和30

例：擬采用降塵室除去常壓爐氣中的球形塵粒。降塵室的寬和長(zhǎng)分別為2m和6m,氣體處理量為1m3/s(標(biāo))，爐氣溫度為427℃，相應(yīng)的密度ρ=0.5kg/m3，粘度μ=3.4×10-5Pa.s，固體密度ρS=400kg/m3,操作條件下，規(guī)定氣體速度不大于0.5m/s，試求：1．降塵室的總高度H，m；2．理論上能完全分離下來(lái)的最小顆粒尺寸；3.粒徑為40μm的顆粒的回收百分率；4.欲使粒徑為10μm的顆粒完全分離下來(lái)，需在降降塵室內(nèi)設(shè)置幾層水平隔板？

2022/12/19例：擬采用降塵室除去常壓爐氣中的球形塵粒。降塵室的寬和長(zhǎng)分31解：1）降塵室的總高度H2）理論上能完全除去的最小顆粒尺寸

用試差法由ut求dmin。假設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)2022/12/19解：1）降塵室的總高度H2）理論上能完全除去的最小顆粒尺32核算沉降流型

∴原假設(shè)正確

3、粒徑為40μm的顆粒的回收百分率粒徑為40μm的顆粒定在滯流區(qū)，其沉降速度

2022/12/19核算沉降流型∴原假設(shè)正確2022/12/1733氣體通過(guò)降沉室的時(shí)間為：直徑為40μm的顆粒在12s內(nèi)的沉降高度為：

假設(shè)顆粒在降塵室入口處的爐氣中是均勻分布的，則顆粒在降塵室內(nèi)的沉降高度與降塵室高度之比約等于該尺寸顆粒被分離下來(lái)的百分率。直徑為40μm的顆粒被回收的百分率為：

2022/12/19氣體通過(guò)降沉室的時(shí)間為：直徑為40μm的顆粒在12s內(nèi)的沉344、水平隔板層數(shù)

由需要完全除去的最小粒徑求沉降速度，

由生產(chǎn)能力和底面積求得多層降塵室的水平隔板層數(shù)。粒徑為10μm的顆粒的沉降必在滯流區(qū)，

取33層

板間距為

2022/12/194、水平隔板層數(shù)取33層板間距為2022/12/1735第三章

非均相物系分離一、離心沉降速度二、旋風(fēng)分離器操作原理三、旋風(fēng)分離器的性能四、旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)型式與選用第二節(jié)

離心沉降2022/12/19第三章

非均相物系分離一、離心沉降速度第二節(jié)

離心沉降36重力場(chǎng)離心力場(chǎng)力場(chǎng)強(qiáng)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

2022/12/19重力場(chǎng)離心力場(chǎng)力場(chǎng)強(qiáng)度重力加速度gut2/R方向指向地心37一、離心沉降速度1、離心沉降速度ur慣性離心力=浮力=阻力=

三力達(dá)到平衡，則：2022/12/19一、離心沉降速度1、離心沉降速度ur慣性離心力=浮力=阻力=38平衡時(shí)顆粒在徑向上相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度ur便是此位置上的離心沉降速度。2、離心沉降速度與重力沉降速度的比較

表達(dá)式：重力沉降速度公式中的重力加速度改為離心加速度數(shù)值：重力沉降速度為顆粒運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)速度，基本上為定值離心沉降速度為絕對(duì)速度在徑向上的分量，隨顆粒在離心力場(chǎng)中的位置而變。

2022/12/19平衡時(shí)顆粒在徑向上相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度ur便是此39阻力系數(shù)：層流時(shí)同一顆粒在同一種介質(zhì)中的離心沉降速度與重力沉降速度的比值為：比值Kc就是粒子所在位置上的慣性離心力場(chǎng)強(qiáng)度與重力場(chǎng)強(qiáng)度之比稱為離心分離因數(shù)。例如；當(dāng)旋轉(zhuǎn)半徑R=0.4m，切向速度uT=20m/s時(shí)，求分離因數(shù)。2022/12/19阻力系數(shù)：層流時(shí)同一顆粒在同一種介質(zhì)中的離40二、旋風(fēng)分離器的操作原理2022/12/19二、旋風(fēng)分離器的操作原理2022/12/17412022/12/192022/12/1742三、旋風(fēng)分離器的性能

旋風(fēng)分離器性能的主要操作參數(shù)為氣體處理量，分離效率和氣體通過(guò)旋風(fēng)分離器的壓強(qiáng)降。1、氣體處理量

旋風(fēng)分離器的處理量由入口的氣速?zèng)Q定，入口氣體流量是旋風(fēng)分離器最主要的操作參數(shù)。一般入口氣速ui在15～25m/s。旋風(fēng)分離器的處理量

2022/12/19三、旋風(fēng)分離器的性能旋風(fēng)分離器性能的主要操432、臨界粒徑

判斷旋風(fēng)分離器分離效率高低的重要依據(jù)是臨界粒徑。臨界粒徑：

理論上在旋風(fēng)分離器中能完全分離下來(lái)的最小顆粒直徑。1）臨界粒徑的計(jì)算式a)進(jìn)入旋風(fēng)分離器的氣流嚴(yán)格按照螺旋形路線作等速運(yùn)動(dòng)，且切線速度恒定，等于進(jìn)口氣速ut=ui；

b)

顆粒沉降過(guò)程中所穿過(guò)的氣流厚度為進(jìn)氣口寬度B表示c)

顆粒在滯流情況下做自由沉降，徑向速度可用

2022/12/192、臨界粒徑理論上在44∵ρ<<ρS，故ρ可略去，而旋轉(zhuǎn)半徑R可取平均值Rm，并用進(jìn)口速度ui代替ut。氣流中顆粒的離心沉降速度為：顆粒到達(dá)器壁所需要的時(shí)間：停留時(shí)間為：對(duì)某尺寸的顆粒所需的沉降時(shí)間θt恰好等于停留時(shí)間θ，該顆粒就是理論上能被完全分離下來(lái)的最小顆粒，用dc表示這種顆粒的直徑，即臨界粒徑。2022/12/19∵ρ<<ρS，故ρ可略去，而旋轉(zhuǎn)半徑R可取平均值Rm，并用進(jìn)45——臨界粒徑的表達(dá)式

2）臨界粒徑的影響因素

a)由，知即臨界粒徑隨分離器尺寸的增大而增大。分離效率隨分離器尺寸的增大而減小。

b)入口氣速ui愈大，dc愈小，效率愈高。2022/12/19——臨界粒徑的表達(dá)式2）臨界粒徑的影響因素a)由，知463、分離效率

分離效率總效率ηo

進(jìn)入旋風(fēng)分離器的全部粉塵中被分離下來(lái)的粉塵的質(zhì)量分率粒級(jí)效率ηpi

進(jìn)入旋風(fēng)分離器的粒徑為di的顆粒被分離下來(lái)的質(zhì)量分率2022/12/193、分離效率分離效率總效率ηo進(jìn)入旋風(fēng)分離器的全部粉塵47粒級(jí)效率ηpi與顆粒直徑di的對(duì)應(yīng)關(guān)系可通過(guò)實(shí)測(cè)得到，稱為粒級(jí)效率曲線。如圖，臨界粒徑約為10μm。理論上，凡直徑大于10μm的顆粒，其粒級(jí)效率都應(yīng)為100%而小于10μm的顆粒，粒級(jí)效率都應(yīng)為零，圖中折線obcd。2022/12/19粒級(jí)效率ηpi與顆粒直徑di的對(duì)應(yīng)關(guān)系可通過(guò)實(shí)測(cè)48實(shí)測(cè)的粒級(jí)效率曲線，直徑小于10μm的顆粒，也有可觀的分離效果，而直徑大于dc的顆粒，還有部分未被分離下來(lái)直徑小于dc的顆粒中有些在旋風(fēng)分離器進(jìn)口處已很靠近壁面，在停留時(shí)間內(nèi)能夠達(dá)到壁面上有些在器內(nèi)聚結(jié)成了大的顆粒，因而具有較大的沉降速度直徑大于dc的顆粒氣體渦流的影響，可能沒(méi)達(dá)到器壁。即使沉到器壁也會(huì)被重新?lián)P起2022/12/19實(shí)測(cè)的粒級(jí)效率曲線，直徑小于10μm的顆粒，也有可觀的分離效49有時(shí)也把旋風(fēng)分離器的粒級(jí)效率標(biāo)繪成d/d50的函數(shù)曲線，d50為粒級(jí)效率為50%的顆粒直徑，稱為分割粒徑。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器2022/12/19有時(shí)也把旋風(fēng)分離器的粒級(jí)效率標(biāo)繪成d/d50的函數(shù)曲線，20504、壓強(qiáng)降氣體通過(guò)旋風(fēng)分離器時(shí)，由于進(jìn)氣管、排氣管及主體器壁所引起的摩擦阻力，氣體流動(dòng)時(shí)的局部阻力以及氣體旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的動(dòng)能損失造成了氣體的壓強(qiáng)降，對(duì)型式不同或尺寸比例不同的設(shè)備ξc的值也不同，要通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器ξc=8.0。旋風(fēng)分離器的壓降一般在300～2000Pa內(nèi)。2022/12/194、壓強(qiáng)降氣體通過(guò)旋風(fēng)分離器時(shí)，由于進(jìn)氣管、排氣管及主體器壁51第三章

非均相物系分離一、過(guò)濾操作的基本概念二、過(guò)濾基本方程式三、恒壓過(guò)濾四、過(guò)濾常數(shù)的測(cè)定五、過(guò)濾設(shè)備六、濾餅的洗滌七、過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力第三節(jié)

過(guò)濾2022/12/19第三章

非均相物系分離一、過(guò)濾操作的基本概念第三節(jié)

過(guò)52一、過(guò)濾操作的基本概念1、過(guò)濾的概念過(guò)濾利用能讓液體通過(guò)而截留固體顆粒的多孔介質(zhì)（過(guò)濾介質(zhì)），使懸浮液中固液得到分離的單元操作。過(guò)濾操作中所處理的懸浮液濾漿

通過(guò)多孔介質(zhì)的液體

濾液

被截留住的固體物質(zhì)

濾渣（濾餅）

實(shí)現(xiàn)過(guò)濾操作的外力有重力、壓力、離心力，化工中應(yīng)用最多的是壓力過(guò)濾。2022/12/19一、過(guò)濾操作的基本概念1、過(guò)濾的概念利用能讓液體53

2、過(guò)濾方式過(guò)濾

深層過(guò)濾

濾餅過(guò)濾

固體顆粒的沉積發(fā)生在較厚的粒狀過(guò)濾介質(zhì)床層內(nèi)部，懸浮液中的顆粒直徑小于床層直徑，當(dāng)顆粒隨流體在床層的曲折孔邊穿過(guò)時(shí)，便粘附在過(guò)濾介質(zhì)上。適用于懸浮液中顆粒甚小且含量甚微（固相體積分率在0.1%以下）的場(chǎng)合

固體顆粒成餅層狀沉積于過(guò)濾介質(zhì)表面，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。

2022/12/192、過(guò)濾方式過(guò)濾深層過(guò)濾濾餅過(guò)濾固體543、過(guò)濾介質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)是濾餅的支承物，應(yīng)具有下列條件：a)多孔性，孔道適當(dāng)?shù)男?，?duì)流體的阻力小，又能截住要分離的顆粒。

b)物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐熱，耐化學(xué)腐蝕。

c)足夠的機(jī)械強(qiáng)度，使用壽命長(zhǎng)

d)價(jià)格便宜工業(yè)常用的過(guò)濾介質(zhì)主要有

a)

織物介質(zhì)：又稱濾布，包括有棉、毛、絲等天然纖維，玻璃絲和各種合成纖維制成的織物，以及金屬絲織成的網(wǎng)能截留的粒徑的范圍較寬，從幾十μm到1μm。2022/12/193、過(guò)濾介質(zhì)2022/12/1755優(yōu)點(diǎn)：織物介質(zhì)薄，阻力小，清洗與更新方便，價(jià)格比較便宜，是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的過(guò)濾介質(zhì)。b)多孔固體介質(zhì)：如素?zé)沾?，燒結(jié)金屬．塑料細(xì)粉粘成的多孔塑料，棉花餅等這類介質(zhì)較厚，孔道細(xì)，阻力大，能截留1～3μm的顆粒。c)

堆積介質(zhì)：由各種固體顆粒（砂、木炭、石棉粉等）或非編織的纖維（玻璃棉等）堆積而成，層較厚。d)多孔膜：由高分子材料制成，膜很薄（幾十μm到200μm），孔很小，可以分離小到0.05μm的顆粒,應(yīng)用多孔膜的過(guò)濾有超濾和微濾。2022/12/19優(yōu)點(diǎn)：織物介質(zhì)薄，阻力小，清洗與更新方便，價(jià)格比較便宜，是工564、助濾劑濾餅不可壓縮濾餅:

顆粒有一定的剛性，所形成的濾餅并不因所受的壓力差而變形可壓縮濾餅:

顆粒比較軟，所形成的濾餅在壓差的作用下變形，使濾餅中的流動(dòng)通道變小，阻力增大。加入助濾劑可減少可壓縮濾餅的流動(dòng)阻力加入方法預(yù)涂

將助濾劑混在濾漿中一起過(guò)濾

用助濾劑配成懸浮液，在正式過(guò)濾前用它進(jìn)行過(guò)濾，在過(guò)濾介質(zhì)上形成一層由助濾劑組成的濾餅。2022/12/194、助濾劑濾餅不可壓縮濾餅:顆粒有一定的剛性，所形成的濾57二、過(guò)濾基本方程式1、濾液通過(guò)餅層的流動(dòng)

空隙率:單位體積床層中的空隙體積，用ε表示。

ε=空隙體積/床層體積m3/m3顆粒比表面積：?jiǎn)挝惑w積顆粒所具有的表面積，用a表示。

a=顆粒表面/顆粒體積

de=4×水力半徑=4×流通截面積/潤(rùn)濕周邊顆粒床層的當(dāng)量直徑可寫(xiě)為：2022/12/19二、過(guò)濾基本方程式1、濾液通過(guò)餅層的流動(dòng)2022/12/158de=4×流通截面積×流道長(zhǎng)度∕潤(rùn)濕周邊長(zhǎng)度×流道長(zhǎng)度de=4×

流道容積∕流道表面積取面積為1m2厚度為1m的濾餅考慮：床層體積＝1×1＝1m3

流道容積＝1×ε＝εm3

流道表面積＝顆粒體積×顆粒比表面＝（1－ε）am2所以床層的當(dāng)量直徑為：濾液通過(guò)餅層的流動(dòng)常屬于滯流流型，(1)2022/12/19de=4×流通截面積×流道長(zhǎng)度∕潤(rùn)濕周邊長(zhǎng)度×流道長(zhǎng)度濾液59濾液通過(guò)餅床層的流速與壓強(qiáng)降的關(guān)系為：（2）在與過(guò)濾介質(zhì)層相垂直的方向上床層空隙中的濾液流速u1與按整個(gè)床層截面積計(jì)算的濾液平均流速u之間的關(guān)系為：（3）將（1）、（3）代入（2）并寫(xiě)成等式2022/12/19濾液通過(guò)餅床層的流速與壓強(qiáng)降的關(guān)系為：（2）在與過(guò)濾60比例常數(shù)K0與濾餅的空隙率、粒子形狀、排列及粒度范圍等因素有關(guān)?！^(guò)濾速度表達(dá)式2、過(guò)濾速率

過(guò)濾速率過(guò)濾速度單位時(shí)間通過(guò)單位過(guò)濾面積的濾液體積單位時(shí)間獲得的濾液體積稱為過(guò)濾速率

定義表達(dá)式2022/12/19比例常數(shù)K0與濾餅的空隙率、粒子形狀、排列及粒度范圍613、濾餅的阻力

令——濾餅的比阻，1/m2

(4)令——濾餅阻力（5）速度＝推動(dòng)力∕阻力2022/12/193、濾餅的阻力令——濾餅的比阻，1/m2(4)令——62由R＝rL可知，比阻r是單位厚度濾餅的阻力，數(shù)值上等于粘度為1Pa.s的濾液以1m/s的平均流速通過(guò)厚度為1m的濾餅層時(shí)，所產(chǎn)生的壓強(qiáng)降。反映了顆粒形狀、尺寸及床層空隙率對(duì)濾液流動(dòng)的影響床層空隙率ε愈小及顆粒比表面積α愈大，則床層愈致密，對(duì)流體流動(dòng)的阻滯作用也愈大。4、過(guò)濾介質(zhì)的阻力

過(guò)濾介質(zhì)的阻力也與其厚度及本身的致密程度有關(guān)，通常把過(guò)濾介質(zhì)的阻力視為常數(shù)。2022/12/19由R＝rL可知，比阻r是單位厚度濾餅的阻力，202263濾液穿過(guò)過(guò)濾介質(zhì)層的速度關(guān)系式：式中：ΔP=ΔPC+ΔPm，代表濾餅與濾布兩側(cè)的總壓強(qiáng)降，稱為過(guò)濾壓強(qiáng)差。也稱為過(guò)濾設(shè)備的表壓強(qiáng)?？捎脼V液通過(guò)串聯(lián)的濾餅與濾布的總壓強(qiáng)降來(lái)表示過(guò)濾推動(dòng)力，用兩層的阻力之和來(lái)表示總阻力。(6)2022/12/19濾液穿過(guò)過(guò)濾介質(zhì)層的速度關(guān)系式：式中：ΔP=ΔP64設(shè)想以一層厚度為L(zhǎng)e的濾餅來(lái)代替濾布，故（6）式可寫(xiě)為式中：Le——過(guò)濾介質(zhì)的當(dāng)量濾餅厚度，或稱為虛擬濾餅厚度，m在一定的操作條件下，以一定介質(zhì)過(guò)濾一定懸浮液時(shí)，Le為定值，但同一介質(zhì)在不同的過(guò)濾操作中，Le值不同。2022/12/19設(shè)想以一層厚度為L(zhǎng)e的濾餅來(lái)代替濾布，故（6）式可寫(xiě)為式655、過(guò)濾基本方程式濾餅厚度L與當(dāng)時(shí)已經(jīng)獲得的濾液體積V之間的關(guān)系為：c——濾餅體積與相應(yīng)的濾液體積之比，無(wú)因次，m3/m3。同理：Ve——過(guò)濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液體積，或稱虛擬濾液體積，m3在一定的操作條件下，以一定介質(zhì)過(guò)濾一定的懸浮液時(shí)，Ve為定值，但同一介質(zhì)在不同的過(guò)濾操作中，Ve值不同。2022/12/195、過(guò)濾基本方程式c——濾餅體積與相應(yīng)的濾液體積之比，無(wú)因次66（7）式就可以寫(xiě)成——過(guò)濾速率的一般關(guān)系式

可壓縮濾餅的情況比較復(fù)雜，它的比阻是兩側(cè)壓強(qiáng)差的函數(shù)，

s——濾餅的壓縮性指數(shù)，無(wú)因次。s=0～1,對(duì)于不可壓縮濾餅，s=0。2022/12/19（7）式就可以寫(xiě)成——過(guò)濾速率的一般關(guān)系式可壓縮濾餅的67對(duì)于可壓縮濾餅，過(guò)濾速率——過(guò)濾基本方程式適用于可壓縮濾餅及不可壓縮濾餅。對(duì)于不可壓縮濾餅，s=0。2022/12/19對(duì)于可壓縮濾餅，過(guò)濾速率——過(guò)濾基本方程式適用于可壓縮濾68三、恒壓過(guò)濾

恒壓過(guò)濾：在恒定壓強(qiáng)差下進(jìn)行的過(guò)濾操作。恒壓過(guò)濾時(shí)，濾餅不斷變厚致使阻力逐漸增加。但推動(dòng)力ΔP恒定，過(guò)濾速率逐漸變小。對(duì)于一定的懸浮液，μ,r’及c均可視為常數(shù)。令k——表征過(guò)濾物料特性的常數(shù)，（m4/N.s）。則過(guò)濾速率變?yōu)椋?022/12/19三、恒壓過(guò)濾恒壓過(guò)濾：在恒定壓強(qiáng)差下進(jìn)行的過(guò)濾操作69積分得：假定獲得體積為Ve濾液所需的虛擬過(guò)濾時(shí)間為θe,則積分的邊界條件為：過(guò)濾時(shí)間濾液體積

0→θe

0→Veθe→θ+θeVe→V+Ve2022/12/19積分得：假定獲得體積為Ve濾液所需的虛擬過(guò)濾時(shí)間為θe,則70積分兩式，并令K=2kΔP1-s

兩式相加，得：——恒壓過(guò)濾方程式

表明：恒壓過(guò)濾時(shí)，濾液體積與過(guò)濾時(shí)間的關(guān)系為拋物線方程當(dāng)介質(zhì)阻力可以忽略時(shí)，Ve=0，θe=0，過(guò)濾方程式則變?yōu)榱?022/12/19積分兩式，并令K=2kΔP1-s兩式相加，得：——恒壓過(guò)71——恒壓過(guò)濾方程K——過(guò)濾常數(shù)

由物料特性及過(guò)濾壓強(qiáng)差所決定，m2/sθe和qe——

介質(zhì)常數(shù)

反映過(guò)濾介質(zhì)阻力大小，s及m3/m2

當(dāng)介質(zhì)阻力可以忽略時(shí)，2022/12/19——恒壓過(guò)濾方程K——過(guò)濾常數(shù)由物料特性及過(guò)濾壓強(qiáng)差所決72例：過(guò)濾一種固體顆體積分?jǐn)?shù)為0.1的懸浮液,濾餅含水的體積分?jǐn)?shù)為0.5,顆粒不可壓縮,經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定濾餅比阻為1.3×1011m-2,水的粘度為1.0×10-3Pa.s。在壓強(qiáng)差恒為9.8×104Pa的條件下過(guò)濾,假設(shè)濾布阻力可以忽略,試求：1）每m2過(guò)濾面積上獲得1.5m3濾液所需的過(guò)濾時(shí)間。2）如將此過(guò)濾時(shí)間延長(zhǎng)一倍,可再得濾液多少？解：1）過(guò)濾時(shí)間2022/12/19例：過(guò)濾一種固體顆體積分?jǐn)?shù)為0.1的懸浮液,濾餅含水的體積分73∵濾布阻力可忽略2)求過(guò)濾時(shí)間加倍時(shí)的濾液量2022/12/19∵濾布阻力可忽略2)求過(guò)濾時(shí)間加倍時(shí)的濾液量2022/1274四、過(guò)濾常數(shù)的測(cè)定

1、恒壓下K、qe、θe的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)原理：

由恒壓過(guò)濾方程微分對(duì)于一定恒壓下過(guò)濾的懸浮液，測(cè)出延續(xù)的時(shí)間及濾液的累計(jì)量q（按單位面積計(jì)）的數(shù)據(jù)，然后算出一系列的Δθ與Δq的對(duì)應(yīng)值2022/12/19四、過(guò)濾常數(shù)的測(cè)定1、恒壓下K、qe、θe的測(cè)定由恒壓過(guò)75θq0000然后在直角坐標(biāo)紙上從Δθ/Δq為縱坐標(biāo)，以q為橫坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)繪，可得到一斜率為2/K，截距為2qe/K的直線。求得2022/12/19θq0000然后在直角坐標(biāo)紙上從Δθ/Δq為縱坐標(biāo)，以q為橫762022/12/192022/12/17772、壓縮性指數(shù)s的測(cè)定

由兩端取對(duì)數(shù)，得＝常數(shù)∴l(xiāng)gK與lg(△p)的關(guān)系在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪時(shí)應(yīng)是直線,直線的斜率為1-s，截距為lg(2B)。由此可得到濾餅的壓縮性指數(shù)s及物料特性常數(shù)B。2022/12/192、壓縮性指數(shù)s的測(cè)定由兩端取對(duì)數(shù)，得＝常數(shù)∴l(xiāng)gK與78五、過(guò)濾設(shè)備

1、板框壓濾機(jī)1）板框壓濾機(jī)的構(gòu)造

由許多塊帶凹凸紋路的濾板與濾框交替排列組裝而構(gòu)成。

濾板和濾框多做成正方形，角上均開(kāi)有小孔，組合后即構(gòu)成供濾漿和洗滌水流通的孔道。濾框的兩側(cè)覆以濾布，圍成容納濾漿及濾餅的空間。2022/12/19五、過(guò)濾設(shè)備1、板框壓濾機(jī)2022/12/1779濾板的作用：支持濾布、提供濾液流出的通道濾板洗滌板：非洗板：濾框：二鈕濾板與濾框裝合時(shí)，按鈕數(shù)以1-2-3-2-1-2的順序排列。三鈕板一鈕板2022/12/19濾板的作用：支持濾布、提供濾液流出的通道濾板洗滌板：非洗板802022/12/192022/12/17812022/12/192022/12/17822022/12/192022/12/17832）板框壓濾機(jī)的操作板框壓濾機(jī)為間歇操作，每個(gè)操作循環(huán)由裝合、過(guò)濾、洗滌、卸餅、清理5個(gè)階段組成。

懸浮液在指定壓強(qiáng)下經(jīng)濾漿通路由濾框角上的孔道并行進(jìn)入各個(gè)濾框，

濾液分別穿過(guò)濾框兩側(cè)的濾布，沿濾板板面的溝道至濾液出口排出。

顆粒被濾布截留而沉積在濾布上，待濾餅充滿全框后，停止過(guò)濾。

2022/12/192）板框壓濾機(jī)的操作2022/12/17842022/12/192022/12/1785

洗滌時(shí)，先將洗滌板上的濾液出口關(guān)閉，洗滌水經(jīng)洗水通路從洗滌半角上的孔道并行進(jìn)入各個(gè)洗滌板的兩側(cè)。

洗滌水在壓差的推動(dòng)力下先穿過(guò)一層濾布及整個(gè)框厚的濾餅，然后再穿過(guò)一層濾布，最后沿濾板（一鈕板）板面溝道至濾液出口排出。稱為橫穿洗滌法。特點(diǎn)是洗滌水穿過(guò)的途徑正好是過(guò)濾終了時(shí)濾液穿過(guò)途徑的二倍。板框壓濾機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，設(shè)備緊湊，過(guò)濾面積大而占地小，操作壓強(qiáng)高，濾餅含水少，對(duì)各種物料的適應(yīng)能力強(qiáng)。缺點(diǎn)是間歇手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低。2022/12/19洗滌時(shí)，先將洗滌板上的濾液出口關(guān)閉，洗滌水經(jīng)洗水2862022/12/192022/12/17872022/12/192022/12/17882、加壓葉濾機(jī)

葉濾機(jī)是由許多不同寬度的濾葉裝合而成。濾葉由金屬絲網(wǎng)制造，內(nèi)部具有空間，外罩濾布。葉濾機(jī)也為間歇操作，過(guò)濾時(shí)濾葉安裝在能承受內(nèi)壓的密閉機(jī)殼內(nèi)。濾漿用泵送到機(jī)殼內(nèi)，穿過(guò)濾布進(jìn)入絲網(wǎng)構(gòu)成的中空部分，然后匯集到下部總管而后流出。顆粒沉積在濾布上形成濾餅，當(dāng)濾餅積到一定厚度，停止過(guò)濾。洗滌時(shí)，洗水的路徑與濾液相同，這種洗滌方法稱為置換洗滌法。

葉濾機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備緊湊，密閉操作，勞動(dòng)條件較好，每次循環(huán)濾布不用裝卸，勞動(dòng)力較省。

2022/12/192、加壓葉濾機(jī)2022/12/17892022/12/192022/12/17903、轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)1）轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)的結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)是應(yīng)用最廣的一種連續(xù)操作的過(guò)濾設(shè)備。設(shè)備的主體是一個(gè)能轉(zhuǎn)動(dòng)的水平圓筒，圓筒表面有一層金屬網(wǎng)，網(wǎng)上覆蓋濾布；筒的下部進(jìn)入濾漿中，圓筒沿徑向分割成若干扇形格，每個(gè)都有單獨(dú)的孔道通至分配頭上。圓筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，憑借分配頭的作用使這些孔道依次分別與真空管及壓縮空氣管相通，因而在回轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中每個(gè)扇形格表面即可順序進(jìn)行過(guò)濾、洗滌、吸干、吹松、卸餅等項(xiàng)操作。2022/12/193、轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)2022/12/17912022/12/192022/12/17922）分配頭的結(jié)構(gòu)及工作原理分配頭由緊密貼合著的轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)與固定盤(pán)構(gòu)成，轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)隨筒體一起旋轉(zhuǎn)，固定盤(pán)內(nèi)側(cè)面各凹槽分別與各種不同作用的管道相通。如圖。當(dāng)扇形格1開(kāi)始進(jìn)入濾漿內(nèi)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)上相應(yīng)的小孔道與固定盤(pán)上的凹槽2相對(duì)，從而與真空管道連通，吸走濾液。圖上扇形格1至5所處的位置稱為過(guò)濾區(qū)。扇形格轉(zhuǎn)出濾漿槽后，仍與凹槽2相通，繼續(xù)吸干殘留在濾餅中的濾液。扇形格6至7所處的位置稱為吸干區(qū)。2022/12/192）分配頭的結(jié)構(gòu)及工作原理2022/12/1793扇形格轉(zhuǎn)至8的位置時(shí)，洗滌水噴灑于濾餅上，此時(shí)扇形格與固定盤(pán)上的凹槽3相通，經(jīng)另一真空管道吸走洗水。扇形格8~12所處的位置稱為洗滌吸干區(qū)。13~14吹松刮渣區(qū)當(dāng)扇形格有一區(qū)轉(zhuǎn)入另一區(qū)時(shí)，因有不工作區(qū)的存在，使操作區(qū)不致相互串通。扇形格12的位置稱為吸干區(qū)，12~13為不工作區(qū)。扇形格13~14與固定盤(pán)凹槽4相通，在與壓縮空氣管道相連，壓縮空氣從內(nèi)向外穿過(guò)濾布而將濾餅吹松，隨后由刮刀將濾餅卸除。扇形格13、14的位置稱為吹松區(qū)及卸2022/12/19扇形格轉(zhuǎn)至8的位置時(shí)，洗滌水噴灑于濾餅上，此時(shí)扇形格與固定盤(pán)94料區(qū)，然后又是不工作區(qū)。如此連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，整個(gè)轉(zhuǎn)筒表面上便構(gòu)成了連續(xù)的過(guò)濾操作。轉(zhuǎn)筒的過(guò)濾面積一般為5～40m2，浸沒(méi)部分占總面積的30%～40%。轉(zhuǎn)速可在一定范圍內(nèi)調(diào)整，通常為0.1～3r/min。濾餅厚度一般保持在40mm以內(nèi)，轉(zhuǎn)筒過(guò)濾機(jī)所得濾餅中的液體含量很少低于10%，?？蛇_(dá)30%左右。轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是能連續(xù)自動(dòng)操作，省人力，生產(chǎn)能力大，適用于處理易含過(guò)濾顆粒的濃懸浮液。缺點(diǎn)是附屬設(shè)備較多，投資費(fèi)用高，過(guò)濾面積不大。過(guò)濾推動(dòng)力有限，不易過(guò)濾高溫的懸浮液。2022/12/19料區(qū)，然后又是不工作區(qū)。如此連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，整個(gè)轉(zhuǎn)筒表面上便構(gòu)成了952022/12/192022/12/17962022/12/192022/12/1797六、濾餅的洗滌

濾餅洗滌的目的：為了回收濾餅里存留的濾液，或者凈化構(gòu)成濾餅顆粒。1、洗滌速率

洗滌速率：

單位時(shí)間內(nèi)消耗的洗水容積，以表示。洗滌時(shí)間：洗滌速率與過(guò)濾終了時(shí)的過(guò)濾速率有關(guān)，這個(gè)關(guān)系取決于濾液設(shè)備上采用的洗滌方式。2022/12/19六、濾餅的洗滌濾餅洗滌的目的：為了回收濾餅里存留的濾液，或98葉濾機(jī)采用的置換洗滌法，洗水與過(guò)濾終了時(shí)的濾液流過(guò)的路徑完全相同。當(dāng)操作壓強(qiáng)差、洗水與濾液粘度相同時(shí)：板框過(guò)濾機(jī)采用的是橫穿洗滌法，洗水橫穿兩層濾布及整個(gè)厚度的濾餅，流徑長(zhǎng)度約為過(guò)濾終了時(shí)濾液流動(dòng)的兩倍，而供洗水流通的面積僅為過(guò)濾面積的一半，則：2022/12/19葉濾機(jī)采用的置換洗滌法，洗水與過(guò)濾終了時(shí)的濾液流過(guò)99當(dāng)操作壓強(qiáng)差、洗水與濾液粘度相同時(shí)：當(dāng)洗水粘度、洗水表壓與濾液粘度、過(guò)濾壓強(qiáng)差有明顯差異時(shí)，所需的過(guò)濾時(shí)間可進(jìn)行校正：2022/12/19當(dāng)操作壓強(qiáng)差、洗水與濾液粘度相同時(shí)：當(dāng)洗水粘度、洗水表壓與100七、過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力：?jiǎn)挝粫r(shí)間的濾液體積或?yàn)V渣體積，m3/s1、間歇過(guò)濾機(jī)的計(jì)算

一個(gè)操作周期時(shí)間為生產(chǎn)能力為在間歇過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)中，總是力求獲得最大的生產(chǎn)能力，因此，對(duì)于間歇過(guò)濾過(guò)程來(lái)說(shuō)，合理選擇每個(gè)循環(huán)中的過(guò)濾時(shí)間，可以得到最大的生產(chǎn)能力。2022/12/19七、過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力：?jiǎn)挝粫r(shí)間的濾液體101由恒壓過(guò)濾時(shí)，每次過(guò)濾所需時(shí)間對(duì)于葉濾機(jī),令a為洗滌液量與濾液量的比值，那么洗滌液量為aV，洗滌時(shí)間為:2022/12/19由恒壓過(guò)濾時(shí)，每次過(guò)濾所需時(shí)間對(duì)于葉濾機(jī),令a為洗滌液102以Q對(duì)V求導(dǎo)，令，得——生產(chǎn)能力最大的條件如果過(guò)濾介質(zhì)阻力可以忽略不計(jì)，可得時(shí)，生產(chǎn)能力最大。即。如不進(jìn)行洗滌，則時(shí)，生產(chǎn)能力最大。2022/12/19以Q對(duì)V求導(dǎo)，令，得——生產(chǎn)能力最大的條件如果過(guò)濾介質(zhì)阻103例：用一臺(tái)BMS/635-25板框壓濾機(jī)過(guò)濾一種含固體顆粒為25kg/m3的懸浮液，在過(guò)濾機(jī)入口處濾漿的表壓為3.39×105Pa,已測(cè)得在此壓力下K=1.86×10-4，qe=0.0282，所用濾布與實(shí)驗(yàn)時(shí)的相同，料漿溫度為25℃，每次過(guò)濾到濾餅充滿濾框?yàn)橹?，然后用清水洗滌濾餅，洗水溫度及表壓與濾漿相同，體積為濾液體積的8%，每次卸渣，清理，2022/12/19例：用一臺(tái)BMS/635-25板框壓濾機(jī)過(guò)濾一種含固體顆粒為104裝合等輔助操作時(shí)間為15min。已知固相顆粒密度為2930kg/m3，又測(cè)得濕濾餅的密度為1930kg/m3。求此板框壓濾機(jī)的生產(chǎn)能力，并討論此板框壓濾機(jī)是否在最佳操作狀態(tài)下操作。解：

總過(guò)濾面積濾框總?cè)莘e已知1m3濾餅的質(zhì)量為1930kg，其中含水xkg,水的密度按1000kg/m3考慮。x=518kg2022/12/19裝合等輔助操作時(shí)間為15min。已知固相顆粒密度為2930k1051m3濾餅中固相顆粒質(zhì)量為1930-518=1412kg設(shè)每1m3濾液中含水ykg

y=991.5kg

生成1m3濾餅所需的濾漿質(zhì)量為生成1m3濾餅的濾液的質(zhì)量為：（57412-1930）=55482kg濾液體積為:

2022/12/191m3濾餅中固相顆粒質(zhì)量為1930-518=1412kg106濾框全部充滿時(shí)的濾液體積為過(guò)濾終了時(shí)單位面積濾量為代入過(guò)濾終了時(shí)濾液的速率2022/12/19濾框全部充滿時(shí)的濾液體積為過(guò)濾終了時(shí)單位面積濾量為代入過(guò)107洗滌液體積生產(chǎn)能力2022/12/19洗滌液體積生產(chǎn)能力2022/12/17108根據(jù)獲得最大生產(chǎn)能力的要求，輔助操作時(shí)間應(yīng)為這就是說(shuō)實(shí)際所用過(guò)濾時(shí)間太長(zhǎng)，對(duì)這種懸浮液，為提高生產(chǎn)能力。過(guò)濾時(shí)間應(yīng)短些。2、連續(xù)過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力浸沒(méi)度:轉(zhuǎn)筒表面浸入濾漿中的分?jǐn)?shù)，以φ表示。φ＝浸沒(méi)角度/360°

2022/12/19根據(jù)獲得最大生產(chǎn)能力的要求，輔助操作時(shí)間應(yīng)為這就是說(shuō)109若轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速為nr/min,轉(zhuǎn)筒回轉(zhuǎn)一周所用時(shí)間：

整個(gè)轉(zhuǎn)筒表面上任何一小塊過(guò)濾面積所經(jīng)歷的過(guò)濾時(shí)間為：從生產(chǎn)能力的角度來(lái)看,一臺(tái)總過(guò)濾面積為A，浸沒(méi)角度為φ，轉(zhuǎn)速為nr/min的連續(xù)式轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)，與一臺(tái)同樣條件下操作的過(guò)濾面積為A，操作周期為T=60/n，每次過(guò)濾時(shí)間的間歇式板框壓濾機(jī)是等效的。轉(zhuǎn)筒每轉(zhuǎn)一周所得濾液的體積為：2022/12/19若轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速為nr/min,轉(zhuǎn)筒回轉(zhuǎn)一周所用時(shí)間：整個(gè)轉(zhuǎn)110生產(chǎn)能力：

當(dāng)濾布阻力可以忽略不計(jì)時(shí)其中：

D-轉(zhuǎn)筒直徑L-轉(zhuǎn)筒的長(zhǎng)度轉(zhuǎn)速n愈高，浸沒(méi)度愈大，生產(chǎn)能力愈大。2022/12/19生產(chǎn)能力：當(dāng)濾布阻力可以忽略不計(jì)時(shí)其中：D-轉(zhuǎn)筒直徑111例：用轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)于50kPa真空度下過(guò)濾密度為1220kg/m3的某種水懸浮液，操作條件下的過(guò)濾常數(shù)K=5.2×10-6m2/s，過(guò)濾介質(zhì)的阻力可忽略不計(jì)。已知，每次獲得1m3濾液生成的濾渣中含有固相590kg，固相密度為2200kg/m3，轉(zhuǎn)筒直徑為1.75m，寬度為0.92m，轉(zhuǎn)筒浸沒(méi)度1/3，其轉(zhuǎn)速為0.5r/min，試求：1)過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力。2)轉(zhuǎn)筒表面最終濾餅厚度δ。2022/12/19例：用轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)于50kPa真空度下過(guò)濾密度為1112解：1）2）要求濾餅厚度，應(yīng)先通過(guò)物量衡算求得濾餅體積與濾液體積之比ν以1m3懸浮液為準(zhǔn)，設(shè)其中固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)為xw2022/12/19解：1）2）要求濾餅厚度，應(yīng)先通過(guò)物量衡算求得濾餅體積與濾液113所以過(guò)濾1m3懸浮液所得濾餅的固相質(zhì)量：∴可得濾液體積為濾餅體積為1-0.6823=0.3177m3

轉(zhuǎn)筒每轉(zhuǎn)一周得濾餅體積濾餅厚度2022/12/19所以過(guò)濾1m3懸浮液所得濾餅的固相質(zhì)量：∴可得濾液體積為114第三章

非均相物系分離一、重力沉降1、球形顆粒的自由沉降2、阻力系數(shù)3、影響沉降速度的因素4、沉降速度的計(jì)算5、分級(jí)沉降二、降塵室1、降塵室的結(jié)構(gòu)2、降塵室的生產(chǎn)能力第一節(jié)

沉降分離2022/12/19第三章

非均相物系分離一、重力沉降第一節(jié)

沉降分離20115混合物

均相混合物

非均相混合物

物系內(nèi)部各處物料性質(zhì)均勻而且不存在相界面的混合物。

例如：互溶溶液、混合氣體

物系內(nèi)部有隔開(kāi)兩相的界面存在且界面兩側(cè)的物料性質(zhì)截然不同的混合物。例如固體顆粒和氣體構(gòu)成的含塵氣體固體顆粒和液體構(gòu)成的懸浮液

不互溶液體構(gòu)成的乳濁液

液體顆粒和氣體構(gòu)成的含霧氣體2022/12/19混合物均相混合物非均相混合物物系內(nèi)部各處物料性質(zhì)均勻而116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(jī)械分離

沉降

過(guò)濾

不同的物理性質(zhì)

連續(xù)相與分散相發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式

分散相和連續(xù)相

2022/12/19非均相物系分散相處于分散狀態(tài)的物質(zhì)連續(xù)相包圍117

一、重力沉降

沉降:在某種力場(chǎng)中利用分散相和連續(xù)相之間的密度差異

，使之發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)分離的操作過(guò)程。

作用力

重力

慣性離心力

重力沉降離心沉降

1、沉降速度

1）球形顆粒的自由沉降設(shè)顆粒的密度為ρs，直徑為d，流體的密度為ρ，

2022/12/19一、重力沉降沉降:在某種力場(chǎng)中利118重力

浮力

而阻力隨著顆粒與流體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度而變，可仿照流體流動(dòng)阻力的計(jì)算式寫(xiě)為：2022/12/19重力浮力而阻力隨著顆粒與流體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度而變119(顆粒開(kāi)始沉降的瞬間，速度u=0，因此阻力Fd=0，a→max

顆粒開(kāi)始沉降后，u↑→Fd

↑；u→ut

時(shí)，a=0。等速階段中顆粒相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度ut

稱為沉降速度。當(dāng)a=0時(shí)，u=ut，代入（a）式——沉降速度表達(dá)式（a）2022/12/19(顆粒開(kāi)始沉降的瞬間，速度u=0，因此阻力Fd=0，a→ma1202、阻力系數(shù)ξ

通過(guò)因次分析法得知，ξ值是顆粒與流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù)Ret的函數(shù)。對(duì)于球形顆粒的曲線，按Ret值大致分為三個(gè)區(qū)：

a)滯流區(qū)或托斯克斯(stokes)定律區(qū)（10–4＜Ret≤2）

——斯托克斯公式2022/12/192、阻力系數(shù)ξ——斯托克斯公式2022/12/171212022/12/192022/12/17122——艾倫公式

c)滯流區(qū)或牛頓定律區(qū)（Nuton）（500＜Ret

≤2×105）

——牛頓公式

b)過(guò)渡區(qū)或艾倫定律區(qū)（Allen）（2＜Ret≤500）

2022/12/19——艾倫公式c)滯流區(qū)或牛頓定律區(qū)（Nuton）1233、影響沉降速度的因素

1）顆粒的體積濃度

干擾沉降：顆粒之間距離小，沉降時(shí)受其他顆粒影響的沉降在各種沉降速度關(guān)系式中，當(dāng)顆粒的體積濃度小于0.2%時(shí)，理論計(jì)算值的偏差在1%以內(nèi)，但當(dāng)顆粒濃度較高時(shí)，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。2022/12/193、影響沉降速度的因素2022/12/171243）顆粒形狀的影響球形度對(duì)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。2）器壁效應(yīng)器壁效應(yīng)：顆?？拷鞅诔两禃r(shí)，由于受到器壁的作用，沉降速度要比自由沉降小，這種影響稱為干擾沉降。當(dāng)器壁尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于顆粒尺寸時(shí)，（例如在100倍以上）容器效應(yīng)可忽略，否則需加以考慮。2022/12/193）顆粒形狀的影響球形度對(duì)于球形顆粒，φs=1，2）器壁效應(yīng)125對(duì)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(duì)應(yīng)于同一Ret值的阻力系數(shù)ξ愈大；

φs值對(duì)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。2022/12/19對(duì)于非球形顆粒：顆粒的球形度愈小，對(duì)應(yīng)于同一Ret值1264、沉降速度的計(jì)算

1）試差法

假設(shè)沉降屬于層流區(qū)

方法ut

Ret

Ret≤2ut為所求Ret＞2

艾倫公式求ut判斷……公式適用為止2)摩擦數(shù)群法

由得2022/12/194、沉降速度的計(jì)算假設(shè)沉降屬于層流區(qū)方法utRetR127令

因ξ是Ret的函數(shù)，ξRet2必然也是Ret的函數(shù)，ξ～Ret曲線便可轉(zhuǎn)化成ξRet2～Ret曲線。

計(jì)算ut：先由已知數(shù)據(jù)算出ξRet2的值，再由ξRet2～Ret曲線查得Ret值，最后由Ret反算ut。2022/12/19令因ξ是Ret的函數(shù)，ξRet2必然也是Ret1282022/12/192022/12/17129計(jì)算顆粒的直徑d：令ξ與Ret-1相乘，

將ξRet-1～Ret關(guān)系繪成曲線，由ξRet-1值查得Ret的值；判別流型

再根據(jù)沉降速度ut值計(jì)算d。2022/12/19計(jì)算顆粒的直徑d：將ξRet-1～Ret關(guān)系繪成曲線130

由附錄查得：20℃時(shí)水的密度為998.2kg/m3,μ=1.005×10-3Pa.s例：試計(jì)算直徑為95μm，密度為3000kg/m3的固體顆粒分別在20℃的空氣和水中的自由沉降速度。解：1）在20℃水中的沉降

用試差法計(jì)算先假設(shè)顆粒在滯流區(qū)內(nèi)沉降：2022/12/19由附錄查得：20131核算流型

原假設(shè)滯流區(qū)正確，求得的沉降速度有效。2）20℃的空氣中的沉降速度

用摩擦數(shù)群法計(jì)算20℃空氣：ρ=⒈205kg/m3，μ=⒈81×10-5Pa.s

根據(jù)無(wú)因次數(shù)K值判別顆粒沉降的流型

2022/12/19核算流型原假設(shè)滯流區(qū)正確，求得的沉降速度有效。2）20℃1322.61＜K<69.1，沉降在過(guò)渡區(qū)。用艾倫公式計(jì)算沉降速度。

5、分級(jí)沉降

含有兩種直徑不同或密度不同的混合物，也可用沉降方法加以分離。

2022/12/192.61＜K<69.1，沉降在過(guò)渡區(qū)。用艾倫公式計(jì)算沉降速度133

例：本題附圖所示為一雙錐分級(jí)器，利用它可將粒子密度不同或尺寸不同的混合物分開(kāi)。混合粒子由上部加入，水經(jīng)可調(diào)錐與外壁的環(huán)形間隙向上流過(guò)。沉降速度大于水在環(huán)隙處上升流速的顆粒進(jìn)入底流，而沉降速度小于該流速的顆粒則被溢流帶出。2022/12/19例：本題附圖所示2022/12/17134利用此雙錐分級(jí)器對(duì)方鉛礦與石英兩種粒子混合物分離。已知：粒子形狀正方體粒子尺寸棱長(zhǎng)為0.08~0.7mm方鉛礦密度ρs1=7500kg/m3石英密度ρs2=2650kg/m320℃水的密度和粘度ρ=998.2kg/m3

μ=1.005×10-3Pa·s假定粒子在上升水流中作自由沉降，試求：1）欲得純方鉛礦粒，水的上升流速至少應(yīng)取多少m/s？2）所得純方鉛礦粒的尺寸范圍。2022/12/19利用此雙錐分級(jí)器對(duì)方鉛礦與石英兩種粒子混合物分離。2022/135解：1)水的上升流速為了得到純方鉛礦粒，應(yīng)使全部石英粒子被溢流帶出，

按最大石英粒子的自由沉降速度決定水的上升流速。對(duì)于正方體顆粒，先算出其當(dāng)量直徑和球形度。設(shè)l代表棱長(zhǎng)，Vp代表一個(gè)顆粒的體積。2022/12/19解：1)水的上升流速2022/12/17136用摩擦數(shù)群法求最大石英粒子的沉降速度φs=0.806，查圖3-3的，Ret=60，則：2022/12/19用摩擦數(shù)群法求最大石英粒子的沉降速度φs=0.806，查圖31372）純方鉛礦的尺寸范圍純方鉛礦粒尺寸最小的沉降速度應(yīng)等于0.0696m/s,

用摩擦數(shù)群法計(jì)算該粒子的當(dāng)量直徑。φs=0.806，查圖3-3的，Ret=22，則：2022/12/192）純方鉛礦的尺寸范圍φs=0.806，查圖3-3的，Ret138與此當(dāng)量直徑相對(duì)應(yīng)的正方體的棱長(zhǎng)為：所得方鉛礦的棱長(zhǎng)范圍為0.2565~0.7mm。2022/12/19與此當(dāng)量直徑相對(duì)應(yīng)的正方體的棱長(zhǎng)為：所得方鉛礦的棱長(zhǎng)范圍為0139二、降塵室1、降塵室的結(jié)構(gòu)2、降塵室的生產(chǎn)能力

降塵室的生產(chǎn)能力是指降塵室所處理的含塵氣體的體積流量，用Vs表示，m3/s。2022/12/19二、降塵室1、降塵室的結(jié)構(gòu)2、降塵室的生產(chǎn)能力2022/1140降塵室內(nèi)的顆粒運(yùn)動(dòng)以速度u隨氣體流動(dòng)以速度ut作沉降運(yùn)動(dòng)2022/12/19降塵室內(nèi)的顆1412022/12/192022/12/17142顆粒在降塵室的停留時(shí)間

顆粒沉降到室底所需的時(shí)間

為了滿足除塵要求

——降塵室使顆粒沉降的條件——降塵室的生產(chǎn)能力

降塵室的生產(chǎn)能力只與降塵室的沉降面積bl和顆粒的沉降速度ut有關(guān)，而與降塵室的高度無(wú)關(guān)。

2022/12/19顆粒在降塵室的停留時(shí)間顆粒沉降到室底所需的時(shí)間1433、降塵室的計(jì)算

降塵室的計(jì)算

設(shè)計(jì)型操作型已知?dú)怏w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(shí)，計(jì)算:

可以完全除掉的最小顆粒的尺寸

要求完全除去直徑dp的塵粒時(shí)所能處理的氣體流量2022/12/193、降塵室的計(jì)算降塵室的計(jì)算設(shè)計(jì)型操作型已知?dú)怏w處理量和144

例：擬采用降塵室除去常壓爐氣中的球形塵粒。降塵室的寬和長(zhǎng)分別為2m和6m,氣體處理量為1m3/s(標(biāo))，爐氣溫度為427℃，相應(yīng)的密度ρ=0.5kg/m3，粘度μ=3.4×10-5Pa.s，固體密度ρS=400kg/m3,操作條件下，規(guī)定氣體速度不大于0.5m/s，試求：1．降塵室的總高度H，m；2．理論上能完全分離下來(lái)的最小顆粒尺寸；3.粒徑為40μm的顆粒的回收百分率；4.欲使粒徑為10μm的顆粒完全分離下來(lái)，需在降降塵室內(nèi)設(shè)置幾層水平隔板？

2022/12/19例：擬采用降塵室除去常壓爐氣中的球形塵粒。降塵室的寬和長(zhǎng)分145解：1）降塵室的總高度H2）理論上能完全除去的最小顆粒尺寸

用試差法由ut求dmin。假設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)2022/12/19解：1）降塵室的總高度H2）理論上能完全除去的最小顆粒尺146核算沉降流型

∴原假設(shè)正確

3、粒徑為40μm的顆粒的回收百分率粒徑為40μm的顆粒定在滯流區(qū)，其沉降速度

2022/12/19核算沉降流型∴原假設(shè)正確2022/12/17147氣體通過(guò)降沉室的時(shí)間為：直徑為40μm的顆粒在12s內(nèi)的沉降高度為：

假設(shè)顆粒在降塵室入口處的爐氣中是均勻分布的，則顆粒在降塵室內(nèi)的沉降高度與降塵室高度之比約等于該尺寸顆粒被分離下來(lái)的百分率。直徑為40μm的顆粒被回收的百分率為：

2022/12/19氣體通過(guò)降沉室的時(shí)間為：直徑為40μm的顆粒在12s內(nèi)的沉1484、水平隔板層數(shù)

由需要完全除去的最小粒徑求沉降速度，

由生產(chǎn)能力和底面積求得多層降塵室的水平隔板層數(shù)。粒徑為10μm的顆粒的沉降必在滯流區(qū)，

取33層

板間距為

2022/12/194、水平隔板層數(shù)取33層板間距為2022/12/17149第三章

非均相物系分離一、離心沉降速度二、旋風(fēng)分離器操作原理三、旋風(fēng)分離器的性能四、旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)型式與選用第二節(jié)

離心沉降2022/12/19第三章

非均相物系分離一、離心沉降速度第二節(jié)

離心沉降150重力場(chǎng)離心力場(chǎng)力場(chǎng)強(qiáng)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

2022/12/19重力場(chǎng)離心力場(chǎng)力場(chǎng)強(qiáng)度重力加速度gut2/R方向指向地心151一、離心沉降速度1、離心沉降速度ur慣性離心力=浮力=阻力=

三力達(dá)到平衡，則：2022/12/19一、離心沉降速度1、離心沉降速度ur慣性離心力=浮力=阻力=152平衡時(shí)顆粒在徑向上相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度ur便是此位置上的離心沉降速度。2、離心沉降速度與重力沉降速度的比較

表達(dá)式：重力沉降速度公式中的重力加速度改為離心加速度數(shù)值：重力沉降速度為顆粒運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)速度，基本上為定值離心沉降速度為絕對(duì)速度在徑向上的分量，隨顆粒在離心力場(chǎng)中的位置而變。

2022/12/19平衡時(shí)顆粒在徑向上相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度ur便是此153阻力系數(shù)：層流時(shí)同一顆粒在同一種介質(zhì)中的離心沉降速度與重力沉降速度的比值為：比值Kc就是粒子所在位置上的慣性離心力場(chǎng)強(qiáng)度與重力場(chǎng)強(qiáng)度之比稱為離心分離因數(shù)。例如；當(dāng)旋轉(zhuǎn)半徑R=0.4m，切向速度uT=20m/s時(shí)，求分離因數(shù)。2022/12/19阻力系數(shù)：層流時(shí)同一顆粒在同一種介質(zhì)中的離154二、旋風(fēng)分離器的操作原理2022/12/19二、旋風(fēng)分離器的操作原理2022/12/171552022/12/192022/12/17156三、旋風(fēng)分離器的性能

旋風(fēng)分離器性能的主要操作參數(shù)為氣體處理量，分離效率和氣體通過(guò)旋風(fēng)分離器的壓強(qiáng)降。1、氣體處理量

旋風(fēng)分離器的處理量由入口的氣速?zèng)Q定，入口氣體流量是旋風(fēng)分離器最主要的操作參數(shù)。一般入口氣速ui在15～25m/s。旋風(fēng)分離器的處理量

2022/12/19三、旋風(fēng)分離器的性能旋風(fēng)分離器性能的主要操1572、臨界粒徑

判斷旋風(fēng)分離器分離效率高低的重要依據(jù)是臨界粒徑。臨界粒徑：

理論上在旋風(fēng)分離器中能完全分離下來(lái)的最小顆粒直徑。1）臨界粒徑的計(jì)算式a)進(jìn)入旋風(fēng)分離器的氣流嚴(yán)格按照螺旋形路線作等速運(yùn)動(dòng)，且切線速度恒定，等于進(jìn)口氣速ut=ui；

b)

顆粒沉降過(guò)程中所穿過(guò)的氣流厚度為進(jìn)氣口寬度B表示c)

顆粒在滯流情況下做自由沉降，徑向速度可用

2022/12/192、臨界粒徑理論上在158∵ρ<<ρS，故ρ可略去，而旋轉(zhuǎn)半徑R可取平均值Rm，并用進(jìn)口速度ui代替ut。氣流中顆粒的離心沉降速度為：顆粒到達(dá)器壁所需要的時(shí)間：停留時(shí)間為：對(duì)某尺寸的顆粒所需的沉降時(shí)間θt恰好等于停留時(shí)間θ，該顆粒就是理論上能被完全分離下來(lái)的最小顆粒，用dc表示這種顆粒的直徑，即臨界粒徑。2022/12/19∵ρ<<ρS，故ρ可略去，而旋轉(zhuǎn)半徑R可取平均值Rm，并用進(jìn)159——臨界粒徑的表達(dá)式

2）臨界粒徑的影響因素

a)由，知即臨界粒徑隨分離器尺寸的增大而增大。分離效率隨分離器尺寸的增大而減小。

b)入口氣速ui愈大，dc愈小，效率愈高。2022/12/19——臨界粒徑的表達(dá)式2）臨界粒徑的影響因素a)由，知1603、分離效率

分離效率總效率ηo

進(jìn)入旋風(fēng)分離器的全部粉塵中被分離下來(lái)的粉塵的質(zhì)量分率粒級(jí)效率ηpi

進(jìn)入旋風(fēng)分離器的粒徑為di的顆粒被分離下來(lái)的質(zhì)量分率2022/12/19