1、1,第3章 非均相物系的分離和固體流態(tài)化,2,主要內(nèi)容,3.1 概述 3.2 顆粒及顆粒床層的特性 3.3 沉降分離 3.4 過濾 3.5 離心機(jī)（自學(xué)） 3.6 固體流態(tài)化,3,基本要求,掌握單個(gè)顆粒、顆粒群、顆粒床層特性的表示方法； 掌握重力沉降和離心沉降的基本原理、沉降速度的定義和基本表示方法； 了解并熟悉降塵室、旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理及其性能參數(shù)； 掌握過濾的基本操作過程、典型的設(shè)備，熟練掌握恒壓過濾的操作及計(jì)算； 了解流化床的主要特征和操作范圍； 掌握數(shù)學(xué)模型法。,4,概述,混合物的分類,無相界面，采用傳質(zhì)方法分離,有相界面，采用機(jī)械方法分離：過濾、沉降,懸浮液-固-液混合物

2、 乳濁液-液-液混合物 含塵氣體-氣-固混合物 含霧氣體-氣-液混合物,5,概述,非均相物系中處于分散狀態(tài)的物質(zhì)。如懸浮液中的固體顆粒。,包圍分散質(zhì)的處于連續(xù)狀態(tài)的流體。如懸浮液中的液體。,非均相物系分離的依據(jù)：分散相與連續(xù)相之間的物理性質(zhì)的差異。如密度、顆粒外徑等。,非均相物系的分離方法：機(jī)械法，使分散質(zhì)與分散相之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)分離。,6,7,概述,非均相混合物分離的目的,回收分散質(zhì)，如從氣固催化反應(yīng)器的尾氣中收集催化劑顆粒； 凈化分散介質(zhì)，如原料氣中顆粒雜質(zhì)的去除以凈化反應(yīng)原料，環(huán)保方面煙道氣中煤炭粉粒的除去。 環(huán)境保護(hù)與安全生產(chǎn),8,3.2.1 顆粒的特性 3.2.2 顆粒床層的特

3、性 3.2.3 流體通過床層流動(dòng)的壓降,3.2 顆粒及顆粒床層的特性,9,1. 單一顆粒的特性,1）球形顆粒,用粒徑d（球形顆粒的直徑）表示。,m2/m3。,m2,m3,單位體積顆粒具有的表面積,10,1. 單一顆粒的特性,2）非球形顆粒,用當(dāng)量直徑和形狀系數(shù)表示。,與非球形顆粒體積相等的球形顆粒的直徑。,非球形顆粒體積,表示顆粒形狀與球形的差異,該顆粒體積相等的圓球的表面積，m2；,顆粒的表面積，m2；,S1,11,1. 單一顆粒的特性,2）非球形顆粒,12,2. 顆粒群的特性,1）粒度分布,不同粒徑范圍內(nèi)所含粒子的個(gè)數(shù)或質(zhì)量。,可采用泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩通過篩分分析得到。,料被截留在篩面上的尺寸大于

4、篩孔尺寸的物料的量,通過篩孔的尺寸小于篩孔尺寸的物料的量,13,2. 顆粒群的特性,2）顆粒的平均粒徑,平均比表面積直徑，m,i層篩網(wǎng)的篩余量,篩分直徑：i-1和i層篩網(wǎng)的平均孔徑,顆粒總質(zhì)量,質(zhì)量分?jǐn)?shù),14,第3章 非均相物系的分離和固體流態(tài)化,3.1 概述 3.2 沉降分離 3.2.1 重力沉降,15,概述,沉降：懸浮在流體中的固體顆粒借助于外場(chǎng)作用力產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)與流體相分離，或者使顆粒相增稠、流體相澄清的一類操作。,主要討論剛性顆粒的自由沉降。,受其它顆?；虮诿嬗绊?重力作用下沉降,離心力作用下沉降,沉降不受影響,16,1. 沉降速度,圖3-1 沉降顆粒的受力情況,顆粒受到三個(gè)

5、力,重力,浮力,阻力,阻力系數(shù)或曳力系數(shù),顆粒密度,流體密度,顆粒在運(yùn)動(dòng)方向的投影面積,1）球形顆粒的自由沉降,17,1. 沉降速度,根據(jù)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律：,分析顆粒運(yùn)動(dòng)情況：,加速度最大,阻力,加速度,加速度=0,加速段,勻速段,加速段極短，一般僅考慮勻速段的運(yùn)動(dòng)。,18,沉降速度,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。由于這個(gè)速度是加速階段終了時(shí)顆粒相對(duì)于流體的速度，故又稱為“終端速度”。,1.沉降速度,19,1.沉降速度,2）阻力系數(shù),20,1.沉降速度,21,（1） 流體的粘度,滯流區(qū),湍流區(qū),過渡區(qū),表面摩擦阻力,形體阻力,1.沉降速度,3）影響沉降速度的因素,22,（

6、2）顆粒的體積分?jǐn)?shù),（3）器壁效應(yīng),（4）顆粒形狀,體積分?jǐn)?shù)大，發(fā)生干擾沉降，ut。,由于器壁存在，ut，當(dāng)容器尺寸大于顆粒尺寸100倍以上時(shí)，可忽略。,非球形顆粒比等體積球形顆粒沉降速度小，s ，ut，,1.沉降速度,3）影響沉降速度的因素,23,（1）試差法,假設(shè)沉降屬于某一流型,計(jì)算沉降速度,核算 Ret,1.沉降速度,4）沉降速度的計(jì)算,24,（2）摩擦數(shù)群法,先計(jì)算,1.沉降速度,25,圖3-3 及 關(guān)系曲線,26,若要計(jì)算介質(zhì)中具有某一沉降速度 ut 的顆粒的直徑，可先令,查 曲線圖，可求直徑 d ，即,1.沉降速度,27,圖3-3 及 關(guān)系曲線,28,（3）用量綱為1的數(shù)群K 值

7、判別流型,K 2.62為斯托克斯定律區(qū); 2.62 K 69.1為艾侖定律區(qū); K 69.1為牛頓定律區(qū)。,1.沉降速度,4）沉降速度的計(jì)算,29,2. 重力沉降設(shè)備,30,圖3-4 降塵室示意圖 (a)沉降室 (b)塵粒在沉降室內(nèi)運(yùn)動(dòng)情況,氣流水平通過降塵室速度,沉降速度,2.重力沉降設(shè)備,1）降塵室,動(dòng)畫,31,或,位于降塵室最高點(diǎn)的顆粒沉降到室底所需的時(shí)間為,氣體通過降塵室的時(shí)間為,欲使顆粒被分離出來，則,降塵室高,沉降速度,降塵室長(zhǎng),氣流水平通過降塵室速度,2.重力沉降設(shè)備,思考1：要使顆粒除去，必須滿足什么條件？,32,2. 重力沉降設(shè)備,思考2：為什么氣體進(jìn)入降塵室后，流通截面積要

8、擴(kuò)大？,思考3：能夠被100%除去的最小顆粒粒徑dmin=？,或,33,注意：降塵室內(nèi)氣體流速不應(yīng)過高，以免將已沉降下來的顆粒重新?lián)P起。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，多數(shù)灰塵的分離，可取u3m/s，較易揚(yáng)起灰塵，可取u1.5m/s。,降塵室的生產(chǎn)能力與底面積、沉降速度有關(guān)，而與降塵室的高度無關(guān)。因此通常做成扁平狀。,2. 重力沉降設(shè)備,降塵室的生產(chǎn)能力VS,即：,按最小顆粒來算,34,對(duì)設(shè)置了n層水平隔板的降塵室，其生產(chǎn)能力為,圖3-5 多層除塵室 1-隔板 2、6-調(diào)節(jié)閘閥 3-氣體分配道 4-氣體集聚道 5-氣道 7-清灰口,2.重力沉降設(shè)備,動(dòng)畫,35,2.重力沉降設(shè)備,降塵室的特點(diǎn),36,2）沉降槽,2.

9、 重力沉降設(shè)備,利用顆粒的自然沉降實(shí)現(xiàn)分離，但由于分離效果差，一般得到含固體顆粒50的增稠液，所以也叫增稠器。,37,生產(chǎn)能力：一般以澄清液溢出量（清液流量Q0)表示,為了提高沉降槽的生產(chǎn)能力，可以采用向槽內(nèi)添加絮凝劑的方法。常用的絮凝劑主要有： 無機(jī)絮凝劑：石灰、硫酸、明礬、硫酸亞鐵、苛性鈉、鹽酸和氯化鋅等； 天然高分子絮凝劑：有淀粉和含淀粉的蛋白質(zhì)物質(zhì)，如馬鈴薯、玉米粉、紅薯粉及動(dòng)物膠等； 合成高分子絮凝劑：有離子和非離子型高分子聚合物，如聚丙烯酰胺、羰基纖維素和聚乙烯基乙醇等。,2）沉降槽,2. 重力沉降設(shè)備,38,雙錐分級(jí)器,2.重力沉降設(shè)備,3）分級(jí)器,利用重力沉降可將懸浮液中不同粒

10、度的顆粒進(jìn)行粗略的分離，或?qū)煞N不同密度的顆粒進(jìn)行分類，這樣的過程統(tǒng)稱為分級(jí)，實(shí)現(xiàn)分級(jí)操作的設(shè)備稱為分級(jí)器。,39,第3章 非均相物系的分離和固體流態(tài)化,3.1 概述 3.2 沉降分離 3.2.1 重力沉降 3.2.2 離心沉降,40,依靠慣性離心力的作用而實(shí)現(xiàn)的沉降過程稱為離心沉降。,顆粒受到三個(gè)力,顆粒與流體在徑向上的相對(duì)速度,向心力,慣性離心力,阻力,顆粒的圓周運(yùn)動(dòng)速度,1. 慣性離心力作用下的沉降速度,41,上述三個(gè)力達(dá)到平衡時(shí)，,平衡時(shí)顆粒在徑向上相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度ur便是它在此位置上的離心沉降速度。,離心沉降速度,1. 慣性離心力作用下的沉降速度,42,1. 慣性離心力作用下的沉

11、降速度,離心沉降速度,方向：沿半徑向外；,隨位置而變，不是恒定值。,顆粒實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度在徑向上的分量；,對(duì)照重力場(chǎng),離心分離因數(shù),數(shù)值約為幾千幾萬,43,1. 慣性離心力作用下的沉降速度,離心沉降時(shí)，若顆粒與流體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)處于滯流區(qū)(10-4Ret= dur/ 1) ，,44,2. 旋風(fēng)分離器的操作原理,用途：適用于含顆粒濃度為0.01500g/m3、粒度不小于5m的氣體凈化與顆粒回收操作，尤其是各種氣-固流態(tài)化裝置的尾氣處理。,操作原理：含塵氣體切向進(jìn)入，向下螺旋運(yùn)動(dòng)，顆粒拋向氣壁，由出灰口排出；氣流形成外旋流和內(nèi)旋流（氣芯）由排氣管排出。,45,旋風(fēng)分離器的進(jìn)氣口寬度,旋風(fēng)分離器的進(jìn)口氣速,

12、氣流的有效旋轉(zhuǎn)圈數(shù),3. 旋風(fēng)分離器的性能,臨界粒徑,Ne：與進(jìn)口氣速有關(guān)，風(fēng)速越大，Ne也越大，對(duì)常用形式的旋風(fēng)分離器，風(fēng)速在1225m/s,一般可取Ne34.5。,1）臨界粒徑：,46,3. 旋風(fēng)分離器的性能,旋風(fēng)分離器的尺寸越小，進(jìn)口流速越高，能完全除盡的顆粒直徑就越小，分離效率越高。 當(dāng)氣體處理量很大時(shí)，常將若干小型旋風(fēng)分離器并聯(lián)使用，以維持較好的除塵效果。,旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)對(duì)分離效率的影響:,對(duì)常見的旋風(fēng)分離器：,臨界粒徑是判斷旋風(fēng)分離器分離效率高低的重要依據(jù)。臨界粒徑越小，說明旋風(fēng)分離器的分離性能越好。,47,3. 旋風(fēng)分離器的性能,2）分離效率：,二者的關(guān)系：,分效率p,

13、i ：,總效率0 ：,48,pdi 可通過實(shí)測(cè)旋風(fēng)分離器進(jìn)、出氣流中所含塵粒的濃度及粒度分布而獲得。,粒級(jí)效率曲線,粒級(jí)效率恰為50%的顆粒直徑，稱為分割粒徑。,分割粒徑,3.旋風(fēng)分離器的性能,49,同一型式且尺寸比例相同的旋風(fēng)分離器,曲線相同，因此依該曲線估算旋風(fēng)分離器的效率較為方便。,3.旋風(fēng)分離器的性能,50,圖3-9 標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器的,曲線,3.旋風(fēng)分離器的性能,51,阻力系數(shù)： 標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器為8,3. 旋風(fēng)分離器的性能,3）壓力降：,越小越好，壓力降一般介于5002000Pa。 對(duì)于同一結(jié)構(gòu)型式及尺寸比例的旋風(fēng)分離器為常數(shù)，不因尺寸大小而變。 提高入口氣速可提高分離效率，但阻力卻成

14、平方地增加，不經(jīng)濟(jì)。一般控制壓降在 0.52kPa 左右（入口氣速 1525m/s），而采取縮小直徑、多臺(tái)并聯(lián)的方式以綜合滿足分離效率與處理大氣量的要求。,52,4. 旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)形式與選用,旋風(fēng)分離器分類繁多，分類方法也各有不同。 按結(jié)構(gòu)形式可分為：長(zhǎng)錐體、圓筒體、擴(kuò)散式以及旁通式。 我國(guó)已定型了多種旋風(fēng)分離器，制定了標(biāo)準(zhǔn)系列，常用的有CLT、CLT/A、CLP/A、CLP/B 以及 CLK 型等。 對(duì)各種型號(hào)的旋風(fēng)分離器一般以圓筒直徑 D 來表示其各部分的比例尺寸，詳細(xì)尺寸及性能指標(biāo)可查閱有關(guān)資料手冊(cè)。,53,4. 旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)形式與選用,XLP型,A型,B型,旁路,進(jìn)氣口位置降低

15、,細(xì)微粒隨一小部分氣體在頂部旋轉(zhuǎn)聚集形成灰環(huán)，被迫進(jìn)入旁室后由旁路旋轉(zhuǎn)向下并沿壁面落下。 對(duì)5m 以上細(xì)粉的分離較高。阻力系數(shù)一般為 4.8-5.8。,54,4. 旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)形式與選用,有效防止了上升的凈化氣體重新把粉塵卷起帶出，從而提高了除塵效率。 適用于捕集粒度在 5-10m 的干燥的非纖維顆粒粉塵。阻力系數(shù)在 7.5-9 之間。,CLK 型（倒錐體旋風(fēng)分離器）,反射屏 (擋灰盤),55,PV型粗旋風(fēng)分離器,PV型外置旋風(fēng)分離器,PV型單級(jí)旋風(fēng)分離器,PV型一、二級(jí) 旋風(fēng)分離器,56,為長(zhǎng)嶺煉油化工有限公司制造的旋風(fēng)分離器在預(yù)組裝,為九江石油化工廠制造的旋風(fēng)分離器在預(yù)組裝,為上海氯堿

16、股份有限公司制造的氧氯化反應(yīng)旋風(fēng)分離器在預(yù)組裝,57,旋風(fēng)分離器的選用,首先根據(jù)系統(tǒng)的物性與任務(wù)的要求，結(jié)合各型設(shè)備的特點(diǎn)，選定旋風(fēng)分離器的形式，而后通過計(jì)算決定尺寸與個(gè)數(shù)。 旋風(fēng)分離器計(jì)算的主要依據(jù)有三個(gè)方面：一是含塵氣的體積流量，二是要求達(dá)到的分離效率，三是允許的壓強(qiáng)降。,4.旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)形式與選用與選用,58,練 習(xí) 題 目,思考題,1.描述非球形顆粒的參數(shù)有哪些？ 2.顆粒沉降分為哪兩個(gè)階段？沉降速度是指哪個(gè)階段的速度？ 3.分析影響旋風(fēng)分離器臨界粒徑的因素。 4.選擇旋風(fēng)分離器時(shí)應(yīng)該依據(jù)哪些性能指標(biāo)?,練習(xí)題：3、5,59,第3章 非均相物系的分離和固體流態(tài)化,3.1 概述 3.

17、2 沉降分離 3.3 過濾 3.3.1 過濾操作原理,60,利用重力或壓差等使懸浮液通過多孔性過濾介質(zhì)，將固體顆粒截留在介質(zhì)上，從而實(shí)現(xiàn)固-液分離操作。,概述,濾漿（料漿）,濾餅,過濾介質(zhì),濾液,過濾,61,1. 過濾方式,推動(dòng)力：重力、壓力、離心力,架橋現(xiàn)象,過濾介質(zhì)為很厚的顆粒層 不形成濾餅層,62,2. 過濾介質(zhì),織物介質(zhì)，如棉、麻、絲、毛、合成纖維、金屬絲等編織成的濾布，5-65m，工業(yè)應(yīng)用廣泛； 堆積介質(zhì)，細(xì)紗、木炭、石棉、硅藻土等細(xì)小堅(jiān)硬的顆粒狀物質(zhì)堆積而成，多用于深床過濾。 多孔性固體介質(zhì)，如多孔陶瓷，多孔塑料及多孔金屬制成的板式管。 1-3m。,多孔膜：有機(jī)膜、無機(jī)膜。1 m以

18、下,過濾介質(zhì)的選擇：根據(jù)懸浮液中固體顆粒的含量及粒度范圍，介質(zhì)所能承受的溫度和化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度等因素考慮。,63,3. 濾餅的壓縮性和助濾劑,可壓縮性濾餅,不可壓縮性濾餅,構(gòu)成濾餅的顆粒是不易變形的堅(jiān)硬固體顆粒p ，顆粒形狀及e都無顯著變化，因此其單位厚度床層的流動(dòng)阻力可以認(rèn)為是恒定的，如硅藻土和碳酸鈣等。,該濾餅由膠體構(gòu)成， p ，上述三者發(fā)生顯著變化，如Al（OH）3等。,解決辦法：加入助濾劑，使濾餅疏松而堅(jiān)硬。常用作助濾劑的物質(zhì)有：硅藻土、珍珠巖、炭粉、石棉粉等。,助濾劑的加法：摻濾、預(yù)涂,64,第3章 非均相物系的分離和固體流態(tài)化,3.1 概述 3.2 沉降分離 3.3 過濾 3.

19、3.1 過濾操作原理 3.3.2 顆粒床層的特性及流體流過床層的壓降,65,1.顆粒床層的特性,影響因素： 顆粒大小、形狀、粒度分布、充填方式等。 一般非均勻、非球形顆粒的亂堆床層：0.470.7。均勻的球體最松排列時(shí): 0.48，最緊密排列時(shí):0.26。,1）床層空隙率e,66,2）床層的比表面積ab,單位體積床層中具有的顆粒表面積（即顆粒與流體接觸的表面積）,ab。,如忽略床層中顆粒間相互重疊的接觸面積）：,顆粒的 堆積密度,顆粒的 真實(shí)密度,1.顆粒床層的特性,67,1.顆粒床層的特性,定義：床層截面上未被顆粒占據(jù)的、流體可以 自由通過的面積,對(duì)亂堆床層，各向同性，床層自由截面積與床層截

20、面積之比等于空隙率； 受壁效應(yīng)影響，壁面附近床層空隙率大于床層內(nèi)部。改善壁效應(yīng)的方法通常是限制床層直徑與顆粒直徑之比不得小于某極限值。若床層的直徑比顆粒的直徑大得多，則壁效應(yīng)可忽略。,3）床層的自由截面積,68,2.流體通過床層流動(dòng)的壓降,流體通過顆粒層產(chǎn)生壓降的主要原因：,1）粘性摩擦阻力 2）形體阻力,流體通過顆粒層的流動(dòng)多呈爬流，無邊界層脫體現(xiàn)象發(fā)生，流動(dòng)阻力主要為粘性摩擦阻力，由顆粒層內(nèi)固體表面積大小決定，而顆粒形狀并不重要。,1）床層的簡(jiǎn)化模型,69,1)床層的簡(jiǎn)化模型,(1)細(xì)管的全部流動(dòng)空間等于顆粒床層的空隙容積； 細(xì)管的內(nèi)表面積等于顆粒床層的全部表面積。 (2)細(xì)管長(zhǎng)度=床層高

21、度L。,假定（保證單位體積表面積相等）：,流體在固定床內(nèi)流動(dòng)的簡(jiǎn)化模型,70,1)床層的簡(jiǎn)化模型,床層體積,細(xì)管的當(dāng)量直徑：,71,2) 流體通過床層壓降的數(shù)學(xué)描述,壓降,真實(shí)流速,u1,流體在固定床內(nèi)流動(dòng)的簡(jiǎn)化模型,由質(zhì)量守恒得：,空床氣速 (表觀速度）,72,2)流體通過床層壓降的數(shù)學(xué)描述,l,說明：是模型參數(shù)，固定床的流動(dòng)摩擦系數(shù)，須由實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)和測(cè)定。,73,3)模型參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定,（1）康采尼實(shí)驗(yàn)結(jié)果：,流速較低，床層雷諾數(shù)Reb2時(shí)：,康采尼常數(shù)K=5,康采尼方程,74,3)模型參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定,（2）歐根實(shí)驗(yàn)結(jié)果：,當(dāng)Reb0.17330時(shí)，,75,Reb1000時(shí)，湍流流動(dòng)，上式右

22、邊第一項(xiàng)可忽略。,3)模型參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定,（2）歐根實(shí)驗(yàn)結(jié)果：,76,第3章 非均相物系的分離和固體流態(tài)化,3.1 概述 3.2 沉降分離 3.3 過濾 3.3.1 過濾操作原理 3.3.2 顆粒床層的特性及流體流過床層的壓降 3.3.3 過濾基本方程式,77,1. 濾液通過餅層的流動(dòng),1）濾液通過餅層流動(dòng)的特點(diǎn),屬于流體流經(jīng)固定床的情況； 濾餅厚度不斷增厚，壓力不變時(shí)，濾液通過速度減?。?顆粒尺寸小，濾液在濾餅層中的流動(dòng)多處于層流區(qū)。,78,1. 濾液通過餅層的流動(dòng),2）濾液通過濾餅層流動(dòng)的數(shù)學(xué)描述,可通過康采尼方程得到。,濾液通過濾餅層的壓差,濾液通過濾餅層的表觀流速,79,2.過濾速率與

23、過濾速度,過濾速度,過濾速率,單位時(shí)間通過單位過濾面積的濾液體積，單位為m/s。,單位時(shí)間獲得的濾液體積，單位為m3/s。,80,3. 濾餅的阻力,濾餅的比阻,反映了顆粒形狀、尺寸及床層的空隙率對(duì)濾液流動(dòng)的影響，為單位厚度床層的阻力，單位1/m2。,81,3. 濾餅的阻力,反應(yīng)濾餅的影響，與濾餅層的性質(zhì)及L有關(guān)，單位為1/m 。,濾餅的阻力,82,4.過濾介質(zhì)的阻力,仿照濾液穿過濾餅層的速度關(guān)系式：,過濾介質(zhì)阻力, 1/m,可以寫出濾液穿過過濾介質(zhì)的速度關(guān)系式：,濾液通過過濾介質(zhì)的壓力降,83,假設(shè)過濾介質(zhì)對(duì)濾液流動(dòng)的阻力相當(dāng)于厚度為L(zhǎng)e的濾餅層的阻力，即,將過濾介質(zhì)與濾餅聯(lián)合起來考慮,則,當(dāng)

24、量濾餅厚度虛擬濾餅厚度,4.過濾介質(zhì)的阻力,一定操作條件下，以一定介質(zhì)過濾一定懸浮液時(shí)，Le為定值；但同一介質(zhì)在過濾不同懸浮液的操作中，Le值不同。,84,若每獲得1m3濾液所形成的濾餅體積為 (m3)，則任一瞬間的濾餅厚度L與當(dāng)時(shí)已經(jīng)獲得的濾液體積V之間的關(guān)系應(yīng)為,濾餅體積與相應(yīng)的濾液體積之比，m3/m3,5.過濾基本方程式,同理有,過濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液體積， 虛擬濾液體積,所以,85,考慮到濾餅的壓縮性，通?？山栌孟旅娴慕?jīng)驗(yàn)公式來粗略估算壓強(qiáng)差增大時(shí)比阻的變化，即,濾餅的壓縮性指數(shù)，量綱為1,一般情況下，s=01。對(duì)于不可壓縮濾餅，s=0。幾種典型物料的壓縮性指數(shù)值，列于表35中。,5.過濾

25、基本方程式,86,5. 過濾基本方程式,過濾基本方程式,積分的邊界條件與過濾方式有關(guān)。,87,第3章 非均相物系的分離和固體流態(tài)化,3.1 概述 3.2 沉降分離 3.3 過濾 3.3.1 過濾操作原理 3.3.2 顆粒床層的特性及流體流過床層的壓降 3.3.3 過濾基本方程式 3.3.4 恒壓過濾,88,恒壓過濾,壓力p恒定，濾餅層增厚，過濾速率變小。,對(duì)于一定的懸浮液，k可視為常數(shù)。,令,物料特性常數(shù),89,恒壓過濾時(shí)，壓強(qiáng)差p不變，k、A、s都是常數(shù)。再令,K是由物料特性及過濾壓強(qiáng)差所決定的常數(shù)，單位為m2/s。,恒壓過濾,90,恒壓過濾,虛擬過濾時(shí)間qe，虛擬濾液體積Ve， 在此階段均

26、為變量。,1）虛擬過濾階段,2）有效過濾階段,在此階段qe和Ve 為常量,91,兩式相加，得到,恒壓過濾方程式,恒壓過濾,92,圖3-16 恒壓過濾的濾液體積與過濾時(shí)間關(guān)系曲線,93,恒壓過濾,令,則有,單位過濾面積所得濾液體積,單位過濾面積所得當(dāng)量濾液體積,恒壓過濾方程式,94,第3章 非均相物系的分離和固體流態(tài)化,3.1 概述 3.2 沉降分離 3.3 過濾 3.3.1 過濾操作原理 3.3.2 顆粒床層的特性及流體流過床層的壓降 3.3.3 過濾基本方程式 3.3.4 恒壓過濾 3.3.5 恒速過濾與先恒速后恒壓過濾,95,恒速過濾,維持速率恒定的過濾方式稱為恒速過濾。在這種情況下，由于

27、隨著過濾的進(jìn)行，濾餅不斷增厚，過濾阻力不斷增大，要維持過濾速率不變，必須不斷增大過濾的推動(dòng)力壓強(qiáng)差。,常數(shù),1.恒速過濾,96,在一定的條件下，式中的、r、v、uR及qe均為常數(shù)，僅p及q 隨而變化，于是得到,令,于是,對(duì)不可壓縮濾餅進(jìn)行恒速過濾時(shí)，其操作壓強(qiáng)差隨過濾時(shí)間成直線增大。,，,1.恒速過濾,對(duì)不可壓縮濾餅,97,先恒速后恒壓,圖3-17 先恒速后恒壓過濾裝置 1- 正位移泵 2-支路泵 3-過濾機(jī),2.先恒速后恒壓過濾,98,恒壓階段的過濾方程,為轉(zhuǎn)入恒壓操作后所經(jīng)歷的過濾時(shí)間。,為轉(zhuǎn)入恒壓操作后所得的濾液體積。,2.先恒速后恒壓過濾,99,第3章 非均相物系的分離和固體流態(tài)化,3

28、.1 概述 3.2 沉降分離 3.3 過濾 3.3.1 過濾操作原理 3.3.2 顆粒床層的特性及流體流過床層的壓降 3.3.3 過濾基本方程式 3.3.4 恒壓過濾 3.3.5 恒速過濾與先恒速后恒壓過濾 3.3.6 過濾常數(shù)的測(cè)定,100,1.恒壓下 的測(cè)定,在某指定的壓強(qiáng)差下對(duì)一定料漿進(jìn)行恒壓過濾時(shí)，過濾常數(shù)K、qe、e可通過恒壓過濾實(shí)驗(yàn)測(cè)定。,將恒壓過濾方程式,直線的斜率為 ，截距為 。,變換為,101,2.壓縮性指數(shù)s的測(cè)定,先在若干不同的壓強(qiáng)差下對(duì)指定物料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，求得若干過濾壓強(qiáng)差下的K值，然后對(duì)K-p數(shù)據(jù)加以處理，即可求得s值。,上式兩端取對(duì)數(shù)，得,K與p的關(guān)系在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上標(biāo)

29、繪時(shí)應(yīng)是直線，直線的斜率為(1-s)，截距為2k。,102,第3章 非均相物系的分離和固體流態(tài)化,3.1 概述 3.2 沉降分離 3.3 過濾 3.3.1 過濾操作原理 3.3.2 顆粒床層的特性及流體流過床層的壓降 3.3.3 過濾基本方程式 3.3.4 恒壓過濾 3.3.5 恒速過濾與先恒速后恒壓過濾（自學(xué)） 3.3.6 過濾常數(shù)的測(cè)定 3.3.7 過濾設(shè)備,103,概述,轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)等；,如板框壓濾機(jī)、葉濾機(jī)、,各種離心機(jī)等；,104,1. 板框壓濾機(jī),結(jié)構(gòu)：濾框、濾框兩側(cè)的濾布、濾板,1060塊不等， 過濾面積約為280m2,圖5-4 板框壓濾機(jī)組裝示意圖 1 固定頭；2濾板；3濾框

30、 4濾布；5壓緊裝置,105,1. 板框壓濾機(jī),106,圖3-19 板框壓縮機(jī)內(nèi) 液體流動(dòng)路徑 (a) 過濾階段,1.板框壓濾機(jī),107,1.板框壓濾機(jī),圖3-19 板框壓縮機(jī)內(nèi) 液體流動(dòng)路徑 (b) 洗滌階段,橫穿洗滌法： Lw=2L,108,說明,(2)主要優(yōu)缺點(diǎn)：,優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，過濾面積大、可承受高壓。 缺點(diǎn)：間歇式操作，所費(fèi)的裝、折、清洗時(shí)間較長(zhǎng)， 勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率較低。 應(yīng)用：含固量較多的懸浮液過濾。,(1) 濾板和濾框可為鑄鐵、碳鋼、不銹鋼、塑料及木材等，聚乙烯和聚丙烯是目前較為廣泛使用的材料。 常用規(guī)格的板框其厚度為2560mm,邊框長(zhǎng)為0.22.0m，框數(shù)由生產(chǎn)所需定

31、，由數(shù)個(gè)至上百個(gè)不等。 板框壓濾機(jī)的操作壓強(qiáng)一般在0.31.0Mpa之間。,1. 板框壓濾機(jī),109,嵌入式濾布的濾板,XASL /630-UB系列,XAZ /2000-UB系列,XAZ /800-UB系,110,DY-Q 帶式壓榨過濾機(jī),XKZ系列全自動(dòng)快開式壓濾機(jī),111,2. 加壓葉濾機(jī),1-濾餅 2-濾布 3-拔出裝置 4-橡膠圈,濾葉,結(jié)構(gòu)：,一個(gè)操作循環(huán)：,過濾、洗滌、卸渣、整理重裝,特點(diǎn)： 間歇式 置換洗滌： Lw=L,112,優(yōu)點(diǎn)：過濾面積大，設(shè)備緊湊，密閉操作，勞動(dòng)條件較好密閉操作，適宜處理易汽化及有毒物質(zhì)，操作穩(wěn)定，過濾速度快。,缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價(jià)較高，更換濾布困難。

32、,2. 加壓葉濾機(jī),113,NYB系列高效板式密閉過濾機(jī),MYB型全自動(dòng)板式密閉過濾機(jī),114,SYB系列水平葉片過濾機(jī),WYB系列臥式葉片過濾機(jī),115,3. 轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī),過濾、洗滌、吹松、刮渣,轉(zhuǎn)筒-筒的側(cè)壁上覆蓋有金屬網(wǎng)，長(zhǎng)、徑之比約為1/22， 濾布-蒙在筒外壁上。 分配頭-轉(zhuǎn)動(dòng)盤、固定盤,構(gòu)造：,一個(gè)操作循環(huán)：,浸沒于濾漿中的過濾面積約占全部面積的3040% 轉(zhuǎn)速為0.1至23（轉(zhuǎn)/分）,特點(diǎn)：,116,轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī),優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度小，濾餅厚度可自由調(diào)節(jié)，便于在轉(zhuǎn)鼓表面預(yù)涂助濾劑后用于黏、細(xì)物料的過濾。,缺點(diǎn)：附屬設(shè)備度，設(shè)備投資費(fèi)用高，過濾推動(dòng)力有限，濾餅含液量

33、較大，常達(dá)30%。,3. 轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī),117,練 習(xí) 題 目,思考題,作業(yè)題: 7、8,1.從過濾基本方程式分析提高過濾速率的措施。 2.板框壓濾機(jī)與葉濾機(jī)的洗滌方式有什么差別? 3.試分析過濾壓力差對(duì)過濾常數(shù)的影響。,118,第3章 非均相物系的分離和固體流態(tài)化,3.3 過濾 3.3.1 過濾操作原理 3.3.2 顆粒床層的特性及流體流過床層的壓降 3.3.3 過濾基本方程式 3.3.4 恒壓過濾 3.3.5 恒速過濾與先恒速后恒壓過濾（自學(xué)） 3.3.6 過濾常數(shù)的測(cè)定 3.3.7 過濾設(shè)備 3.3.8 濾餅的洗滌,119,濾餅的洗滌,洗滌濾餅的目的是回收滯留在顆?？p隙間的濾液，或凈化

34、構(gòu)成濾餅的顆粒。,單位時(shí)間內(nèi)消耗的洗水容積，以,洗滌速率,洗滌時(shí)間,表示,120,影響洗滌速率的因素可根據(jù)過濾基本方程式來分析，即,對(duì)于一定的懸浮液，r為常數(shù)。若洗滌推動(dòng)力與過濾終了時(shí)相同，并假設(shè)洗水黏度與濾液黏度相近，則洗滌速率與過濾終了時(shí)的過濾速率有一定關(guān)系，這個(gè)關(guān)系取決于過濾設(shè)備上采用的洗滌方式。,濾餅的洗滌,121,葉濾機(jī)等所采用的是置換洗滌法，洗水與過濾終了時(shí)的濾液流過的路徑基本相同，故,濾餅的洗滌,122,板框壓濾機(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)度約為過濾終了時(shí)濾液流動(dòng)路徑的兩倍，而供洗水流通的面積又僅為過濾面積的一半，即,濾餅的洗滌,123,將以上關(guān)

35、系代入過濾基本方程式，可得,當(dāng)洗水黏度、洗水表壓與濾液黏度、過濾壓強(qiáng)差有明顯差異時(shí)，所需的洗滌時(shí)間可按下式進(jìn)行校正，即,濾餅的洗滌,124,第3章 非均相物系的分離和固體流態(tài)化,3.3 過濾 3.3.1 過濾操作原理 3.3.2 顆粒床層的特性及流體流過床層的壓降 3.3.3 過濾基本方程式 3.3.4 恒壓過濾 3.3.5 恒速過濾與先恒速后恒壓過濾（自學(xué)） 3.3.6 過濾常數(shù)的測(cè)定 3.3.7 過濾設(shè)備 3.3.8 濾餅的洗滌 3.3.9 過濾機(jī)的生產(chǎn)能力,125,1. 間歇過濾機(jī)的生產(chǎn)能力,生產(chǎn)能力：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)獲得的濾液量或?yàn)V餅量。,其中：,生產(chǎn)能力, m3/h,一個(gè)操作周期所得濾液體積，m3,操作周期, s,126,2.連續(xù)過濾機(jī)的生產(chǎn)能力,操作周期：就是轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)一周所用時(shí)間，即,r/min,浸沒度：轉(zhuǎn)筒浸入面積占轉(zhuǎn)筒面積的分?jǐn)?shù), s,過濾時(shí)間,127,代入恒壓過濾方程，得每小時(shí)所得濾液體積，即生產(chǎn)能力為,2.連續(xù)過濾機(jī)的生產(chǎn)能力,當(dāng)濾布阻力可以忽略時(shí)，Ve=0，則上式