第4章颗粒与流体精选文档.ppt

《第4章颗粒与流体精选文档.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第4章颗粒与流体精选文档.ppt（126页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、第第4章颗粒与流体章颗粒与流体本讲稿第一页，共一百二十六页1 流体绕过颗粒及颗粒床层的流流体绕过颗粒及颗粒床层的流动动l1.1 颗粒床层的特性颗粒床层的特性l1.1.1 单个颗粒的特性单个颗粒的特性本讲稿第二页，共一百二十六页球形颗粒是最简单的一种颗粒，它的各球形颗粒是最简单的一种颗粒，它的各有关特性均可用单一参数有关特性均可用单一参数直径直径d全面全面表示。表示。体积体积 ；表面积表面积 ；比表面积比表面积 （单位体积固体颗粒所（单位体积固体颗粒所具有的表面积称为颗粒的比表面积）具有的表面积称为颗粒的比表面积）对非球形颗粒，以当量直径对非球形颗粒，以当量直径de来表征其来表征其与球形颗粒在某

2、些特性方面的等效。与球形颗粒在某些特性方面的等效。本讲稿第三页，共一百二十六页(1)体积等效直径体积等效直径dev 使当量球形颗粒的使当量球形颗粒的体积等于真实颗粒的体积体积等于真实颗粒的体积VP。或或 本讲稿第四页，共一百二十六页(2)表面积等效直径表面积等效直径des 使当量球形颗粒使当量球形颗粒的表面积等于真实颗粒的表面积的表面积等于真实颗粒的表面积SP。或或 本讲稿第五页，共一百二十六页(3)比表面积等效直径比表面积等效直径dea 使当量球形颗使当量球形颗粒的比表面积等于真实颗粒的比表面积粒的比表面积等于真实颗粒的比表面积a。或或 本讲稿第六页，共一百二十六页球形度球形度S：体积相同时

3、球形颗粒的表面积与实际颗粒体积相同时球形颗粒的表面积与实际颗粒的表面积之比。的表面积之比。0s1。本讲稿第七页，共一百二十六页1.1.2 颗粒群的特性颗粒群的特性由大量单个颗粒组成的集合由大量单个颗粒组成的集合颗粒群。颗粒群。(1)粒度分布粒度分布不同粒径范围内所含粒子的个数或质量称不同粒径范围内所含粒子的个数或质量称为粒度分布。为粒度分布。一般用粒度表征颗粒的大小，球形颗粒的一般用粒度表征颗粒的大小，球形颗粒的粒度就是其直径。粒度就是其直径。本讲稿第八页，共一百二十六页颗粒粒度的测量方法有筛分法、显颗粒粒度的测量方法有筛分法、显微镜法、沉降法等。微镜法、沉降法等。筛分法通常采用一套标准筛进行

4、测筛分法通常采用一套标准筛进行测量。常用的泰勒标准筛以筛号（目量。常用的泰勒标准筛以筛号（目数）表示筛孔的大小。数）表示筛孔的大小。本讲稿第九页，共一百二十六页(1)床层的空隙率床层的空隙率:床层中空隙的体积与床层总体积床层中空隙的体积与床层总体积之比。之比。=床层空隙体积床层空隙体积/床层总体积床层总体积=（床层体积（床层体积-颗粒所占体积）颗粒所占体积）/床层总体积床层总体积 本讲稿第十页，共一百二十六页(2)床层的各向同性床层的各向同性 各向同性的一个重要特点：床层各向同性的一个重要特点：床层横截面上可供流体通过的空隙面横截面上可供流体通过的空隙面积（即自由截面）与床层截面之积（即自由截

5、面）与床层截面之比在数值上等于空隙率比在数值上等于空隙率。本讲稿第十一页，共一百二十六页1.2 流体绕球形颗粒的流动流体绕球形颗粒的流动流体对颗粒的作用力（阻力）流体对颗粒的作用力（阻力）FD可用下可用下式表示：式表示：式中：式中：AP-颗粒在流体流动方向上的投颗粒在流体流动方向上的投影面积，影面积，m2；为流体密度，为流体密度，kg/m3；为曳力系数为曳力系数(或阻力系数或阻力系数)；u为颗粒与流体的相对运动速度，为颗粒与流体的相对运动速度，m/s。本讲稿第十二页，共一百二十六页实验证明，实验证明，是雷诺数的函数，即：是雷诺数的函数，即：=f(ReP)式中式中dP为颗粒直径（对非球形颗粒而言

6、，为颗粒直径（对非球形颗粒而言，则取等体积球形颗粒的当量直径），则取等体积球形颗粒的当量直径），、为流体的物性。为流体的物性。本讲稿第十三页，共一百二十六页ReP间的关系，经实验测定如图间的关系，经实验测定如图4-6所示，图中所示，图中s1的曲线为非球形颗粒的曲线为非球形颗粒的情况。的情况。在不同雷诺数范围内可用公式表示如下：在不同雷诺数范围内可用公式表示如下：（1）滞流区（）滞流区（ReP1）=24/ReP（2）过渡区（）过渡区（1ReP500）=18.5/ReP0.6（3）湍流区（）湍流区（500ReP2105）=0.44本讲稿第十四页，共一百二十六页1.3 流体通过颗粒床层的流动流体通过

7、颗粒床层的流动流体通过固定床的压降由下式给出：流体通过固定床的压降由下式给出：球形颗粒：球形颗粒：非球形颗粒用非球形颗粒用SdP代替代替dP即可。即可。式中式中u为流体的空床流速，为流体的空床流速，m/s。本讲稿第十五页，共一百二十六页当当ReP20时，等式右方第二项可时，等式右方第二项可略去，即此时粘滞力起主导作用；略去，即此时粘滞力起主导作用；当当 ReP1000时，右方第一项可略时，右方第一项可略去，即此时惯性力起主导去，即此时惯性力起主导作用。作用。本讲稿第十六页，共一百二十六页2 颗粒在流体中的运动颗粒在流体中的运动2.1球形颗粒的沉降球形颗粒的沉降颗粒在流体中沉降时，受到的作用力有

8、颗粒在流体中沉降时，受到的作用力有三个：三个：场力；场力；浮力；浮力；阻力。阻力。2.1.1重力沉降重力沉降由牛顿第二定律，有：由牛顿第二定律，有：本讲稿第十七页，共一百二十六页或或 (1)颗粒沉降的两阶段：颗粒沉降的两阶段：加速阶段：加速阶段：从从=0t，a=amax0，u=0umax（ut）；）；本讲稿第十八页，共一百二十六页等（匀）速阶段：等（匀）速阶段：当当t，a=0，u=ut。沉降速度沉降速度ut：在等速阶段里颗粒相对于流：在等速阶段里颗粒相对于流体的运动速度；或在加速阶段终了时颗粒体的运动速度；或在加速阶段终了时颗粒相对于流体的运动速度，也称终端速度。相对于流体的运动速度，也称终端

9、速度。当当a=0时，由（时，由（1）可解得：）可解得：(2)将前面将前面的表达式代入，得：的表达式代入，得：本讲稿第十九页，共一百二十六页（1）滞流区（）滞流区（ReP1）此式称为斯托克斯公式。此式称为斯托克斯公式。（2）过渡区（）过渡区（1ReP500）此式称为阿仑公式。此式称为阿仑公式。本讲稿第二十页，共一百二十六页（3）湍流区（）湍流区（500ReP2105）此式称为牛顿公式。此式称为牛顿公式。ut的计算方法：的计算方法：(1)试差法试差法本讲稿第二十一页，共一百二十六页假定流型，用相应的公式计算假定流型，用相应的公式计算ut；计算计算 ，检验，检验Ret是否符合假定流型。符合，是否符合

10、假定流型。符合，ut正确，否则，重复步骤正确，否则，重复步骤，。对于以对于以m计的小颗粒，常在滞流区沉降。计的小颗粒，常在滞流区沉降。本讲稿第二十二页，共一百二十六页（2）摩擦数群法）摩擦数群法将将与与Ret组合，以消去未知量。组合，以消去未知量。若已知若已知dP，求，求ut，作如下组合：，作如下组合：若已知若已知ut，求，求dP，作如下组合：，作如下组合：与与Ret之间的关系曲线见之间的关系曲线见图图4-8。本讲稿第二十三页，共一百二十六页应用图应用图4-8的方法：的方法：求求ut时，由借助图中曲线定出时，由借助图中曲线定出Ret值，值，然后求然后求ut：。求求dP时，由借助图中曲线定出时，

11、由借助图中曲线定出Ret值，然值，然后求后求dP：。本讲稿第二十四页，共一百二十六页例例4-1 玉米淀粉水悬浮液在玉米淀粉水悬浮液在20 时，时，颗粒的直径为颗粒的直径为621 m，其平均值为，其平均值为15 m，求沉降速度。假定吸水后淀粉颗粒，求沉降速度。假定吸水后淀粉颗粒的相对密度为的相对密度为1.02。解：水在解：水在20 时，时，=10-3 Pas,=1000 kg/m3;P=1020 kg/m3。假定在滞流区沉降，则按斯托克斯公式：假定在滞流区沉降，则按斯托克斯公式：本讲稿第二十五页，共一百二十六页ut正确，即正确，即 ut=2.4510-6 m/s。例例4-2 一直径为一直径为15

12、 m，相对密度为，相对密度为0.9的油滴，在的油滴，在21，0.1 MPa的空气中沉的空气中沉降分离。若沉降时间为降分离。若沉降时间为2 min，试求该油，试求该油滴沉降分离的高度。滴沉降分离的高度。本讲稿第二十六页，共一百二十六页解：查附录，得在题设条件下空解：查附录，得在题设条件下空气的物性为：气的物性为：=1.810-5 Pas，=1.20 kg/m3 假定沉降满足斯托克斯公式：假定沉降满足斯托克斯公式：本讲稿第二十七页，共一百二十六页ut正确，即正确，即 ut=6.1210-3 m/s。沉降高度：沉降高度：H=ut=6.1210-3260=0.734m说明：对于微米级颗粒的沉降，说明：

13、对于微米级颗粒的沉降，一般在极短的时间内（以毫秒计）一般在极短的时间内（以毫秒计）就可达到沉降速度，因此可认为，就可达到沉降速度，因此可认为，颗粒从一开始就以沉降速度沉降。颗粒从一开始就以沉降速度沉降。本讲稿第二十八页，共一百二十六页212 实际沉降速度实际沉降速度ut，实际的颗粒沉降一般不是自由沉降，且实际的颗粒沉降一般不是自由沉降，且形状也不一定为球形，这时需对形状也不一定为球形，这时需对ut进行进行校正。校正。ut，=putp为校正系数，可参阅式（为校正系数，可参阅式（4-51）（4-54）。）。本讲稿第二十九页，共一百二十六页3 固体流态化与气力输送固体流态化与气力输送流态化：在流化床

14、中，床层所具有流态化：在流化床中，床层所具有的类似流体性质的现象。的类似流体性质的现象。31 固体流态化固体流态化3.1.1 固体流态化的基本概念固体流态化的基本概念流体经过固体颗粒床层流动时的流体经过固体颗粒床层流动时的3种状态：种状态：本讲稿第三十页，共一百二十六页固定床阶段固定床阶段 流化床阶段流化床阶段 气（液）力输送阶段气（液）力输送阶段本讲稿第三十一页，共一百二十六页（1）固定床阶段）固定床阶段 流体以低流速向上流过颗粒床层时，流流体以低流速向上流过颗粒床层时，流体只是通过静止固体颗粒间的空隙流动，体只是通过静止固体颗粒间的空隙流动，这时的床层称为固定床。这时的床层称为固定床。（2

15、）流化床阶段）流化床阶段 流体的流速逐步增大，乃至流体通过床流体的流速逐步增大，乃至流体通过床层的压力降大致等于床层的净重力时，层的压力降大致等于床层的净重力时，固体颗粒刚好悬浮在向上流动的流体中，固体颗粒刚好悬浮在向上流动的流体中，床层开始流化，这时的床层称为临界流床层开始流化，这时的床层称为临界流化床，流化以后的床层就称为流化床。化床，流化以后的床层就称为流化床。本讲稿第三十二页，共一百二十六页临界流化速度临界流化速度umf：使床层开始流：使床层开始流化时的流体速度。化时的流体速度。（3）气力输送阶段）气力输送阶段 流体流速增大到颗粒的沉降速度时，流体流速增大到颗粒的沉降速度时，将有固体颗

16、粒随流体夹带流出。这将有固体颗粒随流体夹带流出。这时的流体流速称为带出速度。时的流体流速称为带出速度。本讲稿第三十三页，共一百二十六页312 流化床的流体力学流化床的流体力学（1）流化床的压力降）流化床的压力降 忽略床层与器壁的摩擦阻力，在垂直忽略床层与器壁的摩擦阻力，在垂直方向上，作用在床层上有三个力：方向上，作用在床层上有三个力：重力重力，浮力浮力，推力推力。三力平衡：三力平衡：式中：式中：L，A分别为床层的高度和截面积；分别为床层的高度和截面积；为床层空隙率。为床层空隙率。本讲稿第三十四页，共一百二十六页床层压降为：床层压降为：若流化介质为气体，则若流化介质为气体，则 0，即，即对气体流

17、化床有：对气体流化床有：式中：式中：m-床中固体颗粒的总质床中固体颗粒的总质量，量，kg。显然，在流化床阶段，流体通过显然，在流化床阶段，流体通过床层的压降为定值。床层的压降为定值。本讲稿第三十五页，共一百二十六页流体通过床层的压降流体通过床层的压降(压力降压力降)P与空塔速度与空塔速度u的关系如下图所示：的关系如下图所示：本讲稿第三十六页，共一百二十六页AB段为固定床阶段，段为固定床阶段，p与与u在对在对数坐标上成直线关系；数坐标上成直线关系；BC段为流化床阶段，段为流化床阶段，p基本不变；基本不变；CD段为气力输送阶段，气体流速段为气力输送阶段，气体流速到达带出速度时，颗粒被带走，到达带出

18、速度时，颗粒被带走，床层的空隙率快速增大，因而气床层的空隙率快速增大，因而气体流动的压降随之骤然下降。体流动的压降随之骤然下降。如果床内出现不良现象（节涌、如果床内出现不良现象（节涌、沟流），通过床的压降将会波动。沟流），通过床的压降将会波动。本讲稿第三十七页，共一百二十六页（2）临界流化速度（最小流化）临界流化速度（最小流化速度）速度）umf 临界流化速度与空床临界流化速度与空床雷诺数等有关。雷诺数等有关。下面介绍几个下面介绍几个umf的计算式：的计算式：当当 ReP20时时当当 ReP1000时时本讲稿第三十八页，共一百二十六页 0ReP，有：，有：式中：式中：dP为颗粒的平均粒径，为颗粒

19、的平均粒径，m；，为流体的物性。为流体的物性。注意，求注意，求u mf最可靠的方法是实验的方法，最可靠的方法是实验的方法，见下例题。见下例题。本讲稿第三十九页，共一百二十六页例例4-3 某气、固流化床反应器在某气、固流化床反应器在350、压强、压强1.52105 Pa条件下操作。此条件下操作。此时气体的粘度为时气体的粘度为=3.1310-5 Pa.s，密度，密度=0.85kg/m3，催化剂颗粒直径为，催化剂颗粒直径为0.45 mm，密度为，密度为1200 kg/m3。为确定其临界流。为确定其临界流化速度，现用该催化剂颗粒及化速度，现用该催化剂颗粒及30、常、常压下的空气进行流化实验，测得临界流

20、压下的空气进行流化实验，测得临界流化速度为化速度为0.049 m/s，求操作状态下的临，求操作状态下的临界流化速度。界流化速度。本讲稿第四十页，共一百二十六页解：查得解：查得30、常压下的空气的粘度和、常压下的空气的粘度和密度分别为：密度分别为：，=1.8610-5 Pas，密度，密度，=1.17 kg/m3实验条件下的雷诺数实验条件下的雷诺数 由由 得：得：本讲稿第四十一页，共一百二十六页（3）最大流化速度和流化操作速度最大流化速度和流化操作速度最大流化速度最大流化速度=颗粒的沉降速度颗粒的沉降速度ut一般食品的悬浮速度（颗粒的沉降速度）一般食品的悬浮速度（颗粒的沉降速度）见表见表4-1。本

21、讲稿第四十二页，共一百二十六页下面介绍几个下面介绍几个ut的计算式：的计算式：球形颗粒，且球形颗粒，且RePt 0.4，则应对，则应对ut校正，校正校正，校正系数系数ft可由图可由图4-17查出。查出。球形颗粒，且球形颗粒，且0.4RePt 500时时本讲稿第四十三页，共一百二十六页对于非球形颗粒的对于非球形颗粒的ut，乘以一，乘以一个系数个系数c：ut，=cutc=0.834lg（s/0.065）注意：在计算注意：在计算umf 时，颗粒直径取时，颗粒直径取床层中实际颗粒粒度分布的平均床层中实际颗粒粒度分布的平均直径，而计算直径，而计算ut时须用具有相当数时须用具有相当数量的最小颗粒的粒度。量

22、的最小颗粒的粒度。操作弹性：操作弹性：ut/umf 比值的大小。比值的大小。对于细颗粒，对于细颗粒，RePt1 000，有，有ut/umf=8.61可见，小颗粒比大颗粒的操作弹性大。可见，小颗粒比大颗粒的操作弹性大。一般一般 ut/umf值在值在1090之间。之间。流化数流化数K：操作速度：操作速度u与临界流化速度与临界流化速度umf之比。之比。K=u/umf为提高操作速度，可采取的措施：为提高操作速度，可采取的措施：床层中设挡板、挡网；床层中设挡板、挡网；改进粉尘回收系统（使用旋风分离器）改进粉尘回收系统（使用旋风分离器）。本讲稿第四十五页，共一百二十六页3.1.3 流化床中的传热流化床中的

23、传热传热的特点传热的特点：流化床内部温度分布均匀一致。流化床内部温度分布均匀一致。(1)床层与床壁或物体表面间的传热床层与床壁或物体表面间的传热 对流传热式为：对流传热式为：Q=S(Tb-Tw)式中：式中：Tb为床层内平均温度，为床层内平均温度，K；Tw为器壁表面温度，为器壁表面温度，K。为床层与床壁间的对流传热系数，为床层与床壁间的对流传热系数，W/m2.K。本讲稿第四十六页，共一百二十六页有如下几个计算式：有如下几个计算式：a）列文斯波）列文斯波-沃尔顿关联式沃尔顿关联式使用范围：使用范围：D/dP=24687。b）温）温-李伐关联式李伐关联式式中效率式中效率的数值可按图的数值可按图4-2

24、0进行估算。进行估算。本讲稿第四十七页，共一百二十六页(2)流化床中固体颗粒与流体间的传热流化床中固体颗粒与流体间的传热 对流换热式对流换热式:Q=S(TP-Tf)对流传热膜系数对流传热膜系数的关联式如下：的关联式如下：a)瓦尔通等人提出的关联式瓦尔通等人提出的关联式式中：式中：D为流化床的直径，为流化床的直径，m。使用范围：使用范围：D/dP=144285，ReP=1032。本讲稿第四十八页，共一百二十六页 b)柯赛利等人提出的关联式柯赛利等人提出的关联式例例4-4 某流化床，床径为某流化床，床径为100 cm，床，床层高度为层高度为200 cm，已知，已知dp=0.l mm；P=1 000

25、 kg/m3；CPP=1080 J/(kgK)；=210-5 Pas；=0.5 kg/m3；CPf=1000 J/(kgK)；=0.029 W/(mK)；umf=1 cm/s；mf=0.4；u=20 cm/s；=0.7。试。试计算床层与器壁间的对流换热系数。计算床层与器壁间的对流换热系数。本讲稿第四十九页，共一百二十六页解：（解：（1）ReP数数(2)Pr数数流化数：流化数：u/umf=20/1=20由图由图4-20查取查取=0.85Lmf/L=0.85(1-0.7)/(1-0.4)=0.425本讲稿第五十页，共一百二十六页(3)求求由温由温-李式李式本讲稿第五十一页，共一百二十六页3.1.4

26、 流化床中的结构形式流化床中的结构形式流化床的结构主要包括壳体、床内分布板、流化床的结构主要包括壳体、床内分布板、粉状固体回收系统、挡板及挡网、内换热粉状固体回收系统、挡板及挡网、内换热器等，又有单、多层流化床之分。器等，又有单、多层流化床之分。(1)流化床的壳体及主体尺寸流化床的壳体及主体尺寸 壳体为圆柱形容器，主体尺寸包括直径和壳体为圆柱形容器，主体尺寸包括直径和有效高度（图有效高度（图4-23）。）。本讲稿第五十二页，共一百二十六页a)流化床直径流化床直径D式中式中Q为气体流量，为气体流量，m3/s。b）流化床有效高度流化床有效高度HH=L+TDH式中：式中：L为料层高度，为料层高度，m

27、；TDH为夹带为夹带分离高度，分离高度，m。本讲稿第五十三页，共一百二十六页(1)气体分布板气体分布板作用：支承物料、均匀分布气体、创造作用：支承物料、均匀分布气体、创造良好的流化条件。良好的流化条件。分布板的形式见图分布板的形式见图4-24。(3)固体颗粒的回收系统固体颗粒的回收系统 一般采用旋风分离器作为回收装置。一般采用旋风分离器作为回收装置。(4)挡板和挡网挡板和挡网作用：挡板或挡网能够破坏气泡的生成作用：挡板或挡网能够破坏气泡的生成和长大，改善气体在床内停留时间的分和长大，改善气体在床内停留时间的分布和两相的接触，减轻气体的返混现象，布和两相的接触，减轻气体的返混现象，提高流化效果。

28、提高流化效果。本讲稿第五十四页，共一百二十六页32 气力输送气力输送3.2.1 概述概述当流体速度增大至等于或大于固体颗粒的当流体速度增大至等于或大于固体颗粒的带出速度时，则颗粒在流体中形成悬浮状带出速度时，则颗粒在流体中形成悬浮状态的稀相，并随流体一起带出，称为气态的稀相，并随流体一起带出，称为气（液）力输送。（液）力输送。气力输送的优点：气力输送的优点：可进行长距离、任意可进行长距离、任意方向的连续输送，劳动生产率高，结构简方向的连续输送，劳动生产率高，结构简单、紧凑，占地小，使用、维修方便。单、紧凑，占地小，使用、维修方便。本讲稿第五十五页，共一百二十六页输送对象物料范围广，粉状、颗粒状

29、、输送对象物料范围广，粉状、颗粒状、块状、片状等均可，且温度可高达块状、片状等均可，且温度可高达500。输送过程中，可同时进行混合、输送过程中，可同时进行混合、粉碎、分级、干燥、加热、冷却等。粉碎、分级、干燥、加热、冷却等。输送中，可防止物料受潮、污染或混入输送中，可防止物料受潮、污染或混入杂质，保持质量和卫生，且没有粉尘飞杂质，保持质量和卫生，且没有粉尘飞扬，保持操作环境良好。扬，保持操作环境良好。气力输送的缺点：气力输送的缺点：动力消耗大（不仅动力消耗大（不仅输送物料，还必须输送大量空气）；输送物料，还必须输送大量空气）；易磨损物料；易磨损物料；易使含油物料分离；易使含油物料分离；潮湿易结

30、块和粘结性物料不适用。潮湿易结块和粘结性物料不适用。本讲稿第五十六页，共一百二十六页输送时，颗粒的输送松密度输送时，颗粒的输送松密度，与颗粒的与颗粒的真密度真密度P的关系为的关系为，=P(1-)式中式中为空隙率。为空隙率。混合比混合比R：气力输送中，单位时间被输：气力输送中，单位时间被输送物料的质量与输送空气的质量之比。送物料的质量与输送空气的质量之比。R=Gs/Ga式中：式中：Gs为被输送物料的质量流量，为被输送物料的质量流量，kg/s；Ga为输送空气的质量流量，为输送空气的质量流量，kg/s。本讲稿第五十七页，共一百二十六页通常，稀相输送松密度通常，稀相输送松密度，100 kg/m3，混合

31、比，混合比R=25至数百。至数百。3.2.2 气力输送的原理气力输送的原理气力输送主要是利用空气的动力作用，气力输送主要是利用空气的动力作用，物料在空气动力作用下被悬浮然后被输物料在空气动力作用下被悬浮然后被输送。送。本讲稿第五十八页，共一百二十六页3.2.3 气力输送系统气力输送系统气力输送系统一般由供料装置、输料管路、气力输送系统一般由供料装置、输料管路、卸料装置、闭风器、除尘装置和气力输送卸料装置、闭风器、除尘装置和气力输送机械等组成。机械等组成。输送流程主要有吸引式（真空式）和压送输送流程主要有吸引式（真空式）和压送式两种：式两种：吸引式吸引式 低真空吸引低真空吸引 气源真空度气源真空

32、度13 kPa高真空吸引高真空吸引 气源真空度气源真空度2，0n，0当含尘气体中颗粒粒径相同时，当含尘气体中颗粒粒径相同时，1，0=2，0=n，0=此时，此时，0=1-（1-）n本讲稿第八十六页，共一百二十六页(2)离心机（同学们自己阅读）离心机（同学们自己阅读）42过滤过滤过滤是以某种多孔物质为介质来过滤是以某种多孔物质为介质来处理悬浮液的操作。处理悬浮液的操作。过滤分为滤饼过滤和深层（床）过滤分为滤饼过滤和深层（床）过滤两种：过滤两种：(1)滤饼过滤滤饼过滤过滤过程中，滤饼层逐渐增厚，过滤过程中，滤饼层逐渐增厚，真正起过滤作用的是滤饼。真正起过滤作用的是滤饼。本讲稿第八十七页，共一百二十六

33、页2)深层过滤深层过滤过滤过程中，基本上无滤饼形成，微粒主过滤过程中，基本上无滤饼形成，微粒主要沉积在过滤介质内部的孔道内。要沉积在过滤介质内部的孔道内。本节仅介绍滤饼过滤。本节仅介绍滤饼过滤。421 过滤操作的基本概念过滤操作的基本概念本讲稿第八十八页，共一百二十六页(1)几个名词：几个名词：过滤介质过滤介质 过滤操作所使用的多孔介质。过滤操作所使用的多孔介质。滤浆滤浆过滤操作所处理的悬浮液。过滤操作所处理的悬浮液。滤饼滤饼被截留在过滤介质上的固体颗粒层。被截留在过滤介质上的固体颗粒层。滤液滤液过滤操作所得到的清液。过滤操作所得到的清液。本讲稿第八十九页，共一百二十六页(2)滤饼的压缩性和助

34、滤剂滤饼的压缩性和助滤剂 不可压缩滤饼与可压缩滤饼：不可压缩滤饼与可压缩滤饼：当压强差增大时，滤饼的空隙结构不发当压强差增大时，滤饼的空隙结构不发生明显变化，单位厚度滤饼层的阻力基生明显变化，单位厚度滤饼层的阻力基本不变，则称为不可压缩滤饼；反之，本不变，则称为不可压缩滤饼；反之，则称为可压缩滤饼。则称为可压缩滤饼。助滤剂：助滤剂：为提高过滤速度，在过滤前预先覆盖在滤为提高过滤速度，在过滤前预先覆盖在滤布上或添加于滤浆中的物质。布上或添加于滤浆中的物质。但使用助滤剂一般只限于以获得清净的滤但使用助滤剂一般只限于以获得清净的滤液为目的的场合。液为目的的场合。本讲稿第九十页，共一百二十六页(3)典

35、型过滤操作的程序典型过滤操作的程序一般包括如下一般包括如下4个阶段：个阶段：过滤：有恒速过滤和恒压过滤两种方式。过滤：有恒速过滤和恒压过滤两种方式。滤饼洗涤：洗去滤饼孔隙中积存的滤液。滤饼洗涤：洗去滤饼孔隙中积存的滤液。滤饼干燥：洗涤完毕后，利用热空气吹滤饼干燥：洗涤完毕后，利用热空气吹过滤饼以将空隙中留存的洗液排出。过滤饼以将空隙中留存的洗液排出。滤饼卸除：将滤饼从滤布上卸除。滤饼卸除：将滤饼从滤布上卸除。本讲稿第九十一页，共一百二十六页(4)过滤速度过滤速度u：单位时间、单位过滤面积所得到的单位时间、单位过滤面积所得到的滤液体积，即：滤液体积，即：式中式中q=V/A为通过单位过滤面积的为通

36、过单位过滤面积的滤液总量，滤液总量，m3/m2=m。本讲稿第九十二页，共一百二十六页422 过滤设备过滤设备按操作方式不同分为连续过滤机按操作方式不同分为连续过滤机(真空转筒过滤机真空转筒过滤机)和间歇过滤机和间歇过滤机(板框过滤机、叶滤机等板框过滤机、叶滤机等)。(1)板框压滤机板框压滤机本讲稿第九十三页，共一百二十六页主要由滤板和滤框组成。主要由滤板和滤框组成。滤板的作用：一是支撑滤布，二是提供滤板的作用：一是支撑滤布，二是提供滤液的通道。滤液的通道。滤板又分为非洗涤板和洗涤板两种，分滤板又分为非洗涤板和洗涤板两种，分别以别以1钮和钮和3钮表示。钮表示。滤框的作用：容纳形成的滤饼。滤框的作

37、用：容纳形成的滤饼。滤框以滤框以2钮表示。钮表示。滤板和滤框的组装顺序：滤板和滤框的组装顺序：1-2-3-2-1-2。本讲稿第九十四页，共一百二十六页过滤和洗涤的情况见下：过滤和洗涤的情况见下：本讲稿第九十五页，共一百二十六页(2)叶滤机叶滤机本讲稿第九十六页，共一百二十六页以滤叶为基本过滤元件，滤叶由金属丝以滤叶为基本过滤元件，滤叶由金属丝网为框架并在其上覆盖滤布而成。网为框架并在其上覆盖滤布而成。叶滤机过滤时滤液通过的路径与洗涤时叶滤机过滤时滤液通过的路径与洗涤时洗液的路径相同。洗液的路径相同。(3)转鼓转鼓(筒筒)真空过滤机真空过滤机可同时完成可同时完成4个操作。个操作。本讲稿第九十七页

38、，共一百二十六页423 过滤基本方程过滤基本方程1）滤液在滤饼层中的流动）滤液在滤饼层中的流动过滤速度（即滤液的空床流速）过滤速度（即滤液的空床流速）可表示为：可表示为：2）滤饼阻力）滤饼阻力R对于不可压缩滤饼，对于不可压缩滤饼，a为常数，为常数，令令 但物料不同，但物料不同，r值也不同。值也不同。本讲稿第九十八页，共一百二十六页r称为单位厚度床层的阻力（滤饼的称为单位厚度床层的阻力（滤饼的比阻），比阻），1/m2。R=rL称为滤饼阻力，称为滤饼阻力，1/m。3）过滤介质阻力）过滤介质阻力Rm一般过滤介质阻力可视为常数，则一般过滤介质阻力可视为常数，则滤液通过滤饼和过滤介质为串联过程，滤液通过

39、滤饼和过滤介质为串联过程，本讲稿第九十九页，共一百二十六页或或假定假定 Rm=rLe，即假设用一层厚度为，即假设用一层厚度为Le的的滤饼层代替过滤介质，滤饼层代替过滤介质，Le称为过滤介质称为过滤介质的当量滤饼厚度。的当量滤饼厚度。4）过滤基本方程式）过滤基本方程式设每获得设每获得1m3滤液得到的滤饼体积为滤液得到的滤饼体积为m3，则有，则有L A=V及及LeA=Ve本讲稿第一百页，共一百二十六页式中式中Ve为当量滤液体积。为当量滤液体积。或或当滤饼可压缩时，有：当滤饼可压缩时，有：r=r，（P）s式中：式中：r，为单位压强差下滤饼的比阻；，为单位压强差下滤饼的比阻；s为滤饼的压缩性指数，为滤

40、饼的压缩性指数，0s1，由实验，由实验确定。对不可压缩滤饼，确定。对不可压缩滤饼，s=0。本讲稿第一百零一页，共一百二十六页将将r的表达式代入可得过滤基本方程：的表达式代入可得过滤基本方程：本讲稿第一百零二页，共一百二十六页4.2.4间歇过滤操作的计算间歇过滤操作的计算对于一定的悬浮液，对于一定的悬浮液，r，为一常数，令为一常数，令 则有则有 (*)恒压过滤（恒压过滤（P=常数）常数）将（将（*）式积分，有：）式积分，有：或或（V+Ve）2=2kA2P1-s(+e)本讲稿第一百零三页，共一百二十六页令令 K=2kP1-s（称为过滤常数），则得：（称为过滤常数），则得：（V+Ve）2=KA2(+

41、e)（1）当当=0时，时，V=0 Ve2=KA2e又代回（又代回（1）式，得：）式，得：V2+2VeV=KA2 （2）若令若令q=V/A,qe=Ve/A，则上式为：，则上式为：(q+qe)2=K(+e)（3）和和 q2+2qeq=K （4）（1）（）（4）式均称为恒压过滤方程。）式均称为恒压过滤方程。本讲稿第一百零四页，共一百二十六页当过滤介质的阻力忽略不计时：当过滤介质的阻力忽略不计时：Ve=e=0有有 V2=KA2q2=K(2)恒速过滤（恒速过滤（q/=uR=常数）常数）（*）式变为：）式变为：或或 本讲稿第一百零五页，共一百二十六页令令则则 P1-s=a+b对不可压缩滤饼过滤，对不可压缩

42、滤饼过滤，s=0，则，则P=a+b即过滤压强差与过滤时间呈线性即过滤压强差与过滤时间呈线性关系。关系。另一方面，可得：另一方面，可得：V2+VeV=kP1-sA2 （5）及及 V=uR A 可见，可见，V与与也呈线性关系。也呈线性关系。本讲稿第一百零六页，共一百二十六页（3）先恒速后恒压的过滤）先恒速后恒压的过滤基本情况：基本情况：恒速恒速 恒压恒压过滤时间过滤时间：=0R滤液体积滤液体积V：V=0VR V 过滤压强差过滤压强差P：P=0P R=P恒速段：当恒速段：当=R时，时，P R=P=常数，此常数，此即恒压阶段过滤压强差，设恒压段的过即恒压阶段过滤压强差，设恒压段的过滤常数为滤常数为K，

43、则由（，则由（5）式可得：）式可得：（6）上式称为恒速过滤方程。上式称为恒速过滤方程。本讲稿第一百零七页，共一百二十六页恒压段：仍对（恒压段：仍对（*）式积分，但要注）式积分，但要注意积分限。意积分限。(7)或或 (8)(7)和和(8)式称为先恒速后恒压过滤方式称为先恒速后恒压过滤方程。程。本讲稿第一百零八页，共一百二十六页事实上，对于前面已有一段过滤事实上，对于前面已有一段过滤(不论是不论是否恒速否恒速)的操作，只要后一段为恒压，就的操作，只要后一段为恒压，就可用上式计算。可用上式计算。注意：式中注意：式中V为过滤时间从为过滤时间从0到到所获得所获得的累计滤液总量，而不是恒压阶段获得的累计滤

44、液总量，而不是恒压阶段获得的滤液的滤液量。量。本讲稿第一百零九页，共一百二十六页(4)滤饼洗涤滤饼洗涤洗涤速率洗涤速率(dV/d)w：单位时间内：单位时间内流过的洗液体积。流过的洗液体积。洗涤所需时间洗涤所需时间w为：为：洗涤时洗涤时,滤饼厚度不再发生变化滤饼厚度不再发生变化,但洗涤速率除了与洗涤条件有关但洗涤速率除了与洗涤条件有关外外,还与过滤设备的型式有关。还与过滤设备的型式有关。本讲稿第一百一十页，共一百二十六页对板框压滤机对板框压滤机(属横穿洗涤法属横穿洗涤法),有有:代入洗涤时间计算式代入洗涤时间计算式,可得可得:对叶滤机对叶滤机(属置换洗涤法属置换洗涤法),有有 代入洗涤时间计算式

45、代入洗涤时间计算式,可得可得:本讲稿第一百一十一页，共一百二十六页注意注意:上几式中的上几式中的A均为过滤面积。均为过滤面积。(5)生产能力生产能力Q过滤机的生产能力通常以单位时间获得过滤机的生产能力通常以单位时间获得的滤液量表示。的滤液量表示。式中式中:+w+D称为一个操作周期的时称为一个操作周期的时间间,s;D-操作周期内卸渣、清理、装合等辅助操作周期内卸渣、清理、装合等辅助操作时间操作时间,s。本讲稿第一百一十二页，共一百二十六页(6)板框过滤机的设备参数板框过滤机的设备参数过滤面积过滤面积A：A=2zBL式中：式中：L为框长，为框长，m；B为框宽，为框宽，m；z为为框数。框数。框内总容

46、积框内总容积Vc：Vc=zBL式中式中为框厚为框厚,m。本讲稿第一百一十三页，共一百二十六页与框容积相关的滤液体积与框容积相关的滤液体积V：式中式中:Y-滤饼在框内的充填率滤饼在框内的充填率;-单位体积滤液的滤饼体积单位体积滤液的滤饼体积 本讲稿第一百一十四页，共一百二十六页（7）过滤常数的测定）过滤常数的测定 过滤常数包括过滤常数包括K、qe（Ve）、）、s。K,qe的测定的测定可用同一悬浮液在小型实验设备中进行可用同一悬浮液在小型实验设备中进行恒压过滤实验而获得。恒压过滤实验而获得。通常通常,过滤的初始阶段并非恒压，设在过滤的初始阶段并非恒压，设在1时间内，得单位过滤面积滤液时间内，得单位

47、过滤面积滤液q1，此后才，此后才作恒压过滤，则由作恒压过滤，则由(8)式可得式可得:本讲稿第一百一十五页，共一百二十六页显然显然,呈线性关系呈线性关系,直线的斜率为直线的斜率为1/K,截截距为距为2(qe+q1)/K，由实验数据作图，由实验数据作图可求得常数可求得常数qe和恒压操作的和恒压操作的K值。值。实际操作条件与实验条件不同时实际操作条件与实验条件不同时,需对需对K进行校正。进行校正。本讲稿第一百一十六页，共一百二十六页压缩指数压缩指数s的测定的测定在若个不同的压差下重复上述试在若个不同的压差下重复上述试验，可求得若干个验，可求得若干个K值。值。K=2kP1-sLgK=(1-s)Lg(P

48、)+Lg(2k)LgKLg(P)呈线性关系呈线性关系,直线的直线的斜率为斜率为(1-s),截距为截距为Lg(2k),由实验由实验数据作图可求得常数数据作图可求得常数s。本讲稿第一百一十七页，共一百二十六页例例4-7 拟用一台板框压滤机过滤悬浮液，拟用一台板框压滤机过滤悬浮液，板框尺寸为板框尺寸为450 mm450 mm25 mm，有，有40个滤框。在个滤框。在P=3105 Pa下恒压过滤。待下恒压过滤。待滤框充满滤渣后，用清水洗涤滤饼，洗涤水滤框充满滤渣后，用清水洗涤滤饼，洗涤水量为滤液体积的量为滤液体积的1/10。已知每米。已知每米3滤液形成滤液形成0.025 m3 滤饼；操作条件下过滤常数

49、：滤饼；操作条件下过滤常数：qe=0.026 8 m3/m2；=8.93710-4 Pas；r=1.131013（P）0.274。试求：（试求：（1）过滤时间；（）过滤时间；（2）洗涤时间；）洗涤时间；（3）若每次装卸清理的辅助时间为）若每次装卸清理的辅助时间为60 min，求此，求此压滤机的生产能力。压滤机的生产能力。本讲稿第一百一十八页，共一百二十六页解：先确定解：先确定K值：值：计算滤框中充满滤饼时计算滤框中充满滤饼时(Y=1)的的q：由恒压过滤方程由恒压过滤方程 q2+2qeq=K 得得:本讲稿第一百一十九页，共一百二十六页(2)洗涤时间洗涤时间w对板框压滤机对板框压滤机,过滤机的生产

50、能力过滤机的生产能力QV=qA=0.52400.452=8.1m3本讲稿第一百二十页，共一百二十六页4.2.5连续式过滤计算连续式过滤计算以转鼓真空过滤机为例。以转鼓真空过滤机为例。浸没度浸没度:转鼓表面浸入滤浆中的转鼓表面浸入滤浆中的分数。分数。=浸没角度浸没角度/360设转鼓的转速为每秒钟设转鼓的转速为每秒钟n转，则其转，则其转转1周所需要的时间为：周所需要的时间为：T=1/n (s)过滤时间为：过滤时间为：=T=/n应用恒压过滤方程应用恒压过滤方程（V+Ve）2=KA2(+e)本讲稿第一百二十一页，共一百二十六页可得转鼓每转可得转鼓每转1周所得的滤液量为：周所得的滤液量为：(a)生产能力