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1、返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件第三章 非均相物系的分离授课教师：庞煜霞授课教师：庞煜霞返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.1 概述概述3.1.1 混合物的分类混合物的分类混合物混合物 均相混合物均相混合物（均相物系）（均相物系）非均相混合物非均相混合物（非均相物系）（非均相物系）物系内部各处组成均匀且物系内部各处组成均匀且不存在相界面不存在相界面物系内部有隔开两相的界物系内部有隔开两相的界面存在且界面两侧的物料面存在且界面两侧的物料性质截然不同性质截然不同例如：溶液及混合气体例如：溶液及混合气体例如：含尘气体、悬浮液等例如：含尘气体、悬
2、浮液等返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件非均相非均相物系物系分散相（分散物质）：处于分散状态分散相（分散物质）：处于分散状态的物质的物质,如固体颗粒、液滴、气泡如固体颗粒、液滴、气泡连续相（分散介质）：包围着分散物质而连续相（分散介质）：包围着分散物质而处于连续状态的物质处于连续状态的物质返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.1.2 非均相物系的分类非均相物系的分类 根据连续相的状态分：根据连续相的状态分：p液态非均相物系：固、液、气分散在液相中。液态非均相物系：固、液、气分散在液相中。悬浮液、乳浊液、泡沫液悬浮液、乳浊液、泡沫液p气态非均相
3、物系：固、液分散在气相中。气态非均相物系：固、液分散在气相中。含尘气体、含雾气体含尘气体、含雾气体返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.1.3 非均相物系的分离目的非均相物系的分离目的 p回收有用的分散相回收有用的分散相p净化连续相净化连续相p环境保护的需要环境保护的需要返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.1.4 非均相物系的分离方法非均相物系的分离方法1、沉降沉降：颗粒相对于流体运动。：颗粒相对于流体运动。重力沉降重力沉降 离心沉降离心沉降2、过滤过滤：流体相对于固体颗粒床层运动。：流体相对于固体颗粒床层运动。重力过滤重力过滤 加压过滤加
4、压过滤 真空过滤真空过滤 离心过滤离心过滤返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.2.2 颗粒床的特性颗粒床的特性 由颗粒堆积而成的颗粒层称为颗粒床层。由颗粒堆积而成的颗粒层称为颗粒床层。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 1、床层的空隙率、床层的空隙率 单位体积床层所具有的空隙体积单位体积床层所具有的空隙体积(m3/m3)。p空隙率通过实验测得空隙率通过实验测得p一般乱堆床层的空隙率大致在一般乱堆床层的空隙率大致在0.470.70之间之间返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件2、床层的比表面积、床层的比表面积 单单位位体
5、体积积床床层层所所具具有有的的颗颗粒粒的的表表面面积积称称为为床层的比表面积。床层的比表面积。a ab b=(1-)=(1-)a a ab床层比表面积；床层比表面积；a 颗粒的比表面积；颗粒的比表面积；床层空隙率。床层空隙率。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.3 颗粒的沉降颗粒的沉降 3.3.1 重力沉降重力沉降 重力沉降分离设备重力沉降分离设备 离心沉降离心沉降 离心沉降设备离心沉降设备返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.3.1 重力沉降重力沉降1、球形颗粒的自由沉降与干扰沉降、球形颗粒的自由沉降与干扰沉降自由沉降自由沉降:颗粒在流体
6、中沉降时，不受其它颗颗粒在流体中沉降时，不受其它颗粒或器壁的影响。粒或器壁的影响。干扰沉降干扰沉降以下讨论自由沉降过程。以下讨论自由沉降过程。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件2、球形颗粒的自由沉降速度、球形颗粒的自由沉降速度 设直径为设直径为dp、密度为、密度为p的光滑球形颗粒在的光滑球形颗粒在密度为密度为，粘度为，粘度为的静止流体中作自由沉的静止流体中作自由沉降。颗粒受力：降。颗粒受力：FbFgFd重力重力 浮力浮力 阻力阻力u则Fd返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件根据牛顿第二定律可知根据牛顿第二定律可知上式称为重力沉降速度基本方程式。
7、上式称为重力沉降速度基本方程式。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3 3、沉降速度实用公式、沉降速度实用公式因次分析因次分析曳力系数曳力系数与与ReP的关系：的关系：(1)圆球圆球 (2)圆盘圆盘 (3)圆柱圆柱10-410-310-210-11.01010210310410510610-11.010102103105ReP(1)(2)(3)返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件层流区（层流区（Stokes定律区，定律区，Re0 2）过渡区（过渡区（Allen定律区，定律区，2 Re0 1000）湍流区（湍流区（Newton定律区，定律区，100
8、0 Re0 2105）返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件4、强化重力沉降的方法、强化重力沉降的方法 增加颗粒的直径，加凝聚剂、助附着剂增加颗粒的直径，加凝聚剂、助附着剂 减小流体的密度、粘度减小流体的密度、粘度ut 减减对于液体对于液体=f(T)T 对于气体对于气体=f(T)T 返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件6、沉降速度的影响因素、沉降速度的影响因素颗粒的体积浓度颗粒的体积浓度颗粒的体积浓度颗粒的体积浓度颗粒的体积浓度小于颗粒的体积浓度小于0.2%时，理论计算值的偏差在时，理论计算值的偏差在1%以内；以内；颗粒浓度较高时便发生干扰沉降颗粒
9、浓度较高时便发生干扰沉降,需要根据浓度进行修正。需要根据浓度进行修正。器壁效应器壁效应器壁效应器壁效应颗粒形状的影响颗粒形状的影响颗粒形状的影响颗粒形状的影响当容器尺寸当容器尺寸D远远大于颗粒尺寸远远大于颗粒尺寸dp时时(100倍以上倍以上)，器壁效应可，器壁效应可忽略，否则需加以考虑。忽略，否则需加以考虑。同一种固体物质，球形或近球形颗粒比同体积非球形颗粒的沉同一种固体物质，球形或近球形颗粒比同体积非球形颗粒的沉降快一些。实际计算时非球形颗粒的大小可用当量直径表示。降快一些。实际计算时非球形颗粒的大小可用当量直径表示。颗粒大小的影响颗粒大小的影响颗粒大小的影响颗粒大小的影响颗粒直径颗粒直径0
10、.5um时，沉降受到流体分子布朗运动的影响。时，沉降受到流体分子布朗运动的影响。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.3.2 重力沉降分离设备重力沉降分离设备1、降尘室、降尘室返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 工作原理工作原理 气体入室气体入室 减速减速颗粒的沉降运动颗粒的沉降运动&随气体运动，合速度：抛物线随气体运动，合速度：抛物线沉降运动时间沉降运动时间 气体停留时间气体停留时间分离分离所需沉降时间所需沉降时间t t=H/ut在室内停留时间在室内停留时间=L/u分离满足的条件：分离满足的条件：流道面积扩大流道面积扩大返回华南理工大学化工
11、原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 说明：说明：（1）不同直径）不同直径d的颗粒的颗粒ut不同，相应的不同，相应的t不同。不同。d ，ut 容易除去。容易除去。（2）当某直径的颗粒满足）当某直径的颗粒满足t 时，它能够被完全时，它能够被完全（100%）地分离；当某直径的颗粒满足）地分离；当某直径的颗粒满足t时，它时，它不是不能被分离，仍然可以被分离，只不过是不能不是不能被分离，仍然可以被分离，只不过是不能被完全分离。被完全分离。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 （3）能能(100%)被除去的最小颗粒直径被除去的最小颗粒直径 最低沉降速度最低沉降速度能被分离的最
12、小粒径能被分离的最小粒径返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 （4）最大处理量（生产能力）最大处理量（生产能力）VmaxutLb=utA0Vmax为为某一粒径能某一粒径能100%100%被去除的最大处理量，即沉被去除的最大处理量，即沉降速度降速度u ut t应按需要完全分离下来的最小颗粒计算；应按需要完全分离下来的最小颗粒计算；Vmax与与(100%(100%去除的去除的)d,A0有关有关，而与，而与H无关。无关。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 多层降尘室多层降尘室清洁气流清洁气流含尘气流含尘气流挡板挡板隔板隔板p降尘室一般用水平隔降尘室一
13、般用水平隔板做成多层，间距为板做成多层，间距为40100mm。p多层降尘室生产能力多层降尘室生产能力(n层水平隔板层水平隔板)：VS(n+1)utLb返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件说明说明n气流速度气流速度u不应太高，以免干扰颗粒的沉降或把已经不应太高，以免干扰颗粒的沉降或把已经沉降下来的颗粒重新卷起。为此，应保证沉降下来的颗粒重新卷起。为此，应保证气体流动的气体流动的雷诺准数处于滞流范围雷诺准数处于滞流范围之内；之内；n降尘室结构简单，流动阻力小，但体积庞大，分离效降尘室结构简单，流动阻力小，但体积庞大，分离效率低，通常仅率低，通常仅适用于分离直径大于适用于分离
14、直径大于50m的颗粒的颗粒，用，用于过程的于过程的预除尘预除尘。n多层降尘室虽能分离细小的颗粒，并节省地面，但出多层降尘室虽能分离细小的颗粒，并节省地面，但出灰麻烦。灰麻烦。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件（1）一球形石英）一球形石英颗颗粒，在空气中按斯托克斯定律沉粒，在空气中按斯托克斯定律沉降，若空气温度由降，若空气温度由20升至升至50，则则其沉降速度将其沉降速度将 。（2）在除去某粒径的）在除去某粒径的颗颗粒粒时时，若降，若降尘尘室的高度增室的高度增加一倍，加一倍，则则沉降沉降时间时间 ，气流速度，气流速度 ，生，生产产能力能力 。课堂练习课堂练习（3）在滞流
15、（）在滞流（层层流）区，流）区，颗颗粒的沉降速度与粒的沉降速度与颗颗粒粒直径的直径的 次方成正比；在湍流区，次方成正比；在湍流区，颗颗粒的沉降粒的沉降速度与速度与颗颗粒直径的粒直径的 次方成正比。次方成正比。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件【例例】采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。降尘室底面积为降尘室底面积为10，宽和高均为，宽和高均为2m。操作条件下气。操作条件下气体密度为体密度为0.75kg/m3，粘度为，粘度为2.6 10-5Pa s，颗粒密度，颗粒密度为为3000 kg/m3。降尘室的生产能力为。降尘室的生产
16、能力为3m3/s。试求：。试求：（1）理论上可完全回收的最小颗粒直径；）理论上可完全回收的最小颗粒直径；（2）粒径为）粒径为40 m的颗粒的回收百分率；的颗粒的回收百分率；（3）如将降尘室改为多层以完全回收）如将降尘室改为多层以完全回收10 m的颗粒，的颗粒，在原降尘室内需设置多少层水平隔板及板间距。在原降尘室内需设置多少层水平隔板及板间距。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件解：解：（1）理论上可完全回收的最小颗粒直径）理论上可完全回收的最小颗粒直径在降尘室中能完全被分离出的最小颗粒在降尘室中能完全被分离出的最小颗粒的沉降速度为的沉降速度为假设沉降在层流区，用假设沉降
17、在层流区，用Stokes公式求最小公式求最小颗粒直径颗粒直径返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件核算沉降流型核算沉降流型假设成立，求得的最小粒径有效。假设成立，求得的最小粒径有效。（2）粒径为）粒径为40 m的颗粒的回收百分率的颗粒的回收百分率假设颗粒在炉气中的分布是均匀的，则在气体假设颗粒在炉气中的分布是均匀的，则在气体的停留时间内颗粒沉降的高度与降尘室的高度的停留时间内颗粒沉降的高度与降尘室的高度之比即为该尺寸颗粒被分离下来的分率。之比即为该尺寸颗粒被分离下来的分率。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件由于各种尺寸的颗粒在降尘室内的停留时间均
18、相由于各种尺寸的颗粒在降尘室内的停留时间均相同，故同，故40 m的颗粒的回收率也可用其沉降速度的颗粒的回收率也可用其沉降速度ut与与69.1 m的颗粒的沉降速度的颗粒的沉降速度ut之比来确定，在之比来确定，在层流区层流区（3）需设置水平隔板层数及板间距）需设置水平隔板层数及板间距由上面计算可知，由上面计算可知，10 m的颗粒的沉降必在的颗粒的沉降必在层流区，可用层流区，可用stokes公式计算沉降速度公式计算沉降速度返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件需设置水平隔板层数需设置水平隔板层数板间距板间距核算气体在多层降尘室内的流型：若忽略隔板厚核算气体在多层降尘室内的流型：
19、若忽略隔板厚度所占的空间，则气体的流速为度所占的空间，则气体的流速为返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件即气体在降尘室的流动为层流，设计合理。即气体在降尘室的流动为层流，设计合理。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.3.3 离心沉降离心沉降离心沉降：依靠离心沉降：依靠惯性离心力惯性离心力的作用从而实现沉降的的作用从而实现沉降的过程。过程。离心沉降效率较重力沉降效率高。对于两相密度差离心沉降效率较重力沉降效率高。对于两相密度差较小或颗粒粒径较小的情况，应采用离心分离。较小或颗粒粒径较小的情况，应采用离心分离。返回华南理工大学化工原理电子课件华南
20、理工大学化工原理电子课件1、离心沉降速度、离心沉降速度 流流体体作作圆圆周周运运动动时时，形形成成惯惯性性离离心心力力场场。当当颗颗粒粒在在距中心距中心r处旋转时，其切向速度处旋转时，其切向速度uT，径向速度，径向速度ur。惯性离心力场强度：惯性离心力场强度：uT2/r轨迹：轨迹：逐渐扩大的逐渐扩大的螺旋线螺旋线r1r2ArCBuruuT颗粒在旋转流体中的运动颗粒在旋转流体中的运动返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件uTurrFcFbFDdp，p的球形颗粒受力分析：的球形颗粒受力分析：离心力离心力向心力向心力阻力阻力（方向向外）（方向向外）（方向向内）（方向向内）（方向
21、向内）（方向向内）返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件当三个力达到当三个力达到平衡平衡时：时：Fc-Fb-FD=0返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件2、离心沉降速度与重力沉降速度的比较、离心沉降速度与重力沉降速度的比较 表达式：表达式：重力沉降速度公式中的重力沉降速度公式中的重力加速度改为离心加速度重力加速度改为离心加速度数值：数值：1）重力沉降速度基本上为）重力沉降速度基本上为定值定值2）离离心心沉沉降降速速度度为为绝绝对对速速度度在在径径向向上上的的分分量量，数数值值随颗粒在离心力场中的随颗粒在离心力场中的位置而变位置而变。返回华南理工大学
22、化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3、离心分离因数、离心分离因数同一颗粒在同种介质中的离心沉降速度与重力沉同一颗粒在同种介质中的离心沉降速度与重力沉降速度的比值。降速度的比值。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.3.4 离心沉降设备离心沉降设备气固气固 旋风分离器旋风分离器液固液固 旋液分离器旋液分离器返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 旋风分离器旋风分离器 1、结、结 构构 :主体的上部为圆筒主体的上部为圆筒形形,下部为圆锥形下部为圆锥形,中央有一中央有一升气管。矩形切线入口。升气管。矩形切线入口。旋风分离器尺寸及操作原理示意图
23、旋风分离器尺寸及操作原理示意图（各部分尺寸（各部分尺寸按比例以按比例以D为基准）为基准）2、工作原理、工作原理气流旋转气流旋转向下向下螺旋运动到锥口螺旋运动到锥口向上向上螺旋运动螺旋运动（气芯）（气芯）顶部中央排气口顶部中央排气口返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件颗粒颗粒器壁器壁与气流分离，与气流分离，滑落滑落离心力离心力返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件41返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件评价指标评价指标总效率总效率粒级效率粒级效率分离效果分离效果压强降压强降临界直径临界直径分离效率分离效率3、旋风分离器的性能、
24、旋风分离器的性能返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件1）临界粒径）临界粒径定义：理论上在旋风分离器中能被完全分离下来定义：理论上在旋风分离器中能被完全分离下来的最小颗粒。的最小颗粒。计算公式的推导：计算公式的推导：返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件假设：假设：（1 1）气流严格按螺旋形路线作等速运动，其切向）气流严格按螺旋形路线作等速运动，其切向速度等于进口气速速度等于进口气速u ui i；（2 2）颗粒向器壁沉降时，必须穿过厚度等于进气）颗粒向器壁沉降时，必须穿过厚度等于进气宽度宽度B B的气流层，方能达到器壁而被分离；的气流层，方能达到器壁
25、而被分离；（3 3）颗颗粒的流粒的流动类动类型型为为滞流。滞流。S Stokestokes公式可用，旋转半径取公式可用，旋转半径取r rm m（平均旋转半径）（平均旋转半径）颗粒沉降速度颗粒沉降速度返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件说明说明nD或或B=D/4，则则dC，设设备备尺尺寸寸（直直径径、进进气气口口宽宽度度）不不能太大，以维持较高的分离效率。能太大，以维持较高的分离效率。多级旋风分离器多级旋风分离器nV或或 ui，则则dC，B一一定定时时，提提高高气气流流量量或或提提高高进进口口气气速速，可可提提高高分分离离效效率率，但但进进口口阻阻力力增增加加，同同时时湍
26、湍流流状状况况增增大大，易易带带起起灰灰尘尘，所所以以一一般般不不采采用用此此法法。当当气气体体处处理理量量大大时时，使用若干小尺寸旋风分离器并联使用。，使用若干小尺寸旋风分离器并联使用。n对于标准旋风分离器，一般取对于标准旋风分离器，一般取 返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 课堂练习课堂练习（1）沉降操作是指在某种）沉降操作是指在某种 中利用分散相和中利用分散相和连连续续相之相之间间的的 差异，使之差异，使之发发生相生相对对运运动动而而实现实现分分离的操作离的操作过过程。沉降程。沉降过过程有程有 沉降和沉
27、降和 沉降两沉降两种方式。种方式。（2）旋风分离器性能的好坏，主要以旋风分离器性能的好坏，主要以 来来衡量。衡量。越小，说明分离性能越好。越小，说明分离性能越好。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3.4 过滤过滤 过滤的基本概念过滤的基本概念 过滤基本方程式过滤基本方程式 过滤设备过滤设备 过滤计算过滤计算返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件1、过滤操作、过滤操作3.4.1 过滤的基本概念过滤的基本概念以某种多孔物质为介质，在外力的作用下，使悬浮以某种多孔物质为介质，在外力的作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，固体颗粒被截留在介液中的液体通
28、过介质的孔道，固体颗粒被截留在介质上，从而实现固质上，从而实现固/液分离的操作。液分离的操作。过程过程推动力推动力：重力；压：重力；压力力(差差)；离心力；离心力操作目的：获得固体或操作目的：获得固体或清净的液体清净的液体洗涤洗涤回收滤饼中残回收滤饼中残存的滤液或除去其杂质存的滤液或除去其杂质返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件2、过滤方式、过滤方式（1）滤饼过滤滤饼过滤：固体沉：固体沉积物在介质表面堆积、架积物在介质表面堆积、架桥而形成滤饼层。滤饼层桥而形成滤饼层。滤饼层是有效过滤层。是有效过滤层。适用于：处理固体含量较适用于：处理固体含量较高的混悬液。高的混悬液。返
29、回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 （2）深层过滤深层过滤：过滤介：过滤介质是较厚的粒状介质的质是较厚的粒状介质的床层，过滤时悬浮液中床层，过滤时悬浮液中的颗粒沉积在床层内部的颗粒沉积在床层内部的孔道壁面上，而不形的孔道壁面上，而不形成滤饼。成滤饼。适用于：生产量大而悬浮颗粒粒径小、含量微适用于：生产量大而悬浮颗粒粒径小、含量微或是粘软的絮状物。或是粘软的絮状物。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3、过滤介质、过滤介质 支撑滤饼或截留颗粒，使滤液通过。支撑滤饼或截留颗粒，使滤液通过。要求：要求：1）多多孔孔性性，孔孔道道大大小小合合适适（既既对
30、对流流体体的的阻阻力力小小，又能截住要分离的颗粒）；又能截住要分离的颗粒）；2）具有足够的机械强度；）具有足够的机械强度；3）化学稳定性好（耐腐蚀、耐热、抗老化）；）化学稳定性好（耐腐蚀、耐热、抗老化）；4）价格便宜。）价格便宜。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 过滤介质种类：过滤介质种类：织物介质织物介质 滤布滤布(织物、网织物、网)，截留的粒径截留的粒径5m以上，工业应用广泛以上，工业应用广泛多孔固体介质多孔固体介质具有微细孔道的固体，截留具有微细孔道的固体，截留粒径粒径13m的微细粒子的微细粒子 堆积介质堆积介质固体颗粒或纤维等堆积，适用于固体颗粒或纤维等堆积
31、，适用于深层过滤深层过滤 微孔膜微孔膜由高分子材料制成的薄膜状多孔介由高分子材料制成的薄膜状多孔介质。适用于滤除质。适用于滤除0.0210m的混悬微粒。的混悬微粒。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件4、滤饼的压缩性和助滤剂、滤饼的压缩性和助滤剂（1）滤饼的压缩性）滤饼的压缩性滤饼滤饼不可压缩滤饼不可压缩滤饼:可压缩滤饼可压缩滤饼:颗粒有一定的颗粒有一定的刚性刚性，所，所形成的滤饼并不因所受形成的滤饼并不因所受的压力差而变形。的压力差而变形。颗粒较软，所形成的滤饼颗粒较软，所形成的滤饼在压差的作用下在压差的作用下变形变形，使，使滤饼中的流动通道变小，滤饼中的流动通道变小
32、，阻力增大。阻力增大。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件（2）助滤剂）助滤剂助滤剂助滤剂具有一定具有一定刚性刚性的颗粒或纤维状的固体。的颗粒或纤维状的固体。加入助滤剂可减少可压缩滤饼的流动阻力。加入助滤剂可减少可压缩滤饼的流动阻力。加入方法加入方法预涂预涂用助滤剂配成悬浮液，在正式用助滤剂配成悬浮液，在正式过滤前过滤前用它进行过滤，在过滤用它进行过滤，在过滤介质上形成一层由助滤剂组成介质上形成一层由助滤剂组成的滤饼。的滤饼。将助滤剂混在滤浆中将助滤剂混在滤浆中一起一起过滤过滤预混预混返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件1、颗粒床层的物理模型与基
33、本参数、颗粒床层的物理模型与基本参数颗粒床层颗粒床层一组平行细管一组平行细管流体通道流体通道细管内表面细管内表面=床层颗粒的全部表面床层颗粒的全部表面细管的总体积细管的总体积=床层空隙体积床层空隙体积3.4.2 过滤基本方程式过滤基本方程式合理简化合理简化本质近似本质近似返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件基本参数基本参数空隙率空隙率：床层的空隙体积：床层的空隙体积/床层的总体积床层的总体积比表面积比表面积a：颗粒表面积：颗粒表面积/颗粒体积颗粒体积孔道孔道(细管细管)平均长度平均长度 l：床层厚度床层厚度L返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件孔
34、道孔道(细管细管)当量直径当量直径de：返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件2、过滤速度及其表达、过滤速度及其表达 1）定义）定义A滤饼层总截面积；滤饼层总截面积；过滤时间；过滤时间；V滤液体积滤液体积返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件滤液流速滤液流速u1:u1与与u的关系的关系返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件因此，过滤速度因此，过滤速度恒压降速恒压降速:l(L)，如，如 pc不变，则不变，则u 恒速升压恒速升压:l(L)，如，如u不变，则不变，则 pc 说明：说明：返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原
35、理电子课件3）滤饼的阻力）滤饼的阻力 对不可压缩滤饼，其形状、大小不变，故对不可压缩滤饼，其形状、大小不变，故、a a为常为常数，则数，则式中：式中：R滤饼的阻力，滤饼的阻力，1/m r滤饼的比阻，滤饼的比阻，1/m2推动力推动力阻力阻力返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件过滤推动力过滤推动力：促成滤液流动的因素，即压强差：促成滤液流动的因素，即压强差pC过滤阻力过滤阻力：rL=Rn 滤液本身的粘性：滤液本身的粘性：n 滤饼阻力：滤饼阻力：R=rL返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件4）过滤介质的阻力）过滤介质的阻力滤饼压降滤饼压降过滤介质压降过
36、滤介质压降相应的总阻力也等于两层阻力之和。相应的总阻力也等于两层阻力之和。设想过滤介质相当于厚度为设想过滤介质相当于厚度为Le的一层滤饼的一层滤饼则过滤介质阻力为则过滤介质阻力为总推动力总推动力Le过滤介质的当量滤饼厚度过滤介质的当量滤饼厚度总阻力总阻力 RRmrLrLe返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 过滤截面积不变，则以整个截面积计算的滤液通过滤截面积不变，则以整个截面积计算的滤液通过滤饼层和过滤介质的过滤饼层和过滤介质的速度相等速度相等，即，即当量滤饼层厚度，当量滤饼层厚度，m 上式表明：可用滤液通过上式表明：可用滤液通过串联的滤饼与滤布串联的滤饼与滤布的的总
37、压强降表示过滤推动力，用两层的阻力之和总压强降表示过滤推动力，用两层的阻力之和表示总阻力。表示总阻力。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 5）过滤基本方程式过滤基本方程式 V=AL系数：系数：获取单位体积滤液所得滤饼体积获取单位体积滤液所得滤饼体积Ve当量滤液体积，与当量滤液体积，与Le对应的滤液体积对应的滤液体积若每获得若每获得 1m3 滤液形成的滤饼体积为滤液形成的滤饼体积为 vm3，则每获得则每获得 Vm3 滤液形成的滤饼体积为滤液形成的滤饼体积为 vVm3返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件不可压缩滤饼不可压缩滤饼:其中滤饼的压缩指数其
38、中滤饼的压缩指数s=01，对于不可压缩，对于不可压缩滤饼滤饼s=0可压缩滤饼可压缩滤饼:r是压强差的函数，是压强差的函数，可表示为可表示为过滤基本方程式过滤基本方程式返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3、恒压过滤方程式、恒压过滤方程式 、r、与时间无关与时间无关,Ve、A、p常数常数返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件与过滤介质阻力相对应的虚拟滤液体积为与过滤介质阻力相对应的虚拟滤液体积为Ve，假定，假定需要过滤时间为需要过滤时间为e，此，此阶段段实际获得得滤液液V=0，则上式上式简化化为积分限：时间积分限：时间0e，体积：，体积：0Ve（1）
39、返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件在有效过滤阶段，在有效过滤阶段，Ve、e为常数，积分为常数，积分积分限：时间积分限：时间ee，体积：，体积：VeVeV（1）和（）和（2）相加得）相加得恒压过滤方程式，表明恒压过滤时滤液体恒压过滤方程式，表明恒压过滤时滤液体积与过滤时间的关系为一积与过滤时间的关系为一抛物线抛物线。（2）返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件总结：恒压过滤方程式总结：恒压过滤方程式K过滤常数，由物料特性和过滤压强差决定；过滤常数，由物料特性和过滤压强差决定；qe、e介质常数，反映过滤介质阻力的大小介质常数，反映过滤介质阻力的大小返
40、回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件对于不可压缩滤饼对于不可压缩滤饼对于不可压缩滤饼进行恒速过滤时，其操作压对于不可压缩滤饼进行恒速过滤时，其操作压强差随过滤时间成强差随过滤时间成直线增高直线增高。因此，可采用。因此，可采用先先恒速后恒压恒速后恒压的复合式操作。的复合式操作。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件原理一原理一过滤方程同除以过滤方程同除以Kq/q q作图，作图，直线斜率直线斜率=1/K，截距截距=2qe/K恒压过滤下连续测定恒压过滤下连续测定，q5、过滤常数的实验测定、过滤常数的实验测定（1）恒压下）恒压下K、qe、e的测定的测定 返回
41、华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件对过滤方程进行微分对过滤方程进行微分微分用增量代替微分用增量代替连续测定连续测定，q算出一系列算出一系列 及对应及对应 q /qq作图，作图，直线斜率直线斜率=2/=2/K，截距截距=2qe/K原理二原理二返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件（2）压缩性指数）压缩性指数s的测定的测定 原理原理 两边取对数：两边取对数：对一定物料对一定物料k、s为常数，故此式表明为常数，故此式表明lgK与与lgp为直线关系，其斜率为为直线关系，其斜率为(1-s s)，截距为，截距为lg(2k)。因此在因此在不同压强差下进行恒压过滤不
42、同压强差下进行恒压过滤，测得对应的，测得对应的K值，即可根据上式通过作图法或最小二乘法求值，即可根据上式通过作图法或最小二乘法求出出s。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件（1 1）恒）恒压过滤时压过滤时，滤浆滤浆温度降低，温度降低，则滤则滤液粘度液粘度 ，过滤过滤速率速率 。（2）恒）恒压过滤压过滤操作，一个周期中，操作，一个周期中，过滤时间为过滤时间为，获滤获滤液量液量为为V，现现将将过滤压过滤压差增加一倍，其他条差增加一倍，其他条件不件不变变，则过滤时间变为则过滤时间变为 。（设滤饼设滤饼不可不可压缩压缩且介且介质质阻力不阻力不计计）课堂练习课堂练习返回华南理工大
43、学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件（4）已知）已知q为单为单位位过滤过滤面面积积所得所得滤滤液体液体积积V/S，qe为为Ve/S，Ve为为过滤过滤介介质质的当量的当量滤滤液体液体积积（滤滤液体液体积积为为Ve时时所形成的所形成的滤饼层滤饼层的阻力等于的阻力等于过滤过滤介介质质的阻力）的阻力），在恒定，在恒定过滤时过滤时，测测得得 ，过滤过滤常常数数K ，qe=。（3）在恒）在恒压过滤时压过滤时，如，如过滤过滤介介质质的阻力忽略不的阻力忽略不计计，且面，且面积积恒定，恒定，则则所得的所得的滤滤液量与液量与过滤时间过滤时间的的 次方成正比，而次方成正比，而对对一定的一定的滤滤液量液量则
44、则需要的需要的过滤时间过滤时间与与过滤过滤面面积积的的 次方成次方成 比。比。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件【例例】用用过滤过滤面面积为积为0.04m2的小型板框的小型板框压滤压滤机恒机恒压压过滤过滤含固体含固体10%（质质量）的量）的滤浆滤浆，滤饼滤饼不可不可压缩压缩，滤饼滤饼含水量含水量20%。过滤时间过滤时间分分别为别为0，38.2s，114.4s时时的的滤滤液量分液量分别为别为0，0.004m3，0.008m3。若在相同。若在相同条件下条件下处处理理滤浆滤浆10 t/h。需要多大的。需要多大的过滤过滤面面积积？滤滤液液密度密度为为1000kg/m3。返回华
45、南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件解：解：将已知条件代入得将已知条件代入得解得解得返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件10吨悬浮液中含液体：吨悬浮液中含液体：101000（1-0.1）/1000=9 m39m3的液体有一部分滞留在滤饼中，设滞留在滤的液体有一部分滞留在滤饼中，设滞留在滤饼中的液体饼中的液体x吨吨 计算得计算得 x=0.25 t=0.25m3 因此，滤液量因此，滤液量V为为 V=9-0.25=8.75m3返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件将恒压过滤方程将恒压过滤方程 变形为变形为 返回华南理工大学化工原理电子课
46、件华南理工大学化工原理电子课件操作方式操作方式压滤机压滤机吸滤机吸滤机离心过滤机离心过滤机间歇过滤机间歇过滤机连续过滤机连续过滤机压强差压强差 过滤设备过滤设备常用：板框过滤机、转筒真空过滤机常用：板框过滤机、转筒真空过滤机返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件1、板框过滤机、板框过滤机 p最普遍使用的最普遍使用的一种过滤机一种过滤机p由许多块由许多块滤板滤板与与滤框滤框交替排交替排列组合而成。列组合而成。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件主要工作部件主要工作部件:滤板（过滤板滤板（过滤
47、板1和洗涤板和洗涤板3）滤框滤框2组装组装:1-2-3-2-1-2-3-2-1-2-3-2-1滤布滤布框的两侧框的两侧返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件 过滤：过滤：滤浆由总管入框滤浆由总管入框框内形成滤饼框内形成滤饼滤液穿过饼和滤液穿过饼和布布经每板上旋塞排出经每板上旋塞排出(明流明流)或或从板流出的滤液汇集于某总管排出从板流出的滤液汇集于某总管排出(暗流暗流)洗涤：洗涤：洗涤液由总管入板洗涤液由总管入板滤布滤布滤饼滤饼滤布滤布非洗涤非洗涤板板排出排出工作原理：工作原理：返回华南理工大学化工原理电子课件华南
48、理工大学化工原理电子课件过滤过程过滤过程洗涤过程洗涤过程1232112321返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件过滤阶段过滤阶段返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件横穿洗涤：横穿洗涤：洗涤面洗涤面=(1/2)过滤面积过滤面积洗水路径洗水路径=2倍过滤终了时过滤路径倍过滤终了时过滤路径返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件说明说明:间歇操作间歇操作过滤、洗涤、卸渣、整理、装合过滤、洗涤、卸渣、整理、装合主要优缺点主要优缺点:p 结构简单、过滤面积较大、滤饼的含水量少、结构简单、过滤面积较大、滤饼的含水量少、操作压强高、适应能力
49、强。操作压强高、适应能力强。p 效率较低，劳动强度大。效率较低，劳动强度大。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件代号代号例：例：BMS20/635-25B：板框板框压滤压滤机机M：明流明流S：手：手动压紧动压紧20：过滤过滤面面积积，635：框内：框内边长边长，mm25：框厚，：框厚，mm返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件洗涤液行程与滤液洗涤液行程与滤液相同。相同。洗涤面积洗涤面积=过滤面积过滤面积置换洗涤：置换洗涤：2、加压叶滤机、加压叶滤机 返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工
50、大学化工原理电子课件叶滤机的优缺点叶滤机的优缺点 优点：优点：1、过滤推动力大；、过滤推动力大；2、单位地面所容过滤面积大；、单位地面所容过滤面积大；3、滤饼洗涤充分；、滤饼洗涤充分；4、劳动强度较低，操作环境较好（密闭空间）。、劳动强度较低，操作环境较好（密闭空间）。缺点：缺点：构造复杂，造价较高。构造复杂，造价较高。适用场合：适用场合：固体含量少固体含量少,需要产品主要是液体。需要产品主要是液体。返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件3、转筒真空过滤机、转筒真空过滤机 结构与工作原理结构与工作原理 返回华南理工大学化工原理电子课件华南理工大学化工原理电子课件返回华南理