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1、非均相物系分别非均相物系分别1、概述2、颗粒沉降3、过滤4、过程强化与展望第一节：概述第一节：概述混合物分类一种物质以分子、离子状态匀整分散在另一种物质中。有明显相界面；不同相间有明显的物理化学性质差异。通过施加适当通过施加适当外力使两相间外力使两相间发生相对运动，发生相对运动，实现非均相混实现非均相混合物的分离。合物的分离。机械分别的两种操作方式一、非均相物系分别在工业上应用一、非均相物系分别在工业上应用一、非均相物系分别在工业上应用一、非均相物系分别在工业上应用1 回收有价值的分散物质2 净化分散介质以满足生产工艺要求3 环境爱护和平安生产二：颗粒及颗粒群的特性二：颗粒及颗粒群的特性一、颗
2、粒的特征一、颗粒的特征1、球形颗粒、球形颗粒颗粒最基本的特征就是其形态和大小。对于球形颗粒仅用直径就可以说明颗粒的大小，而对于非球形颗粒，由于难以用单一参数说明，常将它与球形颗粒相对比来表示其特征。2 2、非球形颗粒、非球形颗粒、非球形颗粒、非球形颗粒工业上遇到的固体颗粒大多是非球形颗粒，它不像球形颗粒那样简洁求出体积、表面积和比表面积，但可用当量直径和球形度来表示其特征。由于体积相同的形态不同的颗粒中，球形颗粒表面积最小，所以任何非球形颗粒的球形度均小于1，其值越小，说明颗粒与球形颗粒差别越大S-与实际颗粒体积相等的圆球的表面积；与实际颗粒体积相等的圆球的表面积；SP-颗粒的实际表面颗粒的实
3、际表面积积颗粒群的特性颗粒群的特性颗粒群的特性颗粒群的特性2）颗粒的平均粒径常用方法是平均比表面积直径法。由大小不同的颗粒组成的集合体称为颗粒群。1）颗粒群粒径分布颗粒群的粒度组成状况即粒径分布。可用筛分分析法测定各种尺寸颗粒所占的分率。xi式中da平均比表面积直径；di筛孔平均直径；xidi粒径范围内颗粒的质量分数3）颗粒的密度颗粒的真密度：当不包括颗粒之间的空隙时，单位颗粒群体积内颗粒的质量，kg/m3。积累密度（表观密度）：当包括颗粒之间的空隙时，单位颗粒群体积内颗粒的质量，4）颗粒的粘附性和散粒性其次节：颗粒沉降其次节：颗粒沉降一、颗粒在流体中的沉降过程一、颗粒在流体中的沉降过程颗粒与
4、流体在力场中作相对运动时，受到三个力的作用：质量力Fma、浮力Fb=Vp.a、曳力Fd=.Au2/2。对于确定的颗粒和流体，重力Fg、浮力Fb确定，但曳力Fd却随着颗粒运动速度而变更。当颗粒运动速度u等于某一数值后达到匀速运动，这时颗粒所受的诸力之和为零二：重力沉降及设备二：重力沉降及设备二：重力沉降及设备二：重力沉降及设备自由沉降：颗粒在重力沉降过程中不受四周颗粒和器自由沉降：颗粒在重力沉降过程中不受四周颗粒和器壁的影响，称为自由沉降壁的影响，称为自由沉降。对单个球形颗粒受力分析：沉降两个阶段：加速段和等速段，加速段时间很短，整个过程可以忽视；等速段的颗粒相对于流体的速度称为沉降速度用ut表
5、示，也称终端速度。沉降速度：沉降速度：沉降速度：沉降速度：其中是颗粒沉降时的阻力系数。并且是颗粒对流体作相对运动时的雷诺数Ret的函数阻力系数阻力系数阻力系数阻力系数 依据阻力随颗粒雷诺数变更的规律，可分为三个区域：滞流区或斯托克斯定律区（10-4Ret2)过渡区或艾仑定律区（2Ret103）湍流区或牛顿定律区（103Ret2105）将阻力系数的计算式代入将阻力系数的计算式代入将阻力系数的计算式代入将阻力系数的计算式代入，得到不同颗粒雷诺数范围得到不同颗粒雷诺数范围得到不同颗粒雷诺数范围得到不同颗粒雷诺数范围内内内内utut的计算式：的计算式：的计算式：的计算式：滞流区滞流区过渡区湍流区湍流区
6、影响沉降的因素影响沉降的因素影响沉降的因素影响沉降的因素1、颗粒形态：球形度越小，沉降速度越小。2、干扰沉降：当颗粒的体积浓度小于0.2%时，理论计算值的偏差在1%以内，当颗粒浓度较高时便发生干扰沉降，由于干扰作用，大颗粒的实际沉降速度小于自由沉降速度；小颗粒的沉降速度增大。3、当容器尺寸远远大于颗粒尺寸时，器壁效应可忽视，否则需加以考虑由于壁面效应，实际沉降速度小于自由沉降速度。在Stokes区，器壁的影响：沉降速度的计算沉降速度的计算1 试差法试差法例：始终径为1.00mm、密度为2500kg/m3的玻璃球在20的水中沉降，试求其沉降速度。解：由于颗粒直径较大，先假设流型层于过渡区，校核流
7、型，Re=dPut/=10-30.145998.2/0.001005=144故属于过渡区，与假设相符。当已知沉降速度，求颗粒直径时，也须要试差计算重力沉降设备重力沉降设备1、降尘室、降尘室（221）沉降室的生产实力沉降室的生产实力沉降室的生产实力沉降室的生产实力气体通过水平降尘室的速度为气体通过水平降尘室的速度为（222）式（221）带入（222）得：留意：降尘室中气速不易过大，应保证气体在滞留区流淌，以防止气体湍流将以沉淀的尘粒重心卷起，一般限制 流速在1.5-3m/s。思索：降尘室为什么要做成扁平的？留意：留意：1、Vmax=BLut中，中，ut应依据须要分别下来的最应依据须要分别下来的最
8、小微粒计算；小微粒计算；2、u不能过高，以免使已沉降的微粒重新飞扬。不能过高，以免使已沉降的微粒重新飞扬。3、特点：降尘室结构简洁，阻力小，但体积大，、特点：降尘室结构简洁，阻力小，但体积大，实际净制气体的程度低，只适用于分别直径在实际净制气体的程度低，只适用于分别直径在75m以上的粗粒，一般作预除尘器运用。以上的粗粒，一般作预除尘器运用。例例:用高2m、宽2.5m、长5m的重力降尘室分别空气中的粉尘。在操作条件下空气的密度为0.779kg/m3，粘度为2.5310-5Pa.s，流量为5.0104m3/h。粉尘的密度为2000 kg/m3。试求粉尘的粒径。解解：假设沉降处于过渡区：属于过渡区，
9、与假设相符。属于过渡区，与假设相符。例例用总高4m、宽1.7m、长4.55m的重力降尘室分别空气中的粉尘。中间等高支配39块隔板，每小时通过降尘室的含尘气体为2000 m3，在气体的密度为1.6kg/m3(均标况)，气体温度为400，此时粘度为310-5Pas，粉尘的密度为3700 kg/m3。此降尘室能分别的最小尘粒的直径；除去6m颗粒的百分率。解：解：已知：H，B，n，V0，0，t,，p 求：dp假设成立，dP=8.11m。d=6m 由上可知沉降属于层流区停留时间：停留时间：=L/u=4.551.74/1.369=22.60s用来提高悬浮液浓度并同时得到澄清液体3 沉降槽沉降槽（1 1）悬
10、浮液连续送入，底流由耙集拢后由泄渣口排出，溢流由）悬浮液连续送入，底流由耙集拢后由泄渣口排出，溢流由）悬浮液连续送入，底流由耙集拢后由泄渣口排出，溢流由）悬浮液连续送入，底流由耙集拢后由泄渣口排出，溢流由溢流槽连续流出。溢流槽连续流出。溢流槽连续流出。溢流槽连续流出。（2 2）可用于增稠悬浮液，也可澄清液体）可用于增稠悬浮液，也可澄清液体）可用于增稠悬浮液，也可澄清液体）可用于增稠悬浮液，也可澄清液体（3 3）产量与质量：产量与质量：产量与质量：产量与质量：清液产量取决于增稠器的面积（即直径）清液产量取决于增稠器的面积（即直径）清液产量取决于增稠器的面积（即直径）清液产量取决于增稠器的面积（即
11、直径）VS=blutVS=blut 稠浆浓度与微粒在器内停留而被压紧的时间有关稠浆浓度与微粒在器内停留而被压紧的时间有关稠浆浓度与微粒在器内停留而被压紧的时间有关稠浆浓度与微粒在器内停留而被压紧的时间有关（4 4）tr trts=H/utts=H/ut，微粒停留时间取决于进口管以下增稠器的深，微粒停留时间取决于进口管以下增稠器的深，微粒停留时间取决于进口管以下增稠器的深，微粒停留时间取决于进口管以下增稠器的深度度度度H H（5 5）适用场所：处理量大、浓度不高、微粒不太微小的悬浮液）适用场所：处理量大、浓度不高、微粒不太微小的悬浮液）适用场所：处理量大、浓度不高、微粒不太微小的悬浮液）适用场所
12、：处理量大、浓度不高、微粒不太微小的悬浮液（6 6）特点：设备构造简洁，处理量大，操作连续化、机械化，）特点：设备构造简洁，处理量大，操作连续化、机械化，）特点：设备构造简洁，处理量大，操作连续化、机械化，）特点：设备构造简洁，处理量大，操作连续化、机械化，但设备浩大但设备浩大但设备浩大但设备浩大（7 7）生产上为了使设备紧凑、节约地面，将）生产上为了使设备紧凑、节约地面，将）生产上为了使设备紧凑、节约地面，将）生产上为了使设备紧凑、节约地面，将3 3、5 5个增稠器垂直个增稠器垂直个增稠器垂直个增稠器垂直叠放，各自单独操作，共用中心转轴。叠放，各自单独操作，共用中心转轴。叠放，各自单独操作，
13、共用中心转轴。叠放，各自单独操作，共用中心转轴。三：离心沉降及设备当分散相与连续相密度相差较小、颗粒较细时，利用离心力的作用，使固体颗粒沉降速度加快，达到分别的目的。对照重力场与重力沉降的比较：沉降速度的大与重力沉降的比较：沉降速度的大小、方向小、方向离心分别因子离心分别因子离心分别因子离心分别因子离心分别因子是离心分别设备的重要指标参数，离心分别因子是离心分别设备的重要指标参数，Kc值越值越高，离心沉降效果越好。高，离心沉降效果越好。二：离心分别设备二：离心分别设备1、旋风分别器、旋风分别器1 1 1 1）构造及操作原理）构造及操作原理）构造及操作原理）构造及操作原理旋风分别器是得用惯性离心
14、力有作用从气流中分别出尘粒的设备，其外旋流的上部是主要的除尘区。2 2）旋风分别器的性能）旋风分别器的性能（1）临界直径：能100%分别出来的最小颗粒的直径，用dc表示。其满足：停留时间沉降时间t。几点假设：几点假设：几点假设：几点假设：1、假设气体速度恒定，且等于进口气速ui；2、假设颗粒沉降过程中所穿过的气流的最大厚度等于进气口宽度B；3、假设颗粒沉降听从斯托克斯公式。各式中：ui含尘气体进口速度；Rm颗粒平均旋转半径；B旋风分别器进口宽度；N气体的旋转圈数（标准旋风分别器N取为5）减小旋风分离器直径降低旋风分离器的操作温度提高操作流速增大颗粒密度改变旋风分离器类型，增大有效圈数dc减小，
15、分别效果更好，但有些因素有双重影响提高分别效果的措施提高分别效果的措施3 3）旋风分别器的分别效率）旋风分别器的分别效率）旋风分别器的分别效率）旋风分别器的分别效率分别效率是衡量气流在旋风分别器内净化程度的指标。总效率：被旋风分别器除掉的总的颗粒质量占进口含尘气体中全部颗粒质量的分率c1、c2 分别为进、出口气体中颗粒的质量浓度(g/cm3)。通常工业上用总效率表示旋风分别器的效率。分分效效率率（粒粒级级效效率率）：入入口口气气体体中中某某一一粒粒级级di的的颗颗粒粒被被旋旋风风分别器除掉的分率分别器除掉的分率ci1、ci2 分别为进、出口气体中平均粒径为 di 的颗粒的质量浓度。xi 为进口
16、气体中粒径为 di 的颗粒的质量分率。4 4）旋风分别器的阻力损失）旋风分别器的阻力损失）旋风分别器的阻力损失）旋风分别器的阻力损失 旋风分别器的特点：流量大、压头低。旋风分别器的特点：流量大、压头低。(1)气体的膨胀或压缩引起的不行逆机械能损失；气体的膨胀或压缩引起的不行逆机械能损失；(2)消耗于气流旋转的加速度损失；消耗于气流旋转的加速度损失；(3)摩擦阻力损失以及各个部位的局部阻力损失等。摩擦阻力损失以及各个部位的局部阻力损失等。有理论或半理论式，但工程上主要接受阅历公式：有理论或半理论式，但工程上主要接受阅历公式：阻力系数 主要由旋风分别器的结构确定。同一结构型式、不论其尺寸大小，阻力
17、系数 接近定值。常用型号的旋风分别器 值在 5.08.0 之间；入口气速，分别效率，但阻力，不经济。压降一般限制在 0.52kPa 左右(入口气速 1525m/s)，实行缩小直径、多台并联的方式满足分别效率与大气量的要求。5 5）旋风分别器的结构和形式）旋风分别器的结构和形式）旋风分别器的结构和形式）旋风分别器的结构和形式为提高旋风分别器的分别效率和降低压强降，在旋风分别器的设计时主要考虑以下两方面：1)接受细而长的器身2)减小涡流的影响3）接受带有旁路分别室或接受异形进气管的旋风分别器可以改善上涡流的影响 6 6）旋风分别器的优缺点）旋风分别器的优缺点）旋风分别器的优缺点）旋风分别器的优缺点
18、优点：构造简洁，没有运动部件；优点：构造简洁，没有运动部件；操作不受温度、压力限制；操作不受温度、压力限制；可分别出小到可分别出小到5m的微粒。的微粒。缺点：气体在器内流淌阻力大，微粒对器壁有较缺点：气体在器内流淌阻力大，微粒对器壁有较严峻的机械磨损；严峻的机械磨损；对气体流量的变动敏感；对气体流量的变动敏感；细粒子的灰尘不能充分除净。细粒子的灰尘不能充分除净。2 2、旋液分别器、旋液分别器、旋液分别器、旋液分别器（1）定义：旋液分别器是一种利用惯性离心力的作用，分别以）定义：旋液分别器是一种利用惯性离心力的作用，分别以液体为主的悬浮液或乳浊液的设备。液体为主的悬浮液或乳浊液的设备。（2）结构
19、：类似于旋风分别器。上为圆筒，下为圆锥形；悬浮）结构：类似于旋风分别器。上为圆筒，下为圆锥形；悬浮液从侧面进入，溢流从上面输出，底流从下面排出。液从侧面进入，溢流从上面输出，底流从下面排出。（3）操作原理：类似于旋风分别器。操作原理：类似于旋风分别器。空气芯：由于离心力的作用，液体被摔到边缘，中心有一个处于空气芯：由于离心力的作用，液体被摔到边缘，中心有一个处于负压的空气芯。负压的空气芯。（4）增稠与分级：调整旋液分别器底部出口，即可调整底流量与）增稠与分级：调整旋液分别器底部出口，即可调整底流量与溢流量的比例，从而使几乎全部或仅使一部分微粒从底流中排出。溢流量的比例，从而使几乎全部或仅使一部
20、分微粒从底流中排出。增稠：使全部微粒从底流中排出，得到稠厚浆液的操作成为增稠。增稠：使全部微粒从底流中排出，得到稠厚浆液的操作成为增稠。此时溢流只是不含微粒的少量清水。此时溢流只是不含微粒的少量清水。分级：使大直径微粒从底流中排出，小直径微粒从溢流中排出的分级：使大直径微粒从底流中排出，小直径微粒从溢流中排出的操作操作第三节：过滤第三节：过滤它是利用重力、离心力或人为造成的压差使悬浮液通过多孔介质，其中固体颗粒被截留，氯液穿过介质流出而达到固液混合物分别的目的。与沉降分别相比，过滤操作可使悬浮液的分别更快速和彻底一、概述一、概述过滤：在推动力的作用下，使过滤：在推动力的作用下，使混合物流体通过
21、多孔过滤介质混合物流体通过多孔过滤介质，固体颗粒被过滤介质截留，固体颗粒被过滤介质截留，从而实现的固体与流体分别的从而实现的固体与流体分别的操作。操作。通常将原悬浮液称为滤浆，滤通常将原悬浮液称为滤浆，滤浆中的固体颗粒称为滤渣，过浆中的固体颗粒称为滤渣，过滤时积聚在过滤介质上的滤渣滤时积聚在过滤介质上的滤渣层称为滤饼，通过过滤介质的层称为滤饼，通过过滤介质的液体称为滤液。液体称为滤液。1 1、过滤方式、过滤方式、过滤方式、过滤方式滤饼过滤：悬浮液中的颗粒沉积滤饼过滤：悬浮液中的颗粒沉积在过滤介质表面形成滤饼层，滤在过滤介质表面形成滤饼层，滤液穿过滤饼层中的空隙流淌叫做液穿过滤饼层中的空隙流淌叫
22、做滤饼过滤。滤饼过滤。深层过滤：深层过滤：固体颗粒不形成滤饼，而是沉积在过滤介质内部叫做深层过滤。用于去除直径小于5m的细小颗粒,滤介质要定期更换或清洗再生。2 2、过滤介质、过滤介质、过滤介质、过滤介质过滤设备的核心，过滤过程的关键。过滤介质的作用是支承滤饼，故除有孔隙外，还应具有足够的机械强度及尽可能小的阻力。工业上常用的过滤介质有：织物介质多孔性固体介质积累介质多孔性固体介质多孔性固体介质多孔性陶瓷板多孔性陶瓷板多孔性塑料板多孔性塑料板多孔性金属陶瓷板或管（由金属粉末烧结而成）多孔性金属陶瓷板或管（由金属粉末烧结而成）特点：特点：特点：特点：能截流小到能截流小到1313mm的固体微粒。的
23、固体微粒。积累介质积累介质由颗粒状的细沙、石、炭屑等积累而成的颗粒床层由颗粒状的细沙、石、炭屑等积累而成的颗粒床层非编织纤维玻璃棉等的积累层非编织纤维玻璃棉等的积累层特点：用于处理含固体微粒少的悬浮液，如水的净化。特点：用于处理含固体微粒少的悬浮液，如水的净化。选择过滤介质时应考虑的问题选择过滤介质时应考虑的问题 悬浮液中固体微粒的含量及粒度悬浮液中固体微粒的含量及粒度 介质所能承受的温度及其化学稳定性、机械强度等介质所能承受的温度及其化学稳定性、机械强度等优质的过滤介质所应具备的特点优质的过滤介质所应具备的特点 滤液清洁，固相损失量小滤液清洁，固相损失量小 滤饼简洁卸除滤饼简洁卸除 过滤时间
24、短过滤时间短 过滤介质不致因突然地或渐渐地堵塞而破坏过滤介质不致因突然地或渐渐地堵塞而破坏 过滤介质再生简洁过滤介质再生简洁3 3、滤饼的压缩性和助滤剂、滤饼的压缩性和助滤剂、滤饼的压缩性和助滤剂、滤饼的压缩性和助滤剂 1 1）可压缩滤饼：由刚性颗粒形成的滤饼，在过滤过程中颗粒）可压缩滤饼：由刚性颗粒形成的滤饼，在过滤过程中颗粒形态和颗粒间的空隙率保持不变。形态和颗粒间的空隙率保持不变。2 2）不行压缩滤饼：由非刚性颗粒形成的滤饼，在压强差作用）不行压缩滤饼：由非刚性颗粒形成的滤饼，在压强差作用下会变形。下会变形。3 3）助滤剂：是某种质地坚硬而能形成疏松床层的固体微粒）助滤剂：是某种质地坚硬
25、而能形成疏松床层的固体微粒运用缘由：在过滤某些微小而有粘性的微粒是，运用缘由：在过滤某些微小而有粘性的微粒是，很简洁形成很简洁形成致密的滤饼层，使流体阻力很大；也有时因微粒过于细密致密的滤饼层，使流体阻力很大；也有时因微粒过于细密而将过滤介质通道堵塞而将过滤介质通道堵塞要求：刚性颗粒；良好的物理、化学稳定性；不行压缩性、要求：刚性颗粒；良好的物理、化学稳定性；不行压缩性、物美价廉。物美价廉。常用：不行压缩的粉状或纤维状固体如硅藻土、纤维粉末、常用：不行压缩的粉状或纤维状固体如硅藻土、纤维粉末、活性炭、石棉。活性炭、石棉。运用：可预涂，也可以混入待滤的滤浆中一起过滤。运用：可预涂，也可以混入待滤
26、的滤浆中一起过滤。常用助滤剂常用助滤剂硅藻土：运用最广，其形成的滤饼空隙率可达硅藻土：运用最广，其形成的滤饼空隙率可达硅藻土：运用最广，其形成的滤饼空隙率可达硅藻土：运用最广，其形成的滤饼空隙率可达8585珠光粉珠光粉珠光粉珠光粉碳粉碳粉碳粉碳粉纤维粉末纤维粉末纤维粉末纤维粉末石棉石棉石棉石棉运用场合：只须要获得清净的滤液，滤饼则作为废料与助滤运用场合：只须要获得清净的滤液，滤饼则作为废料与助滤剂一起卸除。剂一起卸除。用量：用量：助滤剂用量一般是滤饼的110 。4、过滤推动力、过滤推动力过过滤滤推推动动力力是是指指滤滤饼饼和和过过滤滤介介质质两两侧侧的的压压力力差差。此此压压力力差差可可以以是
27、是重重力力、离离心心力力或或人人为为压压差差。增增加加过过滤滤推推动动力的方法有：力的方法有：1、增增加加悬悬浮浮液液本本身身的的液液柱柱压压力力，一一般般不不超超过过50KN/m2，称为重力过滤。，称为重力过滤。2、增增加加悬悬浮浮液液液液面面的的压压力力，一一般般可可达达500KN/m2称称为为加压过滤。加压过滤。3、在在过过滤滤介介质质下下面面抽抽真真空空，通通常常不不超超过过真真空空度度86.6KN/m2，称为真空过滤。，称为真空过滤。此此外外，过过滤滤推推动动力力还还可可以以用用离离心心力力来来增增大大，称称为为离离心心过滤。过滤。5 5、过滤阻力、过滤阻力 过滤操作刚起先时，阻力只
28、是过滤介质的阻力过滤操作刚起先时，阻力只是过滤介质的阻力过滤操作刚起先时，阻力只是过滤介质的阻力过滤操作刚起先时，阻力只是过滤介质的阻力 随着过滤过程的进行，阻力为过滤介质阻力与滤渣阻力之随着过滤过程的进行，阻力为过滤介质阻力与滤渣阻力之随着过滤过程的进行，阻力为过滤介质阻力与滤渣阻力之随着过滤过程的进行，阻力为过滤介质阻力与滤渣阻力之和和和和 当滤饼层沉积到相当厚度时，过滤介质阻力可忽视当滤饼层沉积到相当厚度时，过滤介质阻力可忽视当滤饼层沉积到相当厚度时，过滤介质阻力可忽视当滤饼层沉积到相当厚度时，过滤介质阻力可忽视 当滤饼增厚到阻力太大时，应将滤饼除去再过滤当滤饼增厚到阻力太大时，应将滤饼
29、除去再过滤当滤饼增厚到阻力太大时，应将滤饼除去再过滤当滤饼增厚到阻力太大时，应将滤饼除去再过滤 滤饼滤饼滤饼滤饼 微粒微粒微粒微粒，则阻力，则阻力，则阻力，则阻力6 6、过滤基本参数过滤基本参数过滤基本参数过滤基本参数 处理量：通常用悬浮液体积、滤液体积或滤饼体积表示。处理量：通常用悬浮液体积、滤液体积或滤饼体积表示。（m3）生产实力生产实力:以以m3滤浆滤浆/h表示。表示。生产率：单位过滤面积单位时间内过滤出的干固体质量，生产率：单位过滤面积单位时间内过滤出的干固体质量，kg干固体干固体/(m2 s)。过滤面积过滤面积A：允许滤液通过的过滤介质总面积。：允许滤液通过的过滤介质总面积。m2悬浮
30、液固相浓度悬浮液固相浓度c：单位体积悬浮液中固体颗粒的总体积。体：单位体积悬浮液中固体颗粒的总体积。体积百分数表示积百分数表示滤饼的洗涤滤饼的洗涤:回收滤液或得到较纯净的固体颗粒回收滤液或得到较纯净的固体颗粒滤饼含液量滤饼含液量w：滤饼中所含液体的质量分数。：滤饼中所含液体的质量分数。滤饼与滤液的体积比滤饼与滤液的体积比：获得单位体积滤液同时形成的：获得单位体积滤液同时形成的滤饼体积。滤饼体积。m3滤饼滤饼/m3滤液滤液 (VS=V(1+)过滤速率过滤速率dV/dt：单位时间获得的滤液体积，：单位时间获得的滤液体积，m3滤液滤液/s过滤速度：单位时间单位过滤面积上获得的过滤速度：单位时间单位过
31、滤面积上获得的滤液体积。滤液体积。m3滤液滤液/(m2 s)二：过滤基本方程式二：过滤基本方程式一）过滤基本方程式表述一）过滤基本方程式表述（一）过滤的基本方程（一）过滤的基本方程流体通过滤渣层的空隙，由于空隙通道直径很小、又弯曲，所流体通过滤渣层的空隙，由于空隙通道直径很小、又弯曲，所以流体流淌呈滞流。以流体流淌呈滞流。依据层流时损失压力降：依据层流时损失压力降：将通过滤饼和过滤介质的阻力折合成通过长度为将通过滤饼和过滤介质的阻力折合成通过长度为l和和le的直径为的直径为d0直管阻力。直管阻力。uAo滤液的体积流量=dV/dtAo：滤饼空隙的平均流通截面积（自由截面积）滤饼得比阻滤饼结构越紧
32、密、空隙越小，越小，通道越曲折，r越大，过滤越困难。=AL/VL=V/ALe=Ve/A过滤的基本方程过滤的基本方程依据过滤速度定义，整理得：pf：过滤压差；：滤饼与滤液体积比；V：生成厚度为L的滤饼获得的滤液量；Ve：过滤介质的当量滤液体积。过滤的基本方程表示：任一瞬时的过滤速率与物过滤的基本方程表示：任一瞬时的过滤速率与物系性质、当时压力差、该时刻以前的累积滤液量系性质、当时压力差、该时刻以前的累积滤液量之间的关系。之间的关系。过滤的基本方程是微分方程式，计算时，要依据过滤的基本方程是微分方程式，计算时，要依据不同的操作条件进行积分。不同的操作条件进行积分。过滤操作方式过滤操作方式恒压过滤（
33、变速率）恒压过滤（变速率）开始阶段，恒速率；压力升至最大开始阶段，恒速率；压力升至最大后恒压后恒压恒速率（变压差）恒速率（变压差）（二）恒压过滤方程（二）恒压过滤方程恒压过滤时，恒压过滤时，pf保持恒定，由于滤渣不断增厚，过保持恒定，由于滤渣不断增厚，过滤阻力渐渐增大。滤阻力渐渐增大。过滤基本方程两端分别变量积分：过滤基本方程两端分别变量积分：V2+2VeV=KA2t（衡压过滤方程）（衡压过滤方程）q2+2qeq=Kt（衡压过滤方程）（衡压过滤方程）（三）过滤常数（三）过滤常数K K、VeVe、qeqe的测定的测定 依据恒压过滤方程，测两个时间依据恒压过滤方程，测两个时间t1、t2的滤液体积的
34、滤液体积V1、V2，联立，联立方程组即可估算其值。方程组即可估算其值。V12+2VeV1=KA2t1V22+2VeV2=KA2t2K、Ve试验室测定过滤常数试验室测定过滤常数试验室测定过滤常数试验室测定过滤常数q2+2qeq=Ktt/q=q/K+2qe/Kt tV Vq=V/Aq=V/At/qt/q横坐标横坐标横坐标横坐标纵坐标纵坐标纵坐标纵坐标斜率为斜率为1/K，截距为，截距为2qe/K例：含有例：含有CaCO3质量分数为质量分数为13.9的水悬浮液，用板框过滤机在的水悬浮液，用板框过滤机在20下进行过滤。过滤面积为下进行过滤。过滤面积为0.1m2。试验数据列于附表中，。试验数据列于附表中，
35、试求过滤常数试求过滤常数K与与qe。例附表压差压差压差压差/Pa/Pa 滤液量滤液量滤液量滤液量V/dm3V/dm3过滤时间过滤时间过滤时间过滤时间/s/s压差压差压差压差/Pa/Pa滤液量滤液量滤液量滤液量V/dm3V/dm3过滤时间过滤时间过滤时间过滤时间/s/s3.433.4310104 4 2.922.927.807.8014614688888810.310.310104 42.452.459.809.805050660660解：两种压力下的解：两种压力下的K与与qe分别计算如下。分别计算如下。（1）压差为）压差为3.43104 Pa滤饼的洗涤滤饼的洗涤定义：过滤结束时，有一部分滤液仍
36、保留在滤饼定义：过滤结束时，有一部分滤液仍保留在滤饼定义：过滤结束时，有一部分滤液仍保留在滤饼定义：过滤结束时，有一部分滤液仍保留在滤饼颗粒之间，这时用其次种液体除去滤饼中所含残颗粒之间，这时用其次种液体除去滤饼中所含残颗粒之间，这时用其次种液体除去滤饼中所含残颗粒之间，这时用其次种液体除去滤饼中所含残留滤液的过程叫滤饼的洗涤过程。留滤液的过程叫滤饼的洗涤过程。留滤液的过程叫滤饼的洗涤过程。留滤液的过程叫滤饼的洗涤过程。洗液：要求与滤液完全互溶，通常是水。洗液：要求与滤液完全互溶，通常是水。洗液：要求与滤液完全互溶，通常是水。洗液：要求与滤液完全互溶，通常是水。目的：回收有价值的滤液；除去滤饼
37、中的杂质。目的：回收有价值的滤液；除去滤饼中的杂质。目的：回收有价值的滤液；除去滤饼中的杂质。目的：回收有价值的滤液；除去滤饼中的杂质。洗涤方式：洗涤方式：1 1、滤饼在过滤机上干脆用洗液进行洗涤；、滤饼在过滤机上干脆用洗液进行洗涤；、滤饼在过滤机上干脆用洗液进行洗涤；、滤饼在过滤机上干脆用洗液进行洗涤；洗涤过程中滤饼厚度不变，若恒压，洗液粘度与滤洗涤过程中滤饼厚度不变，若恒压，洗液粘度与滤洗涤过程中滤饼厚度不变，若恒压，洗液粘度与滤洗涤过程中滤饼厚度不变，若恒压，洗液粘度与滤液粘度接近，则洗涤速率不随时间而变更。液粘度接近，则洗涤速率不随时间而变更。液粘度接近，则洗涤速率不随时间而变更。液粘
38、度接近，则洗涤速率不随时间而变更。2 2、将滤饼从过滤机上卸除下来，放在贮槽中用洗液、将滤饼从过滤机上卸除下来，放在贮槽中用洗液、将滤饼从过滤机上卸除下来，放在贮槽中用洗液、将滤饼从过滤机上卸除下来，放在贮槽中用洗液混合搅拌洗涤，然后再用过滤方式除去洗液。混合搅拌洗涤，然后再用过滤方式除去洗液。混合搅拌洗涤，然后再用过滤方式除去洗液。混合搅拌洗涤，然后再用过滤方式除去洗液。三、过滤设备三、过滤设备（一）板框过滤机一）板框过滤机 （二）（二）转鼓真空过滤机转鼓真空过滤机（三）（三）叶滤机叶滤机（四）过滤离心机（四）过滤离心机（一）板框压滤机（一）板框压滤机1 1、结构、结构、结构、结构 ：尾板、
39、滤框、滤板、主梁、头板、压紧装置。尾板、滤框、滤板、主梁、头板、压紧装置。尾板、滤框、滤板、主梁、头板、压紧装置。尾板、滤框、滤板、主梁、头板、压紧装置。板框压紧后，滤框与其两侧滤板所形成空间构板框压紧后，滤框与其两侧滤板所形成空间构板框压紧后，滤框与其两侧滤板所形成空间构板框压紧后，滤框与其两侧滤板所形成空间构成若干个过滤室，用以积存滤渣。成若干个过滤室，用以积存滤渣。成若干个过滤室，用以积存滤渣。成若干个过滤室，用以积存滤渣。板框压紧方式：板框压紧方式：板框压紧方式：板框压紧方式：手动螺旋压紧、手动螺旋压紧、手动螺旋压紧、手动螺旋压紧、液压压紧。液压压紧。液压压紧。液压压紧。板框压滤机的分
40、类板框压滤机的分类暗流式：滤液集中从尾板的出液口流出。暗流式：滤液集中从尾板的出液口流出。明流式：滤液从每片滤板的出液口直接流出。明流式：滤液从每片滤板的出液口直接流出。可洗式：具有对滤渣进行洗涤的结构。可洗式：具有对滤渣进行洗涤的结构。不可洗式：不具有对滤渣进行洗涤的结构。不可洗式：不具有对滤渣进行洗涤的结构。滤滤板板和和滤滤框框板框过滤机的滤板，滤框和过滤过程板框过滤机的滤板，滤框和洗涤过程板框压滤机的操作板框压滤机的操作洗涤速率洗涤速率:操作条件与过滤终了相同，则：生产实力：生产实力：其中其中：单位时间获得的滤液量单位时间获得的滤液量例.在3105Pa的压强差下对钛白粉在水中的悬浮液进行
41、过滤试验，测得过滤常数K=5 10-5 m2/S、qe=0.01m3/m2，又测得滤饼体积和滤液体积之比为=0.08。现拟用有38个框的BMY50/810-25型的板框压滤机处理该料浆，过滤的推动力及滤布与试验相同。求：1）过滤至框内全部充溢滤饼所须要的时间；2）过滤完毕，用0.1倍滤液量的清水进行洗涤。洗涤时间是多少；3）若每次卸渣、重装等全部协助操作时间为15min，以滤饼计的每台过滤机的生产实力是多少。解：解：1）过滤时间）过滤时间3）生产实力板框压滤机的优缺点板框压滤机的优缺点优点：优点：优点：优点：1 1、构造简洁，操作简洁，故障少，保养便利；、构造简洁，操作简洁，故障少，保养便利；
42、、构造简洁，操作简洁，故障少，保养便利；、构造简洁，操作简洁，故障少，保养便利；2 2、单位过滤面积占地少，过滤面积选择范围宽；、单位过滤面积占地少，过滤面积选择范围宽；、单位过滤面积占地少，过滤面积选择范围宽；、单位过滤面积占地少，过滤面积选择范围宽；3 3、过滤压力较高，滤渣含水率低；、过滤压力较高，滤渣含水率低；、过滤压力较高，滤渣含水率低；、过滤压力较高，滤渣含水率低；4 4、便于用耐腐蚀材料制造；、便于用耐腐蚀材料制造；、便于用耐腐蚀材料制造；、便于用耐腐蚀材料制造；5 5、对物料的适应性强。、对物料的适应性强。、对物料的适应性强。、对物料的适应性强。缺点：操作不能连续自动，劳动强度
43、大。缺点：操作不能连续自动，劳动强度大。缺点：操作不能连续自动，劳动强度大。缺点：操作不能连续自动，劳动强度大。适用范围：粘度大、微粒细、固体含量较低的难过适用范围：粘度大、微粒细、固体含量较低的难过适用范围：粘度大、微粒细、固体含量较低的难过适用范围：粘度大、微粒细、固体含量较低的难过滤的悬浮液；多品种，小规模生产。滤的悬浮液；多品种，小规模生产。滤的悬浮液；多品种，小规模生产。滤的悬浮液；多品种，小规模生产。（二）转鼓真空过滤机（二）转鼓真空过滤机（应用较广、连续操作）应用较广、连续操作）主要部件：转鼓、滤浆槽、搅拌主要部件：转鼓、滤浆槽、搅拌主要部件：转鼓、滤浆槽、搅拌主要部件：转鼓、滤
44、浆槽、搅拌器、安排头器、安排头器、安排头器、安排头结构：转鼓里一般有结构：转鼓里一般有结构：转鼓里一般有结构：转鼓里一般有10-3010-30个彼此个彼此个彼此个彼此独立的扇形小滤室，在小滤室独立的扇形小滤室，在小滤室独立的扇形小滤室，在小滤室独立的扇形小滤室，在小滤室的圆弧形外壁上，装着覆以滤的圆弧形外壁上，装着覆以滤的圆弧形外壁上，装着覆以滤的圆弧形外壁上，装着覆以滤布的排水筛板，形成圆柱形过布的排水筛板，形成圆柱形过布的排水筛板，形成圆柱形过布的排水筛板，形成圆柱形过滤面。滤面。滤面。滤面。每个小滤室都有管路通路通向安每个小滤室都有管路通路通向安每个小滤室都有管路通路通向安每个小滤室都有
45、管路通路通向安排头。（使小滤室接通：真空排头。（使小滤室接通：真空排头。（使小滤室接通：真空排头。（使小滤室接通：真空泵、压缩空气、滤液、洗液等）泵、压缩空气、滤液、洗液等）泵、压缩空气、滤液、洗液等）泵、压缩空气、滤液、洗液等）每旋转一周，过滤面积的每一部每旋转一周，过滤面积的每一部每旋转一周，过滤面积的每一部每旋转一周，过滤面积的每一部分都要经验：过滤、洗涤、吸分都要经验：过滤、洗涤、吸分都要经验：过滤、洗涤、吸分都要经验：过滤、洗涤、吸干、吹松、卸渣等阶段。干、吹松、卸渣等阶段。干、吹松、卸渣等阶段。干、吹松、卸渣等阶段。区域安排区域安排区域安排区域安排 1-7 1-7区：过滤区、区：过
46、滤区、区：过滤区、区：过滤区、8-108-10、1414：吸：吸：吸：吸干区、干区、干区、干区、12-1312-13：洗涤区、：洗涤区、：洗涤区、：洗涤区、16-1716-17：吸松及卸料区、：吸松及卸料区、：吸松及卸料区、：吸松及卸料区、1111、1515、1818：不工作区。：不工作区。：不工作区。：不工作区。2 2 操作特点操作特点生产实力生产实力 转鼓真空过滤机的优缺点优点：操作连续、自动优点：操作连续、自动优点：操作连续、自动优点：操作连续、自动缺点：缺点：缺点：缺点：1 1、转鼓体积浩大，但形成的过滤面积不大；、转鼓体积浩大，但形成的过滤面积不大；、转鼓体积浩大，但形成的过滤面积不
47、大；、转鼓体积浩大，但形成的过滤面积不大；2 2、过滤推动力不大；、过滤推动力不大；、过滤推动力不大；、过滤推动力不大；3 3、悬浮液温度不能过高；、悬浮液温度不能过高；、悬浮液温度不能过高；、悬浮液温度不能过高；4 4、滤液洗涤不够充分。、滤液洗涤不够充分。、滤液洗涤不够充分。、滤液洗涤不够充分。适用场所：以固相为产品，不要求充分洗涤，比适用场所：以固相为产品，不要求充分洗涤，比适用场所：以固相为产品，不要求充分洗涤，比适用场所：以固相为产品，不要求充分洗涤，比较易于分别的液态非均相物系。较易于分别的液态非均相物系。较易于分别的液态非均相物系。较易于分别的液态非均相物系。（三）叶滤机（三）叶
48、滤机1、构造：、构造：主要由垂直放置或水平放置的密闭圆柱形主要由垂直放置或水平放置的密闭圆柱形滤槽和很多滤叶组成。滤槽和很多滤叶组成。滤叶：叶滤机的过滤元件。滤叶：叶滤机的过滤元件。滤叶结构：在一个金属网上罩以滤布，在滤叶结构：在一个金属网上罩以滤布，在一端装有短管，一端装有短管，供滤液流出。供滤液流出。2、叶滤机的操作原理叶片连接成组，各出口管汇合于一个总管，叶片连接成组，各出口管汇合于一个总管，置于密闭的壳体内。滤浆被压入壳体内时，置于密闭的壳体内。滤浆被压入壳体内时，滤液穿过滤布，通过金属网的孔道流到出滤液穿过滤布，通过金属网的孔道流到出口短管，滤渣在滤布上形成滤饼。口短管，滤渣在滤布上
49、形成滤饼。特点：间歇性操作。特点：间歇性操作。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：构造困难，造价较高。缺点：构造困难，造价较高。适用场合：悬浮液且固体含量少；须要产品适用场合：悬浮液且固体含量少；须要产品主要是液体（啤酒、果汁、油类等）。主要是液体（啤酒、果汁、油类等）。第四节：分别设备的选择第四节：分别设备的选择（一）气（一）气（一）气（一）气-固分别固分别固分别固分别1 1、重
50、力沉降、重力沉降除去除去50m50m以上的粗大颗粒；以上的粗大颗粒；2 2、旋风分别器、旋风分别器除去除去5m5m以上的颗粒；以上的颗粒；3 3、5m 5m以下的颗粒以下的颗粒电除尘器、袋滤器、湿式除尘器。电除尘器、袋滤器、湿式除尘器。（二）液（二）液（二）液（二）液-固分别固分别固分别固分别1 1、分别目的为获得固体产品：、分别目的为获得固体产品：、分别目的为获得固体产品：、分别目的为获得固体产品：（1 1）增浓：固相浓度小于）增浓：固相浓度小于）增浓：固相浓度小于）增浓：固相浓度小于1%1%时，连续沉降槽、旋时，连续沉降槽、旋时，连续沉降槽、旋时，连续沉降槽、旋液分别器、沉降离心机。液分别