非均相物系分离理论课件.ppt

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1、非均相物系分离理论第1页，此课件共94页哦p均均相相物物系系(honogeneous system):均均相相混混合合物物。物物系系内内部部各各处处均匀且无相界面。如溶液和混合气体都是均相物系。均匀且无相界面。如溶液和混合气体都是均相物系。自然界的混合物分为两大类：自然界的混合物分为两大类：p非非均均相相物物系系(non-honogeneous system):非非均均相相混混合合物物。物物系系内内部部有有隔隔开开不不同同相相的的界界面面存存在在，且且界界面面两两侧侧的的物物料料性性质质有有显显著著差差异异。如如：悬悬浮浮液液、乳乳浊浊液液、泡泡沫沫液液属属于于液液态态非非均均相相物物系系，含

2、含尘尘气体、含雾气体属于气态非均相物系。气体、含雾气体属于气态非均相物系。第一节第一节概述概述第2页，此课件共94页哦非均相物系的分离原理：非均相物系的分离原理：在非均相物系中，分散物质和分散介质组成在非均相物系中，分散物质和分散介质组成由于非均相物的两相间的密度等物理特性差异较由于非均相物的两相间的密度等物理特性差异较大，因此常采用大，因此常采用机械方法机械方法进行分离。按两相运动方式进行分离。按两相运动方式的不同，机械分离大致分为的不同，机械分离大致分为沉降和过滤沉降和过滤两种操作。两种操作。第3页，此课件共94页哦过滤介质过滤介质:过滤采用的多孔物质；过滤采用的多孔物质；滤浆滤浆:所处理

3、的悬浮液；所处理的悬浮液；滤液滤液:通过多孔通道的液体；通过多孔通道的液体；滤饼或滤渣滤饼或滤渣:被截留的固体物质被截留的固体物质。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，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固液分离通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固液分离的单元操作。的单元操作。第二节第二节过过滤滤一、过滤操作的基本概念一、过滤操作的基本概念1过滤过滤(filtration)第4页，此课件共94页哦滤浆滤浆滤饼滤饼过滤介质过滤介质滤液滤液过滤操作示意图(滤饼过滤)深床过滤第5页，此课件共94页哦

4、织物介质织物介质(又称滤布又称滤布)：由棉、毛、麻、丝等天然纤维及合成纤维制成的织物，以及玻璃由棉、毛、麻、丝等天然纤维及合成纤维制成的织物，以及玻璃丝、金属丝等织成的网；丝、金属丝等织成的网；过滤介质的分类：过滤介质的分类：堆积介质堆积介质 由各种固体颗粒（细砂、硅藻土等）堆积而成，由各种固体颗粒（细砂、硅藻土等）堆积而成，多用于深床过滤；多用于深床过滤；多孔固体介质多孔固体介质 这类介质具有很多细微孔道，如多孔陶瓷、多孔塑料等。多用这类介质具有很多细微孔道，如多孔陶瓷、多孔塑料等。多用于含少量细微颗粒的悬浮液，于含少量细微颗粒的悬浮液，2 2 过滤过滤介介质质 第6页，此课件共94页哦3.

5、过滤推动力悬浮液自身压强差，重力悬浮液的侧加压过滤介质的侧抽真空离心力第7页，此课件共94页哦4.过滤阻力介质阻力：可视为平变，且一般过滤初较明显滤饼阻力:滤饼厚度：随过滤进行而增加滤饼特性：颗粒形状、大小，粒大多情况下，过滤阻力主要取决于滤饼阻力。第8页，此课件共94页哦 对于颗粒层中不规则的通道，可以简化成由一组当量直径为对于颗粒层中不规则的通道，可以简化成由一组当量直径为d de e的细的细管，而细管的当量直径可由床层的空隙率和颗粒的比表面积来计算。管，而细管的当量直径可由床层的空隙率和颗粒的比表面积来计算。二、过滤的基本理论二、过滤的基本理论1滤液通过饼层的流动滤液通过饼层的流动第9页

6、，此课件共94页哦颗粒床层的特性可用颗粒床层的特性可用空隙率空隙率、当量直径当量直径等物理量来描述。等物理量来描述。空隙率空隙率：单位体积床层中的空隙体积称为空隙率。单位体积床层中的空隙体积称为空隙率。比表面积比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积称为比表面积。单位体积颗粒所具有的表面积称为比表面积。2颗粒床层的特性颗粒床层的特性第10页，此课件共94页哦依照第一章中非圆形管的当量直径定义，当量直径为：依照第一章中非圆形管的当量直径定义，当量直径为：式中式中 de床层流道的当量直径，床层流道的当量直径，m故对颗粒床层直径应可写出：故对颗粒床层直径应可写出：第11页，此课件共94页哦 滤滤液液通通

7、过过饼饼层层的的流流动动常常属属于于滞滞流流流流型型，可可以以仿仿照照圆圆管管内内滞滞流流流流动动的的泊泊稷稷叶叶公公式式(哈哈根根方方程程)来来描描述述滤滤液液通通过过滤滤饼饼的的流流动动，则则滤滤液液通通过过饼饼床层的流速与压强降的关系为：床层的流速与压强降的关系为：式中式中 u u1 1 滤滤液在床液在床层层孔道中的流速，孔道中的流速，m/sm/s；L L 床床层层厚度，厚度，m,m,ppc c 滤滤液通液通过滤饼层过滤饼层的的压压强强降，降，papa；阻阻力力与与压压强强降降成成正正比比，因因此此可可认认为为上上式式表表达达了了过过滤滤操操作作中中滤滤液液流流速速与阻力的关系。与阻力的

8、关系。第12页，此课件共94页哦床层空隙中的滤液流速床层空隙中的滤液流速u u1 1床层截面积计算的滤液平均流速床层截面积计算的滤液平均流速u u第13页，此课件共94页哦 上上式式中中的的比比例例常常数数KK与与滤滤饼饼的的空空隙隙率率、颗颗粒粒形形状状、排排列列及及粒粒度度范范围围诸因素有关。对于颗粒床层内的滞流流动，诸因素有关。对于颗粒床层内的滞流流动，KK值可取为值可取为5 5。第14页，此课件共94页哦R R滤饼滤饼阻力，阻力，1/m,1/m,其其计计算式算式为为：对于不可压缩滤饼，滤饼层中的空隙率对于不可压缩滤饼，滤饼层中的空隙率可视为常数，颗粒的形状、可视为常数，颗粒的形状、尺寸

9、也不改变，因而比表面尺寸也不改变，因而比表面a 亦为常数，则有亦为常数，则有式中式中 r r滤饼滤饼的比阻，的比阻，1/m1/m2 2,其其计计算式算式为为：R=rL4滤饼阻力滤饼阻力 第15页，此课件共94页哦式中式中 V 滤液量，滤液量，m3；过滤时间，过滤时间，s；A 过滤面积，过滤面积，m2。过滤速率为：过滤速率为：任一瞬间的过滤速度为：任一瞬间的过滤速度为：过滤速度过滤速度:单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积，单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积，m3/m2 s。过滤速率过滤速率:单位时间内获得的滤液体积，单位时间内获得的滤液体积，m3/s。3过滤速率过滤速率 第16页，此课件共9

10、4页哦比阻比阻r r 单位厚度滤饼的阻力；单位厚度滤饼的阻力；在数值上等于粘度为在数值上等于粘度为1Pas1Pas的滤液以的滤液以1m/s1m/s的平均流速通过厚度的平均流速通过厚度为为1m 1m 的滤饼层时所产生的压强降；的滤饼层时所产生的压强降；比阻反映了颗粒特性比阻反映了颗粒特性(形状、尺寸及床层空隙率形状、尺寸及床层空隙率)对滤液流动的影响；对滤液流动的影响；床层空隙率床层空隙率愈小及颗粒比表面愈小及颗粒比表面a a愈大，则床层愈致密，对流体愈大，则床层愈致密，对流体流动的阻滞作用也愈大。流动的阻滞作用也愈大。第17页，此课件共94页哦 通通常常把把过过滤滤介介质质的的阻阻力力视视为为

11、常常数数，仿仿照照滤滤液液穿穿过过滤滤饼饼层层的的速速度度方方程程则则可可写出滤液穿过过滤介质层的速度关系式：写出滤液穿过过滤介质层的速度关系式：式中式中 pm 过滤介质上、下游两侧的压强差，过滤介质上、下游两侧的压强差，Pa；Rm 过滤介质阻力，过滤介质阻力，l/m 由于很难划定过滤介质与滤饼之间的分界面，更难测定分界面处的压强，由于很难划定过滤介质与滤饼之间的分界面，更难测定分界面处的压强，在操作过程中总是把过滤介质与滤饼联合起来考虑。在操作过程中总是把过滤介质与滤饼联合起来考虑。5过滤介质的阻力过滤介质的阻力 第18页，此课件共94页哦 通常，滤饼与滤布的面积相同。所以两层中的过滤速度应

12、相等，则：通常，滤饼与滤布的面积相同。所以两层中的过滤速度应相等，则：上式表明，可用滤液通过串联的滤饼与滤布的总压强降来表示上式表明，可用滤液通过串联的滤饼与滤布的总压强降来表示过滤推动力，用两层的阻力之和来表示总阻力。过滤推动力，用两层的阻力之和来表示总阻力。式中：式中：p 滤饼与滤布两侧的总压强差，称为过滤压强差。滤饼与滤布两侧的总压强差，称为过滤压强差。第19页，此课件共94页哦 假假设设：厚厚度度为为Le的的滤滤饼饼产产生生的的阻阻力力与与滤滤布布相相同同，而而过过程程仍仍能能完完全全按按照原来的速率进行，则：照原来的速率进行，则：rLe=Rm 在一定的操作条件下，以一定介质过滤一定悬

13、浮液时，在一定的操作条件下，以一定介质过滤一定悬浮液时，Le为定值；为定值；但同一介质在不同的过滤操作中，但同一介质在不同的过滤操作中，Le值不同值不同。式中式中Le过滤介质的当量滤饼厚度，或称虚拟滤饼厚度，过滤介质的当量滤饼厚度，或称虚拟滤饼厚度，m。第20页，此课件共94页哦式中：式中：v 滤饼体积与相应的滤液体积之比，无因次。滤饼体积与相应的滤液体积之比，无因次。LA=vV 若每获得若每获得1m1m3 3滤液所形成的滤饼体积为滤液所形成的滤饼体积为v vm m3 3，则任一瞬间的滤饼厚度，则任一瞬间的滤饼厚度L L与当时已经获得的滤液体积与当时已经获得的滤液体积V V之间的关系为：之间的

14、关系为：同理，如生成厚度为同理，如生成厚度为Le的滤饼所应获得的滤液体积以的滤饼所应获得的滤液体积以Ve来表示，来表示，则则式中式中Ve过滤介质的当量滤液体积，或称虚拟滤液体积，过滤介质的当量滤液体积，或称虚拟滤液体积，m3。三、过滤基本方程式三、过滤基本方程式 第21页，此课件共94页哦 注注意意：在在一一定定的的操操作作条条件件下下，以以一一定定介介质质过过滤滤一一定定的的悬悬浮浮液液时，时，Ve为定值，但同一介质在不同的过滤操作中，为定值，但同一介质在不同的过滤操作中，Ve不同。不同。上式适用于上式适用于不可压缩滤饼不可压缩滤饼。第22页，此课件共94页哦对于对于可压缩滤饼可压缩滤饼其比

15、阻其比阻r r与压强差有关。与压强差有关。上式称为上式称为过滤基本方程式过滤基本方程式，它对各种过滤情况均适用。，它对各种过滤情况均适用。式中式中 r单位压强下滤饼的比阻，单位压强下滤饼的比阻，1/m2 p过滤压强差，过滤压强差，pa s 滤饼的压缩性指数，无因此。一般情况下，滤饼的压缩性指数，无因此。一般情况下，s=01。对于不可压缩滤饼，。对于不可压缩滤饼，s=0。根据上两式可得根据上两式可得r=r(p)s 第23页，此课件共94页哦p定义：过滤操作在恒定压强下进行时称为恒压过滤。定义：过滤操作在恒定压强下进行时称为恒压过滤。滤饼不断变厚；滤饼不断变厚；阻力逐渐增加；阻力逐渐增加；推动力推

16、动力p p 恒定；恒定；过滤速率逐渐变小。过滤速率逐渐变小。过滤操作的两种典型方式：恒压过滤和恒速过滤过滤操作的两种典型方式：恒压过滤和恒速过滤。p特点：特点：四、恒压过滤四、恒压过滤 第24页，此课件共94页哦对于一定的悬浮液，若对于一定的悬浮液，若、rr及及v v可视为常数，令可视为常数，令 (V+V(V+Ve e)dV=kA)dV=kA2 2pp1-s1-sd d 式中：式中：k k 表征表征过滤过滤物料特性的常数，物料特性的常数，m m4 4/（N N s s）。）。过滤基本方程可写成：过滤基本方程可写成：恒压过滤方程式的推导恒压过滤方程式的推导 第25页，此课件共94页哦积分条件积分

17、条件 =0,V=0;=e,V=Ve;=,V=V(1)(1)和和(2)(2)式都称式都称为为恒压过滤方程式恒压过滤方程式。令令K=2kpK=2kp1-s1-s 当当 =0=0 时时，则则V V=0=0(V+Ve)2=KA2(+e)（1 1）Ve2=KA2 eV2+2VVe=KA2 （2 2）第26页，此课件共94页哦又令又令 q=V/A，qe=Ve/A 恒压过滤方程式中的恒压过滤方程式中的K K 称为称为过滤常数过滤常数，由物料特性及过滤压强差，由物料特性及过滤压强差决定。决定。恒压过滤时恒压过滤时V 的关的关系系 ooe e +e +ebV+VeVV+VeVVe (q+qe)2=K(+e)q2

18、+2qqe=K 上两式也称为恒压过滤方程式。上两式也称为恒压过滤方程式。第27页，此课件共94页哦若维持过滤速率恒定，这样的过滤操作方式称为恒速过滤。若维持过滤速率恒定，这样的过滤操作方式称为恒速过滤。恒速过滤时恒速过滤时q-q-（或（或V-V-）关系为一直线）关系为一直线。q=uR V=uRA 恒速过滤时的过滤速度为：恒速过滤时的过滤速度为：五、五、恒速过滤恒速过滤 第28页，此课件共94页哦 在一定的操作条件下，在一定的操作条件下，、r、v、uR、qe均为常数，故有：均为常数，故有：对不可压缩滤饼，由过滤基本方程可写出：对不可压缩滤饼，由过滤基本方程可写出：上式表明：对于不可压缩滤饼进行恒

19、速过滤时，其压强差随过上式表明：对于不可压缩滤饼进行恒速过滤时，其压强差随过滤时间成直线增加。所以，在实践中很少采用完全恒速过滤的方滤时间成直线增加。所以，在实践中很少采用完全恒速过滤的方法。法。p=rvuR2+rvuRqe=a+b 第29页，此课件共94页哦先恒速后恒压过滤是工业中常用的一种过滤方法。先恒速后恒压过滤是工业中常用的一种过滤方法。在过滤时间从在过滤时间从0 0到到 R R 时，计算方法与恒速过滤相同。而从时间时，计算方法与恒速过滤相同。而从时间 R R 到到 时，得到的滤液量从时，得到的滤液量从V VR R到到V V，故积分式为：，故积分式为：操作过程：操作过程：开开始始，从从

20、0到到 R 时时，采采用用恒恒速速过过滤滤，可可在在阻阻力力还还不不太太高高时时获获得较多的滤液。得较多的滤液。从从 R到到 时，改为恒压过滤，以免压强过高。时，改为恒压过滤，以免压强过高。六、先恒速后恒压过滤六、先恒速后恒压过滤 第30页，此课件共94页哦积分并将积分并将K=2kpK=2kp1-s 1-s 代入得代入得 两式中两式中V V为获得的总滤液量，而不是恒压阶段获得的滤液量。为获得的总滤液量，而不是恒压阶段获得的滤液量。第31页，此课件共94页哦几种操作方式下的过滤方程几种操作方式下的过滤方程恒压过滤恒压过滤恒速过滤恒速过滤先恒速后恒压先恒速后恒压(V+Ve)2=KA2(+)eq=u

21、R (V2-VR2)+2Ve(V-VR)=KA2(-R)V2+2VVe=KA2 V=uRA (q2-qR2)+2qe(q-qR)=K(-R)(q+qe)2=K(+e)p=a+bq2+2qqe=K 第32页，此课件共94页哦上式表明：上式表明：d/dq与与q成直线关系，直线斜率为成直线关系，直线斜率为2/K，截距为，截距为2qe/K2(q+qe)dq=Kd (q+qe)2=K(+e)微分上式得微分上式得qd/dt2qe/K由由斜率斜率=2/K，求出，求出K;由截距由截距=2qe/K，求出，求出qe；由由q2+2qqe=K，=0，q=0，求出求出 e=qe2/K。测定时采用恒压试验，恒压过滤方程为

22、：测定时采用恒压试验，恒压过滤方程为：七、过滤常数的测定七、过滤常数的测定 第33页，此课件共94页哦 采采用用/q/q代代替替d d/dq/dq，在在过过滤滤面面积积一一定定时时，记记录录下下时时间间 和和累累计计的的滤滤液液量量V V，并并由由此此计计算算一一系系列列q q值值，然然后后作作图图，求出直线斜率和截距。最后算出过滤常数求出直线斜率和截距。最后算出过滤常数K K和和q qe e。q/t2qe/K注意：横坐标注意：横坐标q的取值。的取值。实验数据处理实验数据处理第34页，此课件共94页哦lgK=(1-s)lg(p)+lg(2k)以以lg(lg(pp)为为横坐横坐标标，lg(lg(

23、K K)为为纵纵坐标作直线，从而求出斜率坐标作直线，从而求出斜率(1-(1-s s)，截，截距距lg(2lg(2k k)，进进而算出而算出s s和和k k。K=2kp1-s 滤饼滤饼的的压缩压缩性指数性指数s s及物料特性常数及物料特性常数k k需在不同压强差下对指定物需在不同压强差下对指定物料进行试验，求得若干过滤压强差下的料进行试验，求得若干过滤压强差下的K K，然后对，然后对K-pK-p数据加以处数据加以处理，即可求得理，即可求得s s 值值。lg(p)lg(K)lg(2k)q/t2qe/K压缩指数压缩指数s的测定的测定 第35页，此课件共94页哦第36页，此课件共94页哦第37页，此课

24、件共94页哦 工业上使用的典型过滤设备：工业上使用的典型过滤设备：按操作方式分类：间歇过滤机、连续过滤机按操作方式分类：间歇过滤机、连续过滤机按操作压强差分类：压滤、吸滤和离心过滤按操作压强差分类：压滤、吸滤和离心过滤板框压滤机（间歇操作）板框压滤机（间歇操作）转筒真空过滤机（连续操作）转筒真空过滤机（连续操作）过滤式离心机过滤式离心机八、过滤设备八、过滤设备 第38页，此课件共94页哦结构：结构：滤板、滤框、夹紧机构、机架等组成。滤板、滤框、夹紧机构、机架等组成。滤板：凹凸不平的表面，凸部用来支撑滤布，凹槽是滤液滤板：凹凸不平的表面，凸部用来支撑滤布，凹槽是滤液的流道。的流道。滤板右上角的圆

25、孔，是滤浆通道；左上角的圆孔，是洗滤板右上角的圆孔，是滤浆通道；左上角的圆孔，是洗水通道。水通道。洗涤板洗涤板：左上角的洗水通道与两侧表面的凹槽相通，左上角的洗水通道与两侧表面的凹槽相通，使洗水流进凹槽；使洗水流进凹槽；非洗涤板：非洗涤板：洗水通道与两侧表面的凹槽不相通。洗水通道与两侧表面的凹槽不相通。1板框压滤机板框压滤机 第39页，此课件共94页哦 为了避免这两种板和框的安装次序有错，在铸造时常在板与为了避免这两种板和框的安装次序有错，在铸造时常在板与框的外侧面分别铸有一个、两个或三个小钮。非洗涤板为一钮板，框的外侧面分别铸有一个、两个或三个小钮。非洗涤板为一钮板，框带两个钮板，框带两个钮

26、，洗涤板为三钮板。框带两个钮板，框带两个钮，洗涤板为三钮板。滤框：滤框：滤浆通道：滤浆通道：滤框右上角的圆孔滤框右上角的圆孔 洗水通道：洗水通道：滤框左上角的圆孔滤框左上角的圆孔第40页，此课件共94页哦第41页，此课件共94页哦结构简单，价格低廉，占地面积小，过滤面积大。结构简单，价格低廉，占地面积小，过滤面积大。可根据需要增减滤板的数量，调节过滤能力。可根据需要增减滤板的数量，调节过滤能力。对物料的适应能力较强，由于操作压力较高（对物料的适应能力较强，由于操作压力较高（310kg/cm2 ），），对颗对颗粒粒细细小而液体粘度小而液体粘度较较大的大的滤浆滤浆，也能，也能适用。适用。间歇操作，

27、生产能力低，卸渣清洗和组装阶段需用人力操作，劳间歇操作，生产能力低，卸渣清洗和组装阶段需用人力操作，劳动强度大，所以它只适用于小规模生产。动强度大，所以它只适用于小规模生产。近年出现了各种自动操作的板框压滤机，使劳动强度得到减轻。近年出现了各种自动操作的板框压滤机，使劳动强度得到减轻。板框压滤机的特点：板框压滤机的特点：第42页，此课件共94页哦结构：结构：p转筒，扇形格转筒，扇形格(18格格)；滤室；滤室；分配头；分配头；动盘动盘(18个孔，分别与扇形个孔，分别与扇形格的格的18个通道相连个通道相连)；定盘定盘(三个凹槽：滤液真空三个凹槽：滤液真空凹槽、洗水真空凹槽、压缩凹槽、洗水真空凹槽、

28、压缩空气凹槽，分别将动盘的空气凹槽，分别将动盘的18个孔道分成三个通道个孔道分成三个通道)；p金属网；金属网；p滤布；滤布；p滤浆槽滤浆槽。工作过程工作过程2 2 转转筒真空筒真空过滤过滤机机（rotary-drum vacuum filterrotary-drum vacuum filter）第43页，此课件共94页哦110987654321817161514131112动盘动盘转筒及分配头的结构转筒及分配头的结构定盘定盘18格分成格分成6个工作区个工作区 1区区(17格格)：过滤区；：过滤区；2区区(810格格)：滤液吸干区；：滤液吸干区；3区区(1213格格)：洗涤区；：洗涤区；4区区(

29、14格格)：洗后吸干区；：洗后吸干区；5区区(16格格)：吹松卸渣区；：吹松卸渣区；6区区(17格格)：滤布再生区。：滤布再生区。l过滤区过滤区(12区区)，f 槽槽;l洗涤区洗涤区(34区区)，g槽槽;l干燥卸渣区干燥卸渣区(56区区)，h 槽槽;f 槽槽h 槽槽g 槽槽第44页，此课件共94页哦自动连续操作；自动连续操作；适用于处理量大，固体颗粒含量较多的滤浆；适用于处理量大，固体颗粒含量较多的滤浆；真空下操作，其过滤推动力较低真空下操作，其过滤推动力较低(最高只有最高只有1atm)1atm)，对于滤饼阻力较，对于滤饼阻力较大的物料适应能力较差。大的物料适应能力较差。转筒旋转时，藉分配头的

30、作用，能使转筒旋转一周的过程中，转筒旋转时，藉分配头的作用，能使转筒旋转一周的过程中，每个小过滤室可依次进行过滤、洗涤、吸干、吹松卸渣等项操作。每个小过滤室可依次进行过滤、洗涤、吸干、吹松卸渣等项操作。整个转筒圆周在任何瞬间都划分为整个转筒圆周在任何瞬间都划分为:特点：特点：工作过程工作过程 过滤区过滤区;洗涤区洗涤区;干燥卸渣区干燥卸渣区。第45页，此课件共94页哦结构：结构：1.1.悬悬筐式离心机筐式离心机(suspended-basket centrifuge)(suspended-basket centrifuge)转鼓转鼓滤饼滤饼滤布滤布滤网滤网离心过滤机工作原理图离心过滤机工作原理

31、图p转鼓转鼓(上有小孔，亦称悬框上有小孔，亦称悬框)；滤网；滤网；滤布；滤布；p机架。机架。原理：原理：由于离心力作用，液体产生径向压差，通过滤饼、滤网及由于离心力作用，液体产生径向压差，通过滤饼、滤网及滤筐而流出。滤筐而流出。3离心过滤机（离心过滤机（centrifugal filter）第46页，此课件共94页哦设备名称设备名称设备名称设备名称主要结构主要结构主要结构主要结构工作过程工作过程工作过程工作过程特点、特点、特点、特点、适用性适用性适用性适用性生产能力计算生产能力计算生产能力计算生产能力计算板框压滤板框压滤板框压滤板框压滤机机机机滤板、滤框、滤板、滤框、夹紧机构、夹紧机构、机架机

32、架装合、过滤、装合、过滤、洗涤、卸渣、洗涤、卸渣、整理整理加压过滤，推动力较大加压过滤，推动力较大加压过滤，推动力较大加压过滤，推动力较大 结构简单，造价低；结构简单，造价低；结构简单，造价低；结构简单，造价低；过滤面积大，能耗少；过滤面积大，能耗少；过滤面积大，能耗少；过滤面积大，能耗少；读为间歇操作，推动力较读为间歇操作，推动力较读为间歇操作，推动力较读为间歇操作，推动力较大；大；大；大；洗涤时间长，生产效率低。洗涤时间长，生产效率低。洗涤时间长，生产效率低。洗涤时间长，生产效率低。应用范围广。应用范围广。应用范围广。应用范围广。对原料的适对原料的适对原料的适对原料的适应性强应性强应性强应

33、性强转鼓真空转鼓真空转鼓真空转鼓真空过滤机过滤机过滤机过滤机转筒转筒转筒转筒(滤网、滤网、滤网、滤网、滤布滤布滤布滤布)、分配、分配、分配、分配头、滤浆槽头、滤浆槽头、滤浆槽头、滤浆槽过滤、洗涤、过滤、洗涤、过滤、洗涤、过滤、洗涤、吹干、卸渣吹干、卸渣吹干、卸渣吹干、卸渣真空过滤，推动力较小；真空过滤，推动力较小；真空过滤，推动力较小；真空过滤，推动力较小；连续化生产，自动化程度连续化生产，自动化程度连续化生产，自动化程度连续化生产，自动化程度高，推动力小，滤饼湿度大，高，推动力小，滤饼湿度大，高，推动力小，滤饼湿度大，高，推动力小，滤饼湿度大，设备投资高设备投资高设备投资高设备投资高 适于粒

34、度中适于粒度中适于粒度中适于粒度中等，粘度不等，粘度不等，粘度不等，粘度不太大的物料太大的物料太大的物料太大的物料离心过滤离心过滤离心过滤离心过滤机机机机转鼓转鼓转鼓转鼓(滤网、滤网、滤网、滤网、滤布滤布滤布滤布)、机架、机架、机架、机架过滤、洗涤、过滤、洗涤、过滤、洗涤、过滤、洗涤、卸渣等卸渣等卸渣等卸渣等离心过滤，推动力最大；离心过滤，推动力最大；离心过滤，推动力最大；离心过滤，推动力最大；滤液湿度小。滤液湿度小。滤液湿度小。滤液湿度小。应用广泛，应用广泛，应用广泛，应用广泛，适应性强。适应性强。适应性强。适应性强。仪设备成本仪设备成本仪设备成本仪设备成本高，过滤面高，过滤面高，过滤面高，

35、过滤面积小。积小。积小。积小。(q+qe)2=K(+e)几种过滤设备的比较几种过滤设备的比较第47页，此课件共94页哦式中式中V过滤终了时所得滤液体积，过滤终了时所得滤液体积，m3由恒压过滤方程知，过滤终了时的过滤速率为：由恒压过滤方程知，过滤终了时的过滤速率为：洗涤速率：单位时间内消耗的洗涤液体积。洗涤速率：单位时间内消耗的洗涤液体积。由于洗涤液中不含固相，洗涤过程中滤饼厚度不变。若在恒压由于洗涤液中不含固相，洗涤过程中滤饼厚度不变。若在恒压下洗涤，则它既是恒压洗涤又是恒速洗涤。下洗涤，则它既是恒压洗涤又是恒速洗涤。九、过滤机的生产能力九、过滤机的生产能力1洗涤速率的计算洗涤速率的计算第48

36、页，此课件共94页哦p若洗涤液粘度和洗涤时的压差与滤液粘度和过滤压差相比差异若洗涤液粘度和洗涤时的压差与滤液粘度和过滤压差相比差异较大，则应校正，校正后的洗涤速率为较大，则应校正，校正后的洗涤速率为若洗涤用的压差与过滤相同，洗涤液粘度与滤液粘度大致相等：若洗涤用的压差与过滤相同，洗涤液粘度与滤液粘度大致相等：p 对于转筒真空过滤机，洗涤速率与过滤终了速率相等对于转筒真空过滤机，洗涤速率与过滤终了速率相等p对于板框过滤机，洗涤速率等于过滤终了速率的对于板框过滤机，洗涤速率等于过滤终了速率的1/41/4第49页，此课件共94页哦生产能力生产能力:单位时间内获得的滤液体积。单位时间内获得的滤液体积。

37、对于间歇过滤机，一个过滤循环包括过滤、洗涤、卸渣、清理、重装等对于间歇过滤机，一个过滤循环包括过滤、洗涤、卸渣、清理、重装等步骤。步骤。通常把卸渣、清理、重装等所用的时间合在一起称为辅助时间通常把卸渣、清理、重装等所用的时间合在一起称为辅助时间 D D。一个循环时间一个循环时间T=T=+W W+D D 。其中只有。其中只有过滤时间过滤时间真正用于真正用于过滤过滤。2 2 间间歇歇过滤过滤机的生机的生产产能力能力第50页，此课件共94页哦式中式中 V V 一个操作循一个操作循环环内所内所获获得的得的滤滤液体液体积积，m m3 3；Q Q 生生产产能力，能力，m m3 3/h/h；T T 一个循环

38、时间。一个循环时间。T=+W+D 如果以滤液量如果以滤液量Q Q 表示生产能力，则有表示生产能力，则有第51页，此课件共94页哦p 浸没度浸没度：转筒真空过滤机的转筒表面浸入滤浆中的分数转筒真空过滤机的转筒表面浸入滤浆中的分数 以转筒真空过滤机为例，转筒在任何时候总有一部分表面浸没在滤浆以转筒真空过滤机为例，转筒在任何时候总有一部分表面浸没在滤浆中进行过滤。中进行过滤。p 有效过滤时间有效过滤时间：某一瞬时开始进入滤浆中的转筒表面，经过过：某一瞬时开始进入滤浆中的转筒表面，经过过滤区，最后从滤浆中出来，这一段时间为该表面旋转一周的有效过滤区，最后从滤浆中出来，这一段时间为该表面旋转一周的有效过

39、滤时间。滤时间。3 3 连续过滤连续过滤机的生机的生产产能力能力第52页，此课件共94页哦由于转筒式真空过滤机为恒压操作，则有由于转筒式真空过滤机为恒压操作，则有 转鼓每转一周得到的滤液体积为：转鼓每转一周得到的滤液体积为：(V+V(V+Ve e)2 2=KA=KA2 2(+(+e e)p 过滤时间过滤时间 为为:p 假设转鼓转速为假设转鼓转速为n r/min，则转一周的时间为，则转一周的时间为:T=60/n第53页，此课件共94页哦按每小时计的滤液生产能力为：按每小时计的滤液生产能力为：若忽略滤布阻力，则若忽略滤布阻力，则e e=0=0、V Ve e=0=0，则则上式上式简简化化为为：注意：

40、提高转速可增加生产能力，但若转速太高，则每周期中过注意：提高转速可增加生产能力，但若转速太高，则每周期中过滤时间减至很短，滤饼层很薄，难于卸除，也不利于洗涤，而且功滤时间减至很短，滤饼层很薄，难于卸除，也不利于洗涤，而且功率消耗大，反而不经济。合适的转速需由实验确定，以得到合适厚率消耗大，反而不经济。合适的转速需由实验确定，以得到合适厚度的滤饼，使成本最低。度的滤饼，使成本最低。第54页，此课件共94页哦例：用转鼓真空过滤机过滤某种悬浮液，料浆处理量为例：用转鼓真空过滤机过滤某种悬浮液，料浆处理量为20m20m3 3/h/h。已。已知每得知每得1m1m3 3滤液可得滤饼滤液可得滤饼0.04m0

41、.04m3 3，要求转筒的浸没度为，要求转筒的浸没度为0.350.35，过滤表，过滤表面上滤饼厚度不低于面上滤饼厚度不低于5mm5mm。现测得过滤常数为。现测得过滤常数为K K=810=810-4-4m m2 2/s/s，q qe e=0.01m=0.01m3 3/m/m2 2。试求过滤机的过滤面积和转筒的转速。试求过滤机的过滤面积和转筒的转速。解：以解：以1min1min为基准，为基准，v=0.04,v=0.04,=0.35=0.35 第55页，此课件共94页哦滤饼体积滤饼体积 0.3210.04=0.01284 m0.3210.04=0.01284 m3 3/min/min将将n n及及

42、代入上式，得：代入上式，得：A A=2.771m=2.771m2 2 n n=0.927 r/min=0.927 r/min第56页，此课件共94页哦p 定义：定义：p沉降力场：重力、离心力。沉降力场：重力、离心力。在某种力场的作用下，利用分散物质与分散介质的密在某种力场的作用下，利用分散物质与分散介质的密度差异，使之发生相对运动而分离的单元操作。度差异，使之发生相对运动而分离的单元操作。p 沉降操作分类：重力沉降、离心沉降。沉降操作分类：重力沉降、离心沉降。第三节第三节沉降沉降第57页，此课件共94页哦图图 流体绕过颗粒的流动流体绕过颗粒的流动uFdFd与颗粒运动的方向相反与颗粒运动的方向相

43、反 当流体相对于静止的固体颗粒流动时，或者固体颗粒在静止流体中移当流体相对于静止的固体颗粒流动时，或者固体颗粒在静止流体中移动时，由于流体的粘性，两者之间会产生作用力，这种作用力通常称为动时，由于流体的粘性，两者之间会产生作用力，这种作用力通常称为曳力曳力（drag force)drag force)或阻力。或阻力。只要颗粒与流体之间有相对运只要颗粒与流体之间有相对运动，就会产生阻力。动，就会产生阻力。对于一定的颗粒和流体，只对于一定的颗粒和流体，只要相对运动速度相同，流体对要相对运动速度相同，流体对颗粒的阻力就一样。颗粒的阻力就一样。一、颗粒运动时的阻力一、颗粒运动时的阻力第58页，此课件共

44、94页哦 流体密度；流体密度；流体粘度；流体粘度；d dp p颗颗粒的当量直径；粒的当量直径；A A 颗颗粒在运粒在运动动方向上的投影面方向上的投影面积积；u u 颗颗粒与流体相粒与流体相对对运运动动速度。速度。阻力系数，是雷阻力系数，是雷诺诺数数ReRe的函数，由的函数，由实验实验确定。确定。颗粒所受的阻力颗粒所受的阻力Fd可用可用下式计算下式计算第59页，此课件共94页哦 层流区（斯托克斯层流区（斯托克斯StokesStokes区，区，1010-4-4Re1Re1）注意：其中斯托克斯区的计算式是准确的，其它两个区域的计注意：其中斯托克斯区的计算式是准确的，其它两个区域的计算式是近似的。算式

45、是近似的。过渡区（艾仑过渡区（艾仑AllenAllen区，区，1Re101Re103 3）湍流区（牛顿湍流区（牛顿NewtonNewton区，区，10103 3Re10Re105 5）图中曲线大致可分为三个区域，各区域的曲线可分别用不同的图中曲线大致可分为三个区域，各区域的曲线可分别用不同的计算式表示为：计算式表示为：第60页，此课件共94页哦 自由沉降自由沉降（free settling）：单个颗粒在流体中沉降，或者颗粒群单个颗粒在流体中沉降，或者颗粒群在流体中分散得较好而颗粒之间互不接触互不碰撞的条件下沉降。在流体中分散得较好而颗粒之间互不接触互不碰撞的条件下沉降。二二、重力沉降重力沉降重

46、力沉降重力沉降(gravity settling)：由地球引力作用而发生：由地球引力作用而发生的颗粒沉降过程，称为重力沉降的颗粒沉降过程，称为重力沉降。1 1 沉降速度沉降速度1.1 1.1 球形球形颗颗粒的自由沉降粒的自由沉降第61页，此课件共94页哦根据牛顿第二定律，颗粒的重力沉降运动基本方程式应为根据牛顿第二定律，颗粒的重力沉降运动基本方程式应为:u重力重力 Fg阻力阻力 Fd浮力浮力 Fb p p为颗粒密度为颗粒密度第62页，此课件共94页哦 随着颗粒向下沉降，随着颗粒向下沉降，u逐渐增大，逐渐增大，du/d 逐渐减少。逐渐减少。当当u增到一定数值增到一定数值ui时，时，du/d =0

47、。颗粒开始作匀速沉降运动。颗粒开始作匀速沉降运动。上式表明：上式表明：颗粒的沉降过程分为两个阶段：颗粒的沉降过程分为两个阶段：沉降速度沉降速度（terminal velocity）：也称为终端速度，匀速阶段颗粒相：也称为终端速度，匀速阶段颗粒相对于流体的运动速度。对于流体的运动速度。当当du/d =0时，令时，令u=ut，则可得沉降速度计算式，则可得沉降速度计算式加速阶段；加速阶段；匀速阶段。匀速阶段。第63页，此课件共94页哦 将不同流动区域的阻力系数分别代入上式，得将不同流动区域的阻力系数分别代入上式，得球形颗粒在球形颗粒在各区相应的各区相应的沉降速度分别为：沉降速度分别为：层流区（层流区

48、（Re1）过渡区（过渡区（1Re5001Re500）湍流区（湍流区（500Re10500Re5 m，dpc50=12 m。主要技术参数主要技术参数第83页，此课件共94页哦例：温度为例：温度为20，压力为，压力为0.1010.101Mpa，流量为，流量为2.5m2.5m3 3/s/s的含的含尘尘空气，空气，用标准旋风分离器除尘。粉尘密度为用标准旋风分离器除尘。粉尘密度为2500kg/m2500kg/m3 3，试计算临界，试计算临界粒径。选择合适的旋风分离器，使之能粒径。选择合适的旋风分离器，使之能100%100%的分离出的分离出6.56.5 m以上以上的粉尘。并计算压损。的粉尘。并计算压损。解

49、：解：20，0.101Mpa时空气的：时空气的：=1.21kg/m3，=1.811010-5-5PaPa s s1 1、确定、确定进进口气速：口气速：u ui i=20m/s(15-20m/s)=20m/s(15-20m/s)2 2、计计算算D D和和b b：流量：流量 V=AuV=Aui=Bhu=Bhu B=D/5,h=3D/5 B=D/5,h=3D/5 2.5=(D/5)2.5=(D/5)(3D/5)(3D/5)20 20 D=1.041m D=1.041m 取取 D=1100 mmD=1100 mm 旋风分离器的选用旋风分离器的选用第84页，此课件共94页哦此时此时3、求求dpc 第85

50、页，此课件共94页哦4、求、求 p5、求求D，使，使dpc=6.5 m第86页，此课件共94页哦B=0.175，D=5B，h=3D/5=3B=0.525，取，取ui=17m/s x=1.6，取，取x=2 D=5B=0.875，取，取D=800mm6、校核校核所以，所选分离器适用。所以，所选分离器适用。由由 V=bhu，b=D/5，h=3D/5，得得 第87页，此课件共94页哦由于分离器各部分的尺寸都是由于分离器各部分的尺寸都是D D的倍数，所以只要进口气速的倍数，所以只要进口气速u ui i相同，相同，不管多大的旋风分离器，其压力损失都相同。不管多大的旋风分离器，其压力损失都相同。压力损失相同