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华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤第一节第一节 概述概述第二节第二节 重力沉降重力沉降第三节第三节 离心沉降离心沉降第三节第三节 过滤过滤华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤第一节第一节 概概 述述一.非均相物系的分离 混合物有：均相混合物(物系)：物系内部各处物料性质均匀，无相界面无相界面。例：混合气体、溶液。非均相混合物(物系)：物系内部有隔开的相界面存在相界面存在，而在相 界面两侧的物料性质截然不同的物系。例：含尘气体、悬浮液、乳浊液、泡沫液。气态非均相物系气态非均相物系液态非均相物系液态非均相物系华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤许多化工生产过程中，要求分离非均相物系。非均相物系 分散相分散相(分散物质)：处于分散状态的物质。气体中尘 粒、悬浮液中的颗粒、乳浊液中的液滴。连续相连续相(分散介质)：包围着分散相，处于连续状态的 物质。含尘气体中的气体、悬浮液中的液体。华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤均相混合物的分离：吸收、蒸馏。非均相混合物的分离：分散相、连续相物理性质不同(不同)机械方法：沉降、过滤。非均相物系分离的目的分离的目的：（1）回收分散物质（分散相）（2）净制分散介质（连续相）（3）劳动保护和环境卫生等。华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤含尘气体和悬浮液的分离：含尘气体和悬浮液的分离：沉降分离法沉降分离法：使气体或液体中的固体颗粒受重力、离心力 或惯性力作用而沉降的方法；过滤分离法过滤分离法：利用气体或液体能通过过滤介质而固体颗粒不能 穿过过滤介质的性质进行分离的，如袋滤法含尘气体的分离还有含尘气体的分离还有:液体洗涤除尘法液体洗涤除尘法：使含尘气体与水或气体液体接触，洗去 固体颗粒的方法。电除尘法电除尘法：使含尘气体在高压电场内受电场力的作用而 沉降分离的方法。华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤二颗粒与流体相对运动时所受的阻力二颗粒与流体相对运动时所受的阻力曳力曳力/阻力：阻力：当流体以一定速度绕过静止的固体颗粒流动时，由于流体具有黏性，对颗粒产生的作用力；或 当固体颗粒在静止流体中移动时，流体对颗粒 的作用力 两种力的性质相同 只要有相对运动的存在，就有阻力就存在，只要相对运只要有相对运动的存在，就有阻力就存在，只要相对运动速度相同，阻力就相同动速度相同，阻力就相同华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤颗粒所受的阻力：阻力系数对球形颗粒（s=1）的曲线，可按Re分为三个区，各区的曲线可用相应的经验关联式表达：24Re 层流区或Stokes定律区（10-4Re2）10Re0.5 过渡流区或Allen定律区(2Re500)0.44 湍流区或Newton定律区(500Re2105)华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤沉降沉降(settling)：在某种力(重力、离心力)作用下，利用连续相与分散相的密度差异，使之发生相对运动而分离的操作。重力沉降：重力沉降：由地球引力(重力)作用而发生的沉降过程。一沉降速度一沉降速度球形颗粒的自由沉降球形颗粒的自由沉降第二节第二节 重力沉降重力沉降自由沉降：自由沉降：单个颗粒在流体中沉降，或者颗粒群在流体中 充分地分散，颗粒之间互不接触，互不碰撞的 条件 下的沉降。华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤 将表面光滑、刚性的球形颗粒置于静止的流体中。颗粒：P、dP、m ;流体：、;P FbFg其中，颗粒的体积为其中，颗粒的体积为设颗粒初速度为0，受力情况分析：华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤FbFg 当两个力之和不为0，则有加速度存在，当颗粒下沉时，颗粒受到流体向上的阻力Fd，令u为颗粒与流体的相对运动速度：Fd根据牛顿第二定律：根据牛顿第二定律：所以所以华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤随着颗粒向下沉降，u，Fd，a。当u增加到一定数值ut时，du/d=a=0。于是颗粒开始作匀速沉降运动。可见，颗粒的沉降过程分为两个阶段两个阶段：起初为加速阶段加速阶段，而后为匀速阶段匀速阶段。对于小颗粒，在匀速阶段中，颗粒相对于流体的运动速度，称为沉降速度或终端速度-加速阶段忽略不计。du/d =0，匀速运动 ut所以，得：华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤将将 代入：代入：层流区（层流区（1010-4-4Re2Re2）u ut t=gd=gdP P2 2(P P-)/18-)/18上三式中：上三式中：在层流区和过渡区中，在层流区和过渡区中，ut还和黏度还和黏度有关液体的黏度约有关液体的黏度约为气体的为气体的50倍，故颗粒在液体中沉降速度比在气体中小得多倍，故颗粒在液体中沉降速度比在气体中小得多过渡区（过渡区（2 2Re500Re500）湍流区（湍流区（500500Re10Re105 5）华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤阻力系数Re0关系图华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤已知球形颗粒直径，要计算沉降速度时，由于已知球形颗粒直径，要计算沉降速度时，由于ut为待求量，为待求量，所以所以Re值是未知量。需要用试差法进行计算值是未知量。需要用试差法进行计算ut。例如，当颗粒直径较小时，例如，当颗粒直径较小时，否选择相应计算式选择相应计算式直到所求直到所求ut计算出的计算出的Re符合于所用计算式的流型范围为止。符合于所用计算式的流型范围为止。沉降速度的计算沉降速度的计算华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤例例例例3-1 3-1 一直径为一直径为1.00mm1.00mm、密度为、密度为2500kg/m2500kg/m3 3的玻璃球在的玻璃球在2020的水中沉降，试求其沉降速度。的水中沉降，试求其沉降速度。解解 由于颗粒直径较大，先假设流型层于过渡区由于颗粒直径较大，先假设流型层于过渡区校核流型，校核流型，Re=dPut/=10-30.157103/10-3=157Re=dPut/=10-30.157103/10-3=157故属于过渡区，与假设相符。故属于过渡区，与假设相符。当已知沉降速度，求颗粒直径时，也需要试差计算。当已知沉降速度，求颗粒直径时，也需要试差计算。华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤、影响沉降速度的其它因素、影响沉降速度的其它因素(1)(1)颗粒形状颗粒形状 (2)(2)壁效应壁效应(3)(3)干扰沉降干扰沉降 测定非球形粒的沉降速度，用沉降速度公式测定非球形粒的沉降速度，用沉降速度公式计算出粒径。此时，非球形颗粒的直径，计算出粒径。此时，非球形颗粒的直径，称为当量球径。称为当量球径。当颗粒靠近器壁沉降时，由于器壁的影响，其当颗粒靠近器壁沉降时，由于器壁的影响，其沉降速度较自由沉降速度小，这种影响称为沉降速度较自由沉降速度小，这种影响称为壁效应。壁效应。当非均相物系中的颗粒较多，颗粒之间相互当非均相物系中的颗粒较多，颗粒之间相互距离较近时，颗粒沉降会受到其它颗粒的影响，距离较近时，颗粒沉降会受到其它颗粒的影响，这种沉降称为干扰沉降。这种沉降称为干扰沉降。干扰沉降速度比自由沉降小。干扰沉降速度比自由沉降小。华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤二.降尘室 利用重力沉降从含尘气体中分离出尘粒的设备。利用重力沉降从含尘气体中分离出尘粒的设备。预分离器，粒径大于预分离器，粒径大于50m。华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤（1 1）停留时间与沉降时间）停留时间与沉降时间 气体入室减速颗粒的沉降运动+随气体运动沉降运动时间气体停留时间分离uutLH所需沉降时间=H/ut在室内停留时间=L/u分离满足的条件：华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤2临界粒径临界粒径水平流速：水平流速：u=qVs/WHL/uH/ut 临界粒径：临界粒径：若在各种不同粒径的尘粒中，刚好满足L/u=H/ut的 条件，此粒径称为降尘室能100除去的最小粒径，或称为临界粒径dpc.utc=qVs/WL此粒径的颗粒满足此粒径的颗粒满足qVs-生产能力生产能力，单位时间处理的含尘气体量，m3/s。ut qVs/WL华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤将临界粒径dpc对应的临界速度utc代入各区域沉降速度计算式，可求出临界dpc 当qvs一定时，dpc 及utc与降尘室的底面积WL成反比，而与高度H无关 当dpc与utc为一定时，qvs与底面积WL成正比，而与高度H无关层流区华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤当降尘室用水平隔板分为N层，则每层高度为H/N。qVs不变，u不变，停留时间L/u不变,（）降尘室的形状（）降尘室的形状扁平形状为宜：高度扁平形状为宜：高度H越小，沉降时间越短，越易沉降越小，沉降时间越短，越易沉降可沉降出更细的颗粒。多层隔板降尘室L/u=H/utc,H=H/N utc=utc/N华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤4.沉降室的计算沉降室的计算 可分为三类计算问题：三类计算问题：(1)已知气体处理量qVs,物性数据(,p),临界粒径 dpc,求底面积WL；(2)已知底面积WL,物性数据,临界粒径 dpc,求气体处理量qVs；(3)已知气体处理量qVs,物性数据,底面积WL,求临界粒径 dpc；由层流区的计算式华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤例例3-2 用高用高2m、宽、宽2.5m、长、长5m的重力降尘室分离空气中的粉尘。的重力降尘室分离空气中的粉尘。在操作条件下空气的密度为在操作条件下空气的密度为0.779kg/m3，黏度为，黏度为2.5310-5Pa.s，流量为流量为5.0104m3/h。粉尘的密度为。粉尘的密度为2000 kg/m3。试求粉尘的临界。试求粉尘的临界粒径。粒径。解：已知空气流量解：已知空气流量qvs，密度，密度，黏度，黏度，粉尘的密度，粉尘的密度p，降尘室的宽度降尘室的宽度W，长度，长度L,可知：可知：假设沉降处于过渡区：假设沉降处于过渡区：华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤故属于过渡区，与假设相符。华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤三悬浮液的沉聚三悬浮液的沉聚沉聚沉聚 得到澄清液和稠浆澄清澄清 得到澄清液增稠增稠 得到稠浆原理：原理：原液经中心处的进料管送至液面下0.31.0m处，固体 颗粒在上部自由沉降区边沉降边向圆周方向扩散，液体向上流动。在这个区域中，当液体的流速小于 颗粒的沉降速度时，就能得到澄清液。增稠器增稠器溢流溢流-澄清液经槽的周边溢流出去,底流底流-增稠压缩区下的槽底中心处排除的稠浆。华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤 悬浮液悬浮液 含有颗粒直径较大的液体；溶胶溶胶 含有颗粒直径小于1 m的液体。常用的有：常用的有：明矾（KAl(SO4).12H2O），三氧化铝，绿矾（硫酸亚铁），三氯化铁等。一般用量：一般用量：40200mg/kg.絮凝剂絮凝剂-凡能促进溶胶中微粒絮凝的物质。为了促进细小颗粒絮凝成较大颗粒以增大沉降速度，为了促进细小颗粒絮凝成较大颗粒以增大沉降速度，可往溶胶中加入少量电解质。可往溶胶中加入少量电解质。2 2絮凝剂絮凝剂华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤第三节离心沉降第三节离心沉降离心沉降：离心沉降：依靠离心力的作用而实现的沉降过程。图37 转筒内颗粒在流体中的运动 F阻 F向F离离离心力离心力 或r，Fc;增大更有效，从转筒机械强度考虑，r不宜太大Nr/min一离心分离因数一离心分离因数离心力大小的指标离心因数离心因数华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤二离心沉降速度二离心沉降速度颗粒在离心力场中沉降时，在径向沉降方向上所受的作用力有离心力浮力（向中心）阻力（向中心）阻力（向中心）若这三个力达到平衡，则有第三节离心沉降第三节离心沉降华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤此时，颗粒在径向上相对于流体的速度，就是它在这个此时，颗粒在径向上相对于流体的速度，就是它在这个位置上的位置上的离心沉降速度离心沉降速度离心沉降速度离心沉降速度比较，比较，重力沉降速度重力沉降速度在一定的条件下，重力沉降速度是一定的，而离心沉降速度随着颗粒在半径方向上的位置不同而变化。华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤离心沉降对象小颗粒离心沉降对象小颗粒层流区层流区所以所以华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤三 旋风分离器离心沉降的优势（1 1）构造与工作原理）构造与工作原理 圆筒、圆锥、矩形切线入口气流获得旋转含尘气体向下锥口气流向上气芯 顶部中央排气口-设备体积小而分离效率高颗粒器壁滑落华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤各部分尺寸按比例(见教材P107)当切向速度当切向速度ui20m/s，旋转半径为，旋转半径为r=0.3m，则离心分离，则离心分离因数因数第三节离心沉降第三节离心沉降旋风分离器旋风分离器 这表明颗粒在这种条件下的离心沉降速度为重力这表明颗粒在这种条件下的离心沉降速度为重力沉降速度的沉降速度的136倍。倍。华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤(2)临界粒径临界粒径与重力降尘室的情况相同，临界粒径临界粒径是分离器能够100除去的最小粒径。（1）进入旋风分离器的气流的器内按入口形状（即宽度为d）沿圆筒旋转n圈，沉降距离为b，即由内旋转半径r=（0.5Db），沉降到D/2；（2）器内颗粒与气流的流速相同，它们的平均切向流速等于进口气速ui；（3）颗粒的沉降运动服从斯托克斯定律。第三节离心沉降第三节离心沉降旋风分离器旋风分离器推导临界粒径计算式所用的假设假设有：华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤 obr=D/2-bD由由当当0，颗粒在（，颗粒在（0.5Db）处，）处，第三节离心沉降第三节离心沉降旋风分离器旋风分离器当当t 时，颗粒沉降到器壁，即时，颗粒沉降到器壁，即D/2处处则有则有华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤积分上式，得：积分上式，得：t 沉降时间沉降时间 因为，气流的平均旋转半径为因为，气流的平均旋转半径为rm=(D-b)/2，则旋转，则旋转n圈的圈的停留时间为停留时间为 当某尘粒的停留时间等于沉降时间时，该尘粒的粒径为当某尘粒的停留时间等于沉降时间时，该尘粒的粒径为临界粒径临界粒径n-通常为通常为5第三节离心沉降第三节离心沉降旋风分离器旋风分离器华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤(3)(3)压力损失压力损失能量损失能量损失 进气管、排气管、器壁、各各局部，气旋.常表示为进口动压的某一倍数常表示为进口动压的某一倍数阻力系数阻力系数因为各部件都是D的倍数，所以一定，旋风分离器的压力损失常为旋风分离器的压力损失常为12kPa.例例-第三节离心沉降第三节离心沉降旋风分离器旋风分离器华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤解：旋风分离器能分离出来的最小粒径，即临界粒径解：旋风分离器能分离出来的最小粒径，即临界粒径的计算式为：的计算式为：其中，其中，3.6105 Pas，p 2300kg/m3，0.674kg/m3，D0.4m，bD/5，h=3D/5,qv=1000/3600m3/s，u=qv/bh,取取n=5，得：，得：例例3-3 已知含尘气体尘粒的密度为已知含尘气体尘粒的密度为2300kg/m3，气体流量为气体流量为1000m3/h，密度为，密度为0.674kg/m3,粘度粘度3.6105 Pas。采用标准旋风分离器进行除尘。采用标准旋风分离器进行除尘。若分离器的直径为若分离器的直径为400mm，则试估算临界粒径，则试估算临界粒径dpc及气体的压强降及气体的压强降p。华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤（2）压降计算为）压降计算为华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤 四旋液分离器四旋液分离器旋液分离器是利用离心力的作用，使悬浮液中固体颗粒增稠增稠或使粒径不同及密度不同的颗粒进行分级分级。操作原理，与旋风分离器相似。底流底流溢流溢流离心沉降速度离心沉降速度所以，要达到同样的临界粒径要求，则旋液分离器的直径所以，要达到同样的临界粒径要求，则旋液分离器的直径要比旋风分离器小很多。要比旋风分离器小很多。液50 气，(p)液(p)气，液气若要dp，p不变，则（drd）液（drd）气华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤旋风分离器旋液分离器旋风分离器旋液分离器D 75300mm ui 1520m/s 515m/sp 12kPa 50200kPadp 5200m 1040m性能参数对照：性能参数对照：华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤五沉降式离心机五沉降式离心机是利用离心沉降的原理分离悬浮液式乳浊液的机械。是利用离心沉降的原理分离悬浮液式乳浊液的机械。、管式离心机、管式离心机、碟式离心机、碟式离心机、螺旋式离心机、螺旋式离心机华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤特点：特点：管式转鼓：内径为管式转鼓：内径为75150mm、长度约为、长度约为1500mm、转数约、转数约 为为15000r/min;离心分离因数离心分离因数Kc:可达可达13000，也有高达，也有高达105的超速离心机的超速离心机;液体处理量液体处理量:约为约为 0.22m3/h;分离乳浊液的管式离心机分离乳浊液的管式离心机分离悬浮液的管式离心机分离悬浮液的管式离心机.管式离心机管式离心机华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤2、碟式离心机、碟式离心机特点：转鼓内装有许多直径为特点：转鼓内装有许多直径为200800mm碟片，碟片数一般为碟片，碟片数一般为30150片，两个碟片的间隙为片，两个碟片的间隙为0.151.3mm，分离因数：约为分离因数：约为700。分离乳浊液的碟式离心机碟片上开有小孔分离乳浊液的碟式离心机碟片上开有小孔分离悬浮液的碟式离心机碟片上不开孔分离悬浮液的碟式离心机碟片上不开孔用途：可以分离乳浊液中轻、重两液相，例如油类脱水、牛乳用途：可以分离乳浊液中轻、重两液相，例如油类脱水、牛乳脱脂等；也可以澄清含少量细小颗粒固体的悬浮液。脱脂等；也可以澄清含少量细小颗粒固体的悬浮液。华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤、螺旋式离心机、螺旋式离心机适用：可用于分离固体颗粒含量较多的悬浮液，其生产能力适用：可用于分离固体颗粒含量较多的悬浮液，其生产能力较大。也可以在高温、高压下操作，例如催化剂回收。较大。也可以在高温、高压下操作，例如催化剂回收。特点：有直径为特点：有直径为3001300mm的的圆锥形转鼓圆锥形转鼓绕水平轴旋转，绕水平轴旋转，其离心分离因数可达其离心分离因数可达600。转鼓内有可旋转的转鼓内有可旋转的螺旋输送器螺旋输送器，其转数比转鼓的转数，其转数比转鼓的转数 稍低稍低.工作原理：悬浮液通过螺旋输送器的空心轴进入机内中部。工作原理：悬浮液通过螺旋输送器的空心轴进入机内中部。沉积在转鼓壁面渣，被螺旋输送器沿斜面向上推沉积在转鼓壁面渣，被螺旋输送器沿斜面向上推到排出口而排出。澄清液从转鼓另一端溢流出去。到排出口而排出。澄清液从转鼓另一端溢流出去。华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤第四节第四节 过过 滤滤悬浮液悬浮液滤渣滤渣过滤介质过滤介质滤液滤液图图3-17 过滤示意图过滤示意图过滤：在外力的作用下，悬浮液中的液体通过多孔介质的孔道过滤：在外力的作用下，悬浮液中的液体通过多孔介质的孔道而固体颗粒被截留下来，而固体颗粒被截留下来，从而实现固、液分离的操作。从而实现固、液分离的操作。过滤术语：过滤术语：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过滤介质过滤介质所用的多孔物质所用的多孔物质滤液滤液通过介质孔道的液体通过介质孔道的液体滤饼或滤渣滤饼或滤渣被截留的物质被截留的物质过滤目的：从悬浮液中分离出固体颗粒。过滤目的：从悬浮液中分离出固体颗粒。华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤一、悬浮液的过滤一、悬浮液的过滤.两种过滤方式两种过滤方式工业上，基本上有两种：工业上，基本上有两种：深层过滤深层过滤和和滤饼过滤滤饼过滤。（1）深层过滤深层过滤：粒状床层孔道(如砂层)为有效过滤介质。当悬浮液中所含颗粒很小，且含量很少时（固相体积分率1%），常用滤布、滤网做过滤介质进行过滤。当粒径大于过滤介质孔径时，显然会形成滤饼；当粒径小于过滤介质孔径时，通过“架桥现象”也会形成滤饼。随着滤饼的增厚，滤饼层就成为有效的过滤介质，所以这种过滤称为饼层过滤。常用于化工生产，本章只讨论滤饼过滤滤饼过滤。悬浮液滤液图3-18 架桥现象华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤2.过滤介质过滤介质 作用：使液体通过而固体颗粒截留住要求：具有适宜的孔径（比颗粒小，或可形成架桥）、过滤 阻力小，同时因过滤介质是滤饼的支承物，应具有足够 的机械强度和耐腐蚀性。(1)织物介质：由纤维、金属丝等编织而成的滤布和滤网，使用 最广。(2)堆积介质：由砂、木炭等堆积而成的床层，用于深层过滤。(3)多孔介质：由多孔陶瓷、多孔金属和多孔塑料制成的管和板。华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤3、助滤剂、助滤剂目的：目的：防止过滤介质孔道堵塞，或降低可压缩滤饼的过滤阻力。助滤剂：助滤剂：一种坚硬的粉状或纤维状的固体，能形成疏松结构。加助滤剂和方法有预涂法预涂法和预混法预混法。要求：要求：作助滤剂的物质应能较好地悬浮于料液中，且颗粒大小 合适，助滤剂中还不应含有可溶于滤液的物质，以免污染 滤液。常用的助滤剂有常用的助滤剂有:硅藻土、珍珠岩粉、碳粉 和石棉粉等。【注意注意】：当滤饼是产品时不能使用助滤剂。：当滤饼是产品时不能使用助滤剂。华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤4、悬浮液量、固体量、滤液量与滤渣量的关系、悬浮液量、固体量、滤液量与滤渣量的关系滤液量滤液量 悬浮液中所含液体量悬浮液中所含液体量 滤液，密度滤液，密度，体积，体积 V悬浮液悬浮液 液体液体 湿滤渣，密度湿滤渣，密度c 干渣，密度干渣，密度p华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤设 C 湿滤饼Kg/固体Kg，即(Kg湿渣/Kg干渣)所以，C/C 湿滤渣体积 1/p 干滤渣体积 得：(1)湿滤渣密度湿滤渣密度C 的计算的计算华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤(2)干渣质量与滤液体积的比值干渣质量与滤液体积的比值 其中：CXkg湿渣/kg悬浮液 1CX Xkg滤液/kg悬浮液 X/（1-CX X）kg干渣/kg滤液设X 固体kg/悬浮液kg，即(kg干渣/kg悬浮液)kg干渣/m3滤液华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤(3)湿滤渣质量与滤液体积的比值湿滤渣质量与滤液体积的比值C Ckg湿渣/m3滤液(4)湿滤渣体积与滤液体积的比值湿滤渣体积与滤液体积的比值m3湿渣/m3滤液华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤例3-4 已知湿滤渣、干滤渣及滤液的密度分别为 c=1400 kg/m3，p=2600kg/m3，=1000kg/m3。试试求求湿湿滤滤渣渣与与其其中中所所含含干干渣渣的的质质量量比比?若1kg悬浮液中含固体颗粒0.04kg，试求与1m3滤液所对应的干渣质量为多少？华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤解解：(1)由（2）已知 X=0.4 kg(干渣)/kg(悬浮液)所以 C=2.15kg(湿渣)/kg(干渣)华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤二过滤速率基本方程式 过滤基本方程式过滤基本方程式主要描述滤液量随时间的变化关系，即V的关系。过滤速率：过滤速率：单位时间通过的滤液体积，可表示为滤液体积，可表示为dV/d，m3/s,过滤速度：过滤速度：单位时间通过单位面积的滤液体积，可表示为滤液体积，可表示为 dV/Ad，m/s。华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤过滤推动力过滤推动力压力差悬浮液悬浮液滤饼滤饼过滤介过滤介质质滤液滤液Lp1p2过滤阻力过滤阻力=滤饼阻力+过滤介质阻力PC：饼层压差；Pm：过滤介质压差RC Rm华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤圆管内层流流动时：圆管内层流流动时：哈根哈根-泊谡叶方程泊谡叶方程 过滤过程中，滤液通过 滤饼滤饼 的流速较低，其流动一般处于层流层流状态.l滤饼中毛细孔道的平均长度，l L(滤饼厚度)；d毛细孔道平均直径，为定值。Vc滤饼体积滤饼体积华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤滤液在滤饼层毛细孔道内的流速滤液在滤饼层毛细孔道内的流速u 过滤速度过滤速度dV/Adt将两式代入将两式代入得：得：令令 ，华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤推动力：推动力：pcRc变成体积的形式：变成体积的形式：因为因为V滤液体积r：比例系数比例系数，称为滤饼的比阻，滤饼的比阻，表示单位过滤面积 上滤饼为1m3(即Vc/A=1)时的阻力。滤饼阻力滤饼阻力：华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤过滤介质阻力过滤介质阻力Ve当量滤液量当量滤液量过滤推动力过滤推动力过滤阻力过滤阻力华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤所以，得：所以，得：过滤速度方程：过滤速度方程：过滤速率方程：过滤速率方程：【注注意意】：当当量量滤滤液液量量V Ve e不是真正的滤液量，其值与过滤介质的性质，滤饼及滤浆的性质有关，可由实验确定。华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤三三 恒压过滤恒压过滤 因为，过滤速率方程时微分形式的方程，若用此式求出过滤时间与滤液量之间的关系式，还需根据具体情况积分。工业生产上有两种典型的过滤操作方式，恒压恒压和恒速恒速。实际应用时可采取先恒速后恒压先恒速后恒压过滤的操作方式。恒压过滤恒压过滤：过滤操作是在恒定压差下进行的。是最常见的过滤方式。华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤1 1、滤液体积于过滤时间的关系、滤液体积于过滤时间的关系V+Ve VV+Ve V Ve O O e B +e +e图 3-20 恒压过滤时V与的关系恒压过滤时，如图：恒压过滤时，如图：滤液体积滤液体积V过滤时间过滤时间OO曲线表示曲线表示 与过滤介质阻力对应的虚拟（当量）滤液体积虚拟（当量）滤液体积Ve与虚拟过滤时间虚拟过滤时间e e的关系。华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤 当p不变(即恒压)，悬浮液一定(r,v,和Ve一定)时，积分过滤方程式：得：得：华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤令令:q=V/A，单位面积上的滤液量 qe=Ve/A，单位面积上的当量当量滤液量 ,为常数则改写成q与的关系式：令令，化为：恒压过滤方程式恒压过滤方程式若介质阻力可忽略不计，2VVe=0，则上式可简化为：过滤常数 方程方程，都是都是（基本方程式）（基本方程式）华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤2 2、过滤常数的测定、过滤常数的测定 K,qe 实验测定过滤常数一般在恒压下进行。将基本方程式 两侧各项均除以qK，得：/q 和q之间具有线形关系，1/K为斜率，2qe/K为截距。由此可知，只要测出不同过滤时间时单位过滤面积所得的滤液量q，即可由上式求得K和qe。【注意注意】：与悬浮液的性质，温度，压力差有关，与悬浮液的性质，温度，压力差有关，只有在工业生产条件和实验条件一致时，才能直接使用只有在工业生产条件和实验条件一致时，才能直接使用实验测定的过滤常数实验测定的过滤常数K和和qe。华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤例例3-5 3-5 含含有有CaCO3质质量量分分数数为为13.9的的水水悬悬浮浮液液,用用板板框框过过滤滤机机在在20下下进进行行过过滤滤适适用用.过过滤滤面面积积为为0.1m.实实验数据列于附表中，试求过滤常数验数据列于附表中，试求过滤常数K K与与q qe e。压差/Pa滤 液 量V/dm3过 滤 时间/s压差/Pa滤 液 量V/dm3过 滤 时间/s3.431042.927.8014688810.31042.459.8050660华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤解解：两种压力下的K与qe分别计算如下:（1）压差为3.43104 Pa华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤可见，不同压差下测得的过滤常数数值不同。可见，不同压差下测得的过滤常数数值不同。华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤例例3-6 想用一台工业用板框压滤机过滤例想用一台工业用板框压滤机过滤例3-5中的含中的含CaCO3粉末的悬浮液，在表压粉末的悬浮液，在表压10.3 104，20 条件条件下过滤下过滤3小时得到小时得到 6 m 3 3滤液，所用过滤介质和例滤液，所用过滤介质和例3-5的相同的相同.试求所需要的过滤面积。试求所需要的过滤面积。解：例解：例3-5中已求出表压中已求出表压10.3 104时的过滤常数时的过滤常数可用恒压过滤可用恒压过滤基本方程式基本方程式求出所需要的过滤面积求出所需要的过滤面积华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤所以所以过滤面积：过滤面积：华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤四.过滤设备1、板框式压滤机板框式压滤机2、转筒真空过滤机转筒真空过滤机3、离心过滤机、离心过滤机华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤1 1、板框式压滤机板框式压滤机洗涤板滤板非洗涤板结构滤布滤框过滤路径过滤路径：滤浆框内滤饼滤布板内排出洗涤路径洗涤路径：洗水洗板滤布框滤饼非洗板排出华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤优点优点：结构简单，压强大，适用性强，适用黏性 大及有腐蚀 性的物系。缺点缺点：操作麻烦，劳动强度大，费时，多为间歇式。板框式压滤机板框式压滤机华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤2.转筒真空过滤机转筒真空过滤机（1）构造与操作转筒真空过滤机是连连续续操操作作的的设设备备，其每一部分面积，都顺序地经过过滤、脱水、洗涤、卸料四个区域，转筒每旋转一周即完成一个操作循环。转鼓转鼓结构结构 动盘动盘 分配头分配头 定盘定盘特点：特点：自动，连续进行，节省人力，生产能力大，但结构 复杂，投资大，真正过滤面积不大，且不适宜温度 过高的浆料。华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤（2）生产能力生产能力生产能力生产能力单位时间内获得的滤液量，Q；浸液率浸液率转筒表面浸入滤浆中的分数，表示为：有效过滤时间有效过滤时间某一瞬间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 为转筒旋转一周的有效过滤时间。转数转数N，1/s，旋转一周的时间，旋转一周的时间1/N，有效过滤时间为：，有效过滤时间为：2.转筒真空过滤机转筒真空过滤机华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤旋转一周获得的滤液量Q/N，而单位面积的滤液量为:将和q代入恒压过滤方程式 中，得两边除以两边除以Q/AN，得，得解得：解得：此式表达了各参数对其生产能力的影响。此式表达了各参数对其生产能力的影响。2.转筒真空过滤机转筒真空过滤机华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤3.离心过滤机（自学）离心过滤机（自学）华东交大化工原理电子课件华东交大化工原理电子课件 第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤