第3章-非均相分离.ppt

化 工 原 理Unit Operations of Chemical Engineering湖北师院卢 莲 英生物技术专业生物技术专业11/6/20241化原 第三章 沉降与过滤第第3 3章章 非均相分离非均相分离卢莲英卢莲英11/6/20242化原 第三章 沉降与过滤 本章学习指导本章学习指导n1 1、本章学习目的、本章学习目的 通过本章的学习，要重点掌握沉降和过滤这两种机械分离操作的原理、典型设备的结构与特性，能够根据生产工艺要求，合理选择设备类型和尺寸。n2 2、本章应掌握的内容、本章应掌握的内容 a 沉降分离（包括重力沉降和离心沉降）的原理、旋风分离器的选型。b 过滤操作的原理、过滤基本参数、过滤基本方程式推导的思路，过滤常数的测定。n3 3、学时安排、学时安排 讲授4学时11/6/20243化原 第三章 沉降与过滤第第3章章 沉降与过滤沉降与过滤n 概述n3.1 重力沉降n3.2 离心沉降n3.3 过滤n3.4 沉降过滤设备11/6/20244化原 第三章 沉降与过滤概述概述n非均相物系的分离非均相物系的分离n均相物系均相物系：指物系内部各处均匀且无相界面，包括溶液、气体混合物等。n非均相物系非均相物系(non-homogeneous system)：指物系内部有不同相的界面且界面两侧的物料性质有差异。n包括：气固系统（如空气中的尘埃）；n 液固系统（如液体中的固体颗粒）；n 气液系统（如气体中的液滴）；n 液液系统（如乳浊液中的微滴）等。主目录主目录11/6/20245化原 第三章 沉降与过滤 非均相物系分离的依据是连续相与分散相分离的依据是连续相与分散相具有不同的物理性质（如密度），具有不同的物理性质（如密度），故可用机械方法进行分离。利用密度差进行分离时，必须使分散相与连续相产生相对运动，因此，分离非均相物系的单元操作遵循流体力学的基本规遵循流体力学的基本规律律，按两相运动方式的不同分为沉降和过滤。非均相物系的分离主要用于：1、回收有用物质，如颗粒状催化剂的回收；2、净化气体，如除尘、废液、废气中有害物质的清除等。主目录主目录11/6/20246化原 第三章 沉降与过滤分散质（分散相）：非均相物系中，处于分散状态的物质，如悬浮汽中的固体颗粒。分散介质（连续相）：包围分散质的处于连续状态的流体，如悬浮汽中的液体。分离方法机械法，使分散质与分散介质之间发生相对运动实现分离。沉降分离法利用固体微粒受重力、离心力或惯性力作用过滤分离法利用固体微粒不能通过过滤介质的性质此外还有液体洗涤除尘法、电除尘法即湿法净制：“洗涤”气体静电除尘：高压直流电场中，带电粒子定向运动，聚集分离。主目录主目录11/6/20247化原 第三章 沉降与过滤自来水厂的主要流程自来水厂水的净化分三步，第一步是絮凝过程，也可以叫反应过程。在流动中使水中的杂质颗粒絮凝长大；第二步是沉降。沉降池是使大颗粒得以除去。第三步是砂滤。砂滤池，进一步用900mm厚砂层，将小颗粒杂质滤去。主目录主目录11/6/20248化原 第三章 沉降与过滤某水厂全貌 图中兰色粗管是来江中的原料水，条形池子是絮凝池，左侧池是沉降池。主目录主目录11/6/20249化原 第三章 沉降与过滤 这是沉降池。图为絮凝之后的水，是从沉降池底部流入，到池子上部水已很清了。水厂沉降池 主目录主目录11/6/202410化原 第三章 沉降与过滤 3.1 重力沉降重力沉降n3.1.1 重力沉降速度及计算举例n3.1.2 降尘室计算主目录主目录11/6/202411化原 第三章 沉降与过滤3.1.1 重力沉降速度及计算举例重力沉降速度及计算举例u一、沉降速度(terminal velocity)u重力沉降(gravity settling)-依靠外力外力(重力重力)作用，利用密度差异使之发生相对运动而分离的过程u1、自由沉降、自由沉降(free settling)颗粒群在流体中分散较好互不接触互不碰撞 干扰沉降(hindered settling)颗粒之间相距较近时，颗粒沉降会受到其他颗粒的影响 2、沉降速度、沉降速度ut-等速阶段微粒相对于流体的运动速度(球形、自由沉降)。u 受力分析受力分析球形颗粒在自由沉降中所受三力，如图3-1所示主目录主目录 次目录次目录11/6/202412化原 第三章 沉降与过滤n设直径为d、密度为s的光滑球形颗粒在密度为，粘度为的静止流体中作自由沉降。此时颗粒受到阻力、浮力和重力的作用，其中阻力是由摩擦引起的，随颗粒与流体间的相对运动速度而变，仿照管内流动阻力计算式：浮力Fb阻力Fd重力Fg则，受力情况：主目录主目录 次目录次目录11/6/202413化原 第三章 沉降与过滤n根据牛顿第二运动定律牛顿第二运动定律：Fg-Fb-Fd=ma 过程开始的瞬间，u=0,因此Fd=0,故加速度具有最大值。随着颗粒的下落，随后增加，加速度减小。当u达到某一数值ut后，使得重力与浮力、阻力达到平衡，即合力为零，此时加速度为零。下式称为重力沉降速度基本方程式重力沉降速度基本方程式。主目录主目录 次目录次目录 通过对球形颗粒的力学分析，得到颗粒沉降速度的计算式，式中的阻力系数才是计算的关键。11/6/202414化原 第三章 沉降与过滤图3-2 -Ret关系曲线 主目录主目录 次目录次目录11/6/202415化原 第三章 沉降与过滤主目录主目录 次目录次目录11/6/202416化原 第三章 沉降与过滤颗粒与流体相对运动时所受的阻力颗粒与流体相对运动时所受的阻力1.曳力曳力(drag force)介质阻力-相对运动相对运动时，流体对微粒 的作用力2.对比分析对比分析沉降流体流动定律介质阻力-牛牛顿顿阻力定律阻力定律 内摩擦力-牛牛顿顿粘性定律粘性定律表达式F d=Au2/2 F=A du/dy颗粒为球形,A-投影面积直管阻力 Wf=l u2/2d滞流区10-42，=24/Re小于或等于2000，=64/Re过渡区2500，=10/Re2000-4000湍流区5002105，=0.44大于或等于4000，查图，近似常数主目录主目录 次目录次目录11/6/202417化原 第三章 沉降与过滤3、球形颗粒沉降速度的计算、球形颗粒沉降速度的计算n若ut未知 Ret未知未知 无法选择计算公式无法计算ut，此时可采用试差法试差法。n计算步骤：n假设某种流型n用相应公式计算出utn校核Retn例如：假设沉降处在滞流区，则选用Stokes公式：主目录主目录 次目录次目录11/6/202418化原 第三章 沉降与过滤4、影响沉降速度的因素、影响沉降速度的因素 颗粒的因素颗粒的因素：尺寸、形状(当量球径diameter of equivalent sphere)、密度、是否变形等；介质的因素介质的因素：流体的状态（气体还是液体）、密度、粘度等；环境因素：温度（影响、）、压力、颗粒的浓度（浓度大到一定程度使发生干扰沉降）等设备因素设备因素：体现为壁效应wall effect(靠近壁面沉降)。【例3-1】【例3-2】主目录主目录 次目录次目录11/6/202419化原 第三章 沉降与过滤思考题思考题 同一大小的固体微粒从不同高度落下，问它们的沉降速度是否相等？学生回答学生回答 不同流体或同一流体在不同温度下沉降速度的关系。结论结论：沉降速度与高度无关，与颗粒大小及流体性质沉降速度与高度无关，与颗粒大小及流体性质有关。有关。一般液体粘度大于气体粘度，故液体沉降速度小于气体的。主目录主目录 次目录次目录11/6/202420化原 第三章 沉降与过滤3.1.2 降尘室计算降尘室计算n用于分离气流中的尘粒用于分离气流中的尘粒n计算目的计算目的：确定降尘室的：确定降尘室的生产能力，即：所能处理生产能力，即：所能处理含尘气体的体积流量含尘气体的体积流量 qv。该体积流量与哪些因素有该体积流量与哪些因素有关。关。n分析分析：若气体通过降尘室：若气体通过降尘室所用的时间为所用的时间为 ；颗粒降；颗粒降至室底的时间为至室底的时间为 t。n 则颗粒能被分离出的条件则颗粒能被分离出的条件为：为：t （=t 时时是能被分离出的临界颗粒）是能被分离出的临界颗粒）Hbluu t主目录主目录 次目录次目录图3-3 降尘室11/6/202421化原 第三章 沉降与过滤而而可见：可见：qV=f（lb，ut）说明：说明：qV与沉降面积和沉降速度与沉降面积和沉降速度有关，而与尘室的高度无关，因有关，而与尘室的高度无关，因此，可将其做成多层式。此，可将其做成多层式。注意：注意：（1）ut 应按需分下来的应按需分下来的最小颗粒计算；最小颗粒计算；（2）u不能过大，否则干扰颗粒不能过大，否则干扰颗粒下沉或把已沉下的颗粒卷起。气下沉或把已沉下的颗粒卷起。气体流动状态在层流以内。体流动状态在层流以内。主目录主目录 次目录次目录 沉降室尺寸的设计，是工厂中非常实际的问题。沉降室的高度H，长L，气体流量qv之间的关系11/6/202422化原 第三章 沉降与过滤11/6/202423化原 第三章 沉降与过滤11/6/202424化原 第三章 沉降与过滤11/6/202425化原 第三章 沉降与过滤图图3-4 多层降尘室多层降尘室 主目录主目录 次目录次目录11/6/202426化原 第三章 沉降与过滤主目录主目录11/6/202427化原 第三章 沉降与过滤主目录主目录11/6/202428化原 第三章 沉降与过滤n【例例3-3】拟采用降尘室回收常压炉气中所含的固体颗粒，降尘室底面积为10m2，宽和高均为2m，炉气处理量为4m3/s。操作条件下气体密度为0.75kg/m3，粘度2.610-5Pas,固体密度为 3000kg/m3。求n(1)理论上能完全捕集下来的最小粒径；n(2)粒径为40m颗粒的回收百分率；n(3)若完全回收直径为15m的尘粒，对降尘室应作如何改进?主目录主目录 次目录次目录 这是操作型计算问题。利用已知的沉降室，计算理论上可以完全去除的最小直径及回收百分率。11/6/202429化原 第三章 沉降与过滤n解解：(1)能完全分离出的最小颗粒的沉降速度nut=qv/bl=4/10=0.4m/sn设沉降属于滞流区，故能除去最小颗粒直径为n校核：nRe=dput/=8010-60.40.75/2.610-5=0.9232n故假设正确主目录主目录 次目录次目录11/6/202430化原 第三章 沉降与过滤n(2)直径为40m的颗粒必在滞流区沉降，其沉降速度ut：n因气体通过降尘室的时间为：n=lbH/qv=102/4=5sn故 理 论 上 直 径 40m的 颗 粒 在 此 时 间 内 沉 降 高 度H=ut=0.10065=0.503mn设降尘室入口炉气均布，在降尘室入口端处于顶部及其附近的dp=40m的尘粒，因其ut0.4m/s，它们随气体到达出口时还没有沉到底而随气体带出，而入口端处于距室底0.503m以下的40m的尘粒均能除去，所以40m尘粒的除尘效率：n=H/H=0.503/2=25.15%主目录主目录 次目录次目录11/6/202431化原 第三章 沉降与过滤n(3)要完全回收直径为15m的颗粒，则可在降尘室内设置水平隔板，使之变为多层降尘室。降尘室内隔板层数n及板间距h的计算为：n取n=28,则隔板间距nh=H/(n+1)=2/29=0.069mn因而在原降尘室内设置设置28层隔板层隔板理论上可全部回收直径为15m的颗粒。主目录主目录 次目录次目录11/6/202432化原 第三章 沉降与过滤 3.2 3.2 离心沉降离心沉降n3.2.1离心沉降速度和分离因数n3.2.2 旋风分离器及计算举例n3.2.2.1 旋风分离器构造及作用原理n3.2.2.2 旋风分离器设计计算 主目录主目录11/6/202433化原 第三章 沉降与过滤n流体作圆周运动时，使其方向不断改变的力称为向心力。而颗粒的惯性却促使它脱离圆周轨道而沿切线方向飞出，这种惯性力称为离心力。当颗粒在距中心R处旋转时，其切向速度uT，径向速度ur。受力分析：FFCFduTurR3.2.1 离心沉降速度和分离因数离心沉降速度和分离因数主目录主目录 次目录次目录图3-611/6/202434化原 第三章 沉降与过滤在稳定运动中，作用力与阻力达到平衡，颗粒与流体的相对运动速度ur达到恒定，即：离心沉降速度作用力沉降速度大小方向重力沉降 重力重力加速度 重力加速度恒定 向下离心沉降 离心力离心加速度 离心加速度随位置变径向向外主目录主目录 次目录次目录11/6/202435化原 第三章 沉降与过滤说明说明nut是常量，ur随uT和R变化，是变量。n2.离心沉降所处理的非均相物系中固粒直径通常很小，沉降一般在滞流区进行，故其沉降速度可表示为：3.分离因数分离因数：同一颗粒在同种介质中的离心沉降速度与重力沉降速度的比值，以Kc表示。Kc值一般在102105之间，其大小反映了离心沉降设备的效能为重力沉降设备的倍数，大小反映了离心沉降设备的效能为重力沉降设备的倍数，是离心分离设备性能的一项重要指标。是离心分离设备性能的一项重要指标。主目录主目录 次目录次目录11/6/202436化原 第三章 沉降与过滤离心分离离心分离n离心机离心机-离心力-设备本身旋转设备本身旋转产生（快速旋转的转鼓）n旋风分离器旋风分离器-离心力-混合物以一定速度沿切线方向进入切线方向进入设备而产生。n离心分离因素-离心力/重力-分离能力-转速，转鼓直径。主目录主目录 次目录次目录11/6/202437化原 第三章 沉降与过滤3.2.2 旋风分离器及计算举例旋风分离器及计算举例n3.2.2.1 旋风分离器构造及作用原理旋风分离器构造及作用原理n1、构造、构造：进气管、上筒体、下锥体和中央升气管等图图3-7 n2、操作原理、操作原理：含尘气体含尘气体由进气管进入旋风分离器后，沿圆筒的切线方向，自上而下作圆周运动。n颗粒颗粒在随气流旋转过程中，受到的离心力大，故逐渐向筒壁运动，到达筒壁后沿壁面落下，自锥体排出进入灰斗。主目录主目录 次目录次目录11/6/202438化原 第三章 沉降与过滤主目录主目录 次目录次目录11/6/202439化原 第三章 沉降与过滤主目录主目录 次目录次目录11/6/202440化原 第三章 沉降与过滤n净化后的气流净化后的气流在中心轴附近范围内由下而上做旋转运动，最后经顶部排气管排出。n通常，将下行的螺旋形气流称为外旋流，上行的螺旋形气流称为内旋流。内、外旋流的旋转方向相同。外旋流的上部是主要除尘区。外旋流的上部是主要除尘区。n主要结构参数主要结构参数为筒体直径D，其它尺寸以D为标准，如图示。n特点特点：结构简单，造价低廉，无运动部件，操作范围广，可用多种材料制造，是化工、轻工、冶金等部门常用的分离和除尘设备。主目录主目录 次目录次目录11/6/202441化原 第三章 沉降与过滤n说明说明旋风分离器旋风分离器一般用来除去气流中粒径除去气流中粒径5m以上的尘粒以上的尘粒，对颗粒含量高于200g/m3的气体，由于颗粒的聚集作用，它甚至能除去3 m以下的颗粒。n对直径在200 m以上的颗粒最好先用重力沉降法除去，以减小对器壁的磨损；n对于直径5m以下以下的颗粒，除尘效率很低，需采采用袋滤器或湿法捕集。用袋滤器或湿法捕集。主目录主目录 次目录次目录11/6/202442化原 第三章 沉降与过滤3.2.2.2 旋风分离器设计计算旋风分离器设计计算n旋风分离器的性能旋风分离器的性能：n临界粒径n分离效率n压强降主目录主目录 次目录次目录11/6/202443化原 第三章 沉降与过滤n讨论 D，B=D/4，dC，故设备尺寸不能太大，当气体处理量大时，使用若干小尺寸旋风分离器并联使用，以维持较高的分离效率。nui，dC，说明提高进口气速可提高分离效率，但进口阻力增加，同时湍流状况增大，易带起灰尘，所以一般不采用此法。n 上式中只要给出合适的Ne(气流有效旋转圈数)值，即可计算dC。一般情况：Ne=0.53.0；标准型：Ne=5.0旋风分离器能够全部除掉的最小颗粒粒径。a.临界粒径临界粒径主目录主目录 次目录次目录11/6/202444化原 第三章 沉降与过滤 b.分离效率分离效率总效率被旋风分离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分效率称粒级效率。根据颗粒的粒径大小分级，将入口气体中某一粒级di的颗粒被旋风分离器除掉的分率定义为粒级效率总效率与分效率的关系主目录主目录 次目录次目录11/6/202445化原 第三章 沉降与过滤 c.压强降压强降气体经旋风分离器时，由于进气管和排气管及主体器壁所引起的摩擦阻力，流动时的局部阻力以及旋转运动所产生的动能损失等等，造成气体的压强降。工程上采用经验公式，式中的 为比例为比例系数，即阻力系数。主要由旋风分离器的结构决定。同一结构形式及尺寸比例的旋风分离器，阻力系数为常为常数数。说明说明同一结构型式及尺寸比例的旋风分离器，同一结构型式及尺寸比例的旋风分离器，为常数，不因尺为常数，不因尺寸而变。标准型寸而变。标准型=8=8一般一般p=500p=5002000Pa2000Pa，其其大小为评价旋风分离器性能好坏大小为评价旋风分离器性能好坏大小为评价旋风分离器性能好坏大小为评价旋风分离器性能好坏的一项重要指标。的一项重要指标。的一项重要指标。的一项重要指标。主目录主目录 次目录次目录11/6/202446化原 第三章 沉降与过滤总结总结n影响旋风分离器性能的因素中，物系条件及操作物系条件及操作条件是主要的。条件是主要的。n颗粒密度大、粒径大、进口气速高及粉尘浓度高，均有利于分离。n但气速过高，易使湍流加剧，不利于分离，且增加压强降，故进口气速在1025m/s范围内为宜。n粒径大，对器壁的磨损较严重，使旋风分离器的使用寿命减少，故分离粒径在5200m为宜。n锥底排尘管的密封密封问题思考题思考题 主目录主目录 次目录次目录11/6/202447化原 第三章 沉降与过滤旋风分离器的选用旋风分离器的选用n已知内容已知内容：气体流量Vs(m3/s)，含尘量C1(g/m3)，粉尘的粒度分布，除尘要求，压强降n计算内容计算内容：旋风分离器的型式，直径和个数n一般步骤如下：n(1)根据粉尘的性质，选择旋风分离器的型式；n(2)根据要求的除尘效率和粉尘粒度分布，计算临界直径dc或分割粒径d50；n(3)根据允许的压强降确定气体进口速度ui；n(4)根据ui与dc(或d50)计算旋风分离器直径D；n(5)根据D与ui计算每个旋风分离器的处理量，确定旋风分离器台数；n(6)对除尘效率与压强降进行校核。n并联使用：阻力相同，风量均分n串联使用：阻力均分，风量相同 主目录主目录 次目录次目录11/6/202448化原 第三章 沉降与过滤主目录主目录 次目录次目录11/6/202449化原 第三章 沉降与过滤主目录主目录 次目录次目录11/6/202450化原 第三章 沉降与过滤主目录主目录 次目录次目录11/6/202451化原 第三章 沉降与过滤Problems 1P67:Exercises No.3-3 and No.3-4主目录主目录 次目录次目录11/6/202452化原 第三章 沉降与过滤 3.3 3.3 过滤过滤n3.3.1 过滤操作与过滤基本方程式n3.3.2 恒压过滤方程及计算举例主目录主目录11/6/202453化原 第三章 沉降与过滤3.3.1 过滤操作与过滤基本方程式过滤操作与过滤基本方程式n一、过滤的基本概念一、过滤的基本概念n料浆(alurry)、过滤介质(filtering medium)、滤饼(filter cake)、滤液(filtrate)n过滤过滤-利用一种能将固体微粒截留而让流体通过的多孔介质，将固体微粒从气体中或液体中分离出来。图3-9主目录主目录 次目录次目录11/6/202454化原 第三章 沉降与过滤滤饼过滤滤饼过滤深层过滤深层过滤架桥现象架桥现象当颗粒尺寸比过滤介质孔径小时，过滤开始会有部分颗粒进入过滤介质孔道里，迅速发生“架桥现象”。（一）过滤方式（一）过滤方式图图3-10-深层过滤(deep bed filtration)(自来水净化用的砂层)、滤饼过滤(cake filtration)(过滤介质与滤饼层)主目录主目录 次目录次目录11/6/202455化原 第三章 沉降与过滤过滤：利用重力或压差压差使悬浮液通过多孔性过滤介质，将固体颗粒截留，从而实现固-液分离的单元操作。(二二二二)过滤介质过滤介质过滤介质过滤介质织物介质织物介质 最常用的过滤介质，工业上称为滤布(网)，由天然纤维、玻璃纤维、合成纤维或者金属丝编织而成。可截留的最小颗粒的直径为5-65微米。多孔固体介质多孔固体介质 具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶瓷、多孔金属及多孔性塑料制成的管或板，能截留1-3m的微小颗粒。堆积介质堆积介质 由沙、木炭之类的固体颗粒堆积而成的床层，称作滤床，用作过滤介质使含少量悬浮物的液体澄清。多孔膜多孔膜 用于膜过滤的各种有机分子膜和无机材料膜。主目录主目录 次目录次目录11/6/202456化原 第三章 沉降与过滤（三）过滤推动力（三）过滤推动力过滤推动力是指滤饼和过滤介质两侧的压力差。此压力差可以是重力或人为压差。增加过滤推动力的方法有：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，一般不超过50KN/m2，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，一般可达500KN/m2称为加压过滤。3、在在过过滤滤介介质质下下面面抽抽真真空空，通常不超过真空度86.6KN/m2，称为真空过滤。此外，过滤推动力还可以用离心力来增大，称为离心过滤。主目录主目录 次目录次目录11/6/202457化原 第三章 沉降与过滤（四）过滤阻力（四）过滤阻力：大多情况下，过滤阻力主要取决于滤饼阻力。（五）滤渣量、滤液量、固体量的关系（五）滤渣量、滤液量、固体量的关系物料衡算总物料：悬浮液质量=滤渣量+滤液量固体物料：悬浮液中固体量=滤渣中固体量体积关系：湿滤渣体积=干渣体积滤液体积主目录主目录 次目录次目录11/6/202458化原 第三章 沉降与过滤(六六)过滤速率过滤速率n过滤速率U=d V/d-m3/sn 过滤速度 u=dV/Ad-m/sn(七七)恒压过滤与恒速过滤恒压过滤与恒速过滤n恒压过滤维持推动力(压力降)不变n恒速过滤维持过滤速率不变主目录主目录 次目录次目录11/6/202459化原 第三章 沉降与过滤液体通过滤渣层的流动（均匀，不可压缩）类型圆管内层流时的哈根内层流时的哈根-泊素叶方程式泊素叶方程式 二、二、过滤速率基本方程式过滤速率基本方程式主目录主目录 次目录次目录图图3-1111/6/202460化原 第三章 沉降与过滤式中：R滤饼的阻力，1/m r滤饼的比阻，1/m2上式表当滤饼为不可压缩时，任一瞬间单位面积上的过滤速率与滤饼上、下游两侧的压强差成正比，而与当时的滤饼厚度成反比，并与滤液粘度成反比。过滤推动力过滤推动力：促成滤液流动的因素，即压强差压强差pC过滤阻力过滤阻力：rLn滤液本身的粘性，n滤饼阻力：rL科诚尼式科诚尼式主目录主目录 次目录次目录11/6/202461化原 第三章 沉降与过滤n物理意义：比阻在数值上等于粘度为1Pas的滤液以1m/s的平均速度通过厚度为1m的滤饼层时所产生的压强降。所以，比阻反映了颗粒形状、尺寸及床层空隙率对滤液流动的影响。其大小反映了过滤操作的难易。n床层越致密，对流体流动的阻滞作用越大主目录主目录 次目录次目录11/6/202462化原 第三章 沉降与过滤过滤基本方程式n若以表示滤饼体积与滤液体积之比(m3/m3)，即滤浆的稠度时，则得到滤液量为V(m3)时，滤饼的体积为：V=LAnL=V/An同理可得：Le=Ve/An式中：Ve 过滤介质的当量滤液体积，或称虚拟滤液体积，m3。nnn 过滤基本方程式一定操作条件，以一定介质过滤一定悬浮液时，Ve为定值同一介质在不同的过滤操作中，Ve值不同主目录主目录 次目录次目录11/6/202463化原 第三章 沉降与过滤3.3.2 恒压过滤方程及计算举例n一、恒压过滤一、恒压过滤n对于一定的滤浆而言，、r、均为常数，令：nnn恒压过滤，p为常数，故再令：nK=2kpn据上两式，整理过滤基本方程式，得：n积分上式，并整理：主目录主目录 次目录次目录11/6/202464化原 第三章 沉降与过滤总结：恒压过滤方程式以绝对滤液量为基准以相对滤液量为基准(V+Ve)2=KA2(e)V2+2VeV=KA2e Ve=KA2e(q+qe)2=K(e)q2+2qeq=Ke qe=Ke过滤介质阻力忽略V2=KA2q2=K表明恒压过滤时滤液体积与过滤时间的关系为一抛物线表明恒压过滤时滤液体积与过滤时间的关系为一抛物线。主目录主目录 次目录次目录11/6/202465化原 第三章 沉降与过滤讨论nK为物料特性及压强差所决定的常数，称为滤饼常数，m2/s。ne、Ve反映过滤介质阻力大小的常数，称为介质常数，s,m3；n滤饼常数、介质常数统称为过滤常数主目录主目录 次目录次目录11/6/202466化原 第三章 沉降与过滤二、过滤常数的测定二、过滤常数的测定恒压下K、qe、e的测定将恒压过滤方程式微分得即在恒压过滤条件下，/q 与 q 的函数关系是以 1/K 为斜率、2qe/K 为截距的直线，实验测得不同时刻单位过滤面积的累积滤液量 q，即可由上式回归出 K 和 qe。主目录主目录 次目录次目录11/6/202467化原 第三章 沉降与过滤【例例3-5】一台板框压滤机的过滤面积为0.2m2，在表压150kpa下以恒压操作方式过滤某一悬浮液。2小时后得滤液40m3,已知滤渣不可压缩，过滤介质阻力忽略。求：若其它情况不变，而过滤面积加倍，可得滤液多少？若表压加倍，2小时后可得滤液多少？若其它情况不变，将操作时间缩短为1小时，所得滤液多少？主目录主目录 次目录次目录11/6/202468化原 第三章 沉降与过滤分析：由于过滤介质阻力忽略，所以选用公式：V2=KA2 1、过滤面积加倍，则2、表压加倍，则 3、过滤时间缩短为1小时，则主目录主目录 次目录次目录11/6/202469化原 第三章 沉降与过滤【例例3-6】在实验室用一片过滤面积为0.1m2的滤叶对某种颗粒在水中悬浮液进行实验，过滤压强差为500mmHg,过滤5分钟得滤液1升，又过滤5分钟得滤液0.6升，若再过滤5分钟，可得滤液多少升？分析：已知两组滤液体积和时间，求另一组过滤时间下的体积，则选用公式：V2+2VVe=KA2 注意 V、的含义主目录主目录 次目录次目录11/6/202470化原 第三章 沉降与过滤实际滤液量为：主目录主目录 次目录次目录11/6/202471化原 第三章 沉降与过滤三、提高过滤生产能力的措施三、提高过滤生产能力的措施n助滤剂助滤剂：改变滤饼结构，使之较为疏松且不被压缩，则可提高过滤与洗涤速率。助滤剂多为刚性较好的多孔性粒状或纤维状材料，如常用的硅藻土、膨胀珍珠岩、纤维素等n絮凝剂絮凝剂：使分散的细颗粒凝聚成团从而更容易过滤。絮凝剂有聚合电解质类的如明胶、聚丙烯酰胺等，其长链高分子结构为固体颗粒架桥而成絮团；也有无机电解质类的絮凝剂，其作用为破坏颗粒表面的双电层结构使颗粒依靠范德华力而聚并成团n流动或机械搅动流动或机械搅动：限制滤饼厚度的增长，或者借用离心力使滤饼在带锥度的转鼓中自动移动等动态过滤技术，也可以有效地提高过滤速率增大过滤面积、提高转速、缩短辅助操作时间、改善过滤特性以提高过滤和洗涤速率。主目录主目录 次目录次目录11/6/202472化原 第三章 沉降与过滤主目录主目录3.4 沉降过滤设备沉降过滤设备11/6/202473化原 第三章 沉降与过滤1、主要部件、主要部件-尾板，滤框，滤板，主梁，头板，压轴装置2、装合、装合-1-2-3-2-1，所需杠数由生产能力和悬浮液浓度决定。1-非洗板 2-框 3-洗板3、操作循环、操作循环-装合，过滤，洗涤，卸渣，整理4、过滤速率与洗涤速率的关系：过滤速率是洗涤速过滤速率是洗涤速率的四倍率的四倍 主目录主目录板框过滤机板框过滤机(间歇过滤机间歇过滤机)次目录次目录11/6/202474化原 第三章 沉降与过滤叶滤机洗涤速率与最终过滤速率的比值为1 主目录主目录 次目录次目录11/6/202475化原 第三章 沉降与过滤主目录主目录 次目录次目录11/6/202476化原 第三章 沉降与过滤转筒真空过滤机转筒真空过滤机(连续过滤机连续过滤机)n构造构造：关键部件是分配头(转动盘与固定盘)。n操作操作：藉分配头的作用，转筒旋转一周时各小室可依次进行过滤、洗涤、吸干、吹松、卸渣等项操作n回转真空过滤机洗涤速率与最终过滤速率之比 为1。主目录主目录 次目录次目录11/6/202477化原 第三章 沉降与过滤主目录主目录 次目录次目录可除去可除去1m以下的尘粒以下的尘粒11/6/202478化原 第三章 沉降与过滤本章小结本章小结n一、基本概念一、基本概念n1.均相物系与非均相物系n2.分散相与连续相n3.沉降与过滤n4.饼层过滤与深床过滤n5.可压缩滤饼与不可压缩滤饼n6.过滤介质与助滤剂主目录主目录11/6/202479化原 第三章 沉降与过滤n二、重力沉降二、重力沉降n1.沉降速度n2.求解ut的方法n试差法n无因次数群判断法n摩擦数群法n3.重力沉降设备n降尘室：qvnblutn沉降槽主目录主目录11/6/202480化原 第三章 沉降与过滤n三、离心沉降三、离心沉降n1.沉降速度n2.离心沉降设备旋风分离器主目录主目录11/6/202481化原 第三章 沉降与过滤n四、过滤四、过滤n1.过滤基本方程式n2.恒压过滤以绝对滤液量为基准以相对滤液量为基准(V+Ve)2=KA2(e)V2+2VeV=KA2e Ve=KA2e(q+qe)2=K(e)q2+2qeq=Ke qe=Ke过滤介质阻力忽略V2=KA2q2=K主目录主目录11/6/202482化原 第三章 沉降与过滤n3.、过滤常数的测定n.4、过滤设备n板框压滤机n转筒真空过滤机主目录主目录11/6/202483化原 第三章 沉降与过滤Problems 2P68:Exercises No.3-7 and No.3-8主目录主目录11/6/202484化原 第三章 沉降与过滤 本本 章章 结结 束束11/6/202485化原 第三章 沉降与过滤【例例3-1】有一玉米淀粉水悬浮液，温度20，淀粉颗粒平均直径为15m，淀粉颗粒吸水后的密度为1020kg ，试求颗粒的沉降速度。解：先假定沉降在层流区进行，故可以用式（）计算，即 已知：查出20的水的 将各值代入上式得：检验Re值 计算结果表明，与假设相符，故算得的 正确。返回主目录主目录11/6/202486化原 第三章 沉降与过滤【例例3-2】有一温度为25的水悬浮液，其中固体颗粒的密度为1400kg/m3，现测得其沉降速度为0.01 m/s ，试求固体颗粒的直径。解：先假设粒子在滞流区沉降，故故可以用式（）求出其直径，即：已知：查出25水的密度 粘度 将各值代入上式得：检验Re值 返回主目录主目录11/6/202487化原 第三章 沉降与过滤将已知值代入得：解出：检验Re值 计算结果表明，重设正确（即属于过渡区沉降），故粒子直径为2.1310-4m 从计算结果可知，与原假设不符，故重设固体颗粒在过渡区沉降，即应用式（）求解返回主目录主目录11/6/202488化原 第三章 沉降与过滤思考题思考题多层沉降室和旋风分离器组设计的依据是什么？答：（1）多层沉降室设计的依据是沉降室生产能力的表达式，即VS=blut根据此式，VS与设备高度无关，而只是底面积bl和ut的函数。对指定的颗粒，在设备总高度不变条件下，设备n层水平隔板，即使底面积增加nbl倍，从而使生产能力达到原来的（n1）倍。如果生产能力保持不变，多层降尘室可使更小的颗粒得以分离，提高除尘效率。（2）旋风分离组设计的依据是临界粒径定义式，即 当颗粒尺寸及介质被指定之后，B的减小可使dc降低，即分离效果提高。B和旋风分离器的直径成一定比例。在要求生产能力比较大时，采用若干个小旋风分离器，在保证生产能力前提下，提高了除尘效果。返回主目录主目录11/6/202489化原 第三章 沉降与过滤