第3章沉降與過濾

1、第三章 非均相機械分離 概概 述述混合物大致可分為：混合物大致可分為： 均相混合物均相混合物 與與 非均相混合物非均相混合物 兩大類。兩大類。均相混合物：均相混合物： 當混合物中各組分以分子大小分散于物系中，物系中各部當混合物中各組分以分子大小分散于物系中，物系中各部分的濃度、性質(zhì)一致，這種混合物稱為均相混合物?；旌衔锓值臐舛取⑿再|(zhì)一致，這種混合物稱為均相混合物。混合物中不存在相界面，其中不存在相界面，其分離方法應(yīng)用分離方法應(yīng)用吸收、蒸餾、萃取、吸收、蒸餾、萃取、干燥等干燥等. .非均相混合物：非均相混合物： 混合物中各組分機械地分散于物系中，物系中至少存在兩混合物中各組分機械地分散于物系中，

2、物系中至少存在兩個或兩個以上的相。混合物的特點是物系中存在相界面，界個或兩個以上的相?；旌衔锏奶攸c是物系中存在相界面，界面兩側(cè)存在明顯的濃度、性質(zhì)等差異。非均相混合物面兩側(cè)存在明顯的濃度、性質(zhì)等差異。非均相混合物分離方分離方法法 沉降、過濾、吸附等沉降、過濾、吸附等第一節(jié)第一節(jié) 篩篩 分分 一一. .顆粒的特性顆粒的特性單顆粒最基本特性單顆粒最基本特性: : 顆粒的大小顆粒的大小( (粒徑粒徑) )，形狀及表面積，形狀及表面積. . 它們對顆粒在流體中的運動過程有重要影響。它們對顆粒在流體中的運動過程有重要影響。( (一一) )球形顆粒：球形顆粒：( (二二) )非球形顆粒：非球形顆粒：p3p

3、2pSd6d6dVS比表面積比表面積: :比表面積比表面積: :3esV6d(1)(1)等體積當量直徑等體積當量直徑: :Sdesa6des(2) (2) 等表面積當量直徑等表面積當量直徑: :(3) (3) 等比表面積當量直徑等比表面積當量直徑: :形狀系數(shù)形狀系數(shù):非球形顆粒的表面積的球的表面積與非球形顆粒體積相等 體積相等的球形顆粒的表面積最小體積相等的球形顆粒的表面積最小, , 故故: 1: 1二二 顆粒群的特性顆粒群的特性( (一一) ) 粒度分布粒度分布 顆粒群中各顆粒的尺寸顆粒群中各顆粒的尺寸( (粒度粒度) )不可能完全一樣不可能完全一樣. .某一某一粒度范圍的顆粒的質(zhì)量分數(shù)隨

4、粒度的變化關(guān)系粒度范圍的顆粒的質(zhì)量分數(shù)隨粒度的變化關(guān)系, ,稱為顆粒稱為顆粒群的粒度分布群的粒度分布, ,可用曲線來表示可用曲線來表示. .有頻率分布曲線與累計有頻率分布曲線與累計分布曲線兩種分布曲線兩種, ,見圖見圖3-13-1所示所示. . 頻率分布曲線為某一粒度范圍的顆粒的質(zhì)量分率與頻率分布曲線為某一粒度范圍的顆粒的質(zhì)量分率與其平均直徑的關(guān)系其平均直徑的關(guān)系. .累計分布曲線為等于及小于某一直徑累計分布曲線為等于及小于某一直徑的顆粒所占的質(zhì)量分率的顆粒所占的質(zhì)量分率. . ( (二二) )顆粒群的平均直徑顆粒群的平均直徑(1) (1) 長度平均直徑長度平均直徑 ( (式式3-4)3-4)

5、(2) (2) 表面積平均直徑表面積平均直徑 ( (式式3-73-7或式或式3-8)3-8)(3)(3)體積平均直徑體積平均直徑 ( (式式3-103-10或式或式3-11)3-11)(4)(4)體積表面積平均直徑體積表面積平均直徑 ( (式式3-123-12或式或式3-13)3-13) 顆粒群的平均直徑是顆粒群的另一特性顆粒群的平均直徑是顆粒群的另一特性, ,其表示方其表示方法隨使用目的而異法隨使用目的而異. .最常用的幾種如下所示最常用的幾種如下所示: : 標準篩是一套具有不同大小孔眼并經(jīng)嚴格檢定的篩標準篩是一套具有不同大小孔眼并經(jīng)嚴格檢定的篩, ,篩網(wǎng)用金屬絲制成篩網(wǎng)用金屬絲制成, ,孔

6、作成正方形孔作成正方形, ,網(wǎng)面上一定長度所具網(wǎng)面上一定長度所具有孔數(shù)都有規(guī)定有孔數(shù)都有規(guī)定. .常用的泰勒常用的泰勒(Tyler)(Tyler)標準篩系是以每英標準篩系是以每英寸篩網(wǎng)上的孔數(shù)篩號或稱目數(shù)寸篩網(wǎng)上的孔數(shù)篩號或稱目數(shù). .每一號的金屬絲粗細及篩每一號的金屬絲粗細及篩孔的凈寬是規(guī)定的孔的凈寬是規(guī)定的, ,相鄰篩號的篩孔寬度按相鄰篩號的篩孔寬度按 倍遞增倍遞增. . 當使用某一號篩時當使用某一號篩時, ,通過篩孔的顆粒量稱為通過篩孔的顆粒量稱為篩過量篩過量, ,截留于篩網(wǎng)上的顆粒量稱為截留于篩網(wǎng)上的顆粒量稱為篩余量篩余量. . 進行篩分時進行篩分時, ,將一套標準篩以篩孔大小為序從上

7、到下將一套標準篩以篩孔大小為序從上到下疊置一起疊置一起, ,網(wǎng)眼最小的一個篩底下放置一無孔的底盤網(wǎng)眼最小的一個篩底下放置一無孔的底盤. .把把已稱重的顆粒群樣品放入頂端的篩上已稱重的顆粒群樣品放入頂端的篩上, ,然后均勻搖動整套然后均勻搖動整套篩子篩子, ,顆粒因大小不同而分別截留于各號篩網(wǎng)上顆粒因大小不同而分別截留于各號篩網(wǎng)上, ,稱取各稱取各號篩網(wǎng)上的顆粒篩余量號篩網(wǎng)上的顆粒篩余量, ,就得到篩分結(jié)果就得到篩分結(jié)果. .三三. .標準篩與篩分分析標準篩與篩分分析2( (一一) )篩分原理篩分原理 篩的生產(chǎn)能力以單位時間能夠加到單位面積篩表面篩的生產(chǎn)能力以單位時間能夠加到單位面積篩表面上物料

8、質(zhì)量上物料質(zhì)量. .生產(chǎn)能力與有效性是相互制約的生產(chǎn)能力與有效性是相互制約的, ,如提高篩如提高篩的搖動或振動速率可以提高其生產(chǎn)能力的搖動或振動速率可以提高其生產(chǎn)能力, ,但要以降低其有但要以降低其有效性為代價的效性為代價的. .要分離的顆粒愈小要分離的顆粒愈小, ,篩分愈困難篩分愈困難, ,篩的生產(chǎn)篩的生產(chǎn)能力亦愈小能力亦愈小. .( (二二) )篩的有效性與生產(chǎn)能力篩的有效性與生產(chǎn)能力 理想的篩要求做到篩留物中最小的顆粒剛好大于篩過物理想的篩要求做到篩留物中最小的顆粒剛好大于篩過物中最大的顆粒中最大的顆粒. . 標明這兩部分物料的大小的界線稱為標明這兩部分物料的大小的界線稱為: :分割直徑

9、分割直徑. . 比分割直徑小的顆粒的通過率與比分割直徑大的顆粒的比分割直徑小的顆粒的通過率與比分割直徑大的顆粒的截留率的乘積截留率的乘積, ,稱為稱為篩的有效性篩的有效性( (或稱或稱篩分效率篩分效率).). 顯然顯然, ,理想的篩的有效性等于理想的篩的有效性等于1,1,實際的篩不可能達到這實際的篩不可能達到這種一刀切的效果種一刀切的效果, ,即篩留物中有些顆粒直徑小于分割直徑即篩留物中有些顆粒直徑小于分割直徑, ,而而篩過物中有些顆粒的直徑大于分割直徑篩過物中有些顆粒的直徑大于分割直徑, ,也就是說也就是說, ,實際篩的實際篩的有效性都小于有效性都小于1.1.篩目篩目 孔徑孔徑200 0.0

10、74200 0.074250 0.061 250 0.061 300 0.050 300 0.050 400 0.0385 400 0.0385 500 0.0308 500 0.0308 標準篩表達( (三三) )篩分結(jié)果的表示篩分結(jié)果的表示 篩分結(jié)果可用表或圖表示篩分結(jié)果可用表或圖表示, ,可直觀地表示出顆粒的質(zhì)量可直觀地表示出顆粒的質(zhì)量分率或累計質(zhì)量分率與其平均直徑的關(guān)系分率或累計質(zhì)量分率與其平均直徑的關(guān)系. . 表表3-13-1中列出一個典型的篩分結(jié)果中列出一個典型的篩分結(jié)果, ,圖圖3-13-1則為表則為表3-13-1相相對應(yīng)的圖對應(yīng)的圖. .第二節(jié)第二節(jié) 沉降分離沉降分離 利用非均

11、相混合物在重力場或離心力場中利用非均相混合物在重力場或離心力場中, ,其中各個不同其中各個不同成分所受到的重力或離心力不同成分所受到的重力或離心力不同, ,從而將各個不同成分加以分從而將各個不同成分加以分離的方法稱為離的方法稱為沉降分離沉降分離. . 一一. .重力沉降原理重力沉降原理 當流體中含有固體顆粒時當流體中含有固體顆粒時, ,不論流體處于靜止還是運動不論流體處于靜止還是運動狀態(tài)狀態(tài), ,因固體顆粒的密度大于流體的密度因固體顆粒的密度大于流體的密度, ,所以在重力場下所以在重力場下, ,固體顆粒將沿重力方向與流體作相對運動固體顆粒將沿重力方向與流體作相對運動, ,使之與流體分離使之與流

12、體分離, ,這個過程稱為：這個過程稱為：沉降沉降. .重力沉降重力沉降: : 依靠重力使兩相分離的稱為重力沒降依靠重力使兩相分離的稱為重力沒降; ;離心沉降離心沉降: : 依靠離心力使兩相分離的則稱為離心沉降依靠離心力使兩相分離的則稱為離心沉降. .幾點假設(shè)幾點假設(shè)球形顆粒；球形顆粒；顆粒的沉降為自由沉降而互不干擾；顆粒的沉降為自由沉降而互不干擾；沉降沉降設(shè)備的尺寸遠大于顆粒直徑；設(shè)備的尺寸遠大于顆粒直徑；顆粒不存在布朗運動。顆粒不存在布朗運動。固體顆粒在重力場中作自由沉降時的受力分析固體顆粒在重力場中作自由沉降時的受力分析 由于密度差,固體顆粒與流體作相對運動而沉降分離時,顆粒受到如下幾個力

13、的作用:FgFgFDFDFbFb(1)(1)曳力或阻力曳力或阻力 F FD D(2)(2)顆粒的浮力顆粒的浮力 FbFb(3)(3)顆粒本身重力顆粒本身重力 FgFg設(shè)：向上的作用力為正，向下的作用力為負。設(shè)：向上的作用力為正，向下的作用力為負。( (一一) )固體顆粒作自由沉降固體顆粒作自由沉降 單個顆粒在無限大流體中降落過程單個顆粒在無限大流體中降落過程, ,稱為自由沉降稱為自由沉降. . 1.1.曳力或阻力曳力或阻力 F FD D設(shè)設(shè): :球形顆粒直徑為球形顆粒直徑為: :d d，密度為密度為: : s s 由于流體存在粘度由于流體存在粘度, ,當固體顆粒與流體作相對運動時當固體顆粒與流

14、體作相對運動時, ,流體對顆粒施加一個阻力流體對顆粒施加一個阻力F FD D, ,這個阻力由表皮阻力和形這個阻力由表皮阻力和形體阻力兩部分構(gòu)成體阻力兩部分構(gòu)成. . 當顆粒與流體的相對速度較小時，流體呈層從顆粒當顆粒與流體的相對速度較小時，流體呈層從顆粒兩側(cè)繞過，顆粒表面的邊界層很薄，不產(chǎn)生邊界層分離，兩側(cè)繞過，顆粒表面的邊界層很薄，不產(chǎn)生邊界層分離，此時流體對顆粒的力主要為珍皮阻力。此時流體對顆粒的力主要為珍皮阻力。 當相對速度增大時，邊界層增厚并出現(xiàn)邊界層分離當相對速度增大時，邊界層增厚并出現(xiàn)邊界層分離而產(chǎn)生旋渦，表面阻力作用逐漸讓位于形體阻力。而產(chǎn)生旋渦，表面阻力作用逐漸讓位于形體阻力。

15、 因此，對于一定物系，力大小主要取決于顆粒與流因此，對于一定物系，力大小主要取決于顆粒與流體相對運動速度。體相對運動速度。 流體與固體顆粒之間有相對運動時，將發(fā)生動量傳遞，流體與固體顆粒之間有相對運動時，將發(fā)生動量傳遞，顆粒表面對流體有阻力，顆粒表面對流體有阻力，而流體則對顆粒表面有而流體則對顆粒表面有 曳力曳力。阻力與曳力是一對作用力與反作用力。阻力與曳力是一對作用力與反作用力。 由于顆粒表面幾何形狀和流體繞顆粒流動的流場這兩個由于顆粒表面幾何形狀和流體繞顆粒流動的流場這兩個方面的復(fù)雜性，流體與顆粒表面之間的動量傳遞規(guī)律遠比在方面的復(fù)雜性，流體與顆粒表面之間的動量傳遞規(guī)律遠比在固體壁面上要復(fù)

16、雜得多。固體壁面上要復(fù)雜得多。 爬流爬流(Creeping flow)(Creeping flow)： 來流速度很小時，流來流速度很小時，流體流動很緩慢，顆粒體流動很緩慢，顆粒迎流迎流面面與與背流面背流面的流線對稱。的流線對稱。曳力（曳力（Drag Drag ）: : （a a）當顆粒與流體的相對速度較小時）當顆粒與流體的相對速度較小時, ,流體呈層流從顆粒流體呈層流從顆粒兩側(cè)繞過（圖兩側(cè)繞過（圖a a）, ,顆粒表面的邊界層很薄顆粒表面的邊界層很薄, ,不會產(chǎn)生邊界層不會產(chǎn)生邊界層分離分離, ,此時流體對顆粒的曳力主要為此時流體對顆粒的曳力主要為: : 表皮阻力表皮阻力. . （b b）當相

17、對速度增大時）當相對速度增大時, ,邊界層增厚并出現(xiàn)邊界層分離而邊界層增厚并出現(xiàn)邊界層分離而產(chǎn)生旋渦（圖產(chǎn)生旋渦（圖b b）, ,表面力作用逐漸讓位于形體阻力表面力作用逐漸讓位于形體阻力. .2.顆粒的浮力和重力顆粒的浮力和重力重力場：重力場：gdFg36離心力場離心力場: :rudFtg236 固體顆粒在流體中同時受到重力和浮力的作用，固體顆粒在流體中同時受到重力和浮力的作用，兩者之差稱為：兩者之差稱為：“凈重力凈重力”。顆粒凈重力：顆粒凈重力：ppbggdFF36顆粒的浮力顆粒的浮力: :gdFpb36顆粒的重力：顆粒的重力： 單個顆粒（或充分分散、互不干擾的單個顆粒（或充分分散、互不干擾

18、的顆粒群）在流體中自由沉降時在所受合顆粒群）在流體中自由沉降時在所受合力作用方向上產(chǎn)生加速度：力作用方向上產(chǎn)生加速度：Fd Fg Fb Futmdd根據(jù)牛頓第二定律：根據(jù)牛頓第二定律：( (二二) )沉降速度沉降速度(1)(1)(1)(1)曳力或阻力曳力或阻力 F FD D(2)(2)顆粒的浮力顆粒的浮力 FbFb(3)(3)顆粒本身重力顆粒本身重力 FgFgPPdm36bDgF-F-FFdtdumFFFdbg243)(udgdtdupppp根據(jù)牛頓第二定律，顆粒的重力沉降運動基本方程式應(yīng)為根據(jù)牛頓第二定律，顆粒的重力沉降運動基本方程式應(yīng)為: :u重力重力 Fg阻力阻力 Fd浮力浮力 Fb24

19、22udFpdgdFppg36gdFpb36 p p為顆粒密度為顆粒密度 合力為零時，顆粒與流體之間將保持一個穩(wěn)定的相對合力為零時，顆粒與流體之間將保持一個穩(wěn)定的相對速度。速度。Fg FFg Fb b F Fd d = 0= 0即即ddudF）F（FppDbg36代入式代入式1 1得得: :dgb-FF F22uApFd由于由于ppbggdFF36ppPgdud322624因此有：因此有：ddudF）F（FppDbg36將各項代入并整理得：將各項代入并整理得：2ppppud43gddu令：令：0ddutuu 34pptdgu則，沉降速度計算式為：則，沉降速度計算式為：u ut t 由顆粒與流體

20、綜合特性決定，包括待定的曳力系數(shù)由顆粒與流體綜合特性決定，包括待定的曳力系數(shù)( (均速均速) )又由于又由于公式（公式（3-143-14）成立，假定條件為：）成立，假定條件為：顆粒為球形；顆粒為球形； 顆粒沉降時彼此相距較遠，互不干擾顆粒沉降時彼此相距較遠，互不干擾 容器壁對沉降的阻滯作用可以忽略容器壁對沉降的阻滯作用可以忽略 顆粒直徑不能小到受流體分子運動的影響顆粒直徑不能小到受流體分子運動的影響 阻力系數(shù)由半理論半經(jīng)驗阻力系數(shù)由半理論半經(jīng)驗 tppudRe1.1.曳力系數(shù)曳力系數(shù)（ Drag coefficientDrag coefficient ） 流體沿一定方位繞過一定形狀的顆粒時，各

21、種有關(guān)因流體沿一定方位繞過一定形狀的顆粒時，各種有關(guān)因素對于曳力的影響可表述為：素對于曳力的影響可表述為：,udfFD應(yīng)用量綱分析法得：應(yīng)用量綱分析法得：udfu21AFp2pD令：令：udRepppf Re22uApFD（顆粒雷諾數(shù)）（顆粒雷諾數(shù)）稱曳力系數(shù)稱曳力系數(shù)因此：因此：(1)(1)層流區(qū)層流區(qū): : Re 2 Re 2 也稱斯托克斯定律區(qū)也稱斯托克斯定律區(qū)pRe24(2)(2)過渡區(qū)過渡區(qū) 2500 2500 也稱阿侖區(qū)也稱阿侖區(qū)6.0pRe5.18(3)(3)湍流區(qū)湍流區(qū) 500 Re 2 500 Re 2 2 10105 5阻力系數(shù)驟然下降層流邊界層湍流邊界層分離點后移，尾流區(qū)

22、收縮，形體阻力突然下降5010)103(Re近似取 = 0.14 4、沉降速度、沉降速度 u ut t 公式使用方法公式使用方法 事前能夠確認流動區(qū)域，直接用對應(yīng)公式 流動區(qū)域不能確定，采用試差法 假定流動處于層流區(qū)假定流動處于層流區(qū): : StokesStokesu u0 0 ReRep p ( (？2)2)，yesyes結(jié)束結(jié)束 no no 換用相應(yīng)區(qū)域公式換用相應(yīng)區(qū)域公式 ut ut ReRep p 判斷判斷，修正通過實驗整理數(shù)據(jù)得到(Rep2105 )ArArp6 . 018Re 計算顆粒的沉降速度計算顆粒的沉降速度utut，需要知道，需要知道RepRep，而，而RepRep與與utu

23、t有關(guān)。有關(guān)。解決這類計算通常采用度差法：解決這類計算通常采用度差法： （1 1）先假設(shè)沉降速度屬于某個區(qū)域，若顆粒很小時，可假）先假設(shè)沉降速度屬于某個區(qū)域，若顆粒很小時，可假設(shè)其沉降速度屬于層流區(qū)，而用斯托克斯公式計算設(shè)其沉降速度屬于層流區(qū)，而用斯托克斯公式計算utut； （2 2）然后由）然后由utut計算計算RepRep，檢驗，檢驗RepRep是否小于是否小于2 2，若小于，若小于2 2，則，則計算正確；若大于計算正確；若大于2 2，則根據(jù)其大小改用相應(yīng)區(qū)域的公式另，則根據(jù)其大小改用相應(yīng)區(qū)域的公式另行計算行計算utut，并由此，并由此utut再檢驗再檢驗RepRep與所選區(qū)域是否相符？！

24、與所選區(qū)域是否相符？！ 為避免試差可使用量綱為一的判據(jù)為避免試差可使用量綱為一的判據(jù)K K進行計算：進行計算：令：令：3/12ppgdKAr阿基米德數(shù)23gdArs用法： Ar Re0 ut 離心力場中的ut，將g替換為armiru /2=避免試差帶來的麻煩，可應(yīng)用阿基米德數(shù)判斷：避免試差帶來的麻煩，可應(yīng)用阿基米德數(shù)判斷：層流區(qū)層流區(qū)k 3.3 ;k 3.3 ;過渡區(qū)過渡區(qū)k= 3.3 -43.6 k= 3.3 -43.6 ；湍流區(qū)；湍流區(qū)43.6 k43.6 k或或3/12pppgddK二、重力沉降分離設(shè)備二、重力沉降分離設(shè)備（一）降塵室（一）降塵室 降塵室：降塵室： 分離含塵氣體中固體顆粒

25、的重力沉降設(shè)備。分離含塵氣體中固體顆粒的重力沉降設(shè)備。設(shè)：氣體通過速度為設(shè)：氣體通過速度為 u u； 塵粒沉降速度為塵粒沉降速度為 u ut t。 若設(shè)顆粒的水平移動速度與氣流速度相同，則顆粒通過若設(shè)顆粒的水平移動速度與氣流速度相同，則顆粒通過長度為長度為 L L 的降塵段的時間的降塵段的時間( (停留時間停留時間) )為為: : t = L/u s t = L/u s 而粒徑為而粒徑為 d dp p、沉降速度為、沉降速度為 u ut t 的顆粒從高度為的顆粒從高度為 H H 的頂?shù)捻敳拷抵恋撞克钑r間為部降至底部所需時間為 : t = H/u: t = H/ut t s s tLHuu 因此

26、，使粒徑為因此，使粒徑為 d dp p 的顆粒在降塵室內(nèi)全部沉降的條件的顆粒在降塵室內(nèi)全部沉降的條件為為 ：t = tt = t，即即（1 1）工作原理）工作原理 氣體入室氣體入室減速減速顆粒的沉降運動與隨氣體運動顆粒的沉降運動與隨氣體運動沉降運動所需時間沉降運動所需時間 dD dc c 的顆粒的顆粒 = 1 = 1如顆粒入器時均布，如顆粒入器時均布，與器壁距離與器壁距離 BB的所有顆粒所占分率的所有顆粒所占分率BB / ddddc c的的入器時如其入器時如其BBBB，也可以被也可以被(100%)(100%)分離分離由前式，能被由前式，能被(100%)(100%)分離顆粒的分離顆粒的d d B

27、 B1/21/2BBddc入器時距離入器時距離BB的，直徑為的，直徑為d d的都能被的都能被(100%)(100%)分離分離所占分率為所占分率為BB / 2)/(cdd總效率總效率 O O：被分離出來的顆粒點全部顆粒的質(zhì)量分數(shù)被分離出來的顆粒點全部顆粒的質(zhì)量分數(shù) O O 與與 i iiiOa壓降壓降能量損失能量損失進氣管、排氣管、器壁、各各局部，氣旋進氣管、排氣管、器壁、各各局部，氣旋常表示為常表示為22iup阻力系數(shù)實測阻力系數(shù)實測經(jīng)驗經(jīng)驗2116DAB（3 3）選型與計算）選型與計算 第三節(jié)第三節(jié) 過過 濾濾（一）過濾基本原理（一）過濾基本原理固液混合，外力驅(qū)動，多孔介質(zhì)，顆粒截留，液體通

28、過固液混合，外力驅(qū)動，多孔介質(zhì)，顆粒截留，液體通過過濾介質(zhì)濾 餅濾 漿濾 液一、概一、概 述述 過濾是利用重力或壓差過濾是利用重力或壓差使懸浮液中液體通過某種使懸浮液中液體通過某種多孔性介質(zhì)，而固體顆粒多孔性介質(zhì)，而固體顆粒被截留，實現(xiàn)懸浮液中固被截留，實現(xiàn)懸浮液中固液有效分離的單元操作。液有效分離的單元操作。名詞：名詞：過濾介質(zhì)；濾漿；濾渣過濾介質(zhì)；濾漿；濾渣( (餅餅) )；濾液；濾液過程推動力：過程推動力：重力；壓力重力；壓力( (差差) )；離心力；離心力過濾分類：過濾分類：濾餅過濾與深層過濾（濾餅過濾與深層過濾（P144P144）操作目的：操作目的：固體或清凈的液體固體或清凈的液體洗

29、滌洗滌回收濾餅中殘存的濾液或除去其雜質(zhì)回收濾餅中殘存的濾液或除去其雜質(zhì)（二）（二） 過濾介質(zhì)過濾介質(zhì) 支撐濾餅或截留顆粒，通過濾液支撐濾餅或截留顆粒，通過濾液 要求流動阻力小，機械強度高要求流動阻力小，機械強度高應(yīng)具備的特性：應(yīng)具備的特性：織物介質(zhì)織物介質(zhì) 濾布濾布( (織物、網(wǎng)織物、網(wǎng)) )，5-655-65 m m，工業(yè)應(yīng)用廣泛，工業(yè)應(yīng)用廣泛堆積介質(zhì)堆積介質(zhì)固體顆?；蚶w維等堆積，固體顆?；蚶w維等堆積，深層過濾深層過濾 多孔固體介質(zhì)：具有微細孔道的固體，多孔固體介質(zhì)：具有微細孔道的固體，1-31-3 m m多孔膜：有機膜、無機膜。多孔膜：有機膜、無機膜。1 1 m m以下以下 （三）濾餅的可

30、壓縮性和助濾劑（三）濾餅的可壓縮性和助濾劑 濾餅受壓濾餅受壓 ， （濾餅空隙率）（濾餅空隙率） ，流動阻力，流動阻力 助濾劑助濾劑加入，使濾餅疏松而堅硬加入，使濾餅疏松而堅硬最常用的過濾介質(zhì)種類：最常用的過濾介質(zhì)種類：二、過濾設(shè)備二、過濾設(shè)備（一）板框過濾機（一）板框過濾機 1 1、結(jié)構(gòu)與工作原理、結(jié)構(gòu)與工作原理 1-1-非洗滌板；非洗滌板；2-2-框；框；3-3-洗滌板；洗滌板；四角均開孔四角均開孔組裝組裝: 1-2-3-2-1-2-3-2-1-2-3-2-1: 1-2-3-2-1-2-3-2-1-2-3-2-1 濾布濾布框的兩側(cè)框的兩側(cè)濾漿由總管入框濾漿由總管入框 框內(nèi)形成濾餅框內(nèi)形成濾餅

31、 濾液穿過餅和布濾液穿過餅和布 經(jīng)每板上旋塞排出經(jīng)每板上旋塞排出( (明流明流) ) 從板流出的濾液匯集于某總管排出從板流出的濾液匯集于某總管排出( (暗流暗流) )過濾過濾過程：過程：過濾設(shè)備的板型：過濾設(shè)備的板型：橫穿洗滌：橫穿洗滌：洗滌液由總管入板洗滌液由總管入板濾布濾布 濾餅濾餅 濾布濾布 非洗滌板非洗滌板 排出排出洗滌面洗滌面 = (1/2) = (1/2) 過濾面積過濾面積洗滌液行程與濾液相同。洗滌面洗滌液行程與濾液相同。洗滌面 = = 過濾面過濾面置換洗滌：置換洗滌：說明說明間歇操作間歇操作過濾、洗滌、卸渣、整理、裝合過濾、洗滌、卸渣、整理、裝合主要優(yōu)點主要優(yōu)點 結(jié)構(gòu)簡單緊湊、過

32、濾面積大、適應(yīng)能力強、所結(jié)構(gòu)簡單緊湊、過濾面積大、適應(yīng)能力強、所 得濾得濾 餅含量少又能充分洗滌。餅含量少又能充分洗滌。 缺點缺點 間歇操作、生產(chǎn)效率低、勞動強度大等。間歇操作、生產(chǎn)效率低、勞動強度大等。（二）轉(zhuǎn)筒真空過濾機（二）轉(zhuǎn)筒真空過濾機 轉(zhuǎn)筒過濾機結(jié)構(gòu)與工作原理轉(zhuǎn)筒過濾機結(jié)構(gòu)與工作原理 水平轉(zhuǎn)筒分為若干段，濾布蒙于側(cè)壁水平轉(zhuǎn)筒分為若干段，濾布蒙于側(cè)壁段段管管分配頭轉(zhuǎn)動盤分配頭轉(zhuǎn)動盤( (多孔多孔)分配頭固定盤分配頭固定盤( (凹槽凹槽2 2、凹槽、凹槽1 1、凹槽、凹槽3) 3) 三個通道的入口三個通道的入口濾液真空管濾液真空管洗水真空管洗水真空管吹氣管吹氣管工作過程工作過程 跟綜一段

33、：跟綜一段： 當浸入濾漿中時，對應(yīng)濾布當浸入濾漿中時，對應(yīng)濾布對應(yīng)管對應(yīng)管轉(zhuǎn)動盤轉(zhuǎn)動盤孔孔凹槽凹槽2 2 濾液真空管濾液真空管 濾液通道濾液通道過濾過濾當位于水噴頭下，對應(yīng)濾餅、濾布當位于水噴頭下，對應(yīng)濾餅、濾布對應(yīng)管對應(yīng)管轉(zhuǎn)動盤轉(zhuǎn)動盤孔孔凹槽凹槽1 1 洗水真空管洗水真空管 洗水通道洗水通道洗滌洗滌吹氣管吹氣管凹槽凹槽33轉(zhuǎn)動盤孔轉(zhuǎn)動盤孔 對應(yīng)管對應(yīng)管濾布濾布濾濾餅餅 壓縮空氣通道壓縮空氣通道吹松吹松 遇到刮刀遇到刮刀 卸渣卸渣兩凹槽之間的空白處：兩凹槽之間的空白處： 沒有通道沒有通道 停工停工兩區(qū)不致串通兩區(qū)不致串通 主要優(yōu)點：主要優(yōu)點：操作連續(xù)、自動；操作連續(xù)、自動；主要缺點：主要缺點：

34、過濾面積相對較小，過濾壓差不大。過濾面積相對較小，過濾壓差不大。三、三、 過濾基本方程過濾基本方程 顆粒床層的物理模型顆粒床層的物理模型顆粒床層顆粒床層一組平行細管一組平行細管流體通道流體通道細管內(nèi)表面細管內(nèi)表面 = = 床層顆粒的全部表面床層顆粒的全部表面細管的總體積細管的總體積 = = 床層空隙體積床層空隙體積基本參數(shù)基本參數(shù)空隙率空隙率 ：床層的空隙體積床層的空隙體積/ /床層的總體積床層的總體積比表面積比表面積 a ：顆粒表面積顆粒表面積/ /顆粒體積顆粒體積孔道孔道(細管細管)平均長度平均長度 L ： 床層厚度床層厚度，即即 L= k1 L孔道孔道(細管細管)當量直徑當量直徑de：顆

35、粒體積比表面積空隙率床層體積顆粒表面積空隙體積潤濕周邊長流通截面積444llde1a414空隙率床層體積比表面積空隙率床層體積濾液流速濾液流速 u:床層截面積床層空隙率濾液體積流量面積床層截面中空隙部分的濾液體積流量 u（一）（一） 過濾速度過濾速度定義式：定義式：ddqAddVu濾餅截面積濾液體積流量A濾餅層總截面積濾餅層總截面積；t過濾時間過濾時間；V濾液體積濾液體積(2)過程推動力過程推動力濾漿側(cè)和濾液側(cè)的壓差濾漿側(cè)和濾液側(cè)的壓差2322112uLaudLppp濾餅壓降濾餅壓降 介質(zhì)壓降介質(zhì)壓降范寧公式范寧公式（1）瞬時過濾速率）瞬時過濾速率m3/m2總壓降總壓降當Re 2 時，KuK1

36、Re (3) p1的表達的表達Hagen-Poiseuille （哈根（哈根-傅利葉）方程傅利葉）方程lpdue3212二、過濾基本方程式二、過濾基本方程式（1）L (L) ，如，如 p不變，則不變，則u 瞬時速度下降瞬時速度下降（2）恒壓降速，恒速升壓）恒壓降速，恒速升壓說明：說明：KLpdAdVue3212阻力推動力LrpL1ka2p12213濾餅層濾餅層u = 濾餅層推動力濾餅層推動力/ /濾餅層阻力濾餅層阻力。濾餅阻力與濾餅層的性質(zhì)及濾餅阻力與濾餅層的性質(zhì)及 L 、濾液粘度濾液粘度 的關(guān)的關(guān)。說明說明（1）過濾介質(zhì)的阻力）過濾介質(zhì)的阻力近似近似：阻力阻力厚度為厚度為Le的一層濾餅的一層

37、濾餅eLr（2）總推動力與總阻力）總推動力與總阻力eeRRprLrLprLeprLpAddV212231ka2r1式中式中濾餅的比阻濾餅的比阻(3)過濾速度的兩種具體表達形式過濾速度的兩種具體表達形式認為認為:A L = Vc V 獲取單位體積濾液所得濾餅體積獲取單位體積濾液所得濾餅體積m3/m2Vc ArVcVrLR/ArVcVrLReee/Ve與與Le對應(yīng)的濾液體積。不存在，虛擬量，對應(yīng)的濾液體積。不存在，虛擬量， 與濾餅的性質(zhì)有關(guān)與濾餅的性質(zhì)有關(guān)形式形式 1：eVVrVcpAddVu2式3-66W = VcV 又認為又認為：獲取單位體積濾液所得濾餅質(zhì)量獲取單位體積濾液所得濾餅質(zhì)量 濾漿濃

38、度與顆粒性質(zhì)濾漿濃度與顆粒性質(zhì)系數(shù)系數(shù)：Vc=W/V仿照仿照濾餅面積濾餅體積rrLR可得可得A/VVrA/WrrRC000濾餅面積濾餅質(zhì)量A/VVcrA/WrRe0e0e形式形式2：eVVVcrpAddV02式3-68S0prr比較形式比較形式3-66與與3-68可得：可得：（二）（二） 恒壓過濾方程式：恒壓過濾方程式： 積積 分：分：常數(shù)常數(shù)k與時間與時間t無關(guān)；無關(guān)；Ve、A、 P為常數(shù)。為常數(shù)。02)()(dkAVVdVVeeVVVee2e2kA2VV2V2220VcrprVcpkK過濾常數(shù)（過濾常數(shù)（m2/s）eeVVkAVVrVcpAddV22222KAVVVe或：或：或?qū)懗桑夯驅(qū)懗?/p>

39、：Kqq2qe2式中式中AVq/AVqee/說明說明 過濾方程式過濾方程式q t的關(guān)系的關(guān)系，拋物線拋物線關(guān)于過濾常數(shù)關(guān)于過濾常數(shù)K和和qe由于由于濾餅的濾餅的(不不 )可壓縮性可壓縮性， pqKrkpe, K, qep的關(guān)系的關(guān)系平均平均 r(r)p:s0prrs0p r r其中其中r0(r0)為常數(shù)為常數(shù); 不可壓縮濾餅，不可壓縮濾餅， s = 00s10s1 r Vcp2Vcrp2K常數(shù)eseseecqprAcVprrLR00sepq（三）恒速過濾方程（三）恒速過濾方程常數(shù)eVVKAddV22則則eVVKAV222222KAVVVeKqqqe222 若在恒壓之前，已在恒速下操作了一段時間

40、。并獲得若在恒壓之前，已在恒速下操作了一段時間。并獲得濾液濾液V1V1，則可用下式：，則可用下式：或：或：121e212KAVVV2VV對過濾方程進行微分對過濾方程進行微分Kddqqq2e微分用增量代替：微分用增量代替：Kq2qK2qe連續(xù)測定連續(xù)測定t t，q q算出一系列算出一系列 t/ t/ q q 及對應(yīng)及對應(yīng) q q過濾常數(shù)（恒壓）的實驗測定過濾常數(shù)（恒壓）的實驗測定 原理一：原理一：Kqq2qe2qqKq2qK2qe t / q q作圖，作圖，直線斜率直線斜率 = 2/K，截距截距 = 2qe/K例（P155）講解：原理二：原理二：過濾方程同除以過濾方程同除以 K qK qKq2q

41、K1qe測量變量相同測量變量相同t/q qt/q q作圖，作圖，直線斜率直線斜率=1/K=1/K，截距截距 = 2 q= 2 qe e/K/Kt /qt /qq qKqq2qe2討論：討論：實驗條件必須與生產(chǎn)條件一致實驗條件必須與生產(chǎn)條件一致過濾機設(shè)計在不同過濾機設(shè)計在不同 p p下測多個常數(shù)下測多個常數(shù)測出測出c c或或cc，一定一定 p p測出測出K K r r； 多次多次一組（一組（r, r, p p）sprr0雙對數(shù)坐標，直線斜率雙對數(shù)坐標，直線斜率= s, = s, 截距截距= r= r0 0psrrlglglg0（四）過濾計算（四）過濾計算 1 1間歇過濾機的計算間歇過濾機的計算

42、（1 1）操作周期與生產(chǎn)能力）操作周期與生產(chǎn)能力 操作周期總時間：操作周期總時間：RWFC過濾時間過濾時間洗滌時間洗滌時間卸渣卸渣 清理清理 裝合時間裝合時間 設(shè)計和操作計算要基于設(shè)計和操作計算要基于t tC C生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力： 一個操作周期中，單位時間內(nèi)得到的濾液或濾餅體積一個操作周期中，單位時間內(nèi)得到的濾液或濾餅體積. .RWFFCFVVQRWFFCFcVcVQ已知已知K K，q qe e，由過濾方程，由過濾方程， F FV VF F Q Q（2 2）洗滌速率和洗滌時間）洗滌速率和洗滌時間 一般認為：洗滌液量一般認為：洗滌液量 濾液量，即濾液量，即FWJVV假定：假定：洗滌液粘度與濾液相

43、同；洗滌壓力與過濾時相同洗滌液粘度與濾液相同；洗滌壓力與過濾時相同 洗滌速率：洗滌速率：單位時間內(nèi)通過濾餅層的洗滌液體積單位時間內(nèi)通過濾餅層的洗滌液體積葉濾機的洗滌速率和洗滌時間葉濾機的洗滌速率和洗滌時間置換洗滌置換洗滌 )(2)(22eeWVVKAVVrcpAddVddV終了終了終了洗滌速率恒定洗滌速率恒定濾餅厚度不變?yōu)V餅厚度不變KAVVpAVVrcddVVeewWww22)(2)(/終了終了板框壓濾機的洗滌速度和洗滌時間板框壓濾機的洗滌速度和洗滌時間橫穿洗滌橫穿洗滌 LLw22/AAW)(241)()2/()(222eeewwWVVKAVVrcpAVVrcpAddV終了終了終了洗滌時間洗滌時間KAVVddVVeWww2)(8/終了（3 3）最佳操作周期）最佳操作周期 在一個操作周期中在一個操作周期中 R R一般固定一般固定 F F ，V V ，但上升幅度，但上升幅度 ，Q Q可