化工原理第三章

1、2021-6-21 第第三三章章 沉降與過濾沉降與過濾 第第一一節(jié)節(jié) 重力沉降重力沉降 第第二二節(jié)節(jié) 離心沉降離心沉降 第第三三節(jié)節(jié) 過過 濾濾 2021-6-21 混合物混合物 均相混合物均相混合物 非均相混合物非均相混合物 物系內(nèi)部各處物料性質(zhì)均勻而且不物系內(nèi)部各處物料性質(zhì)均勻而且不 存在相界面的混合物。存在相界面的混合物。 例如：互溶溶液及混合氣體例如：互溶溶液及混合氣體 物系內(nèi)部有隔開兩相的界面存在且物系內(nèi)部有隔開兩相的界面存在且 界面兩側(cè)的物料性質(zhì)截然不同的混界面兩側(cè)的物料性質(zhì)截然不同的混 合物。合物。 例如例如 固固體顆粒和氣體構(gòu)成的含塵氣體體顆粒和氣體構(gòu)成的含塵氣體 固體顆粒和固

2、體顆粒和液體構(gòu)成的懸浮液液體構(gòu)成的懸浮液 不不互溶液體構(gòu)成的乳濁液互溶液體構(gòu)成的乳濁液 液體液體顆粒和氣體構(gòu)成的含霧氣體顆粒和氣體構(gòu)成的含霧氣體 2021-6-21 非均相物系非均相物系 分散相分散相 分散物質(zhì)分散物質(zhì) 處于分散狀態(tài)的物質(zhì)處于分散狀態(tài)的物質(zhì) 如：分散于流體中的固體顆粒、如：分散于流體中的固體顆粒、 液滴或氣泡液滴或氣泡 連續(xù)相連續(xù)相 分散相介質(zhì)分散相介質(zhì) 包圍著分散相物質(zhì)且處于連續(xù)包圍著分散相物質(zhì)且處于連續(xù) 狀態(tài)的流體狀態(tài)的流體 如：如：氣態(tài)非均相物系中的氣體氣態(tài)非均相物系中的氣體 液態(tài)非均相物系中的連續(xù)液體液態(tài)非均相物系中的連續(xù)液體 分離分離 機(jī)械機(jī)械 分離分離 沉降沉降 過

3、濾過濾 不同的物理性質(zhì)不同的物理性質(zhì) 連續(xù)相與分散相連續(xù)相與分散相 發(fā)生相對運動的方式發(fā)生相對運動的方式 分散相和連續(xù)相分散相和連續(xù)相 2021-6-21 一、重力沉降速度一、重力沉降速度 1 1、球形顆粒的自由沉降、球形顆粒的自由沉降 2 2、阻力系數(shù)、阻力系數(shù) 3 3、影響沉降速度的因素、影響沉降速度的因素 4 4、沉降速度的計算、沉降速度的計算 二、重力沉降設(shè)備二、重力沉降設(shè)備 1 1、降塵室、降塵室 2 2、分級器、分級器 3、沉降槽（增稠器）沉降槽（增稠器） 三、降塵室三、降塵室 1 1、降塵室的生產(chǎn)能力、降塵室的生產(chǎn)能力 2 2、降塵室的計算、降塵室的計算 第第一一節(jié)節(jié) 重力沉降重

4、力沉降 2021-6-21 一、重力沉降速度一、重力沉降速度 沉降沉降 在某種在某種力場力場中利用分散相和連續(xù)相之間的中利用分散相和連續(xù)相之間的密度差異密度差異，使，使 之發(fā)生相對運動而實現(xiàn)分離的操作過程。之發(fā)生相對運動而實現(xiàn)分離的操作過程。 作用力作用力 重力重力 慣性離心力慣性離心力 重力重力 沉降沉降 離心沉降離心沉降 1、球形顆粒的自由沉降球形顆粒的自由沉降 設(shè)顆粒的密度為設(shè)顆粒的密度為s，直徑為直徑為d，流體的密度為流體的密度為， 2021-6-21 重力重力 gdF sg 3 6 浮力浮力 gdF b 3 6 而阻力隨著顆粒與流體間的相對運動速度而變，可仿而阻力隨著顆粒與流體間的相

5、對運動速度而變，可仿 照流體流動阻力的計算式寫為照流體流動阻力的計算式寫為 ： 2 2 u AFd 2 4 dA 對球形顆粒 24 2 2 u dFd maFFF dbg 2021-6-21 ad u dgdgd ss 3 2 233 62466 (a) 顆粒開始沉降的瞬間，速度顆粒開始沉降的瞬間，速度u=0，因此阻力因此阻力Fd=0，amax 顆粒開始沉降后，顆粒開始沉降后，u Fd ；u ut 時，時，a=0 。 等速階段中顆粒相對與流體的運動速度等速階段中顆粒相對與流體的運動速度ut 稱為沉降速度。稱為沉降速度。 當(dāng)當(dāng)a=0時，時，u=ut，代入（代入（a）式式 0 2466 2 233

6、 t s u dgdgd 3 )(4 s t dg u 沉降速度表達(dá)式沉降速度表達(dá)式 2021-6-21 2、阻力系數(shù)、阻力系數(shù) 通過因次分析法得知，通過因次分析法得知，值是顆粒與流體相對運動時的值是顆粒與流體相對運動時的 雷諾數(shù)雷諾數(shù)Ret的函數(shù)。的函數(shù)。 對于球形顆粒的曲線，按對于球形顆粒的曲線，按Ret值大致分為三個區(qū)：值大致分為三個區(qū)： a) 滯流區(qū)或托斯克斯滯流區(qū)或托斯克斯(stokes)定律區(qū)（定律區(qū)（10 4Ret2） t Re 24 18 2 s t d u 斯托克斯公式斯托克斯公式 2021-6-21 6 . 0 Re 5 .18 t 6 . 0 Re 269. 0 tgd

7、u s t 艾倫公式艾倫公式 c) 湍流區(qū)或牛頓定律區(qū)（湍流區(qū)或牛頓定律區(qū)（Newton）（）（500Ret 2105） 44. 0 gd u s t 74. 1牛頓公式牛頓公式 b) 過渡區(qū)或艾倫定律區(qū)（過渡區(qū)或艾倫定律區(qū)（Allen）（）（2Ret500） 2021-6-21 圖圖3-1 3-1 關(guān)系曲線關(guān)系曲線 Ret 2021-6-21 3、影響沉降速度的因素、影響沉降速度的因素 1）顆粒的體積濃度）顆粒的體積濃度 在前面介紹的各種沉降速度關(guān)系式中，當(dāng)顆粒的體積濃在前面介紹的各種沉降速度關(guān)系式中，當(dāng)顆粒的體積濃 度小于度小于0.2%時，理論計算值的偏差在時，理論計算值的偏差在1%以內(nèi)，

8、但當(dāng)以內(nèi)，但當(dāng)顆粒顆粒 濃度較高濃度較高時，由于顆粒間相互作用明顯，便時，由于顆粒間相互作用明顯，便發(fā)生干擾沉降發(fā)生干擾沉降 ，自由沉降的公式不再適用。，自由沉降的公式不再適用。 2）器壁效應(yīng)）器壁效應(yīng) 當(dāng)器壁尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于顆粒尺寸時，（例如在當(dāng)器壁尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于顆粒尺寸時，（例如在100倍以上）倍以上） 容器效應(yīng)可忽略，否則需加以考慮。容器效應(yīng)可忽略，否則需加以考慮。 D d u u t t 1 . 21 2021-6-21 3）顆粒形狀的影響）顆粒形狀的影響 對于球形顆粒，對于球形顆粒，s=1，顆粒形狀與球形的差異愈大，球形顆粒形狀與球形的差異愈大，球形 度度s值愈低。值愈低。 對于非球形顆粒

9、，雷諾準(zhǔn)數(shù)對于非球形顆粒，雷諾準(zhǔn)數(shù)Ret中的直徑要用當(dāng)量直徑中的直徑要用當(dāng)量直徑de代代 替替 。 pe Vd 3 6 3 6 Pe Vd 顆粒的顆粒的球形度愈小球形度愈小，對應(yīng)于同一，對應(yīng)于同一Ret值的值的阻力系數(shù)阻力系數(shù)愈大愈大 但但s值對值對的影響在滯流區(qū)并不顯著，隨著的影響在滯流區(qū)并不顯著，隨著Ret的增大，這種的增大，這種 影響變大。影響變大。 A de 2 非球形顆粒的表面積非球形顆粒的表面積 面積面積與顆粒體積相等的球表與顆粒體積相等的球表 球形度球形度 2021-6-21 4 4、沉降速度的計算、沉降速度的計算 1）試差法）試差法 假設(shè)沉降屬于層流區(qū)假設(shè)沉降屬于層流區(qū) 方法：

10、方法： 18 2 s t d u ut du t Re Ret Ret1 ut為所求為所求 Ret1 艾倫公式艾倫公式 求求ut 判斷判斷 公式適公式適 用用為止為止 2) 摩擦數(shù)群法摩擦數(shù)群法 3 4 s t gd u由由 得得 2 3 4 t s u dg 2021-6-21 2 2 2 2 2 Re t t ud 2 3 2 3 4 Re gd s t 3 2 g dk s 令令 32 3 4 Rek t 因因是是Ret的已知函數(shù)，的已知函數(shù)，Ret2必然也是必然也是Ret的已知函數(shù)，的已知函數(shù)， Ret曲線便可轉(zhuǎn)化成曲線便可轉(zhuǎn)化成 Ret2Ret曲線。曲線。 a)已知已知d，計算，計算

11、ut。 先由已知數(shù)據(jù)先由已知數(shù)據(jù)算出算出Ret2的值的值，再再由由Ret2 Ret曲線 曲線查得查得 Ret值值，最后由最后由Ret反算反算ut 。 d u t t Re 2021-6-21 圖圖3-2 3-2 關(guān)系曲線關(guān)系曲線 2021-6-21 b) 已知已知ut ，計算，計算d。 計算在一定介質(zhì)中計算在一定介質(zhì)中具有某一沉降速度具有某一沉降速度ut的顆粒的直徑的顆粒的直徑， 令令與與Ret-1相乘，相乘， 221 3)(4Re tst ug Ret-1Ret關(guān)系繪成曲線關(guān)系繪成曲線 ，由由Ret-1值查得值查得Ret的值，的值， 再根據(jù)再根據(jù)沉降速度沉降速度ut值計算值計算d。 t t

12、u d Re 無因次數(shù)群無因次數(shù)群K也可以也可以判別流型判別流型 18 2 gd u s t 2 3 18 Re gd s t 18 3 K 2021-6-21 當(dāng)當(dāng)Ret=1時時K=2.62，此值即為此值即為斯托克斯區(qū)的上限斯托克斯區(qū)的上限 牛頓定律區(qū)的下限牛頓定律區(qū)的下限K值為值為69.1 例：例：試計算直徑為試計算直徑為95m，密度為密度為3000kg/m3的固體顆粒的固體顆粒 分別在分別在20的空氣和水中的自由沉降速度。的空氣和水中的自由沉降速度。 解：解：1）在）在20水中的沉降。水中的沉降。 用試差法計算用試差法計算 先假設(shè)顆粒在滯流區(qū)內(nèi)沉降先假設(shè)顆粒在滯流區(qū)內(nèi)沉降 ， 18 2

13、gd u s t 附錄查得，附錄查得，20時水的密度為時水的密度為998.2kg/m3,=1.00510-3Pa.s 2021-6-21 3 2 6 10005. 118 81. 92 .99830001095 t u sm/10797. 9 3 核算流型核算流型 t t du Re 3 36 10005. 1 2 .99810797. 91095 9244. 0 1 原假設(shè)滯流區(qū)正確，求得的沉降速度有效。原假設(shè)滯流區(qū)正確，求得的沉降速度有效。 2） 20的空氣中的沉降速度的空氣中的沉降速度 用摩擦數(shù)群法計算用摩擦數(shù)群法計算 20空氣：空氣：=205 kg/m3，=8110-5 Pa.s 20

14、21-6-21 3 2 g dK s 3 2 5 6 1081. 1 81. 9205. 13000205. 1 1095 52. 4 2.61K69.1，沉降在過渡區(qū)。，沉降在過渡區(qū)。用艾倫公式計算沉降速度。用艾倫公式計算沉降速度。 4 . 1 6 . 0 4 . 1 4 . 0 4 . 1 1 4 . 1 6 . 1 4 . 1 1 154. 0 s t dg usm/619. 0 根據(jù)無因次數(shù)根據(jù)無因次數(shù)K值判別顆粒沉降的流型值判別顆粒沉降的流型 2021-6-21 二、重力沉降設(shè)備二、重力沉降設(shè)備 1 1、降塵室、降塵室 降塵室是依靠重力沉降從氣流中分離出固體顆粒的設(shè)備降塵室是依靠重力

15、沉降從氣流中分離出固體顆粒的設(shè)備 2021-6-21 2 2、分級器、分級器 利用重力沉降可將懸浮液中不同粒度的顆粒進(jìn)行粗略的分利用重力沉降可將懸浮液中不同粒度的顆粒進(jìn)行粗略的分 向上流過。沉降速度大于水在環(huán)隙處上升向上流過。沉降速度大于水在環(huán)隙處上升 流速的顆粒進(jìn)入底流，而沉降速度小于該流速的顆粒進(jìn)入底流，而沉降速度小于該 流速的顆粒則被溢流帶出。流速的顆粒則被溢流帶出。 例：例：本題附圖所示為一雙錐分本題附圖所示為一雙錐分 級器，利用它可將密度不同或尺寸級器，利用它可將密度不同或尺寸 不同的粒子混合物分開?；旌狭Ｗ佑刹煌牧Ｗ踊旌衔锓珠_?；旌狭Ｗ佑?上部加入，水經(jīng)可調(diào)錐與外壁的環(huán)形間隙上部

16、加入，水經(jīng)可調(diào)錐與外壁的環(huán)形間隙 離，或?qū)煞N不同密度的顆粒進(jìn)行分類，這樣的過程統(tǒng)稱離，或?qū)煞N不同密度的顆粒進(jìn)行分類，這樣的過程統(tǒng)稱 為分級，實現(xiàn)分級操作的設(shè)備稱為分級器。為分級，實現(xiàn)分級操作的設(shè)備稱為分級器。 2021-6-21 利用此雙錐分級器對方鉛礦與石英兩種粒子混合物分離。已利用此雙錐分級器對方鉛礦與石英兩種粒子混合物分離。已 知：知： 粒子形狀粒子形狀 正方體正方體 粒子尺寸粒子尺寸 棱長為棱長為0.080.7mm 方鉛礦密度方鉛礦密度 s1=7500kg/m3 石英密度石英密度 s2=2650kg/m3 20水的密度和粘度水的密度和粘度 =998.2kg/m3 =1.00510-

17、3 Pas 假定粒子在上升水流中作自由沉降，試求：假定粒子在上升水流中作自由沉降，試求：1）欲得純方鉛礦）欲得純方鉛礦 粒，水的上升流速至少應(yīng)取多少粒，水的上升流速至少應(yīng)取多少m/s？2）所得純方鉛礦粒的所得純方鉛礦粒的 尺寸范圍。尺寸范圍。 2021-6-21 解：解：1)水的上升流速水的上升流速 為了得到純方鉛礦粒，應(yīng)使全部石英粒子被溢流帶出，為了得到純方鉛礦粒，應(yīng)使全部石英粒子被溢流帶出， 應(yīng)按應(yīng)按最大石英粒子的自由沉降速度決定水的上升流速最大石英粒子的自由沉降速度決定水的上升流速。 對于正方體顆粒，先算出其當(dāng)量直徑和球形度。對于正方體顆粒，先算出其當(dāng)量直徑和球形度。 設(shè)設(shè)l代表棱長，代

18、表棱長，Vp代表一個顆粒的體積。代表一個顆粒的體積。 3 6 pe Vd 3 3 6 l m 43 3 10685. 8)107 . 0( 6 p s S S 2 2 6l de 806. 0 )107 . 0(6 10685. 8 23 4 2021-6-21 用摩擦數(shù)群法求最大石英粒子的沉降速度用摩擦數(shù)群法求最大石英粒子的沉降速度 2 2 2 2 3 )(4 Re gd se t 14000 )10005. 1 ( 3 81. 92 .998)2 .9982650()10685. 8(4 23 34 s=0.806，查圖查圖3-2的，的，Ret=60，則：則： e t t d u Re 4

19、 3 10685. 82 .998 10005. 160 sm/0696. 0 2021-6-21 2）純方鉛礦的尺寸范圍）純方鉛礦的尺寸范圍 所得到的純方鉛礦粒所得到的純方鉛礦粒尺寸最小的沉降速度應(yīng)等于尺寸最小的沉降速度應(yīng)等于0.0696m/s 用摩擦數(shù)群法計算該粒子的當(dāng)量直徑。用摩擦數(shù)群法計算該粒子的當(dāng)量直徑。 32 11 3 )(4 Re t s t u g 2544. 0 )0696. 0(2 .9983 81. 9)2 .9987500(10005. 14 32 3 s=0.806，查圖查圖3-2的，的，Ret=22，則：則： 2021-6-21 t t e u d Re 0696.

20、 02 .998 10005. 122 3 m 4 10182.3 與此當(dāng)量直徑相對應(yīng)的正方體的棱長為：與此當(dāng)量直徑相對應(yīng)的正方體的棱長為： 3 6 e d l 3 4 6 10182. 3 m 4 10565. 2 所得方鉛礦的棱長范圍為所得方鉛礦的棱長范圍為0.25650.7mm。 2021-6-21 a) 懸浮液的沉聚過程懸浮液的沉聚過程 3. 沉降槽（增稠器）沉降槽（增稠器） 2021-6-21 b) 沉降槽沉降槽 2021-6-21 三、降塵室三、降塵室 1、降塵室的生產(chǎn)能力、降塵室的生產(chǎn)能力 降塵室的生產(chǎn)能力是指降塵室的生產(chǎn)能力是指降塵室所處理的含塵氣體的體積流降塵室所處理的含塵氣

21、體的體積流 量，量，用用qV表示，表示，m3/s。 降塵室內(nèi)的降塵室內(nèi)的顆粒顆粒運動運動 以速度以速度u 隨氣體流動隨氣體流動 以速度以速度ut 作沉降運動作沉降運動 W 2021-6-21 顆粒在降塵室的停留時間顆粒在降塵室的停留時間 uL 顆粒沉降到室底所需的時間顆粒沉降到室底所需的時間 tt uH t 為了滿足除塵要求為了滿足除塵要求 t u H u L 降塵室使顆粒沉降的條件降塵室使顆粒沉降的條件 WH q u V V V q LWH WH q L tV u H q LWH tV WLuq 降塵室的生產(chǎn)能力降塵室的生產(chǎn)能力 降塵室的生產(chǎn)能力只與降塵室的降塵室的生產(chǎn)能力只與降塵室的沉降面

22、積沉降面積WL和顆粒的沉降和顆粒的沉降 速度速度ut有關(guān)有關(guān)，而，而與降塵室的高度無關(guān)與降塵室的高度無關(guān)。 2021-6-21 2、降塵室的計算、降塵室的計算 降塵室的計算降塵室的計算 設(shè)計型設(shè)計型 操作型操作型 已知氣體處理量和除塵要求，已知氣體處理量和除塵要求，求求 降塵室的大小降塵室的大小 用已知尺寸的降塵室處理一定量用已知尺寸的降塵室處理一定量 含塵氣體時，計算含塵氣體時，計算可以完全除掉可以完全除掉 的最小顆粒的尺寸的最小顆粒的尺寸，或者計算要，或者計算要 求求完全除去直徑完全除去直徑dp的塵粒時所能處的塵粒時所能處 理的氣體流量。理的氣體流量。 2021-6-21 例：例：擬采用降

23、塵室除去常壓爐氣中的球形塵粒。降塵室的擬采用降塵室除去常壓爐氣中的球形塵粒。降塵室的 寬和長分別為寬和長分別為2m和和6m,氣體處理量為氣體處理量為1標(biāo)標(biāo)m3/s，爐氣溫度為爐氣溫度為 427，相應(yīng)的密度，相應(yīng)的密度=0.5kg/m3，粘度粘度=3.410-5Pa.s，固體固體 密度密度S=400kg/m3操作條件下，規(guī)定氣體速度不大于操作條件下，規(guī)定氣體速度不大于0.5m/s， 試求：試求： 1降塵室的總高度降塵室的總高度H，m； 2理論上能完全分離下來的最小顆粒尺寸；理論上能完全分離下來的最小顆粒尺寸； 3. 欲使粒徑為欲使粒徑為10m的顆粒完全分離下來，需在降降塵的顆粒完全分離下來，需在

24、降降塵 室內(nèi)設(shè)置幾層水平隔板？室內(nèi)設(shè)置幾層水平隔板？ 2021-6-21 解：解：1）降塵室的總高度）降塵室的總高度H sm t qq VSV /564. 2 273 427273 1 273 273 3 0 Wu q H SV 5 . 02 564. 2 m564. 2 2）理論上能完全出去的最小顆粒尺寸）理論上能完全出去的最小顆粒尺寸 WL q u sV t sm/214. 0 62 564. 2 用試差法由用試差法由ut求求dmin。 假設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)假設(shè)沉降在斯托克斯區(qū) 2021-6-21 g u d s t 18 min 807. 95 . 0400 214. 0104 . 31

25、8 5 m 5 1078. 5 核算沉降流型核算沉降流型 1182. 0 1014. 3 5 . 0214. 01078. 5 Re 5 5 t t du 原假設(shè)正確原假設(shè)正確 3、水平隔板層數(shù)、水平隔板層數(shù) 再再由生產(chǎn)能力和底面積由生產(chǎn)能力和底面積求得多層降塵室的求得多層降塵室的水平隔板層數(shù)水平隔板層數(shù)。 粒徑為粒徑為10m的顆粒的沉降必在滯流區(qū)，的顆粒的沉降必在滯流區(qū)， 由規(guī)定需要完全除去的由規(guī)定需要完全除去的最小粒徑最小粒徑求沉降速度求沉降速度， 2021-6-21 sm gd u s t /1041. 6 104 . 318 807. 95 . 0400101 18 3 6 2 52

26、1 t WLu q n Vs 1 104 . 662 564. 2 3 3 .32 取取33層層 板間距為板間距為 1 n H h m0754. 0 133 564. 2 2021-6-21 一、離心沉降速度一、離心沉降速度 二、旋風(fēng)分離器操作原理二、旋風(fēng)分離器操作原理 三、旋風(fēng)分離器的性能三、旋風(fēng)分離器的性能 四、旋風(fēng)分離器的選型四、旋風(fēng)分離器的選型 第第二二節(jié)節(jié) 離心沉降離心沉降 2021-6-21 離心沉降：離心沉降： 依靠慣性離心力的作用而實現(xiàn)的沉降過程依靠慣性離心力的作用而實現(xiàn)的沉降過程 適于分離兩相密度差較小，顆粒粒度較細(xì)的非均相物系。適于分離兩相密度差較小，顆粒粒度較細(xì)的非均相物

27、系。 慣性離心力場與重力場的區(qū)別慣性離心力場與重力場的區(qū)別 重力場重力場 離心力場離心力場 力場強(qiáng)度力場強(qiáng)度重力加速度重力加速度gut2/R 方向方向指向地心指向地心 沿旋轉(zhuǎn)半徑從中心指向外周沿旋轉(zhuǎn)半徑從中心指向外周 Fg=mg R u mF t C 2 作用力作用力 2021-6-21 一、離心沉降速度一、離心沉降速度 1、離心沉降速度、離心沉降速度ur 慣性離心力慣性離心力= r udt s 23 6 向心力向心力= r ud t 23 6 阻力阻力= 24 22 r ud 三力達(dá)到平衡，則：三力達(dá)到平衡，則： r udt s 23 6 r udt 23 6 0 24 22 rud 合合

28、2021-6-21 平衡時顆粒在徑向上相對于流體的運動速度平衡時顆粒在徑向上相對于流體的運動速度ur便是此位置便是此位置 上的上的離心沉降速度離心沉降速度。 r ud u ts r 3 4 2 2、離心沉降速度與重力沉降速度的比較、離心沉降速度與重力沉降速度的比較 表達(dá)式表達(dá)式：重力沉降速度公式中的：重力沉降速度公式中的重力加速度改為離心加速度重力加速度改為離心加速度 數(shù)值：數(shù)值：重力沉降速度基本上為重力沉降速度基本上為定值定值 離心沉降速度為離心沉降速度為絕對速度在徑向上的分量，絕對速度在徑向上的分量，隨顆粒在隨顆粒在 離心力場中的離心力場中的位置而變位置而變。 2021-6-21 阻力系數(shù)

29、阻力系數(shù) ：層流時：層流時 e R 24 r ud u ts r 2 2 18 同一顆粒在同一種介質(zhì)中的離心沉降速度與重力沉降速同一顆粒在同一種介質(zhì)中的離心沉降速度與重力沉降速 度的比值為度的比值為 ： c T t r K gr u u u 2 比值比值Kc就是粒子所在位置上的慣性離心力場強(qiáng)度與重力就是粒子所在位置上的慣性離心力場強(qiáng)度與重力 場強(qiáng)度之比稱為場強(qiáng)度之比稱為離心分離因數(shù)離心分離因數(shù)。 例如；當(dāng)旋轉(zhuǎn)半徑例如；當(dāng)旋轉(zhuǎn)半徑r=0.4m，切向速度切向速度ur=20m/s時，求分時，求分 離因數(shù)。離因數(shù)。 102 2 gr u K T c 2021-6-21 二、旋風(fēng)分離器的操作原理二、旋風(fēng)

30、分離器的操作原理 2021-6-21 2021-6-21 三、旋風(fēng)分離器的性能三、旋風(fēng)分離器的性能 旋風(fēng)分離器性能的主要操作參數(shù)為旋風(fēng)分離器性能的主要操作參數(shù)為氣體處理量，氣體處理量， 分離效率和氣體通過旋風(fēng)分離器的壓強(qiáng)降。分離效率和氣體通過旋風(fēng)分離器的壓強(qiáng)降。 1、氣體處理量、氣體處理量 旋風(fēng)分離器的處理量由入口的氣速決定，入口氣體流旋風(fēng)分離器的處理量由入口的氣速決定，入口氣體流 量是旋風(fēng)分離器最主要的操作參數(shù)量是旋風(fēng)分離器最主要的操作參數(shù)。一般入口氣速一般入口氣速ui 在在1525m/s。 旋風(fēng)分離器的處理量旋風(fēng)分離器的處理量 hbuq i V 2021-6-21 2、臨界粒徑、臨界粒徑

31、判斷旋風(fēng)分離器判斷旋風(fēng)分離器分離效率高低的重要依據(jù)是臨界粒徑。分離效率高低的重要依據(jù)是臨界粒徑。 臨界粒徑臨界粒徑 ： 理論上在旋風(fēng)分離器中能完全分離下來的最小理論上在旋風(fēng)分離器中能完全分離下來的最小 顆粒直徑。顆粒直徑。 1） 臨界粒徑的計算式臨界粒徑的計算式 a) 進(jìn)入旋風(fēng)分離器的氣流嚴(yán)格按照螺旋形路線作等速運進(jìn)入旋風(fēng)分離器的氣流嚴(yán)格按照螺旋形路線作等速運 動，且切線速度恒定，等于進(jìn)口氣速動，且切線速度恒定，等于進(jìn)口氣速ut=ui； b) 顆粒沉降過程中所穿過的氣流厚度為進(jìn)氣口寬度顆粒沉降過程中所穿過的氣流厚度為進(jìn)氣口寬度b。 r ud u Ts r 22 18 表示表示 c) 顆粒在滯流

32、情況下做自由沉降，徑向速度可用顆粒在滯流情況下做自由沉降，徑向速度可用 2021-6-21 S，故故可略去，而旋轉(zhuǎn)半徑可略去，而旋轉(zhuǎn)半徑r可取平均值可取平均值rm，并用進(jìn)并用進(jìn) 口速度口速度ui代替代替ut。 氣流中顆粒的離心沉降速度為：氣流中顆粒的離心沉降速度為： m is r r ud u 18 2 2 顆粒到達(dá)器壁所需要的時間：顆粒到達(dá)器壁所需要的時間： 2 2 18 is m r t ud br u b 停留時間為：停留時間為： i m u nr 2 對某尺寸的顆粒所需的沉降時間對某尺寸的顆粒所需的沉降時間t恰好等于停留時間恰好等于停留時間 ，該顆粒就是理論上能被完全分離下來的最小顆粒

33、，用該顆粒就是理論上能被完全分離下來的最小顆粒，用dc 表示這種顆粒的直徑，即表示這種顆粒的直徑，即臨界粒徑臨界粒徑 。 2021-6-21 i m isc m u nr ud br 218 22 is c un b d 9 臨界粒徑的表達(dá)式臨界粒徑的表達(dá)式 2）臨界粒徑的影響因素）臨界粒徑的影響因素 a) 由由 is c un b d 9 ，知，知 bdc 即即臨界粒徑隨分離器尺寸的增大而增大。臨界粒徑隨分離器尺寸的增大而增大。 分離效率隨分離器尺寸的增大而減小。分離效率隨分離器尺寸的增大而減小。 b)入口氣速入口氣速ui愈大，愈大，dc愈小，愈小，效率愈高效率愈高。 2021-6-21 3

34、、分離效率、分離效率 分離效率分離效率 總效率總效率o 進(jìn)入旋風(fēng)分離器的全部粉塵中被分進(jìn)入旋風(fēng)分離器的全部粉塵中被分 離下來的粉塵的質(zhì)量分率離下來的粉塵的質(zhì)量分率 %100 1 21 0 C CC 粒級效率粒級效率pi 進(jìn)入旋風(fēng)分離器的粒徑為進(jìn)入旋風(fēng)分離器的粒徑為di的顆的顆 粒被分離下來的質(zhì)量分率粒被分離下來的質(zhì)量分率 %100 1 21 i ii pi C CC 2021-6-21 通過實測旋風(fēng)分離器進(jìn)、出氣流中所含塵粒的濃度通過實測旋風(fēng)分離器進(jìn)、出氣流中所含塵粒的濃度 有時也把旋風(fēng)分離器的粒級效率標(biāo)繪成有時也把旋風(fēng)分離器的粒級效率標(biāo)繪成d/d50的函數(shù)曲的函數(shù)曲 同一型式且尺寸比例相同的

35、旋風(fēng)分離器同一型式且尺寸比例相同的旋風(fēng)分離器 曲線相同，因此此曲線估算旋風(fēng)分離器的效率較為方便。曲線相同，因此此曲線估算旋風(fēng)分離器的效率較為方便。 線，線，d50為粒級效率為為粒級效率為50%的顆粒直徑，稱為的顆粒直徑，稱為分割粒徑分割粒徑。 pi-d/d50 及粒度分布，可得粒級效率及粒度分布，可得粒級效率pi與顆粒直徑與顆粒直徑di的對應(yīng)關(guān)系的對應(yīng)關(guān)系 曲線，該曲線稱為曲線，該曲線稱為粒級效率曲線粒級效率曲線。 2021-6-21 4、壓強(qiáng)降、壓強(qiáng)降 氣體通過旋風(fēng)分離器時，由于進(jìn)氣管、排氣管及主體氣體通過旋風(fēng)分離器時，由于進(jìn)氣管、排氣管及主體 器壁所引起的摩擦阻力，氣體流動時的局部阻力以及

36、氣體器壁所引起的摩擦阻力，氣體流動時的局部阻力以及氣體 旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的動能損失造成了氣體的壓強(qiáng)降，旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的動能損失造成了氣體的壓強(qiáng)降， 2 2 ic u p 對型式不同或尺寸比例不同的設(shè)阻力系數(shù)對型式不同或尺寸比例不同的設(shè)阻力系數(shù)c的值也不同，的值也不同， 要通過實驗測定，對于要通過實驗測定，對于標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器c=8.0。 旋風(fēng)分離器的壓降一般在旋風(fēng)分離器的壓降一般在3002000Pa內(nèi)。內(nèi)。 2021-6-21 四、旋風(fēng)分離器的選型四、旋風(fēng)分離器的選型 旋風(fēng)分離器的形式多種多樣，主要是在對標(biāo)準(zhǔn)型式旋風(fēng)分離器的形式多種多樣，主要是在對標(biāo)準(zhǔn)型式 的旋風(fēng)分離器的改進(jìn)設(shè)計出來的。的旋

37、風(fēng)分離器的改進(jìn)設(shè)計出來的。 進(jìn)氣口進(jìn)氣口 ： 為了保證高速氣流進(jìn)入旋風(fēng)分離起時形成較為了保證高速氣流進(jìn)入旋風(fēng)分離起時形成較 規(guī)律設(shè)計分離器的結(jié)構(gòu)，一般規(guī)律設(shè)計分離器的結(jié)構(gòu)，一般細(xì)長的旋風(fēng)分離器效率高，細(xì)長的旋風(fēng)分離器效率高， 規(guī)則的旋轉(zhuǎn)流，減少局部渦流與死角，設(shè)計了規(guī)則的旋轉(zhuǎn)流，減少局部渦流與死角，設(shè)計了傾斜螺旋進(jìn)傾斜螺旋進(jìn) 口，螺殼形進(jìn)口、軸向進(jìn)口口，螺殼形進(jìn)口、軸向進(jìn)口等。等。 主體結(jié)構(gòu)與各部分尺寸比例的優(yōu)化主體結(jié)構(gòu)與各部分尺寸比例的優(yōu)化：根據(jù)流場與顆粒流動：根據(jù)流場與顆粒流動 但超過一定限度，分離效率提高不明顯，而壓降卻增加。但超過一定限度，分離效率提高不明顯，而壓降卻增加。 改進(jìn)下灰口

38、改進(jìn)下灰口 ：防止已分離下來的粉塵重新?lián)P起防止已分離下來的粉塵重新?lián)P起 。 目前，我國已定型了旋風(fēng)分離器，制定了標(biāo)準(zhǔn)流型系列，目前，我國已定型了旋風(fēng)分離器，制定了標(biāo)準(zhǔn)流型系列， 如如CLT,CLT/A,CLP/A,CLP/B等。等。 2021-6-21 一、過濾操作的基本概念一、過濾操作的基本概念 二、過濾基本方程式二、過濾基本方程式 三、恒壓過濾三、恒壓過濾 四、過濾常數(shù)的測定四、過濾常數(shù)的測定 五、過濾設(shè)備五、過濾設(shè)備 六、濾餅的洗滌六、濾餅的洗滌 七、過濾機(jī)的生產(chǎn)能力七、過濾機(jī)的生產(chǎn)能力 第第三三節(jié)節(jié) 過過 濾濾 2021-6-21 一、過濾操作的基本概念一、過濾操作的基本概念 1 1、

39、過濾的概念、過濾的概念 利用能讓液體通過而截留固體顆粒的多孔介質(zhì)（過利用能讓液體通過而截留固體顆粒的多孔介質(zhì)（過 濾介質(zhì)），使懸浮液中固液得到分離的單元操作。濾介質(zhì)），使懸浮液中固液得到分離的單元操作。 過濾操作中所處理的懸浮液過濾操作中所處理的懸浮液 濾漿濾漿 通過多孔介質(zhì)的液體通過多孔介質(zhì)的液體 濾液濾液 被截留住的固體物質(zhì)被截留住的固體物質(zhì) 濾渣（濾餅）濾渣（濾餅） 實現(xiàn)過濾操作的外力有重力、壓力、實現(xiàn)過濾操作的外力有重力、壓力、 離心力，化工中應(yīng)用最多的是離心力，化工中應(yīng)用最多的是壓力過濾壓力過濾。 過濾過濾 2021-6-21 2 2、過濾方式、過濾方式 過濾過濾 深層過濾深層過濾

40、濾餅過濾濾餅過濾 固體顆粒的沉積發(fā)生在較固體顆粒的沉積發(fā)生在較 厚的粒狀過濾厚的粒狀過濾介質(zhì)床層內(nèi)介質(zhì)床層內(nèi) 部部。適用于懸浮液中顆粒。適用于懸浮液中顆粒 甚小且含量甚微。甚小且含量甚微。 固體顆粒成餅層狀沉積固體顆粒成餅層狀沉積 于于過濾介質(zhì)表面過濾介質(zhì)表面，形成濾，形成濾 餅餅。適用于處理固相含量適用于處理固相含量 稍高的懸浮液。稍高的懸浮液。 膜過濾膜過濾 2021-6-21 3 3、過濾介質(zhì)、過濾介質(zhì) 過濾介質(zhì)是濾餅的支承物過濾介質(zhì)是濾餅的支承物，應(yīng)具有下列條件：，應(yīng)具有下列條件： a) 多孔性多孔性，孔道適當(dāng)?shù)男?，對流體的阻力小，又能截住要，孔道適當(dāng)?shù)男?，對流體的阻力小，又能截住要

41、分離的顆粒。分離的顆粒。 b) 物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐熱，耐化學(xué)腐蝕。耐熱，耐化學(xué)腐蝕。 c)足夠的機(jī)械強(qiáng)度足夠的機(jī)械強(qiáng)度，使用壽命長，使用壽命長 d) 價格便宜價格便宜 工業(yè)常用的過濾介質(zhì)主要有工業(yè)常用的過濾介質(zhì)主要有 a) 織物介質(zhì)：織物介質(zhì)：又稱又稱濾布濾布，包括有棉、毛、絲等天然纖維，包括有棉、毛、絲等天然纖維， 玻璃絲和各種合成纖維制成的織物，以及金屬絲織成的網(wǎng)玻璃絲和各種合成纖維制成的織物，以及金屬絲織成的網(wǎng) 能截留的粒徑的范圍較寬，從能截留的粒徑的范圍較寬，從幾十幾十m 到到 1m。 2021-6-21 優(yōu)點：優(yōu)點：織物介質(zhì)薄，阻力小，清洗與更新方便，價格比較便織

42、物介質(zhì)薄，阻力小，清洗與更新方便，價格比較便 宜，是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的過濾介質(zhì)。宜，是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的過濾介質(zhì)。 b)多孔固體介質(zhì)多孔固體介質(zhì)：如素?zé)沾?，燒結(jié)金屬塑料細(xì)粉粘成的：如素?zé)沾?，燒結(jié)金屬塑料細(xì)粉粘成的 多孔塑料，棉花餅等多孔塑料，棉花餅等 這類介質(zhì)較厚，孔道細(xì)，阻力大，這類介質(zhì)較厚，孔道細(xì)，阻力大，能截留能截留13m的顆粒的顆粒。 c) 堆積介質(zhì)：堆積介質(zhì)：由各種固體顆粒（砂、木炭、石棉粉等）或非由各種固體顆粒（砂、木炭、石棉粉等）或非 編織的纖維（玻璃棉等）堆積而成，層較厚。編織的纖維（玻璃棉等）堆積而成，層較厚。 d) 多孔膜多孔膜：由高分子材料制成，膜很?。◣资河筛叻肿?/p>

43、材料制成，膜很?。◣资甿到到200m ），），孔很小，可以分離小到孔很小，可以分離小到0.05m的顆粒的顆粒,應(yīng)用多孔膜的過應(yīng)用多孔膜的過 濾有超濾和微濾。濾有超濾和微濾。 2021-6-21 4 4、助濾劑、助濾劑 濾餅濾餅 不可壓縮濾餅不可壓縮濾餅: 顆粒有一定的剛性，所形成的濾餅并 顆粒有一定的剛性，所形成的濾餅并 不因所受的壓力差而變形不因所受的壓力差而變形 可壓縮濾餅可壓縮濾餅: 顆粒比較軟，所形成的濾餅在壓差的作顆粒比較軟，所形成的濾餅在壓差的作 用下變形，使濾餅中的流動通道變小，用下變形，使濾餅中的流動通道變小， 阻力增大。阻力增大。 加入助濾劑可減少可壓縮濾餅的流動阻力加入助濾

44、劑可減少可壓縮濾餅的流動阻力 加入方法加入方法 預(yù)涂預(yù)涂 將助濾劑混在濾漿中一起過濾將助濾劑混在濾漿中一起過濾 用助濾劑配成懸浮液，在正式過濾前用它進(jìn)用助濾劑配成懸浮液，在正式過濾前用它進(jìn) 行過濾，在過濾介質(zhì)上形成一層由助濾劑組行過濾，在過濾介質(zhì)上形成一層由助濾劑組 成的濾餅。成的濾餅。 2021-6-21 二、過濾基本方程式二、過濾基本方程式 1、濾液通過餅層的流動、濾液通過餅層的流動 簡化模型是將床層中不規(guī)則的通道假設(shè)成長度為簡化模型是將床層中不規(guī)則的通道假設(shè)成長度為 L， 當(dāng)量直徑為當(dāng)量直徑為 de 的一組平行細(xì)管，并且規(guī)定：的一組平行細(xì)管，并且規(guī)定： c) 顆粒床層的當(dāng)量直徑顆粒床層的

45、當(dāng)量直徑可寫為：可寫為： a = 顆粒表面積顆粒表面積 / 顆粒體積顆粒體積 b) 顆粒比表面積：顆粒比表面積：單位體積顆粒所具有的表面積，用單位體積顆粒所具有的表面積，用a表示。表示。 a) 空隙率空隙率:單位體積床層中的空隙體積，用單位體積床層中的空隙體積，用表示。表示。 =空隙體積空隙體積 / 床層體積床層體積 m3/m3 （1）細(xì)管的全部流動空間等于顆粒床層的空隙容積；）細(xì)管的全部流動空間等于顆粒床層的空隙容積； （2）細(xì)管的內(nèi)表面積等于顆粒床層的全部表面積。）細(xì)管的內(nèi)表面積等于顆粒床層的全部表面積。 2021-6-21 de流通截面積流通截面積流道長度流道長度潤濕周邊長度潤濕周邊長度

46、流道長度流道長度 de流道容積流道容積流道表面積流道表面積 取面積為取面積為1m2厚度為厚度為1m 的濾餅考慮：的濾餅考慮： 床層體積床層體積=11=1m3 流道容積流道容積=1=m3 顆粒表面積顆粒表面積 = 流道表面積流道表面積 = 顆粒體積顆粒比表面顆粒體積顆粒比表面 =（1）a m2 所以床層的當(dāng)量直徑為所以床層的當(dāng)量直徑為 ： )1 (a de (1) 2021-6-21 濾液通過餅床層的流速與壓強(qiáng)降的關(guān)系為：濾液通過餅床層的流速與壓強(qiáng)降的關(guān)系為： 2 1 L pd u ce （2） 在與過濾介質(zhì)層相垂直的方向上床層空隙中的濾液流速在與過濾介質(zhì)層相垂直的方向上床層空隙中的濾液流速u1

47、 / 1 uu （3） 將（將（1）、（）、（3）代入（）代入（2）并寫成等式）并寫成等式 )( )1 ( 1 22 3 L p aK u c 與按整個床層截面積計算的濾液平均流速與按整個床層截面積計算的濾液平均流速u之間的關(guān)系為之間的關(guān)系為 ： 濾液通過餅層的流動常屬于滯流流型濾液通過餅層的流動常屬于滯流流型 ， l pd u 32 2 2021-6-21 比例常數(shù)比例常數(shù)K與濾餅的空隙率、粒子形狀、排列及粒度范圍與濾餅的空隙率、粒子形狀、排列及粒度范圍 等因素有關(guān)。對于顆粒床層的滯流流動，等因素有關(guān)。對于顆粒床層的滯流流動，K值可取為值可取為5。 )( )1 (5 22 3 L p a u

48、 c 過濾速度表達(dá)式過濾速度表達(dá)式 2、過濾速率、過濾速率 過濾速度過濾速度過濾速率過濾速率 單位時間通過單位過單位時間通過單位過 濾面積的濾液體積濾面積的濾液體積 單位時間獲得的濾液體單位時間獲得的濾液體 積稱為過濾速率積稱為過濾速率 定義定義 )( )1 (5 22 3 L pA ad dV c )( )1 (5 22 3 L p aAd dV c 表達(dá)式表達(dá)式 2021-6-21 3 3、濾餅的阻力、濾餅的阻力 令令 3 22 )1 (5 a r 濾餅的比阻濾餅的比阻，1/m2 rL p Ad dV c (4) 令令 rLR 濾餅阻力濾餅阻力 rL p Ad dV c （5） 速度推動力

49、速度推動力阻力阻力 2021-6-21 由由RrL可知，比阻可知，比阻r是單位厚度濾餅的阻力，是單位厚度濾餅的阻力， 數(shù)值上等于粘度為數(shù)值上等于粘度為1Pa.s的濾液以的濾液以1m/s的平均流速通過厚的平均流速通過厚 度為度為1m的濾餅層時，所產(chǎn)生的壓強(qiáng)降的濾餅層時，所產(chǎn)生的壓強(qiáng)降 。 反映了顆粒形狀、尺寸及床層空隙率對濾液流動的影響反映了顆粒形狀、尺寸及床層空隙率對濾液流動的影響 床層空隙率床層空隙率愈小及顆粒比表面積愈小及顆粒比表面積愈大，則床層愈致密愈大，則床層愈致密 ，對流體流動的阻滯作用也愈大。，對流體流動的阻滯作用也愈大。 4 4、過濾介質(zhì)的阻力、過濾介質(zhì)的阻力 過濾介質(zhì)的阻力也與

50、其厚度及本身的致密程度有關(guān)，通過濾介質(zhì)的阻力也與其厚度及本身的致密程度有關(guān)，通 常把過濾介質(zhì)的阻力視為常數(shù)。常把過濾介質(zhì)的阻力視為常數(shù)。 2021-6-21 濾液穿過過濾介質(zhì)層的速度關(guān)系式濾液穿過過濾介質(zhì)層的速度關(guān)系式 ： m m R p Ad dV 式中：式中：p=pC+pm，代表濾餅與濾布兩側(cè)的總壓強(qiáng)降，稱代表濾餅與濾布兩側(cè)的總壓強(qiáng)降，稱 為過濾為過濾壓強(qiáng)差壓強(qiáng)差。也稱為過濾設(shè)備的。也稱為過濾設(shè)備的表壓強(qiáng)表壓強(qiáng) 。 可用濾液通過串聯(lián)的濾餅與濾布的可用濾液通過串聯(lián)的濾餅與濾布的總壓強(qiáng)降來表示過濾推總壓強(qiáng)降來表示過濾推 動力，動力，用用兩層的阻力之和來表示總阻力兩層的阻力之和來表示總阻力。 )

51、()( mm mc RR p RR pp Ad dV (6) p p1 p2 濾液濾液 2021-6-21 設(shè)想以一層厚度為設(shè)想以一層厚度為Le的濾餅來代替濾布，的濾餅來代替濾布， me RrL 故（故（6）式可寫為）式可寫為 ）（7 )()( ee LLr p rLrL p Ad dV 式中：式中： Le過濾介質(zhì)的當(dāng)量濾餅厚度，或稱為虛擬濾餅厚度，過濾介質(zhì)的當(dāng)量濾餅厚度，或稱為虛擬濾餅厚度，m 在一定的操作條件下，以一定介質(zhì)過濾一定懸浮液時，在一定的操作條件下，以一定介質(zhì)過濾一定懸浮液時，Le 為定值，但同一介質(zhì)在不同的過濾操作中，為定值，但同一介質(zhì)在不同的過濾操作中，Le值不同。值不同。

52、2021-6-21 5 5、過濾基本方程式、過濾基本方程式 濾餅厚度濾餅厚度L與當(dāng)時已經(jīng)獲得的濾液體積與當(dāng)時已經(jīng)獲得的濾液體積V之間的關(guān)系為：之間的關(guān)系為： VLAAVL 濾餅體積與相應(yīng)的濾液體積之比，無因次，濾餅體積與相應(yīng)的濾液體積之比，無因次，m3/m3 。 同理同理 ： A vV L e e Ve過濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液體積，或稱虛擬濾液體積，過濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液體積，或稱虛擬濾液體積，m3 在一定的操作條件下，以一定介質(zhì)過濾一定的懸浮液時，在一定的操作條件下，以一定介質(zhì)過濾一定的懸浮液時， Ve為定值，但同一介質(zhì)在不同的過濾操作中，為定值，但同一介質(zhì)在不同的過濾操作中，Ve值不同。值不同。 2

53、021-6-21 （7）式就可以寫成）式就可以寫成 )( A VV rv p Ad dV e )( 2 e VVrv pA d dV 過濾速率的一般關(guān)系式過濾速率的一般關(guān)系式 可壓縮濾餅的情況比較復(fù)雜，它的比阻是兩側(cè)壓強(qiáng)差的函數(shù)，可壓縮濾餅的情況比較復(fù)雜，它的比阻是兩側(cè)壓強(qiáng)差的函數(shù)， s prr)( s濾餅的壓縮性指數(shù)濾餅的壓縮性指數(shù)，無因次。，無因次。s=01,對于不可壓縮對于不可壓縮 濾餅，濾餅，s=0。 2021-6-21 對于可壓縮濾餅，過濾速率對于可壓縮濾餅，過濾速率 )( 12 e s VVr pA d dV 過濾基本方程式過濾基本方程式 適用于可壓縮濾餅及不可壓縮濾餅。適用于可壓

54、縮濾餅及不可壓縮濾餅。 對于不可壓縮濾餅，對于不可壓縮濾餅，s=0。 2021-6-21 三、恒壓過濾三、恒壓過濾 恒壓過濾：恒壓過濾：在恒定壓強(qiáng)差下進(jìn)行的過濾操作。在恒定壓強(qiáng)差下進(jìn)行的過濾操作。 恒壓過濾時，濾餅不斷變厚致使阻力逐漸增加。但推動恒壓過濾時，濾餅不斷變厚致使阻力逐漸增加。但推動 力力P恒定，恒定，過濾速率逐漸變小過濾速率逐漸變小。 對于一定的懸浮液，對于一定的懸浮液，,r及及均可視為常數(shù)。均可視為常數(shù)。 r k 1 令令 k表征過濾物料特性的常數(shù)，（表征過濾物料特性的常數(shù)，（m4/N.s）。）。 )( 12 e s VVr pA d dV 則過濾速率則過濾速率變?yōu)椋鹤優(yōu)椋?e

55、s VV pkA d dV 12 2021-6-21 積分得積分得 ： dpkAVV s e 12 )( 假定獲得體積為假定獲得體積為Ve濾液所需的虛擬過濾時間為濾液所需的虛擬過濾時間為e,則積分的則積分的 邊界條件邊界條件為：為： 過濾時間過濾時間 濾液體積濾液體積 0 0 Ve + VeV+Ve )()()( 0 12 0 ee e s e V e dPkAVVdVV )()()( 12 e e e e e s VV V ee dpkAVVdVV e e e 2021-6-21 積分兩式，并令積分兩式，并令 K=2kp1-s 22 KAVe 22 2KAVVV e 兩式相加，得：兩式相加，

56、得： )()( 22 ee KAVV恒壓過濾方程式恒壓過濾方程式 表明：表明：恒壓過濾時，濾液體積與過濾時間的關(guān)系為拋物線方程恒壓過濾時，濾液體積與過濾時間的關(guān)系為拋物線方程 當(dāng)介質(zhì)阻力可以忽略時，當(dāng)介質(zhì)阻力可以忽略時，Ve=0， =0，過濾方程式則變?yōu)檫^濾方程式則變?yōu)?22 KAV A V q A V q e e 及令令 e 2021-6-21 ee Kq 2 Kqqq e 2 2 ）（）（ ee Kqq 2 恒壓過濾方程恒壓過濾方程 K 過濾常數(shù)過濾常數(shù) 由物料特性及過濾壓強(qiáng)差所決定由物料特性及過濾壓強(qiáng)差所決定 ，m2/s 和和qe 介質(zhì)常數(shù)介質(zhì)常數(shù) 反映過濾介質(zhì)阻力大小反映過濾介質(zhì)阻力大

57、小 ，s及及m3/m2 當(dāng)介質(zhì)阻力可以忽略時，當(dāng)介質(zhì)阻力可以忽略時，Kq 2 e 2021-6-21 例：例：過濾一種固體顆體積分?jǐn)?shù)為過濾一種固體顆體積分?jǐn)?shù)為0.1的懸浮液的懸浮液,濾餅含水的體濾餅含水的體 積分?jǐn)?shù)為積分?jǐn)?shù)為0.5,顆粒不可壓縮顆粒不可壓縮,經(jīng)實驗測定濾餅比阻為經(jīng)實驗測定濾餅比阻為 1.31011m-2,水的粘度為水的粘度為1.010-3Pa.s。在壓強(qiáng)差恒為在壓強(qiáng)差恒為 9.8104Pa的條件下過濾的條件下過濾,假設(shè)濾布阻力可以忽略假設(shè)濾布阻力可以忽略,試求：試求： 1）每）每m2過濾面積上獲得過濾面積上獲得1.5m3濾液所需的過濾時間。濾液所需的過濾時間。 2）如將此過濾時

58、間延長一倍）如將此過濾時間延長一倍,可再得濾液多少？可再得濾液多少？ 解：解：1）過濾時間）過濾時間 33 /25. 0 5 . 0/1 . 011 5 . 0/1 . 01 mm 2021-6-21 sm r p K s /106 25. 0103 . 1100 . 1 1081. 922 23 113 4 0 1 濾布阻力可忽略濾布阻力可忽略 Kq 2 s K q 3 22 106 5 . 1 s375 2)求過濾時間加倍時的濾液量求過濾時間加倍時的濾液量 s75037522 / / Kq 33 12. 2750106m 5 . 112. 2qq 23 /62. 0mm 2021-6-21

59、 四、過濾常數(shù)的測定四、過濾常數(shù)的測定 1、恒壓下、恒壓下K、qe、e的測定的測定 由恒壓過濾方程由恒壓過濾方程 )() 2 ee Kqq（ 微分微分 Kddqqq e )(2 e q K q Kq 22 對于一定恒壓下過濾的懸浮液，測出延續(xù)的時間及濾液的對于一定恒壓下過濾的懸浮液，測出延續(xù)的時間及濾液的 累計量累計量q（按單位面積計）的數(shù)據(jù)，然后算出一系列的按單位面積計）的數(shù)據(jù)，然后算出一系列的 與與 q的對應(yīng)值的對應(yīng)值 實驗原理：實驗原理： 2021-6-21 qqq 000 0 1 1 q 1 q 11 q 2 2 q 12 12 qq 1212 qq 然后在直角坐標(biāo)紙上從然后在直角坐標(biāo)

60、紙上從/q為縱坐標(biāo)，以為縱坐標(biāo)，以q為橫坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)為橫坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo) 繪，可得到一斜率為繪，可得到一斜率為2/K，截距為截距為2qe/K的直線的直線。 ee Kq 2 求得求得 e 1 2021-6-21 q /q e q K 2 K 1 斜率 2021-6-21 2、壓縮性指數(shù)、壓縮性指數(shù)s的測定的測定 由由 s pkk 1 2 兩端取對數(shù)，得兩端取對數(shù)，得 )2lg()lg()1 (lgkpsk vr k 1 常數(shù)常數(shù) lgk與與lg(p)的關(guān)系在對數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪時應(yīng)是直線的關(guān)系在對數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪時應(yīng)是直線,直線直線 的斜率為的斜率為1-s，截距為截距為lg(2k)。由此可得到濾餅的壓縮性指數(shù)