第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng).

1、第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng) Flow Through Granular Layer第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院24.1 概述概述固定床(fixed bed)：由大量顆粒裝填而成的顆粒床層，由于流體以較小的流速?gòu)拇矊拥目障吨辛鲃?dòng)，顆粒所受的曳力較小而使床層保持靜止?fàn)顟B(tài)。固定床催化反應(yīng)器固體懸浮液的過(guò)濾吸附離子交換器 吸收塔流化床(fluidized bed)：流體自下而上流過(guò)顆粒層，顆粒懸浮在床層中進(jìn)行劇烈的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)。第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院34.2.1 單顆粒的性質(zhì)表示顆粒大小

2、的幾何參數(shù)：大小（尺寸）、形狀、表面積（或比表面積）。1. 球形顆粒大 ?。河妙w粒的某一個(gè)或某幾個(gè)特征尺寸表示，如球形顆粒的大小用直徑dp表示。比表面積：?jiǎn)挝惑w積顆粒所具有的表面積，其單位為m2/m3 .對(duì)球形顆粒: 體積V=dp3/6 表面積S= dp2 比表面積=S/V=6/dp第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院42. 非球形顆粒非球形顆粒 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相同相同第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院5體積當(dāng)量直徑deV，即體積等于顆粒體積的球形顆粒的直徑為非球形顆粒的等體積當(dāng)量直徑。表

3、面積當(dāng)量直徑des ，即將表面積等于顆粒表面積的球形顆粒的直徑定義為非球形顆粒的等表面積當(dāng)量直徑。比表面積當(dāng)量直徑dea，即將比表面積等于顆粒比表面積的球形顆粒的直徑定義為非球形顆粒的等比表面積當(dāng)量直徑。32266eVeseaeVeaeseVVSdddadddd2366eeeeddVdSad通常使用體積當(dāng)量直徑，簡(jiǎn)寫(xiě)為第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院64.2.2 顆粒群的特性顆粒群的特性 1 篩分分析篩分分析 對(duì)于工業(yè)上常見(jiàn)的中等大小的混合顆粒，一般采用一套標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行測(cè)量，這種方法稱為篩分。將篩分所得結(jié)果在表或圖上表示，可直觀地表示出顆粒群的粒徑分布: 用

4、表格表示：篩孔尺寸每層篩上顆粒質(zhì)量。 用圖表示：各層篩網(wǎng)上顆粒的篩分尺寸質(zhì)量分率顆粒粒度測(cè)量顆粒粒度測(cè)量：篩分法、沉降法、比表面法、顯微鏡法、電阻變化法、光的散射與衍射法等。第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院7 標(biāo)準(zhǔn)篩：標(biāo)準(zhǔn)篩：有不同的系列，其中泰勒（Tyler）標(biāo)準(zhǔn)篩是較為常用的標(biāo)準(zhǔn)篩之一，其篩孔的大小以每英寸長(zhǎng)度篩網(wǎng)上所具有的篩孔數(shù)目表示，稱為目。篩號(hào)越大，篩孔越小。 篩號(hào)篩號(hào)(目數(shù)目數(shù))：每英寸邊長(zhǎng)的篩孔數(shù)目 篩過(guò)量：篩過(guò)量：通過(guò)篩孔的顆粒量 篩余量：篩余量：截留于篩面上的顆粒量第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院8篩

5、分篩分(Sieving) 利用篩孔大小不同的一套篩子進(jìn)行粒度分級(jí)，測(cè)定和分析粒度組成特性。顯然，各篩網(wǎng)上的顆粒尺寸應(yīng)介于其上一層篩孔與本層篩孔尺寸之間。第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院9分布函數(shù)分布函數(shù)Fi :篩孔尺寸dpi的篩過(guò)量占試樣總量的分率。分布密度函數(shù)（頻度函數(shù)）分布密度函數(shù)（頻度函數(shù)）fi :篩孔尺寸dpi的篩余量占試樣總量的分率。dpi=(di1+di)/2第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院102 顆粒群的平均特性參數(shù)顆粒群的平均特性參數(shù) 顆粒群的平均粒徑有不同的表示法，但對(duì)于流體與顆粒之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，

6、主要涉及流體與顆粒表面間的相互作用，即顆粒的比表面積起重要作用，因此通常用來(lái)表示顆粒的平均直徑，則混合顆粒的平均比表面積dm。piimdxd1xi第i層篩網(wǎng)上顆粒的質(zhì)量分率 dpi=(di1+di)/261ipiiidx第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院114.2.3 顆粒床層的特性 1. 床層的空隙率床層的空隙率: 單位體積顆粒床層中空隙的體積。單位體積顆粒床層中空隙的體積。 空隙顆粒顆粒床層 一般顆粒床層的空隙率為0.470.7。2. 床層的比表面積床層的比表面積B 單位體積床層中顆粒的表面積稱為床層比表面積。 若忽略因顆粒相互接觸而減小的裸露面積，則床

7、層的比表面積B與顆粒的比表面積的關(guān)系為：B=(1-) 影響床層的比表面積的主要因素：顆粒尺寸。一般，顆粒尺寸越小，床層的比表面積越大。第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院123. 床層的自由截面積床層的自由截面積 床層中某一床層截面上空隙所占的截面積（即流體可以通過(guò)的截面積）與床層截面積的比值稱為床層的自由截面積。 對(duì)于亂堆的顆粒床層，顆粒的定位是隨機(jī)的，所以可認(rèn)為堆成的床層各向同性，即從各個(gè)方位看，顆粒的堆積都是相同的。對(duì)于這樣的床層，其床層自由截面積在數(shù)值上與床層空隙率相等。同樣，由于壁效應(yīng)的影響，壁面附近的床層自由截面積較大。當(dāng)D/dp較小時(shí)，必須考慮壁

8、效應(yīng)。u1 u/ u空床流速u1=實(shí)際流速第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院13第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院141 模型簡(jiǎn)化模型簡(jiǎn)化LeL u u L Le de 流體在固定床內(nèi)流動(dòng)的簡(jiǎn)化模型 第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院15ade)1 (4444細(xì)管的全部?jī)?nèi)表面床層流動(dòng)空間流道長(zhǎng)度潤(rùn)濕周邊長(zhǎng)流道長(zhǎng)度通道截面積潤(rùn)濕周邊長(zhǎng)通道截面積2 流體的壓降流體的壓降根據(jù)以上簡(jiǎn)化模型，可將流體通過(guò)固定床層的流動(dòng)看作是直管內(nèi)的流動(dòng)問(wèn)題。 e1d uRe4(1)ua 床層雷諾數(shù)uu1Re(1)

9、ua 第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院16223(1)(Re2Re5)aKuKL22233(1)(1)4.170.29(0.17Re420)aauuL222133uLeLe 1- )1- )uuLLde28L （歐根（Ergun）公式通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證：康采尼（Kozeny）公式21fuLehde 2床層壓降 第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院17第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院184.4.1 過(guò)濾原理過(guò)濾原理1 過(guò)濾原理：在外力（重力、壓力、離心力）作用下，懸浮液中的液體通過(guò)多孔介質(zhì)的孔

10、道而固體顆粒被截留下來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)固、液分離。濾液過(guò)濾介質(zhì)濾餅濾漿 2 過(guò)濾術(shù)語(yǔ)：過(guò)濾操作所處理的懸浮液稱為濾漿（filter slurry），所用的多孔物質(zhì)稱為過(guò)濾介質(zhì)（當(dāng)過(guò)濾介質(zhì)是織物時(shí)，也稱為濾布(Filter cloth)，通過(guò)介質(zhì)孔道的液體稱為濾液(Filtrate)，被截留的物質(zhì)稱為濾餅(Filter cake)或?yàn)V渣(filter residue)。第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院19 濾餅過(guò)濾濾餅過(guò)濾深層過(guò)濾深層過(guò)濾兩種過(guò)濾方式兩種過(guò)濾方式深層過(guò)濾深層過(guò)濾濾漿濾餅過(guò)濾介質(zhì)濾液濾餅過(guò)濾濾餅過(guò)濾推動(dòng)力：重力、壓力、離心力推動(dòng)力：重力、壓力、離心力

11、 架橋現(xiàn)象“架橋架橋”現(xiàn)象現(xiàn)象第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院204 4 過(guò)濾介質(zhì)過(guò)濾介質(zhì) 多孔性介質(zhì)、耐腐蝕、耐熱并具有多孔性介質(zhì)、耐腐蝕、耐熱并具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。足夠的機(jī)械強(qiáng)度。 工業(yè)用過(guò)濾介質(zhì)主要有：工業(yè)用過(guò)濾介質(zhì)主要有： 織物介質(zhì)織物介質(zhì)，如棉、麻、絲、毛、合，如棉、麻、絲、毛、合 成纖維、金屬絲等編織成纖維、金屬絲等編織 成的濾布；成的濾布； 多孔性固體介質(zhì)多孔性固體介質(zhì)，如素瓷板或管、，如素瓷板或管、 燒結(jié)金屬等。燒結(jié)金屬等。濾漿濾餅過(guò)濾介質(zhì)濾液濾餅過(guò)濾濾餅過(guò)濾第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院216 助濾

12、劑助濾劑 是不可壓縮的粉狀或纖維狀固體，如硅藻土、纖維粉是不可壓縮的粉狀或纖維狀固體，如硅藻土、纖維粉末、活性炭、石棉。末、活性炭、石棉。 使用時(shí)，可預(yù)涂，也可以混入待濾的濾漿中一起過(guò)濾。使用時(shí)，可預(yù)涂，也可以混入待濾的濾漿中一起過(guò)濾。5 5 濾餅的壓縮性濾餅的壓縮性 空隙結(jié)構(gòu)易變形的濾餅為可壓縮濾餅?？障督Y(jié)構(gòu)易變形的濾餅為可壓縮濾餅。 在某些過(guò)濾過(guò)程中為了除去濾餅里存留的濾液，或者為了回收濾餅中存留的濾液，在過(guò)濾終了時(shí)，需要對(duì)濾餅進(jìn)行洗滌。如果濾液為水溶液，一般就用水洗滌。第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院22a 由流體與顆粒表面之間的摩擦所引起的-粘性摩

13、擦阻力 b 流體流動(dòng)過(guò)程中，因孔道截面的突然擴(kuò)大和收縮以及流體對(duì)顆粒的撞擊而產(chǎn)生的-形體阻力。 8 過(guò)濾過(guò)程流動(dòng)的特點(diǎn)過(guò)濾過(guò)程流動(dòng)的特點(diǎn)v 流體在固定床中同一截面上的流速分布很不均勻流體在固定床中同一截面上的流速分布很不均勻v 產(chǎn)生壓降的主要原因：產(chǎn)生壓降的主要原因：:dVdquAddVqA過(guò)濾速率通過(guò)單位過(guò)濾面積的濾液總量。 u L 設(shè)過(guò)濾面積為A,在過(guò)濾時(shí)間內(nèi)所獲得的濾液量為V9 過(guò)濾速率過(guò)濾速率第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院23分類過(guò)濾是化工、輕工、食品、制藥和粉體材料等許多生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的單元操作之一，既有各種不同類型的系列化、大型化、通用

14、化的過(guò)濾設(shè)備載于手冊(cè)與樣本之中，更有許多結(jié)構(gòu)新穎的過(guò)濾裝置隨過(guò)程工業(yè)的發(fā)展而不斷問(wèn)世第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院24濾框、濾板濾框、濾板 非非洗洗板板洗洗板板結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：一個(gè)操作循環(huán)：一個(gè)操作循環(huán)：過(guò)濾、洗滌、卸渣、整理重裝過(guò)濾、洗滌、卸渣、整理重裝 10 60塊不等，塊不等，過(guò)濾面積約為過(guò)濾面積約為2 80m2 屬間歇式屬間歇式特點(diǎn)：特點(diǎn)：第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院25洗滌操作：洗滌液由洗滌板上的通道進(jìn)入其兩側(cè)與濾布形成的凹凸空間，穿過(guò)濾布、濾餅和濾框另一側(cè)的濾布后排出。洗滌液的行程（包括濾餅和濾布）約為過(guò)

15、濾終了時(shí)濾液行程的2倍，而流通面積卻為其1/2，故洗滌速率約為過(guò)濾終了速率的1/4。洗洗板板板框壓濾機(jī)板框壓濾機(jī)框框非非洗洗板板洗洗板板濾液流出濾液流出懸懸浮浮液液入入口口洗滌液流出洗滌液流出洗洗滌滌液液入入口口過(guò)濾操作：過(guò)濾階段懸浮液從通道進(jìn)入濾框，濾液在壓力下穿過(guò)濾框兩邊的濾布、沿濾布與濾板凹凸表面之間形成的溝道流下，既可單獨(dú)由每塊濾板上設(shè)置的出液旋塞排出，稱為明流式；也可匯總后排出，稱為暗流式。第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院26濾板和濾框可為鑄鐵、碳鋼、不銹鋼、塑料及木材等，聚乙烯和聚丙烯是目前較為廣泛使用的材料。常用規(guī)格的板框其厚度為2560mm

16、,邊框長(zhǎng)為0.22.0m，框數(shù)由生產(chǎn)所需定，由數(shù)個(gè)至上百個(gè)不等。板 框 壓 濾 機(jī) 的 操 作 壓 強(qiáng) 一 般 在0.31.0MPa之間。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，過(guò)濾面積大并可承受較高壓差。缺點(diǎn)：間歇式操作，所需裝、折、清洗時(shí)間較長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率較低。板框式壓濾機(jī)主要用于含固量較多的懸浮液過(guò)濾。 濾液料漿清洗水洗滌液開(kāi)啟關(guān)閉閥門(mén)漿料清洗水第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院27嵌入式濾布的濾板XASL /630-UB系列XAZ /2000-UB系列XAZ /800-UB系第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院28結(jié)構(gòu)與原理

17、：由起過(guò)濾作用的濾葉和起密閉作用的筒體構(gòu)成，操作為間歇式。濾葉有圓形和矩形等多種形式，由金屬絲網(wǎng)組成的框架上覆以濾布構(gòu)成，使用時(shí)可將多塊平行排列的濾葉組裝成一體插入箱體內(nèi)。濾液淤泥濾漿123 濾漿 濾液 濾葉的構(gòu)造第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院29操作：懸浮液被加壓送入或借真空泵進(jìn)行抽吸，濾液穿過(guò)濾布進(jìn)入絲網(wǎng)構(gòu)成的中空部分并匯集于下部總管流出，顆粒則沉積在濾布上形成濾餅，當(dāng)濾餅達(dá)到一定厚度時(shí)停止過(guò)濾。視懸浮液的性質(zhì)和操作壓強(qiáng)的大小，濾餅厚度通常在535mm之間。優(yōu)點(diǎn)：過(guò)濾面積大，設(shè)備緊湊，密閉操作，勞動(dòng)條件較好。不必每次循環(huán)裝卸濾布，勞動(dòng)強(qiáng)度也大大降低。

18、缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價(jià)較高。 過(guò)濾結(jié)束后，根據(jù)要求可通入洗滌液對(duì)濾餅進(jìn)行洗滌，洗滌液的行程和流通面積與過(guò)濾終了時(shí)濾液的行程和流通面積相同，在洗滌液與濾液的性質(zhì)接近的情況下，洗滌速率約為過(guò)濾終了時(shí)速率。可用振動(dòng)或壓縮空氣及清水等反吹卸濾渣。 第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院30SYB系列水平葉片過(guò)濾機(jī)WYB系列臥式葉片過(guò)濾機(jī)第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院31結(jié)構(gòu)與原理：轉(zhuǎn)筒的多孔表面上覆蓋濾布，內(nèi)部分隔成互不相通的若干扇形過(guò)濾室。轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)與機(jī)架上的固定盤(pán)緊密貼合構(gòu)成分配頭，轉(zhuǎn)筒回轉(zhuǎn)時(shí)各過(guò)濾室通過(guò)分配頭依次與真空抽濾系統(tǒng)

19、、洗水抽吸回收系統(tǒng)和壓縮空氣反吹系統(tǒng)相通。為了不使這些系統(tǒng)彼此串通，在固定盤(pán)上設(shè)有不與任何通道相通的非開(kāi)孔區(qū)。連續(xù)操作。1轉(zhuǎn)筒；2濾餅；3割刀；4分配頭 5吸走濾液的真空凹槽；6吸走洗水的真空凹槽；7通入壓縮空氣的凹槽；I過(guò)濾區(qū)；II洗滌脫水區(qū)；III卸渣區(qū) 5671234IIIIIIa.轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)b.固定盤(pán)第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院32過(guò)濾操作：轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)一周，每一個(gè)扇形過(guò)濾室依次完成真空過(guò)濾、洗滌、脫水、吸干濾餅和壓縮空氣吹松、刮刀卸料、反吹清洗表面等全部操作，相應(yīng)分為過(guò)濾區(qū)、洗滌脫水區(qū)、卸料區(qū)和表面再生區(qū)等幾個(gè)不同的工作區(qū)域。轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速多在0.13 r

20、/min，浸入懸浮液中的吸濾面積約占總表面的3040%。濾餅厚度范圍大約340mm。優(yōu)點(diǎn)：連續(xù)進(jìn)料，操作自動(dòng)化，便于在轉(zhuǎn)鼓表面預(yù)涂助濾劑后用于黏、細(xì)物料的過(guò)濾。缺點(diǎn)：過(guò)濾推動(dòng)力有限，濾餅含液量較大，常達(dá)30%。 回轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)上的轉(zhuǎn)筒過(guò)濾區(qū)過(guò)濾區(qū)洗滌區(qū)洗滌區(qū)吹干區(qū)吹干區(qū)卸渣區(qū)卸渣區(qū)第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院33結(jié)構(gòu)與原理：沿園周分布排列的若干個(gè)扇形過(guò)濾盤(pán)，各通過(guò)徑向管道與中心分配頭的轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)相連。扇形過(guò)濾盤(pán)的多孔底板上敷設(shè)濾布作為過(guò)濾介質(zhì)。各扇形盤(pán)回轉(zhuǎn)到不同的圓周位置時(shí)，借助于分配頭依次進(jìn)行真空抽濾、洗滌、脫水、翻盤(pán)(吹氣)卸渣和濾布清洗等全部操作。濾

21、餅洗滌濾漿加入濾布干燥濾布洗凈濾餅卸下濾餅脫水洗水稀洗液濾餅脫水濾餅脫水濃洗液未稀釋的 母液空氣吹入真空分配器第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院34第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院35DU 膠帶真空水平過(guò)濾機(jī)工作原理第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院36結(jié)構(gòu)與原理：在高速旋轉(zhuǎn)的多孔轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁敷設(shè)濾布。懸浮液中的液體在慣性離心力的作用下穿過(guò)顆粒層和濾布流到轉(zhuǎn)鼓外部空間。 推動(dòng)力：設(shè)液層以與轉(zhuǎn)鼓相同的半徑 r 和角速度 勻速旋轉(zhuǎn)，則液體中會(huì)產(chǎn)生沿半徑向外的離心加速度 r2。分離因素：同一質(zhì)量

22、的流體所受的離心力與重力之比222Tmrrumggrg分離因素與轉(zhuǎn)鼓半徑和轉(zhuǎn)速的平方成正比，通常可達(dá)數(shù)百、數(shù)千，超高速離心機(jī)甚至可達(dá)5萬(wàn)以上。無(wú)論是過(guò)濾速度還是分離程度都比其它過(guò)濾方式大得多，因此濾餅含液量少得多。 第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院37臥式刮刀離心機(jī)三足刮刀下離心機(jī)臥式活塞推料離心機(jī)三足式離心機(jī)第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院381 過(guò)濾過(guò)程的物料衡算過(guò)濾過(guò)程的物料衡算 ：質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)（kg固體固體/kg懸浮液）懸浮液）體積分?jǐn)?shù)體積分?jǐn)?shù)(m3固體固體/m3懸浮液懸浮液)密度。分別為固體顆粒和濾液、P

23、PP)1 (/4.5.1 過(guò)濾過(guò)程的數(shù)學(xué)描述過(guò)濾過(guò)程的數(shù)學(xué)描述 第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院39(1)VVLAVLA懸懸tAVuddVqA1Lq u L 1Lq懸浮液中顆粒的體積分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)小于濾餅的孔隙率第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院40過(guò)濾過(guò)程中，濾液通過(guò)濾布和濾餅的流速較低，其流動(dòng)一般處于層流狀態(tài)，在康采尼公式適用的低雷諾數(shù)范圍。2 2 過(guò)濾速率過(guò)濾速率 3221(1)dVdquAddaKL223(1) aKuL3221(1)uL Ka1Lq23(1)K ar令32(1)dVdqAddKadqdrq推動(dòng)力阻力第4

24、章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院41濾液通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)的阻力可視為通過(guò)單位過(guò)濾面積獲得某當(dāng)量濾液量qe所形成的虛擬濾餅層的阻力。1212edqdqdrqdrq設(shè)和分別是濾餅和過(guò)濾介質(zhì)兩側(cè)壓降濾液通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)的阻力12()()eedqdrqqrqq 第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院422Kr令22()edVKAdVV2()edqKdqq第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院434.5.2 間歇過(guò)濾的濾液量與過(guò)濾時(shí)間間歇過(guò)濾的濾液量與過(guò)濾時(shí)間 過(guò)濾操作方式過(guò)濾操作方式 第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)

25、2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院441 恒壓過(guò)濾 懸浮液一定，壓差恒定，K為常數(shù)，且過(guò)濾開(kāi)始即為恒壓操作。00()2qeKqq dqd若介質(zhì)阻力可忽略不計(jì)，則可簡(jiǎn)化為：222KAVKq或2()edqKdqq22eqqqK222eVVVKA或恒壓過(guò)濾方程第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院4511()2qeqtKqq dqd22111()2()()eqqq qqK222111()2()()eVVV VVKA或第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院462 恒速過(guò)濾2()edqKqdqq常數(shù)22eKqqq222eKVVVA或

26、第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院473 過(guò)濾常數(shù)的計(jì)算測(cè)定過(guò)濾常數(shù)一般在恒壓下進(jìn)行2212eeqqqKqqqKK 在恒壓過(guò)濾時(shí),/q與q呈直線關(guān)系，直線的斜 率為1/K，截距為 2qe/K。由此可知，只要測(cè)出不同過(guò)濾時(shí)間時(shí)單位過(guò)濾面積所得的濾液量，即可由上式求得K和qe。)(2)(11111qqKqqKqqe 1500 1000 q 500 0 0 0.025 0.05 0.075q斜率1/K/qq 圖截 距 2 qe/K如果恒壓過(guò)濾時(shí)間從 1、已經(jīng)得到濾液量q1開(kāi)始22111()2()()eqqq qqK1111111111()()2()()(2)()(

27、22)eeeqqqqq qqqqqqqqqqqqqqq第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院4.3洗滌速率與洗滌時(shí)間洗滌速率與洗滌時(shí)間 洗滌的目的：洗滌的目的：回收滯留在顆?？p隙間的濾液，凈化濾餅顆粒，在過(guò)濾終了時(shí)，需要對(duì)濾餅進(jìn)行洗滌。如濾液為水溶液，一般就用水洗滌。 洗滌過(guò)程計(jì)算的內(nèi)容：洗滌過(guò)程計(jì)算的內(nèi)容：確定使用一定量洗滌液時(shí)所需要的洗滌時(shí)間。為此需要確定洗滌速率。 洗滌速度是單位時(shí)間通過(guò)單位面積的洗滌液量。 洗滌液用量取決于對(duì)濾渣的質(zhì)量要求或?yàn)V液的回收要求。由于在洗滌過(guò)程中，濾餅的厚度不再增加，所以洗滌速率基本上為常數(shù)，其大小與洗滌液的性

28、質(zhì)及洗滌方法有關(guān)，后者又與所用的過(guò)濾設(shè)備結(jié)構(gòu)有關(guān)。第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院491 葉濾機(jī)：置換洗滌法 特點(diǎn)：洗滌液流經(jīng)濾餅通道與過(guò)濾終了時(shí)濾液通道相同 ()()()WWWeWWWdqdrqqqdqd 洗滌速率洗滌時(shí)間 濾漿 濾液 濾葉的構(gòu)造22()2()2()()WWWeWeWWWdVdVKAddVVVVV VdVKAd 當(dāng)有第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院50 特點(diǎn)：過(guò)濾終了，濾液通過(guò)濾餅層的厚度為框厚的一半，過(guò)濾面積為全部濾框面積的2倍。 洗滌時(shí)，洗滌液將通過(guò)兩倍于過(guò)濾終了時(shí)濾液的途徑。洗滌面積為過(guò)濾面積的

29、一半221()48()8()()WWWeWeWWWdVdVKAddVVVVV VdVKAd 當(dāng)過(guò)濾L洗滌L()()()WWWeWWWdqdrqqqdqd 洗滌速率洗滌時(shí)間第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院514.5.4 間歇過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力間歇過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力 過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力可用單位時(shí)間內(nèi)所得的濾液量或?yàn)V渣量表示。 操作周期= + W + D 生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力Q=V/Q=V/ :單位時(shí)間得到的濾液量。 過(guò)濾時(shí)間的相對(duì)長(zhǎng)短，直接影響過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力 若一個(gè)操作周期中過(guò)濾時(shí)間短，則形成的濾餅薄，過(guò)濾速率大，但非過(guò)濾時(shí)間所占的比例相對(duì)較大，生產(chǎn)能力不一定就大。相

30、反，過(guò)濾時(shí)間長(zhǎng)，形成的濾餅則厚，過(guò)濾速率小，生產(chǎn)能力也可能小。第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院524.5.5 回轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力回轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力該過(guò)濾機(jī)特點(diǎn)：過(guò)濾、脫水、洗滌、卸料等操作在轉(zhuǎn)筒的不同區(qū)段中同時(shí)進(jìn)行，在一個(gè)周期中，只有部分時(shí)間進(jìn)行過(guò)濾操作。轉(zhuǎn)筒表面浸入濾漿中的分?jǐn)?shù)稱為浸沒(méi)度，以表示，=浸沒(méi)角度/360。在一個(gè)操作周期內(nèi)，整個(gè)轉(zhuǎn)筒表面上任何一小塊過(guò)濾面積所經(jīng)歷的過(guò)濾時(shí)間為：= /n 轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速n:r/snKAQVVKAnVnnqAQqqKVeeeee2222,0,)(:有當(dāng)濾布阻力可略生產(chǎn)能力體積轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)一周所得的濾液第4章 流體通過(guò)

31、顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院53改善濾餅結(jié)構(gòu) 助濾劑如硅藻土改變懸浮液中的顆粒聚集狀態(tài) 加入聚合電解質(zhì)如明礬等絮凝劑 加入硫酸鋁無(wú)機(jī)電解質(zhì)動(dòng)態(tài)過(guò)濾 人為干擾限制濾餅增長(zhǎng) 動(dòng)態(tài)過(guò)濾機(jī)第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院541. 用一板框過(guò)濾機(jī)，對(duì)某種懸浮液進(jìn)行恒壓過(guò)濾，過(guò)濾時(shí)間為20min,得到濾液20m3, 濾餅不洗滌，拆裝時(shí)間為15min,濾餅不可壓縮，介質(zhì)阻力可忽略不計(jì)。試求該機(jī)的生產(chǎn)能力，以m3(濾液)/h表示之。如果將該機(jī)的過(guò)濾壓力增加20%，拆裝時(shí)間不變，試求該機(jī)的生產(chǎn)能力為多少m3(濾液)/h？ 22260,400/(1/

32、3)1200/eqVKAKAmh1.21.2KPPPKK，32037.89()/0.277800.25Qmh濾液 過(guò)濾壓力增加20%，過(guò)濾面積、濾液量不變 WDVQ生產(chǎn)能力 221.2 12004000.2778VK Ah32034.3()/11034mh濾液第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院55. . 2. 板框過(guò)濾機(jī)恒壓過(guò)濾某懸浮液，一個(gè)操作周期的濾液板框過(guò)濾機(jī)恒壓過(guò)濾某懸浮液，一個(gè)操作周期的濾液6m3，其中過(guò)其中過(guò)濾需時(shí)濾需時(shí)30min，洗滌及拆裝等共用去洗滌及拆裝等共用去40min，設(shè)濾餅不可壓縮，介質(zhì)阻力設(shè)濾餅不可壓縮，介質(zhì)阻力忽略不計(jì)。試求：忽略

33、不計(jì)。試求：（1） 該機(jī)的生產(chǎn)能力；該機(jī)的生產(chǎn)能力；（2） 僅將操作壓力加倍，而過(guò)濾時(shí)間、輔助時(shí)間等其他條件都不變，該僅將操作壓力加倍，而過(guò)濾時(shí)間、輔助時(shí)間等其他條件都不變，該機(jī)生產(chǎn)能力將提高多少？機(jī)生產(chǎn)能力將提高多少？（3） 若改用真空轉(zhuǎn)筒過(guò)濾機(jī)，該機(jī)旋轉(zhuǎn)一周可得若改用真空轉(zhuǎn)筒過(guò)濾機(jī)，該機(jī)旋轉(zhuǎn)一周可得0.0428m3濾液，該機(jī)轉(zhuǎn)濾液，該機(jī)轉(zhuǎn)速為多少方能維持生產(chǎn)能力與（速為多少方能維持生產(chǎn)能力與（1）相同？）相同？解（1）= 30/60 h ，W+D= 40/60 h ，V = 6m3 Q = V /（+W+D）= 660/（30+40）= 5.14 m3/h第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)202

34、2-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院56（3）設(shè)轉(zhuǎn)速為）設(shè)轉(zhuǎn)速為n（r/min），生產(chǎn)能力為），生產(chǎn)能力為Q則有：則有：Q= 0.042860n = 5.14故：故： n = 5.14/（0.042860） = 2 r/min（2） K p ，V2Kp (V2/V1)2= 2 ，V2 = V121/2 = 621/2 = 8.49 m3生產(chǎn)能力提高：（生產(chǎn)能力提高：（8.49-6）/6 = 41.5%222KAVKq或第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院5711 11 3. 固相固相3%（體）的某種懸浮液，用一小型板框過(guò)濾機(jī)進(jìn)（體）的某種懸浮液，用一小型板框過(guò)

35、濾機(jī)進(jìn)行恒壓過(guò)濾，濾框尺寸為行恒壓過(guò)濾，濾框尺寸為200mm200mm20mm，總框數(shù)為總框數(shù)為10個(gè)，濾渣充滿濾框所需時(shí)間為個(gè)，濾渣充滿濾框所需時(shí)間為2h。已知濾餅中固相體積分已知濾餅中固相體積分率為率為60%，濾餅不可壓縮，過(guò)濾介質(zhì)阻力可忽略不計(jì)。若洗水，濾餅不可壓縮，過(guò)濾介質(zhì)阻力可忽略不計(jì)。若洗水粘度、洗滌壓差分別與濾液的粘度、過(guò)濾壓強(qiáng)差相同，洗水體粘度、洗滌壓差分別與濾液的粘度、過(guò)濾壓強(qiáng)差相同，洗水體積為濾液體積的積為濾液體積的10%，每次卸渣、清理、裝盒等輔助操作時(shí)間，每次卸渣、清理、裝盒等輔助操作時(shí)間的總和為的總和為0.5h。試計(jì)算：試計(jì)算： （1） 過(guò)濾常數(shù)過(guò)濾常數(shù)K； （2）過(guò)

36、濾機(jī)的生產(chǎn)能力）過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力Q（m3濾液濾液/h）。）。 第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院580.030.05310.60.03LAV222KAVKq或1Lq20.2 0.2 10 20.8Am過(guò)濾面積30.02 0.2 0.2 100.008LAm濾餅體積30.15LAVmLAV濾液體積22222220.150.017580.82VKAVmKhA介質(zhì)阻力忽略不計(jì)，（1） 過(guò)濾常數(shù)過(guò)濾常數(shù)K第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院5922230.01758 0.80.03752()22 0.15edVKAKAmhdVVV3

37、31()9.38 104WdVdVmhdd1.6()WWWVhdVd30.150.03662 1.60.5WDVmQh濾液生產(chǎn)能力（2）過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力）過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力Q（m3濾液濾液/h） WDVQ()WWWVdVd第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院60 4. 擬在9.81103Pa的恒定壓強(qiáng)差下過(guò)濾某懸浮液。已知該懸浮液由直徑為0.1mm的球形顆粒狀物質(zhì)懸浮于水中組成，固體顆粒的體積分?jǐn)?shù)為0.333，過(guò)濾時(shí)形成不可壓縮濾餅，其空隙率為60%，水的粘度為1.010Pas，過(guò)濾介質(zhì)阻力可以忽略。試求：1）每平方米過(guò)濾面積上獲得1.5m3濾液所需的過(guò)濾時(shí)間；2）若將此過(guò)濾時(shí)間延長(zhǎng)一倍，可再得濾液多少？ 第4章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)2022-5-30西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院612Kr242333666 10/0.1 106dammdd22410235 6 101 0.61.333 100.6rm 33231 029 .8 11 04 .4 21 0/1 .01 01