化工原理第三章 非均相系分離

1、第三章第三章 非均相系的分離非均相系的分離(fnl)精品資料混合物混合物 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)均勻而且物系內(nèi)部各處物料性質(zhì)均勻而且(r qi)不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)部物系內(nèi)部(nib)有隔開兩相的界面存在有隔開兩相的界面存在且界面兩側(cè)的物料性質(zhì)截然不同的混合且界面兩側(cè)的物料性質(zhì)截然不同的混合物。物。例如例如氣氣-固混合（固混合（含塵氣體）含塵氣體）固固-液混合（懸浮液）液混合（懸浮液） 液液-液混合（液混合（乳濁液）乳濁液） 氣氣-液混合（液混合（含霧氣體）含霧氣體）一

2、、概述一、概述固固-固混合固混合（固體顆粒間以氣體分隔）（固體顆粒間以氣體分隔）精品資料分離分離(fnl)機(jī)械機(jī)械分離分離 沉降沉降(chnjing) 過濾過濾 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(duì)運(yùn)動(dòng)的方式發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式 分散相和連續(xù)相分散相和連續(xù)相 精品資料一、一、 沉降沉降(chnjing)分離原理及分離原理及設(shè)備設(shè)備一、固體顆粒(kl)相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng) 顆粒的特性顆粒的大小和形狀球形顆粒球形顆粒 非非球形顆粒球形顆粒 dVS62dS36peVdSVada66psSS36dV球形度當(dāng)量直徑精品資料二、阻力(zl)系數(shù)繞流，形成(xngchng)邊界層顆粒

3、與流體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)阻力（曳力）Fd：當(dāng)流體與顆粒發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體粘性會(huì)對(duì)顆粒產(chǎn) 生一個(gè)阻礙其相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力。精品資料ss,Re,duff22uAFdA：顆粒在垂直于運(yùn)動(dòng)方向上的投影(tuyng)面積u：顆粒(kl)與流體的相對(duì)速度：流體密度 ：曳力系數(shù)，無因次系數(shù)，量綱為一關(guān)于顆粒的曳力系數(shù)，P134圖3-2，重點(diǎn)討論球形顆粒Ref精品資料對(duì)于球形顆粒的曲線，按對(duì)于球形顆粒的曲線，按Ret值大致值大致(dzh)分為三個(gè)區(qū)：分為三個(gè)區(qū)： Re24斯托克斯公式斯托克斯公式(gngsh)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）Re10b) 過渡區(qū)或艾倫

4、定律區(qū)（過渡區(qū)或艾倫定律區(qū)（Allen）（）（2Ret500） 44.0 c) 湍流區(qū)或牛頓定律區(qū)（湍流區(qū)或牛頓定律區(qū)（Nuton）（）（500Ret 2105） 艾倫公式艾倫公式 牛頓公式牛頓公式 精品資料其中(qzhng)斯托克斯區(qū)的計(jì)算是準(zhǔn)確的，其他兩個(gè)區(qū)是近似。精品資料單個(gè)顆粒在流體中沉降，或顆粒群在流體中分散的較好而單個(gè)顆粒在流體中沉降，或顆粒群在流體中分散的較好而顆粒之間不接觸、不碰撞，互不干擾的條件下沉降，稱為顆粒之間不接觸、不碰撞，互不干擾的條件下沉降，稱為(chn wi)自由沉降。自由沉降。一、球形顆粒一、球形顆粒(kl)的自由沉降的自由沉降球體表面剛性光滑球體表面剛性光滑流

5、體靜止流體靜止顆粒密度大于流體密度顆粒密度大于流體密度第二節(jié)第二節(jié) 重力沉降重力沉降精品資料設(shè)顆粒的密度設(shè)顆粒的密度(md)為為s，直徑為，直徑為d，流體的密度，流體的密度(md)為為， 重力重力 gdFsg36浮力浮力 gdFb36而阻力隨著顆粒與流體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而阻力隨著顆粒與流體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(xin du yn dn)速速度而變，可仿照流體流動(dòng)阻力的計(jì)算式寫為度而變，可仿照流體流動(dòng)阻力的計(jì)算式寫為 ：242222uduAFdmaFFFdbg根據(jù)牛頓第二定律根據(jù)牛頓第二定律 ：精品資料ddududgdgdss3223362466(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，

6、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(shí)，時(shí)，a=0 ，顆粒開始勻速運(yùn)動(dòng)，顆粒開始勻速運(yùn)動(dòng)(yndng)等速階段中顆粒相對(duì)與流體的運(yùn)動(dòng)等速階段中顆粒相對(duì)與流體的運(yùn)動(dòng)(yndng)速度速度ut 稱為沉降速度。稱為沉降速度。當(dāng)當(dāng)a=0時(shí)，時(shí)，u=ut，代入（，代入（a）式）式024662233tsudgdgd 3)(4stdgu沉降速度表達(dá)式沉降速度表達(dá)式2sss43-udgddu(b)精品資料對(duì)于球形顆粒，根據(jù)對(duì)于球形顆粒，根據(jù)(gnj)曳力曲線按雷諾數(shù)值大致分成三個(gè)曳力曲線按雷諾數(shù)值大致分成三個(gè)區(qū)：區(qū)： Re24182stdua) 滯流區(qū)或

7、托斯克斯滯流區(qū)或托斯克斯(stokes)定律定律(dngl)區(qū)（區(qū)（10 4Ret2）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） Re10dgust322225)(4 c) 湍流區(qū)或牛頓定律區(qū)（湍流區(qū)或牛頓定律區(qū)（Nuton）（）（500Ret 2105） 44.0gdust74. 1精品資料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積濃度小于0.2%時(shí)，理論計(jì)算值的偏差在時(shí)，理論計(jì)算值的偏差在1%以內(nèi)，但以內(nèi)，但當(dāng)顆粒濃

8、度較高時(shí)，由于顆粒間相互作用明顯，便發(fā)當(dāng)顆粒濃度較高時(shí)，由于顆粒間相互作用明顯，便發(fā)生干擾沉降，自由沉降的公式不再適用。生干擾沉降，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(shí)，（例如在當(dāng)器壁尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于顆粒尺寸時(shí)，（例如在100倍以倍以上）容器上）容器(rngq)效應(yīng)可忽略，否則需加以考慮。效應(yīng)可忽略，否則需加以考慮。 Dduutt1 . 21精品資料3）顆粒）顆粒(kl)形狀的影響形狀的影響 psSS球形度球形度對(duì)于對(duì)于(duy)球形顆粒，球形顆粒，s=1，顆粒形狀與球形的差異愈大，顆粒形狀與球形的差異愈大，球形度球形度s值愈低。值愈低。對(duì)于對(duì)于(duy)非

9、球形顆粒，雷諾準(zhǔn)數(shù)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代替代替 。peVd3636PeVd4）顆粒尺寸的影響）顆粒尺寸的影響 當(dāng)顆粒非常細(xì)，當(dāng)顆粒非常細(xì)，d510-7m時(shí)，沉降公式不適用，此時(shí)布朗運(yùn)動(dòng)時(shí)，沉降公式不適用，此時(shí)布朗運(yùn)動(dòng)不能忽略。不能忽略。精品資料顆粒顆粒(kl)的球形度愈小，對(duì)應(yīng)于同一的球形度愈小，對(duì)應(yīng)于同一Ret值的阻力系數(shù)值的阻力系數(shù)愈大愈大但但s值對(duì)值對(duì)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，這種影響的增大，這種影響變大。變大。精品資料4、沉降速度的計(jì)算、沉降速度的計(jì)算(j sun) 假設(shè)沉降假設(shè)沉降(chnj

10、ing)屬于層流區(qū)屬于層流區(qū) 方法：方法：182stduut dutReRet 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 （自己課下看）（自己課下看）utsRe,fduRe1）試差法）試差法 精品資料例：試計(jì)算直徑為例：試計(jì)算直徑為80m，密度為，密度為1995kg/m3的固體顆粒分別的固體顆粒分別在在20的空氣的空氣(kngq)和水中的自由沉降速度。和水中的自由沉降速度。 182gdust 附錄附錄(fl)查得，查得，20時(shí)水的密度為時(shí)水的密度為998.2kg/m3,=1.00510-3Pa.s解：解：1）在）在

11、20水中的沉降。水中的沉降。用試差法計(jì)算用試差法計(jì)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 ，精品資料32610005. 11881. 92 .99819951080tusm/1048. 33核算核算(h sun)流型流型 ttduRe33610005. 12 .9981048. 310802779. 012） 20的空氣的空氣(kngq)中的沉降速度中的沉降速度20空氣空氣(kngq)：=205 kg/m3，=8110-5 Pa.s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。精品資料先假設(shè)顆粒在滯流區(qū)內(nèi)先假設(shè)顆粒在滯流區(qū)內(nèi)(q ni)沉降沉降 ，38

12、5. 0182gdust核算核算(h sun)流型流型 105. 21081. 12 .998385. 0108056ttduRe滯留區(qū)不正確滯留區(qū)不正確 ，再假設(shè)過渡區(qū)，再假設(shè)過渡區(qū)6 . 06 . 0)(269. 0Re269. 0tsstdugdtgdu精品資料14. 14454. 07 . 0tu2 . 18 . 92 . 11995108)1081. 12 . 1108(269. 053 . 055ttuu1026. 2tetduR流體在過渡(gud)區(qū)沉降正確，3804. 0tu3804. 0tu精品資料二 重力(zhngl)沉降分離設(shè)備1降塵(jingchn)室 q精品資料顆粒的

13、沉降運(yùn)動(dòng)(yndng)&隨氣體運(yùn)動(dòng)(yndng)沉降運(yùn)動(dòng)時(shí)間氣體(qt)停留時(shí)間分離停留時(shí)間沉降時(shí)間ulttuHt若則表明，該顆粒能在降塵室中除去。則表明，該顆粒能在降塵室中除去。ttuHttuHtuHul精品資料降塵室的生產(chǎn)能力降塵室的生產(chǎn)能力 降塵室的生產(chǎn)能力是指降塵室所處理降塵室的生產(chǎn)能力是指降塵室所處理(chl)的含塵氣的含塵氣體的體積流量，用體的體積流量，用q表示，表示，m3/s。uHBq HBqu tBluq 條件能使顆粒被分離出來的因此，能滿足因此，能滿足100%除去某粒度顆粒除去某粒度顆粒(kl)時(shí)的氣體處理時(shí)的氣體處理量量ttuBluqAtuHul帶入帶入精品資料 可

14、見可見(kjin)：降塵室生產(chǎn)能力與底面積、沉降速度有關(guān)，：降塵室生產(chǎn)能力與底面積、沉降速度有關(guān)，而與降塵室高度無關(guān)，因此降塵室要做成扁平的而與降塵室高度無關(guān)，因此降塵室要做成扁平的ttuBluqAtlunB) 1(qn 層隔板的多層降塵層隔板的多層降塵(jingchn)室生產(chǎn)能室生產(chǎn)能力：力：精品資料精品資料 例：擬采用降塵例：擬采用降塵(jingchn)室除去室除去20oC空氣中所含的球形空氣中所含的球形塵粒。空氣的流量為塵粒?？諝獾牧髁繛?m3 /s，降塵，降塵(jingchn)室的底面積為室的底面積為10m2，寬和高均為，寬和高均為2m，已知固體密度，已知固體密度S=1800kg/m3

15、，試求：，試求：1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；2在原降塵在原降塵(jingchn)室內(nèi)設(shè)置室內(nèi)設(shè)置20層水平隔板后，可分離的最層水平隔板后，可分離的最小顆粒小顆粒直徑。直徑。3）降塵）降塵(jingchn)室的計(jì)算室的計(jì)算 解：解： 1）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 Blqutsm/1 . 0101精品資料用試差法由用試差法由ut求求dmin。假設(shè)假設(shè)(jish)沉降在斯托克斯區(qū)沉降在斯托克斯區(qū) gudst18min8 . 91.205-18001 . 0101.81185m43104.35m核算核算(h sun)沉

16、降流型沉降流型 10.286101.811.2050.1104.3Re55ttdu原假設(shè)正確原假設(shè)正確精品資料2）加了）加了20層隔板層隔板( bn)后后18Bl1nBlu1nq2tgds）（）（顆粒已經(jīng)核算顆粒已經(jīng)核算(h sun)為做層流運(yùn)動(dòng)為做層流運(yùn)動(dòng)5-2min101.81189.81.205-1800101201d）（mmd9.4109.4-6min在原降塵室內(nèi)設(shè)置在原降塵室內(nèi)設(shè)置20層水平隔板后，可分離的最小顆粒層水平隔板后，可分離的最小顆粒直徑為直徑為m9.4精品資料降塵降塵(jingchn)室室結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(jigu)(jigu)簡單，但設(shè)備龐大、效率低，簡單，但設(shè)備龐大、效率低，

17、只適用于分離粗顆粒只適用于分離粗顆粒-直徑直徑7575m m以上的顆粒，以上的顆粒，或作為預(yù)分離設(shè)備?；蜃鳛轭A(yù)分離設(shè)備。注意：降塵室內(nèi)氣體流速不應(yīng)過高，以免將已沉降注意：降塵室內(nèi)氣體流速不應(yīng)過高，以免將已沉降下來的顆粒重新?lián)P起。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，多數(shù)灰塵的分離下來的顆粒重新?lián)P起。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，多數(shù)灰塵的分離，可取，可取u3m/su3m/s，較易揚(yáng)起灰塵的，可取，較易揚(yáng)起灰塵的，可取u1.5m/su1.5m/s。精品資料 加料加料清液溢流清液溢流水平水平清液清液擋板擋板 耙耙 稠漿稠漿 連續(xù)式沉降槽2. 2. 增稠器（沉降增稠器（沉降(chnjing)(chnjing)槽）槽）精品資料精品資料離心離心(lx

18、n)沉降：沉降： 依靠慣性離心力的作用而實(shí)現(xiàn)的沉降過程依靠慣性離心力的作用而實(shí)現(xiàn)的沉降過程(guchng) 適于分離兩相密度差較小，顆粒粒度較細(xì)的非適于分離兩相密度差較小，顆粒粒度較細(xì)的非均相物系。均相物系。 慣性離心力場(chǎng)與重力場(chǎng)的區(qū)別慣性離心力場(chǎng)與重力場(chǎng)的區(qū)別 重力場(chǎng)重力場(chǎng)離心力場(chǎng)離心力場(chǎng)力場(chǎng)強(qiáng)度力場(chǎng)強(qiáng)度重力加速度重力加速度guT2/R （可變）（可變）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 RumFTC2作用力作用力 第三節(jié)第三節(jié) 離心沉降離心沉降RumFTC2精品資料1、離心、離心(lxn)沉降速度沉降速度ur慣性慣性(gunxng)離心力

19、離心力=RudTs236向心力向心力=RudT236阻力阻力= 2422rud三力達(dá)到平衡，則：三力達(dá)到平衡，則：RudTs236RudT23602422rud精品資料 平衡平衡(pnghng)時(shí)顆粒在徑向上相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度時(shí)顆粒在徑向上相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度ur便是便是此位置上的離心沉降速度。此位置上的離心沉降速度。RuduTsr3 42表達(dá)式：重力沉降速度公式中的重力加速度改為表達(dá)式：重力沉降速度公式中的重力加速度改為(i wi)離離心加速度心加速度數(shù)值：重力沉降速度基本上為定值數(shù)值：重力沉降速度基本上為定值 離心沉降速度為絕對(duì)速度在徑向上的分量，隨顆粒在離心沉降速度為絕對(duì)速度在徑向上的

20、分量，隨顆粒在 離心力場(chǎng)中的位置而變。離心力場(chǎng)中的位置而變。 182gdust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精品資料阻力阻力(zl)系數(shù)系數(shù) ：層流時(shí)：層流時(shí)tRe24RuduTsr2218 同一顆粒在同一種介質(zhì)中的離心同一顆粒在同一種介質(zhì)中的離心(lxn)沉降速度與重力沉降速度與重力沉降速度的比值為沉降速度的比值為 ：cTtrKgRuuu2 比值比值 K Kc c 就是粒子所在位置上的慣性離心力場(chǎng)強(qiáng)度與重力場(chǎng)強(qiáng)就是粒子所在位置上的慣性離心力場(chǎng)強(qiáng)度與重力場(chǎng)強(qiáng)度之比稱為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 R = 0.4m=

21、 0.4m，切向速度切向速度u uT T = 20m/s= 20m/s時(shí)，求分離時(shí)，求分離因數(shù)。因數(shù)。1022gRuKTc 一般離心設(shè)備一般離心設(shè)備 K Kc c 在在 5 52500 2500 之間，高速離心機(jī)之間，高速離心機(jī) Kc 可達(dá)幾可達(dá)幾萬數(shù)十萬。萬數(shù)十萬。精品資料2 2 旋風(fēng)分離器的工作旋風(fēng)分離器的工作(gngzu)(gngzu)原原理理旋風(fēng)旋風(fēng)(xunfng)分離器分離器旋液分離器、離心機(jī)旋液分離器、離心機(jī)氣固非均相混合物液固非均相混合物精品資料標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)旋風(fēng)分旋風(fēng)分離器離器h = D/2 B = D/4 D1 = D/2 H1 = 2D H2 = 2D S = D

22、/8 D2 = D/4 8.0精品資料精品資料 旋風(fēng)分離器性能的主要操作參數(shù)為臨界旋風(fēng)分離器性能的主要操作參數(shù)為臨界(ln ji)粒徑，粒徑，氣體通過旋風(fēng)分離器的壓強(qiáng)降。氣體通過旋風(fēng)分離器的壓強(qiáng)降。3 3 旋風(fēng)旋風(fēng)(xunfng)(xunfng)分離器的分離器的性能性能1）臨界粒徑）臨界粒徑 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顆粒理論上在旋風(fēng)分離器中能完全分離下來的最小顆粒直徑。直徑。 臨界粒徑的計(jì)算式臨界粒徑的計(jì)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(yùn)動(dòng)

23、，且進(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(yùn)動(dòng)，且切線速度恒定，等于進(jìn)口氣速切線速度恒定，等于進(jìn)口氣速uT=ui； 精品資料RuduTsr2218b) 顆粒沉降過程中所穿過的氣流顆粒沉降過程中所穿過的氣流(qli)厚度為進(jìn)氣口寬度厚度為進(jìn)氣口寬度Bc) 顆粒在滯流情況下做自由沉降，徑向速度可用下試表示顆粒在滯流情況下做自由沉降，徑向速度可用下試表示iscunbd3經(jīng)推導(dǎo)經(jīng)推導(dǎo)(tudo):臨界粒徑的表達(dá)式臨界粒徑的表達(dá)式 n數(shù)值一般取數(shù)值一般取0.5-3.0，標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器的，標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器的n為為5. 精品資料2) 壓強(qiáng)壓強(qiáng)(yqing)降降氣體通過旋風(fēng)分離器時(shí)，由于進(jìn)氣管、排氣管及主

24、體器壁所引起氣體通過旋風(fēng)分離器時(shí)，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(dòng)時(shí)的局部阻力以及氣體旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的動(dòng)能的摩擦阻力，氣體流動(dòng)時(shí)的局部阻力以及氣體旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的動(dòng)能損失損失(snsh)造成了氣體的壓強(qiáng)降，造成了氣體的壓強(qiáng)降， 為阻力系數(shù) 22iup 對(duì)型式不同或尺寸比例不同的設(shè)備對(duì)型式不同或尺寸比例不同的設(shè)備的值也不同，要通過實(shí)驗(yàn)的值也不同，要通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器測(cè)定，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器=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12kPa內(nèi)。內(nèi)。 HLdDbh230 精品資料 過濾操作所處理的懸浮液稱為濾漿或料漿過濾操作所處理的懸浮液稱為濾漿或料漿 所用

25、的多孔性介質(zhì)稱為過濾介質(zhì)所用的多孔性介質(zhì)稱為過濾介質(zhì) 通過過濾介質(zhì)的液體稱為濾液通過過濾介質(zhì)的液體稱為濾液 被截留下來的顆粒被截留下來的顆粒(kl)(kl)層稱為濾餅或?yàn)V渣層稱為濾餅或?yàn)V渣 懸浮液(濾漿)濾餅過濾介質(zhì)濾液過濾：以某種多孔物質(zhì)為介質(zhì)，在外力作用過濾：以某種多孔物質(zhì)為介質(zhì)，在外力作用(wi l zu yn)下，下，使懸浮液中的液體通過介質(zhì)的孔道，而使固體顆粒被截留在介使懸浮液中的液體通過介質(zhì)的孔道，而使固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而實(shí)現(xiàn)固、液分離的單元操作。質(zhì)上，從而實(shí)現(xiàn)固、液分離的單元操作。第四節(jié) 過濾精品資料一、 過濾(gul)方式過濾過濾(gul)(gul)操作分兩類：操作分兩

26、類： 固體顆粒呈餅層狀沉積于過濾介質(zhì)的上游一側(cè)。固體顆粒呈餅層狀沉積于過濾介質(zhì)的上游一側(cè)。適于處理固體含量較高適于處理固體含量較高( (固體體積分率在固體體積分率在1 1以上以上) )的的懸浮液。懸浮液。 真正發(fā)揮分離作用的是濾餅層真正發(fā)揮分離作用的是濾餅層，而不是過濾介質(zhì)。，而不是過濾介質(zhì)。1.餅層過濾：餅層過濾：精品資料 固體顆粒固體顆粒(kl)(kl)的沉積發(fā)生在較厚的粒狀過濾的沉積發(fā)生在較厚的粒狀過濾介質(zhì)床層內(nèi)部。適于處理顆粒介質(zhì)床層內(nèi)部。適于處理顆粒(kl)(kl)小、含量少小、含量少( (固體體積分率在固體體積分率在0.10.1以下以下) )的懸浮液。的懸浮液。真正真正(zhnzh

27、ng)(zhnzhng)發(fā)揮作用的是過濾介質(zhì)。發(fā)揮作用的是過濾介質(zhì)?；ぶ兴幚淼膽腋∫簼舛韧^高。故本章只討論餅層過濾?；ぶ兴幚淼膽腋∫簼舛韧^高。故本章只討論餅層過濾。2.2.深床過濾：深床過濾：精品資料二、 過濾(gul)介質(zhì) 過濾介質(zhì)的作用是使清液通過，截留和支承濾餅。對(duì)其要求(yoqi)是： 1.具有多孔性，孔道大小合適； 2.具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和盡可能小的流動(dòng)阻力； 3.具有相應(yīng)的耐腐蝕性、耐熱性、抗老化性等。精品資料(1)(1)織物介質(zhì)織物介質(zhì)( (濾布濾布) )：由棉、毛、絲、麻等天然纖維或：由棉、毛、絲、麻等天然纖維或尼綸、聚氯乙烯纖維等合成纖維及玻璃絲、金屬絲尼綸、

28、聚氯乙烯纖維等合成纖維及玻璃絲、金屬絲(Cu(Cu、NiNi、不銹鋼、不銹鋼) )等材料制成的網(wǎng)。被截留的最小等材料制成的網(wǎng)。被截留的最小顆粒直徑顆粒直徑5 565m65m，應(yīng)用最廣；，應(yīng)用最廣；(2)(2)粒狀介質(zhì)粒狀介質(zhì)( (粒狀介質(zhì)粒狀介質(zhì)) )：由細(xì)而硬的粒狀物質(zhì)：由細(xì)而硬的粒狀物質(zhì)( (砂、砂、木碳、硅藻土、石綿、纖維球、碎石等木碳、硅藻土、石綿、纖維球、碎石等) )堆積而成。堆積而成。用于深床過濾用于深床過濾; ;(3)(3)多孔固體介質(zhì)：多孔陶瓷、多孔塑料等具有細(xì)微孔多孔固體介質(zhì)：多孔陶瓷、多孔塑料等具有細(xì)微孔道道(kngdo)(kngdo)固體材料。被截留的最小顆粒直徑固體材料

29、。被截留的最小顆粒直徑1 13m3m，適于處理含量少、顆粒小的腐蝕性懸浮液或，適于處理含量少、顆粒小的腐蝕性懸浮液或其它特殊場(chǎng)合。其它特殊場(chǎng)合。 工業(yè)上常用工業(yè)上常用(chn yn)(chn yn)的過濾介質(zhì)種類主要有：的過濾介質(zhì)種類主要有：精品資料三、 濾餅(l bn)的壓縮性和助濾劑 由懸浮液中被截留下來由懸浮液中被截留下來(xi li)的顆粒累積而成的床層，隨的顆粒累積而成的床層，隨過濾進(jìn)行而增厚，根據(jù)其變形情況分為：過濾進(jìn)行而增厚，根據(jù)其變形情況分為：不可壓縮濾餅：不可壓縮濾餅：當(dāng)濾餅厚度增加或壓強(qiáng)差增大時(shí)，顆粒的形狀當(dāng)濾餅厚度增加或壓強(qiáng)差增大時(shí)，顆粒的形狀和顆粒間的空隙不發(fā)生明顯變化

30、，故單位濾餅層厚度的流體和顆粒間的空隙不發(fā)生明顯變化，故單位濾餅層厚度的流體阻力基本恒定。阻力基本恒定。常見的有硅藻土、碳酸鈣。常見的有硅藻土、碳酸鈣。可壓縮濾餅：可壓縮濾餅：當(dāng)濾餅厚度增加或過濾壓強(qiáng)差增大時(shí)，顆粒的形狀和當(dāng)濾餅厚度增加或過濾壓強(qiáng)差增大時(shí)，顆粒的形狀和顆粒間空隙發(fā)生明顯變化，單位濾餅層厚度的流體阻力不斷增大。顆粒間空隙發(fā)生明顯變化，單位濾餅層厚度的流體阻力不斷增大。常見的有膠體物質(zhì)，豆渣等。常見的有膠體物質(zhì)，豆渣等。精品資料 濾餅的壓縮性用壓縮性指數(shù)濾餅的壓縮性用壓縮性指數(shù)s s衡量，其值在衡量，其值在0 01 1之間。通過實(shí)驗(yàn)之間。通過實(shí)驗(yàn)(shyn)(shyn)測(cè)定。測(cè)定。

31、 S=0S=0：不可壓縮濾餅，無壓縮性：不可壓縮濾餅，無壓縮性 S=0S=01 1：可壓縮濾餅，：可壓縮濾餅，s s愈大，壓縮性愈強(qiáng)。愈大，壓縮性愈強(qiáng)。預(yù)涂或預(yù)混的粒狀物質(zhì)稱為預(yù)涂或預(yù)混的粒狀物質(zhì)稱為(chn wi)助濾劑。對(duì)助濾劑的要求：助濾劑。對(duì)助濾劑的要求： 應(yīng)是能形成多孔餅層的剛性顆粒應(yīng)是能形成多孔餅層的剛性顆粒具有化學(xué)穩(wěn)定性和不溶于液相中具有化學(xué)穩(wěn)定性和不溶于液相中過濾操作的壓強(qiáng)差范圍內(nèi)，具有不可壓縮性過濾操作的壓強(qiáng)差范圍內(nèi)，具有不可壓縮性精品資料 硅藻土：單細(xì)胞水生植物的沉積化石，經(jīng)過干燥硅藻土：單細(xì)胞水生植物的沉積化石，經(jīng)過干燥或焙燒，含或焙燒，含8585以上的以上的SiO2Si

32、O2； 珍珠巖：將一種玻璃狀的火山巖熔融珍珠巖：將一種玻璃狀的火山巖熔融(rngrng)(rngrng)后傾入水中，得到中空的小球，再打碎而成；后傾入水中，得到中空的小球，再打碎而成； 其它：炭粉、石綿粉、紙漿粉等。其它：炭粉、石綿粉、紙漿粉等。常用常用(chn yn)(chn yn)作助濾劑的物質(zhì)有：作助濾劑的物質(zhì)有：前提：以獲得清潔液體為目的。前提：以獲得清潔液體為目的。精品資料懸浮液 1kg濕濾渣（濾餅(l bn)）密度c干渣 密度(md)p液體=濾液濾液密度，體積V懸浮液(濾漿)濾餅過濾介質(zhì)濾液精品資料過濾速率過濾速度單位單位(dnwi)時(shí)間通過單位時(shí)間通過單位(dnwi)過濾面積的濾

33、液體過濾面積的濾液體積積 定義ddV表達(dá)式四、過濾(gul)速率 單位時(shí)間獲得的濾液體積稱為過濾速率單位時(shí)間獲得的濾液體積稱為過濾速率 ddqAddVu阻力推動(dòng)力AddVu反映過濾快慢的物理量有兩個(gè)精品資料推動(dòng)力：壓力(yl)差，面積阻力(zl)濾液粘度LeL濾餅厚度+過濾介質(zhì)當(dāng)量濾餅厚度r比阻當(dāng)時(shí)不可壓縮濾餅時(shí)，當(dāng)時(shí)不可壓縮濾餅時(shí)，r r為常數(shù)為常數(shù)濾餅體積與相應(yīng)的濾液體積比阻力推動(dòng)力LeLrAPAddVu32215arLAV LeAVe 精品資料eeqqrPVVrAddVddqpA不可(bk)壓縮濾餅VeVrPAddV2VeVKAddV22)(2 eqqKddqrpK2濾餅濾餅(l bn)

34、常數(shù)常數(shù))(2eVVrPAddV)(eqqrPddq 對(duì)于一定的濾漿而言，對(duì)于一定的濾漿而言，、r r、均為常數(shù)，均為常數(shù)，恒壓過濾，恒壓過濾，p為常數(shù)，令：為常數(shù)，令：精品資料dKA)V)d(VV(Vee22積分積分(jfn)(jfn)限：時(shí)間限：時(shí)間0 0，體積：，體積： 0 0V V)V(VKAddVe22020ee)()(2dKAVVdVVV222KAVVVe 積分積分(jfn)(jfn)上式，并整理：上式，并整理：)(2)(e2e2VVKAVVrpAddV精品資料表明恒壓過濾表明恒壓過濾(gul)時(shí)濾液體積與過濾時(shí)濾液體積與過濾(gul)時(shí)間的關(guān)系時(shí)間的關(guān)系為一拋物線。為一拋物線。K

35、qqqe22222KAVVVe同理：恒壓過濾恒壓過濾(gul)方程式方程式精品資料說明(shumng)2、當(dāng)過濾介質(zhì)阻力可以、當(dāng)過濾介質(zhì)阻力可以(ky)忽略不計(jì)時(shí)，恒壓過忽略不計(jì)時(shí)，恒壓過濾方程式簡化為：濾方程式簡化為： V2=KA21、K為物料特性及壓強(qiáng)差所決定的常數(shù)，為物料特性及壓強(qiáng)差所決定的常數(shù)，稱為濾餅稱為濾餅常數(shù)常數(shù)，m2/s。 Ve反映過濾介質(zhì)阻力大小的常數(shù)，反映過濾介質(zhì)阻力大小的常數(shù)，稱為介質(zhì)常數(shù)稱為介質(zhì)常數(shù)，m3；精品資料總結(jié)(zngji)：恒壓過濾方程式以絕對(duì)濾液量為基準(zhǔn)以相對(duì)濾液量為基準(zhǔn)(V+Ve)2=KA2(e) V2+2VeV =KA2Ve2=KA2e(q+qe)2=K

36、(e) q2+2qeq =Kqe2=Ke過濾介質(zhì)阻力忽略V2=KA2q2=K精品資料例例3-53-5： 擬在擬在9.81kPa9.81kPa的恒定壓強(qiáng)差下過濾懸浮于水中直徑為的恒定壓強(qiáng)差下過濾懸浮于水中直徑為0.1mm0.1mm的球的球形顆粒物質(zhì)，懸浮液中固相體積分率為形顆粒物質(zhì)，懸浮液中固相體積分率為10%10%，水的粘度為，水的粘度為1 110-3Pas10-3Pas。過濾過程介質(zhì)阻力不計(jì)，濾餅為不可壓縮濾餅，其空隙率為過濾過程介質(zhì)阻力不計(jì)，濾餅為不可壓縮濾餅，其空隙率為60%60%，過濾機(jī)，過濾機(jī)過濾面積為過濾面積為10m210m2，計(jì)算，計(jì)算(j sun)(j sun)：(1)(1)得

37、到得到15m315m3濾液時(shí)需過濾時(shí)間；濾液時(shí)需過濾時(shí)間；(2)(2)若將過濾時(shí)間延長一倍時(shí)，可得濾液共為若干若將過濾時(shí)間延長一倍時(shí)，可得濾液共為若干? ?解：解： 333321032243223243m1m6 . 0m11mm/110333. 16 . 04 . 0)106(5)1 (a5rm/m106101 . 06d6a濾漿體積濾餅中水體積濾餅體積濾液：考慮恒壓過濾而且過濾介質(zhì)阻力不計(jì)；其過濾方程式為恒壓過濾而且過濾介質(zhì)阻力不計(jì)；其過濾方程式為V V2 2=KA=KA2 2，關(guān)鍵計(jì)算關(guān)鍵計(jì)算K K 水體積衡算a)1 (a5rrp2pk2K322s1p, u精品資料323223222231

38、03333m2 .211020101042. 4KAVs10202)2(s510101042. 415KAV) 1 (s/m1042. 4333. 010333. 11011081. 92rp2Km/m333. 0) 1 . 01 ()1 (6 . 01時(shí)當(dāng)對(duì)水體積衡算：精品資料 例例3-63-6： 在在20oC20oC，10kPa10kPa的恒定壓強(qiáng)差下對(duì)固相體積分率的恒定壓強(qiáng)差下對(duì)固相體積分率(fn l)(fn l)為為4%4%的某種懸浮液進(jìn)行恒壓過濾實(shí)驗(yàn)，懸浮液的某種懸浮液進(jìn)行恒壓過濾實(shí)驗(yàn)，懸浮液中固相直徑為中固相直徑為0.1mm0.1mm的球形顆粒，液相為水，過濾時(shí)形成的球形顆粒，液相

39、為水，過濾時(shí)形成的濾餅中固體體積分?jǐn)?shù)為的濾餅中固體體積分?jǐn)?shù)為50%50%，濾餅不可壓縮，實(shí)驗(yàn)中過，濾餅不可壓縮，實(shí)驗(yàn)中過濾濾20min20min后得濾液后得濾液2m2/m32m2/m3，試求實(shí)驗(yàn)條件下的恒壓過濾方，試求實(shí)驗(yàn)條件下的恒壓過濾方程。程。2rPKq2+2qeq =Ke 不可(bk)壓縮濾餅 r=C32215ar5 . 0da6已知 ,Peq以1m3濾餅為基準(zhǔn)，固相顆粒0.5m3,懸浮液體積=0.5/4%=12.5m3，濾液體積=12.5-1=11.5m3，精品資料五、過濾常數(shù)五、過濾常數(shù)(chngsh)的測(cè)定的測(cè)定1、恒壓下、恒壓下K、qe的測(cè)定的測(cè)定(cdng) 實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)原理

40、：Kqqqe22eqKqKq21 對(duì)于一定恒壓下過濾的懸浮液，測(cè)出延續(xù)的時(shí)間及濾液的累計(jì)量q（按單位面積計(jì)）的數(shù)據(jù)，然后算出一系列的/q與q的對(duì)應(yīng)值。由恒壓過濾方程 Kqqqe22精品資料然后在直角坐標(biāo)紙上以/q為縱坐標(biāo)，以q為橫坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)繪(bio hu)，可得到一斜率為1/K，截距為2qe/K的直線。000111q22q22q22qqqq01q11q0精品資料 . 1500 1000500 00 0025 0.05 0.075q斜 率1/K截距2qe/Kq精品資料 例例3-6: 在在25下對(duì)每升水中含下對(duì)每升水中含25g某種顆粒的懸浮某種顆粒的懸浮液進(jìn)行了三次恒壓過濾試驗(yàn)液進(jìn)行了三次恒壓過

41、濾試驗(yàn)(shyn)，所得數(shù)據(jù)如，所得數(shù)據(jù)如下：下： 實(shí)驗(yàn)序號(hào)123壓強(qiáng)差p105/Pa 0.4631.953.39單位面積濾液量q103/m3/m2 過濾時(shí)間/s 11.35 22.70 34.05 45.40 56.75 68.10 17.3 41.4 72.0 108.4 152.3 201.6 6.5 14.0 24.1 37.1 51.8 69.1 4.39.416.224.534.646.1 計(jì)算計(jì)算(j sun)(j sun)：各壓強(qiáng)差下的過濾常數(shù)：各壓強(qiáng)差下的過濾常數(shù)K K、qeqe精品資料q/q11.417.31.5222.741.41.8234.1722.1145.41082

42、.3956.81522.6868.12022.96p=0.463105/Pa2qe/K=1.2457qe=22.1710203040506070801.21.41.61.82.02.22.42.62.83.0 /qq1/K=0.02526K=39.59精品資料四、 過濾(gul)設(shè)備 一）板框過濾機(jī)一）板框過濾機(jī) 精品資料精品資料精品資料濾液和洗液通道：一系濾液和洗液通道：一系列的濾板、濾框和洗板裝列的濾板、濾框和洗板裝合合(zhun h)壓緊后，它壓緊后，它們的右上圓孔形成了濾漿們的右上圓孔形成了濾漿通道，左上圓孔形成了洗通道，左上圓孔形成了洗水通道。水通道。濾漿濾漿 洗水洗水 濾板濾板 濾

43、框?yàn)V框 洗板洗板 濾布濾布 濾板的作用有二：一是支撐濾布；二是濾液濾板的作用有二：一是支撐濾布；二是濾液(ly)流出的通道。流出的通道。濾框的作用：一是支撐濾布濾框的作用：一是支撐濾布；二是濾漿的容納區(qū)和濾餅；二是濾漿的容納區(qū)和濾餅的形成區(qū)。的形成區(qū)。精品資料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浮懸浮液入液入口口濾液排出濾液排出(pi ch)方式：方式：明流：濾液經(jīng)每塊過濾板底部側(cè)管直接排出明流：濾液經(jīng)每塊過濾板底部側(cè)管直接排出(pi ch)暗流：各板流出的濾液匯集在總管后排出暗流：各板流出的濾液匯集在總管后排出(pi ch)精品資料n洗水路徑洗水路徑(ljn

44、g)(ljng)為過為過濾終了時(shí)過濾路徑濾終了時(shí)過濾路徑(ljng)(ljng)的兩倍，的兩倍，n洗滌面積為過濾面積的一洗滌面積為過濾面積的一半。半。 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CE4L00040.swf洗滌液流出洗滌液流出洗洗滌滌液液入入口口橫穿橫穿(hn chun)洗滌法洗滌法將板框拉開卸出濾餅。對(duì)板、框和濾布進(jìn)行清理后，將板框拉開卸出濾餅。對(duì)板、框和濾布進(jìn)行清理后，重新組裝進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。重新組裝進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。 洗滌結(jié)束后，旋開壓緊裝置，洗滌結(jié)束后，旋開壓緊裝置，精品資料結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，占地面積小，過濾面積大。結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，占地面積小，過濾面積大。

45、可根據(jù)需要增減濾板的數(shù)量，調(diào)節(jié)過濾能力?？筛鶕?jù)需要增減濾板的數(shù)量，調(diào)節(jié)過濾能力。 對(duì)物料的適應(yīng)能力較強(qiáng)，由于操作壓力較高，對(duì)顆粒細(xì)小而對(duì)物料的適應(yīng)能力較強(qiáng)，由于操作壓力較高，對(duì)顆粒細(xì)小而液體粘度較大的濾漿，也能適用液體粘度較大的濾漿，也能適用(shyng)(shyng)。 間歇操作，生產(chǎn)能力低，卸渣清洗和組裝階段需用人力操作間歇操作，生產(chǎn)能力低，卸渣清洗和組裝階段需用人力操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，所以它只適用，勞動(dòng)強(qiáng)度大，所以它只適用(shyng)(shyng)于小規(guī)模生產(chǎn)。于小規(guī)模生產(chǎn)。板框壓濾機(jī)的特點(diǎn)板框壓濾機(jī)的特點(diǎn)(tdin)： 精品資料常用常用(chn yn)板框式壓濾機(jī)板框式壓濾機(jī)類型類型通常有BMS、BAS、BMY、BAY類型(lixng)B板框壓濾機(jī)，M明流，A暗流，S手動(dòng)壓緊，Y液壓壓緊。BMS 40/635-25板框壓濾機(jī)板框壓濾機(jī)明流明流手動(dòng)壓緊手動(dòng)壓緊過濾面積過濾面積濾框規(guī)格濾框規(guī)格框厚度框厚度精品資料濾餅(l bn)的洗滌洗 滌 速 率 ： 單 位 ( d n w i ) 時(shí) 間 內(nèi) 消 耗 的 洗 水 體 積 m3/s。由于洗滌過程中濾餅厚度不增加，所以當(dāng)洗水路徑與濾液路徑相同時(shí)，洗滌速率大致與過濾終了時(shí)的過濾速率的相關(guān)參數(shù)一致精