化工原理上第04章

概述工業(yè)背景固定床是由許多固體顆粒堆積成的靜止顆粒層。第4章流體通過顆粒層的流動(dòng)4.1.2

固定床阻力的影響因素①流體物性：ρ,μ②操作因素：u③設(shè)備因素：顆粒直徑，顆粒大小分布，空隙大小4.2

顆粒床層的特性顆粒特性:體積表面積比表面實(shí)際遇到兩個(gè)問題：①非球形②大小不一(分布)64.2.1

單顆粒的特性球形顆粒，只需一個(gè)參數(shù)dpπ3pV

=

dpS

=

πd

2a

=

S

=

6V d

p非球形：定當(dāng)量直徑，目標(biāo)不同結(jié)果不同ev體積當(dāng)量d

,ea比表面當(dāng)量d

,兩個(gè)獨(dú)立的,

取dev和球形度(形狀系數(shù))ψ，表達(dá)非球形顆粒特性ψ≤1π63evdV

=es表面積當(dāng)量des，S

=pd

2ead6a

=eSd

2d

2y=

eV

例1邊長(zhǎng)為L(zhǎng)=4mm的正方體顆粒求：dev,des,dea,ψ,a解：36π3evV

=

L

=

d6=

L3

=

4

·1.24

=

5mmπdeVeSS

=

6L2

=

πd

2πd

=

L

6

=

4

·1.38

=

5.5mmeSeaS

6L2

6a

=

=

=V

L3

dd

=

L

=

4mmea0.0046=1500m2

/m3deaa

=6

=5.52=

0.81eSd

2d

2

52y

=

eV

=dev,des,dea三者關(guān)系1.5dea

=ydev

=y

desdea≤dev≤des4.2.2

顆粒群的特性大小不一篩分分析1

kg

顆粒群頻率函數(shù)(粒級(jí)質(zhì)量分率~dp)特點(diǎn)：某粒級(jí)范圍的顆粒質(zhì)量分率=該范圍曲線下的面積曲線下的面積和=1iixid

-

df

=i

-1分布函數(shù)F與頻率函數(shù)f的關(guān)系定平均直徑dm，準(zhǔn)則：比表面相等原因：流動(dòng)較慢時(shí)，阻力以表面剪切力為主，表面積對(duì)阻力影響大由得pf

=

dFd(d

)dppp0fd(d

)F

(d

)

=i

ipipiim=

Sx

aSSa

=

i

=rSV

m

/

ra

)S(myd6a

=iiyd6a

=idiSdm

=1x4.2.3

床層特性①空隙率ε受充填方式的影響與dp無關(guān)與dp分布有關(guān)V床

V床e

=V空=V床-VpVp

=(1

-e)V床=

0.48ppd

3πd

3

/

6e

=1-ε的大小反映了床層顆粒

的緊密程度，ε對(duì)流體流動(dòng)的阻力有極大的影響。e

fl,

hf

?。e

<1(2)床層比表面顆粒比表面，Ba

=顆粒表面積S床層體積VV

=1m3S1取 的床層考慮，

aB

=所以

aB

=

a(1-e)此式是近似的，在忽略床層中固顆粒相互接觸而彼此覆蓋使裸露的顆粒表面積減少時(shí)成立。V

Va

=

S

=

S(1

-

e)

=

a(1

-

e)B床

pa

=顆粒表面積S顆粒體積VpSSa

=

=Vp

1-e4.3

流體通過固定床的壓降幾何邊界復(fù)雜，無法解析解，要靠實(shí)驗(yàn)數(shù)學(xué)模型法主要步驟：4.3.1簡(jiǎn)化模型過程特征：①爬流，表面剪切力為主，形體力(壓差力)為次；②空隙中實(shí)際速度與空隙大小有關(guān)。簡(jiǎn)化原則：模型與原型①表面積要相等②空隙容積相等將原型簡(jiǎn)化成一組平行細(xì)管細(xì)管直徑deLlede空床氣速（表觀速度）細(xì)管長(zhǎng)度le與床層高度L成正比細(xì)管的內(nèi)表面積等于全部顆粒的表面積，流體的流動(dòng)空間等于床層中顆粒之間的全部空隙體積。簡(jiǎn)化模型：假定：le

=

CL潤(rùn)濕周邊ued

=B細(xì)管的全部?jī)?nèi)表面積

a

V

a(1

-

e)u4

·

流通截面積

=

4

·細(xì)管的流動(dòng)空間

=

4eV

=

4e

流體在固定床內(nèi)流動(dòng)的簡(jiǎn)化模型真實(shí)速度u1aB

=

a(1

-

e)固體顆粒床層體積1eu

=

u4.3.2顆粒床層的模型求解a(1-e)de細(xì)管的全部?jī)?nèi)表面積=

4·細(xì)管的流動(dòng)空間

=

4e

uu1

=

eL u

2de

2r=

l

e

1

D?流體壓降的數(shù)學(xué)模型流體流過圓管的阻力損失數(shù)學(xué)描述：h

=f2228Lrue3(

)er

uL

L

4eL

a(1-e)=

(l

e

)L

a(1-e)=

(l

e

)D?Le3D?

=

l'

a(1-e)

ru

2當(dāng)床層不高，重力的影響可以忽略時(shí)D?

?

Dpr

r2rue3a(1-e)￠=

lDpLD?式中

r

為單位床層高度的虛擬壓強(qiáng)差上式為流體通過固定床壓降的數(shù)學(xué)模型

，未知的待定系數(shù)

l`

稱為模型參數(shù)

，就其物理意義而言稱為固定床的流動(dòng)摩擦系數(shù)。模型的檢驗(yàn)和模型參數(shù)的估值當(dāng)床層雷諾數(shù)時(shí)式中K稱為康采尼常數(shù)，其值為5.0

。合理簡(jiǎn)化得到康采尼方程eDP

=

32mu1

Led

2Re￠=

deu1r

=

ru

<

24m

a(1-e)mL

L3L

a2

(1

-

e)2DPmu3a2

(1

-

e)2=

2

e

mu

=

Kmu2

2D?

=

K

a

(1

-

e)L

e3=

4e

a(1-e)de1eu

=

u從康采尼方程或歐根方程可看出，影響床層壓降的變量有三類：①操作變量②流體物性和③床層特性在上述因素中，影響最大的是空隙率umra

和eemu2

2D?

=

K

a

(1

-

e)L

e3寬范圍：細(xì)管4.3.3

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證d

2efr=

l

e

1

h

=DP

L

u2L

e

1

L

2de=

lDP

L

ru2238L

e

L a(1

-

e)=

l3ru2a(1

-

e)ru

=

l'Re'l'=

4.17

+

0.29=

4e

a(1-e)de1eu

=

u代入，得歐根方程：黏性項(xiàng)

慣性項(xiàng)Re’<3時(shí)，可忽略慣性項(xiàng)；

Re’>100時(shí)，可忽略黏性項(xiàng)。影響因素分析：①物性:ρ,μ

②操作:u空隙率的影響最大,ε：0.3→0.4：18→5.63

3Lru2a(1

-

e)mu

+

0.29a2

(1

-

e)2=

4.17DPydev6用a

=DP(1

-

e)2(1

-

e)ru2Le3

(y

d

)2eve3y

dev3③設(shè)備:ψ,dm,ε(1

-

e)2例2

要估計(jì)20℃,

1.0MPa(絕)的CO通過固定床脫硫器的壓降,

用20℃, 101.3kPa(絕)的空氣進(jìn)行實(shí)測(cè)，測(cè)得u=0.4m/s時(shí)，u=0.9m/s時(shí)

。已知：20℃,1.0MPa(絕)的一氧化碳μ=2.4×10-5Pa?s,

ρ=11.4kg/m3LDP

=

470Pa/mLDP

=

2300Pa/mL求：CO以u(píng)=0.5m/s通過時(shí)的DP

。解：20℃,

常壓空氣ρ=1.2kg/m3,

μ=1.81×10-5Pa?s根據(jù)歐根方程，取代入空氣數(shù)據(jù)470=C1×1.81×10-5×0.4+C2×1.2×0.422300=C1×1.81×10-5×0.9+C2×1.2×0.92解得C1=3.9×106,

C2=2301一氧化碳=3.9×106×2.4×10-5×0.5

×11.4×0.52=6604

Pa/m21

2Lu

+

C

u=

C

m

rDP221L=

C

mu

+

C

ruDP本例也可用a,ε表達(dá),先用實(shí)驗(yàn)值算出a、ε，再用a、ε來計(jì)算實(shí)際工藝物料的壓降。23

3a(1

-

e)mu

+

0.29

rua2

(1

-

e)2L

=

4.17DP4.3.4

兩種實(shí)驗(yàn)規(guī)劃方法的比較量綱分析法：對(duì)過程并未有深刻理解,“黑箱”法。①析因?qū)嶒?yàn)②無量綱化③測(cè)定性實(shí)驗(yàn)數(shù)學(xué)模型法：對(duì)過程有深刻理解，能將過程大幅度簡(jiǎn)化。①簡(jiǎn)化模型②解析解③驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)過濾原理及設(shè)備基本原理最簡(jiǎn)單的過濾操作：布氏漏斗懸浮液中固體顆粒被過濾介質(zhì)截留，清液在壓差下通過多孔過濾介質(zhì)，使固液分離。過濾介質(zhì)縫隙并不需要比顆粒小---架橋現(xiàn)象“穿濾”5%深層過濾兩種過濾方式濾餅過濾深層過濾濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾推動(dòng)力：重力、壓力、離心力過濾介質(zhì)：多孔性介質(zhì)、耐腐蝕、耐熱并具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。工業(yè)用過濾介質(zhì)主要有：織物介質(zhì)，如棉、麻、絲、毛、合成纖維、金屬絲等編織成的濾布；多孔性固體介質(zhì)，如素瓷板或管、燒結(jié)金屬等。濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾助濾劑：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。濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾濾餅的壓縮性：空隙結(jié)構(gòu)易變形的濾餅為可壓縮濾餅。使用時(shí)，可預(yù)涂，也可以混入待濾的濾漿中一起過濾。方式1.預(yù)涂方式2.混入懸浮液工業(yè)上，例如用板框壓濾機(jī)過濾完畢時(shí)，框內(nèi)充滿濾餅濾餅空隙率ε與含清液質(zhì)量分率w關(guān)系取1kg濾餅 取1m3濾餅,=fr

p

+

(1

-f)r注意：①三個(gè)去向要清楚②基準(zhǔn)要選好濾餅層厚L~V關(guān)系fr

p取1m3懸浮液wqf

V

=

fL

=1

-

e

-f1

-

e

-f

AqfL

?1

-e

=

w

/

r

w

/

r

+

(1-

w)

/

rpw=

er

er

+

(1-e)rp(V

+

LA)f

=

LA(1

-

ε)

,4.5

過濾計(jì)算4.5.1

物料衡算過濾過程的數(shù)學(xué)描述物料衡算濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾定義V懸：懸浮液總量

L：濾餅厚度

A：過濾面積LA：濾餅體積（包括ε）w

：質(zhì)量分?jǐn)?shù)（kg固/kg懸）f：體積分?jǐn)?shù)（m3固/m3懸）ε：濾餅空隙率懸浮液含固量表示方法：質(zhì)量分?jǐn)?shù)w,

kg固體/kg懸浮液體積分?jǐn)?shù)

f, m3固體/m3懸浮液濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾物料恒算基本關(guān)系式懸浮液中固體質(zhì)量=濾餅中顆粒質(zhì)量懸浮液中清液量=濾液量+濾餅中清液量懸浮液的總量=顆粒量+全部清液?

=濾餅的量+濾液濾餅的量=固體顆粒的量+濾餅中濾液的量V懸f=LA（1

-e）V懸=V

+LAf

=

w

/

rpw

/

r

p+

(1

-

w)/

r顆粒在液體中不發(fā)生溶脹qf

V

=

fL

=1

-

e

-f

A

1

-

e

-fw

：質(zhì)量分?jǐn)?shù)（kg固/kg懸）f

：體積分?jǐn)?shù)（m3固/m3懸）Aq=

VL

=

f

q1-e

-fqf1

-

e濾餅厚度工業(yè)上f

比ε小，L

=在懸浮液顆粒濃度性質(zhì)、濾餅特性一定時(shí)，L∝q表明:隨著過濾時(shí)間的繼續(xù)，濾液量越多，濾餅越厚，濾餅阻力越大。例3有一板框壓濾機(jī),框的邊長(zhǎng)為450mm,厚度為25mm，有20個(gè)框。用來過濾含固體w=0.025的水-固懸浮液,濾餅含水40%(質(zhì)量分率),ρp=2100kg/m3,試計(jì)算當(dāng)濾餅充滿濾框時(shí)所得的濾液量。板板框壓濾機(jī)非洗

洗框板洗板解:V餅=0.452×0.025×20=0.101m3e

=

w'/

r

w'

/

r

+

(1-w

)

/

rp=0.5830.4

/

10000.4

/

1000

+

(1

-

0.4)/

2100=w

=m固=m懸

V餅

(1-e)rp

+V餅er

+VrV餅(1-e)rp1rr-

e]-

1)(1

-

e)pwV

=

V

[(餅0.0251=

0.101[(-1)(1

-

0.583)

·

2.1

-

0.583]

=

3.39m3V=餅液V餅總e

=V空V床4.5.2

過濾速率1、過濾特點(diǎn)流體通過固定床的流動(dòng)過程是非定態(tài)由于濾餅增厚的速度非常緩慢,因此過程是擬定態(tài)處理2、過濾速率Aq

=

VAdt

dtu

=

dV

=

dq壓差一定時(shí),τ↑,u↓u

=

dV

=

dqAd

d注意：V為累計(jì)濾液量,m3處理：①用康采尼方程②擬定態(tài)Lmue3a2

(1-e)2=

K

'餅DPu為過濾速率用康采尼公式qfL

=1

-

ee3k'a2

(1

-

e)r

=dq

=

D?dt

rmfq過程阻力過程推動(dòng)力dq1

D?u

=

=

·

·dt

(1-e)2

a2

k

'

m

Le3得：用代入令=r為比阻dq

=?

1

-?

2dt

rmfqdq

=?

2

-?

3dt

rmfqedq

=

?

1

-?

3dt

rmf(q

+qe

)D?

=?

1

-?

3

=

D?

1

+D?

2濾餅LA與q一一對(duì)應(yīng)為總壓差串聯(lián)過程：速率相同,推動(dòng)力、阻力加和性△p1u

表觀速度△p2過濾總推動(dòng)力（濾餅阻力+介質(zhì)阻力）=qe為過濾介質(zhì)當(dāng)量濾液量壓縮指數(shù)s=0.2~0.8（可壓縮濾餅）s=0（不可壓縮濾餅）比阻sr

=

r

D?0令rfm令K

=2D?過濾基本方程dt

rmf(q

+qe

)dq

=

D?edV

KA2=dt

2(V

+

V

)edq

K=dt

2(q

+

q

)-----過濾基本方程過濾常數(shù)參數(shù)歸并法Aq=

V過濾常數(shù)K,qe是否真為常數(shù)，得看條件

K,qe的影響因素rfmK

=

2DPedq

Kdt

=

2(q

+

q

)edV

KA2dt

=

2(V

+V

)速率是瞬時(shí)的概念K,

qe為兩個(gè)過濾常數(shù),V(q)是累計(jì)量.影響K的因素影響qe或Ve

的因素過濾介質(zhì)的性質(zhì)（孔的結(jié)構(gòu)、e、r0、厚度）濾餅性質(zhì)（s、e、a）濾漿性質(zhì)（f

、m）推動(dòng)力（Dp）rfmK

=

2D?r

=

r

D?

s0△pu

表觀速度濾餅比阻：不可壓縮濾餅，s=0,

r=r0=常數(shù),

K∝ΔP可壓縮濾餅,qe與介質(zhì)性質(zhì)、懸浮液性質(zhì)有關(guān)rfmK

=

2DPr

=

r

D?

s0s?

0

r=r0

ΔPS,

K∝ΔP1-S過濾介質(zhì)阻力不計(jì)qe

=0*4.5.3過濾基本方程的應(yīng)用1．恒速過濾隔膜式往復(fù)泵流量一定dq

K=

=常數(shù)udt

2(q

+

qe

)若τ=0,

q=0則

q終

=

K終t終

2(q終

+

qe

)rfmK

=

2DPK一直在變=常數(shù)=AtV恒速過濾△pu

表觀速度dV

過濾推動(dòng)力u

=

=Adt

過濾阻力(

)eKA2=2

V

+V特點(diǎn)：K不為常數(shù)，而u為常數(shù)。e=

K

A2t整理得：V

2

+VV若過濾介質(zhì)阻力可忽略不計(jì)，則或2t2K2e=q

+

qq2V

2=

K

A2t或2q2

=

K

t2Dp1-sK

=r0fm-----恒速過濾方程e2、恒壓過濾0r

fm2D?

1-sK

=dV

過濾推動(dòng)力u

=

=Adt

過濾阻力eKA2=2

(V

+V

)特點(diǎn)：K為常數(shù)積分得：或eV2

+

2VV

=

KA

2t=

Ktq

2

+

2qq或=

Ktq

2ve002(V

+V

)dv

=2tKA

dtq

=

Kt

+

q2

-

qe

e若過濾介質(zhì)阻力可忽略不計(jì)，則V

2

=

KA2t-----恒壓過濾方程dq

=

Kdt

2(q

+

qe

)dV

過濾推動(dòng)力u

=

=Adt

過濾阻力eKA2=2

(V

+V

)或3.

先恒速后恒壓先恒速再恒壓操作，恒壓段過濾方程？設(shè)恒速段過濾時(shí)間為t1，則q1

=

K終t1

2(q1

+

qe

)K終=K恒壓Kt=t(q

+

qe

)dq

=

2

dtt=t11(t

-t

)恒壓(q2

-

q2

)

+

2(q

-

q

)q

=

K1

1

edt

2(q

+

qe

)q=qq=q1從τ

=τ1,q=q1起開始恒壓操作dq

=

K

q1

=

K終 t1

2(q1

+

qe

)dq

=

Kdt

2(q

+

qe

)rfmK

=

2D?提問粘度增加一倍時(shí)，過濾速率為原來的1/2A2tK2V

2=rfmK

=

2D?V增加一倍，K*=4K，K與壓差成正比恒速過濾，介質(zhì)阻力不計(jì)，濾餅不可壓縮，V增加一倍，操作壓差增大至原來4倍恒壓，介質(zhì)阻力不計(jì)，濾餅不可壓縮，操作壓差增加一倍，所得濾液量不變，過濾時(shí)間為原來=

Ktq

2K

=

2D?rfm壓差增加一倍，K增加一倍，濾液量不變，過濾時(shí)間為原來的一半。1/24.

過濾常數(shù)的測(cè)定由小裝置上測(cè)定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能否用于大裝置？看影響因素qe=f

(過濾介質(zhì)，懸浮液性質(zhì))與A無關(guān)(而Ve∝A)操作壓強(qiáng)改變后要換算,懸浮液濃度變化后要換算0r

fmK

=

rfm

=2DP

2DP1-

S在恒壓下做實(shí)驗(yàn)過濾時(shí)間τ(s）單位面積過濾量

q

(m3

/

m

2

)100.01400.02900.031600.04過濾某固體懸浮液，壓差恒定。20°C下測(cè)得如下數(shù)據(jù)，試求過濾常數(shù)K和qeet

=

1

q

+

2

qq

K

K1500t

1000q00.0250.050.075qt/q~q

圖斜率1/K500截距2qe/K0恒壓時(shí)：eq2

+

2qq

=

Kt可測(cè)q和t如何測(cè)壓縮指數(shù)S？0r

fmK

=

rfm

=2DP

2DP1-S0r

fm2Dp1-sK

=log

K

=

(1

-

s)

log

Dp

+

C求出壓縮指數(shù)s不同的壓差4.5.4

過濾過程計(jì)算1．變量分析設(shè)計(jì)型：已知：qe,K,V,τ,

ΔP求：A操作型：已知：A,qe,K,V,ΔP

(或τ)求：τ(或ΔP)Vt

t

+tw

+tDQ

=

V

=2．生產(chǎn)能力的優(yōu)化操作周期=過濾時(shí)間+洗滌時(shí)間+輔助時(shí)間t

=

t

+

tw

+

tD生產(chǎn)能力：操作周期：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)獲得的濾液量或?yàn)V餅量。V

2+

2VVt

=

e

其中：wVwKA

2

dV

=

dt

wt思考：V、Ve、A的含義是什么？e=

KA

2tV

2

+

2VV過濾時(shí)間τ越長(zhǎng)，

是否生產(chǎn)能力越大？一定的（τw+τD），必有一個(gè)最佳過濾時(shí)間τoptV=

f

(t)t

+tW

+tDQ

=ddQKA2opt=

W

D

e

e

(

KA2

(t

+t

)

+V

)2

-V

2t令=0

可得τopt當(dāng)Ve

=

0時(shí)，topt

=tW

+tDe=

KA

2tV2

+

2VV洗滌液△pu

表觀速度洗滌速度洗滌阻力

w

dV

=洗滌推動(dòng)力

Adt與濾餅厚度、濾餅性質(zhì)、洗滌液粘度、介質(zhì)阻力有關(guān)3、濾餅洗滌特點(diǎn)：洗滌時(shí)推動(dòng)力、阻力不變，濾餅厚度不再增加，洗滌速度為常數(shù)。①、洗滌速度rmw

(q

+

qe

)fD?

w=

dt

w

dq

為洗滌的總壓差為洗滌液的粘度D?

wmwwVw

dV

dt

wt

=洗滌液量②洗滌時(shí)間twmw

=

m當(dāng)D?=D?

w,dV

dt

e

w=

2(V

+V

)

=

dt

dV

KA2KA2ww=

2(V

+Ve

)VwVw(dV

dt)t

=Vw（qw）為洗滌用量某葉濾機(jī)恒壓操作，過濾終了時(shí)V=1.1m3，過濾面積為2m2。已知②、若將操作壓差提高一倍（S=0.6），其他條件不變，過濾常數(shù)K為多少？③、在新的操作壓差下，濾液粘度增加一倍時(shí)，過濾速率是多少？eK

=

1·10-5

m

2

/

s,

v

=

0,求①、過濾時(shí)間。練習(xí)解：1、2、1.1·1.1

=

1·10-5

·

4

·t=

KA2tv

2t

=

8.4h=

1.32

·10-5

m2

/

s=

1.0

·10-5

·

20.4

Dp'

1-sk'

=

k

Dp

2.22VK

`/

2

A2-5=1.2

·10

m

/

s1.32

/

2

·10-5

·

4=

3、

dv

dt

=4.5.5

常用過濾設(shè)備1.

葉濾機(jī)屬間歇式w置換洗滌：L

=L濾葉結(jié)構(gòu)：一個(gè)操作循環(huán)：過濾、洗滌、卸渣、整理重裝特點(diǎn)：濾漿

濾液

濾葉的構(gòu)造

濾葉插入懸浮液的濾槽葉濾機(jī)的洗滌速率D?

=

D?

w,

mw

=

me=2(V

+V

)

w

dV

KA2

dt

KA2wwVw

=

2(V

+Ve

)Vw(dV

dt)t

=當(dāng)Vw（qw）為洗滌用量葉濾機(jī)洗滌速率(面積，餅厚不變)當(dāng)Ve=0時(shí),=

W

dt

dq

DPWrm

f(q

+

q

)

=W

eDP

mW

rmf(q

+

qe

)DPW

m

DP

DP

mW

dt

終=

DPW

m

dq

m

dV

dt

dV

WDP

mW

dt

終=

DPWWVW

W

dV

=

dt

若是恒壓操作tWeeWV

t2(V

+V

)DP

m

V

2

+

2VV=

DP

mWtWW2VW

tDP

m

V=

DP

mWD?

?

D?

w,

mw

?

medV

KA2dt

=

2(V

+V

)e=

KA2tV

2

+

2VV例某葉濾機(jī)恒壓過濾操作,過濾介質(zhì)阻力可忽略過濾終了V=0.5m3,τ=1h,濾液粘度是水的四倍?，F(xiàn)用水洗滌，VW=0.05m3,則τW=

。m

V解：tW=

mW

2VW

t0.5·60

=

3min1 2

·0.05Wt

=

4

·2.板框過濾機(jī)非洗板濾框、濾板洗板結(jié)構(gòu)：洗板框壓濾機(jī)非洗板框板洗板一個(gè)操作循環(huán)：過濾、洗滌、卸渣、整理重裝濾液流懸浮液入口10~60塊不等，過濾面積約為2~80m2洗滌液流出出洗滌液入口特點(diǎn)：屬間歇式橫穿洗滌：Lw=2L板框壓濾機(jī)過濾操作：過濾階段懸浮液從通道進(jìn)入濾框，濾液在壓力下穿過濾框兩邊的濾布、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。洗滌板非洗滌板懸浮液濾液板 框

板

框

板非洗滌板洗滌操作：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，故洗滌速率約為過濾終了速率的1/4。非洗滌板

洗滌板

非洗滌板洗滌液洗出液板 框

板

框

板洗滌終了，若有必要可引入壓縮空氣使濾餅脫濕后再折開過濾機(jī)卸出濾餅，結(jié)束一次過濾操作。然后清洗、整理、重新組裝、準(zhǔn)備下一次操作。板框每邊長(zhǎng)a,

厚b,過濾面積2a2,

過濾終了洗滌時(shí)，餅厚為b(加倍)洗滌面積a2(減半)2L=

b餅板框壓濾機(jī)的洗滌速率D?

=

D?

w,

mw

=

meew4(q

+

q

)=

=

w

dq

D?

w

K2rm

f(q

+

q

)

dt

洗滌時(shí)間KA2wqw

=

8(V

+Ve

)Vw(dq

dt)tw

=qw=

2Vw=

Vw

=

Vw+=t

=

A A

V

V

(dq

dt)e

wqww4Aw

0.5

A

A2Vw

/

AKKA28(V

+Ve

)Vw=2

dtq

)

dtwe,

(

)

=

(

)=

K

dq

1

dqdt

2(q

+

dq

板框壓濾機(jī)洗滌(面積減半,餅厚加倍)當(dāng)Ve=0時(shí),

dt

m

dV

dt

W

終

W4

DP

m

dV

=

1

DPWeKA2

dV

終恒壓操作時(shí)

dt

WWVW

dV

dt

t

=WeW

W

e

V

t=DP

m

V

2

+

2VVDP

m

8(V

+V

)e2(V

+Ve

)tV

2

+

2VV=

2(V

+V

)

=tWW

mW

8VW

tDP

m

V=

DPD?

?

D?

w,

mw

?

me=

KA2tV

2

+

2VV例某過濾機(jī)恒速操作τ(min)=

10+10

+

10①

V(l) =

4

+

?

+

?②共濾了30min后,用VW=0.2V總的洗滌液量洗滌，速率不變,則τW=?③每次過濾洗滌后,所需裝卸時(shí)間τD為20min,求：生產(chǎn)能力Q

=

V

=

?S解：①由于速度恒定,

∴

V∝τV=4+4+4=12升③V

V

0.2V②

=

W

=t

tW

tW∴

τW=0.2τ=0.2×30=6minV

12=

0.21l

/

min30

+

6

+

20=Q

=t

+tW

+tD例某葉濾機(jī)恒壓操作τ(min)=

10+10

+

10①

V(l) =

4

+

2

+

?②共濾了30min后,

用VW=0.2V總的洗滌液量洗滌ΔP洗=ΔP濾,μ洗液=μ濾液,則τW=?③每次過濾洗滌后,所需裝卸時(shí)間τD為20min,求：生產(chǎn)能力=

?SVQ

=解：①由恒壓方程V2+2VVe=KA2τ代入數(shù)據(jù)求KA2,Ve42+2×4Ve=KA2×1062+2×6Ve=KA2×20得Ve=1升，KA2

=2.4升2/分∴τ=30min時(shí)ΔV=1.54升②洗滌過程定態(tài),

餅厚為過濾終了的餅厚(葉濾機(jī))當(dāng)ΔP洗=ΔP濾,μ洗液=μ濾液時(shí)，e

eV

=

KA2t

+V

2

-V

=

2.4

·

30

+12

-1

=7.54升

dt

dV

dV

終=

=0.141升/分2

·(7.54

+1)+Ve

)

=

=W

dt

終

2(VKA2

2.4=0.124升/分0.141=

0.2

·7.54

=

10.7minW

dV

VW

dt

t

=7.5430

+

10.7

+

20=

W③

Q

=

Vt

+tW

+tD例擬用一板框過濾機(jī)在0.3MPa壓差下恒壓過濾某懸浮液。已知K=7×10-5m2/s,qe=0.015m3/m2,現(xiàn)要求每一操作周期得到10m3濾液,過濾時(shí)間為0.5h,濾固體

懸浮液餅不可壓縮,懸浮液φ=0.015(m3

/m3

),

濾餅空隙率ε=0.5,試問：①需要多大的過濾面積；②如操作壓差提高到0.8MPa,恒壓操作。現(xiàn)有一臺(tái)板框過濾機(jī),每一個(gè)框的尺寸為0.635×0.635×0.025m,若要求每個(gè)過濾周期得到的濾液量仍為10m3,過濾時(shí)間不得超過0.5h,則至少需要多少個(gè)框？=0.565m3/m2這樣可行嗎？解：①q

=Kt

+

q2

-

qe

e=

7

·10-5

·1800

+

0.0152

-

0.015

=

0.340m

3

/

m

2=

29.4m2A

=

V

=

10q

0.34DP②

S=0,

K

'=

DP'

K

=

0.8

·7

·10-5

=

1.87

·10-4

m2

/

sq

=

K

't

+

q2

-

q

=e

e0.31.87

·10-4

·1800

+

0.0152

-

0.01510q

0.565=

17.7m2A

=

V

=n

=

A

=

17.7

=

22個(gè)2a2

2

·0.6352沒有考慮到濾餅的體積過濾時(shí)間？1

-

e

-

fV

fV餅=1

-

0.5=

10

·0.015

=

0.309m

3ba

2

0.025

·

0.6352Vn

=

餅Ve

=

qe

AV

2

+

2VV

=

K

'

A2te=

0.309

=31個(gè)n取31個(gè)A

=

n

·

a

2

·

2

=

31

·

0.6352

·

2

=

25m

2100

+

2

·10

·（0.015

·

25）=

1.87

·10-4

·

252

·t過濾時(shí)間t

=919.8s

=0.256h

<0.5h（V餅+V）f

=V餅（1-e）例一板框壓濾機(jī)在恒壓下進(jìn)行過濾,水懸浮液含固量0.1kg

固體/kg

懸浮液,濾餅空隙率ε=0.4,

ρp=5000kg/m3,qe=0,若過濾10分鐘,則得濾液1.2m3,試問：①當(dāng)τ=1h,

V=?②過濾1小時(shí)后的濾餅體積；③過濾1小時(shí)后，用0.1V的水洗滌,τW=?(操作壓強(qiáng)不變)解：①w

=0.1,ε=0.4,

τ=10min,

V=1.2m3V2=KA2τ1.222

6V

2KA

= =

10

=

0.144m

/

min0.144

·60

=

2.94m3V

'=

KA2t'

=②

w

=V餅[(1

-e)rp

+er]+VrV餅(1

-e)rprrwV1(

-

1)(1

-

e)

p

-

eV餅=2.94=

0.11m3(

1

-

1)(1

-

0.4)

5000

-

0.40.1

1000=③tWWDP

m

V=

DP

mW

8VW

t

=

8

·0.1·60

=

48min==

0.8t

=

48

mint

==KA20.8V

2KA28·V

·0.1VKA2=

8(V

+Ve

)Vwwqw(dq

dt)wV2=KA2τ3.回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)上的轉(zhuǎn)筒過濾區(qū)洗滌區(qū)吹干區(qū)卸渣區(qū)n操作周期=1

=TQ

=

V

=

nVT其中：V

2

+

2VV

=

KA

2te設(shè)轉(zhuǎn)筒浸入面積占全部轉(zhuǎn)筒面積的分率為浸沒分?jǐn)?shù)f，則nf=操作周期：回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)的生產(chǎn)能力轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速為n(1/s)過濾時(shí)間：生產(chǎn)能力：n↑,τ

,Q

,q

,δ餅

？eenKA2

-V

)Q

=

n(

V

2

+

j過濾介質(zhì)阻力不計(jì)Q

=

KA2jn（qe=0）n

?,Q

?n

?,q

fl

即L

flqQ

n1n濾布易破q2

+

2qqe

=

KtQ

=

nVe-

q+

Kjn2eq

=

q2

+

Kt

-

q

=

qe

e生產(chǎn)能力：恒壓操作4.6

加快過濾速率的途徑過濾技術(shù)的改進(jìn)①物料的適應(yīng)性②加快過濾速率改變?yōu)V餅結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特征：空隙率、壓縮性辦法：用助濾劑(剛性,多孔性,尺度均勻)預(yù)敷和摻濾改變懸浮液中顆粒聚集狀態(tài)目的：小顆?！鄢纱箢w粒辦法：加聚合電解質(zhì)、無機(jī)電解質(zhì)如：臟水用明礬凝聚劑、絮凝劑、沉降劑如：聚丙烯酰胺極性基團(tuán)對(duì)塵粒的吸附作用氫鍵作用3

動(dòng)態(tài)過濾傳統(tǒng)的濾餅過濾—終端過濾動(dòng)態(tài)過濾—用機(jī)械的，水力的,

電場(chǎng)的方法限制濾餅增長(zhǎng)例

某葉濾機(jī)恒壓操作，過濾終了時(shí)V=0.5