非均相物系的分離和固體流態(tài)化

1、第三章第三章 非均相物系的分離和固非均相物系的分離和固體流態(tài)化體流態(tài)化混合物 均相混合物 非均相混合物 物系內(nèi)部各處物料性質(zhì)均勻而且不存在相界面的混合物。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界面兩側(cè)的物料性質(zhì)截然不同的混合物。例如固體顆粒和氣體構(gòu)成的含塵氣體固體顆粒和液體構(gòu)成的懸浮液 不互溶液體構(gòu)成的乳濁液 液體顆粒和氣體構(gòu)成的含霧氣體3.1 概述概述非均相物系 分散相 分散物質(zhì) 處于分散狀態(tài)的物質(zhì) 如：分散于流體中的固體顆粒、液滴或氣泡 連續(xù)相連續(xù)相介質(zhì) 包圍著分散相物質(zhì)且處于連續(xù)狀態(tài)的流體 如：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 分離機(jī)械分離 沉降 過(guò)濾

2、 不同的物理性質(zhì) 連續(xù)相與分散相發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式 分散相和連續(xù)相 3.2 顆粒及顆粒床層的特性顆粒及顆粒床層的特性2. 非球形顆粒： 體積當(dāng)量直徑： 球形度：)()(PsSS顆粒表面積表面積與顆粒體積相等時(shí)球的對(duì)正方體： = 0.805對(duì)正圓柱體： = 0.874對(duì)一般顆粒： = 0.6 - 0.7液體顆粒（在另一液體中） = 0.95 - 0.98 或 1.01. 球形顆粒： 顆粒體積、表面積和比表面積都可用顆粒的直徑來(lái)表示。36VdPe2). 標(biāo)準(zhǔn)篩： 泰勒篩 篩號(hào)：（目數(shù)） 每英寸篩網(wǎng)上的孔數(shù)。3). 粒度分布： 即表示某一粒度（粒徑）或某一粒徑范圍的顆粒占總顆粒質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的一種函數(shù)關(guān)

3、系。常用粒度分布曲線圖表示。1). 粒度尺寸的表示：粗顆粒：mm細(xì)顆粒：篩孔號(hào)表示超細(xì)顆粒：m粒度的測(cè)量方法：篩析統(tǒng)計(jì)測(cè)量法沉降速度計(jì)算法3. 顆粒群特性 體積平均粒徑：33331iiiiiVmdandnd 比表面平均粒徑（又稱邵特Sauter平均直徑）iiiiiiVAmdannddd123iiilmndnd4). 顆粒的平均粒徑： 長(zhǎng)度平均粒徑（算術(shù)平均粒徑）沉降 在某種力場(chǎng)中利用分散相和連續(xù)相之間的密度差異，使之發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)分離的操作過(guò)程。 作用力 重力 慣性離心力 重力 沉降離心沉降 1、沉降速度 1）球形顆粒的自由沉降設(shè)顆粒的密度為s，直徑為d，流體的密度為， 3.3.1 重力沉

4、降3.3 沉降分離沉降分離重力 gdFsg36浮力 gdFb36而阻力隨著顆粒與流體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度而變，可仿照流體流動(dòng)阻力的計(jì)算式寫為 ：22uAFd24dA對(duì)球形顆粒 2422udFdmaFFFdbgadudgdgdss3223362466(a)顆粒開始沉降的瞬間，速度u=0，因此阻力Fd=0，amax 顆粒開始沉降后，u Fd ；u ut 時(shí)，a=0 。等速階段中顆粒相對(duì)與流體的運(yùn)動(dòng)速度ut 稱為沉降速度。當(dāng)a=0時(shí)，u=ut，代入（a）式024662233tsudgdgd 3)(4stdgu沉降速度表達(dá)式2) 阻力系數(shù) 通過(guò)因次分析法得知，值是顆粒與流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù)Ret的函數(shù)。

5、 對(duì)于球形顆粒的曲線，按Ret值大致分為三個(gè)區(qū)： a) 滯流區(qū)或托斯克斯(stokes)定律區(qū)（10 4Ret1） tRe24182stdu斯托克斯公式6 . 0Re5 .18t6 . 0Re269. 0tgdust艾倫公式 c) 湍流區(qū)或牛頓定律區(qū)（Nuton）（103Ret 2105） 44.0gdust74. 1牛頓公式 b) 過(guò)渡區(qū)或艾倫定律區(qū)（Allen）（1Ret103） 3) 影響沉降速度的因素 a）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)顆粒的體積濃度小于0.2%時(shí)，理論計(jì)算值的偏差在1%以內(nèi)，但當(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

6、式不再適用。b）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100倍以上）容器效應(yīng)可忽略，否則需加以考慮。 Dduutt1 . 21c）顆粒形狀的影響 psSS球形度對(duì)于球形顆粒，s=1，顆粒形狀與球形的差異愈大，球形度s值愈低對(duì)于非球形顆粒，雷諾準(zhǔn)數(shù)Ret中的直徑要用當(dāng)量直徑de代替 。peVd3636PeVd顆粒的球形度愈小，對(duì)應(yīng)于同一Ret值的阻力系數(shù)愈大但s值對(duì)的影響在滯流區(qū)并不顯著，隨著Ret的增大，這種影響變大。4) 沉降速度的計(jì)算 1）試差法 假設(shè)沉降屬于層流區(qū) 方法：182stduut dutReRet Ret1 ut為所求Ret1 艾倫公式求ut判斷公式適用為止 2) 摩

7、擦數(shù)群法 34stgdu由得234tsudg22222Retudt 23234Regdst32gdks令3234Rekt 因是Ret的已知函數(shù)， Ret2必然也是Ret的已知函數(shù)， Ret曲線便可轉(zhuǎn)化成 Ret2Ret曲線。 計(jì)算ut時(shí)，先由已知數(shù)據(jù)算出 Ret2的值，再由 Ret2Ret曲線查得Ret值，最后由Ret反算ut 。duttRe2ReRett圖3-3 及 關(guān)系曲線1ReRett計(jì)算顆粒的直徑d ：1)令與Ret-1相乘， 3213)(4Retstug2)將Ret-1Ret關(guān)系繪成曲線 ，由Ret-1值查得Ret的值；ttudRe判別流型 182gdust2318Regdst3)再

8、根據(jù)沉降速度ut值計(jì)算d。 當(dāng)Ret=1 時(shí)，K=2.62，為斯托克斯區(qū)的上限 牛頓定律區(qū)的下限K值為69.1 。 圖3-3 及 關(guān)系曲線1ReRett2ReRett 例：試計(jì)算直徑為95m，密度為3000kg/m3的固體顆粒分別在20的空氣和水中的自由沉降速度。 解：1）在20水中的沉降。用試差法計(jì)算先假設(shè)顆粒在滯流區(qū)內(nèi)沉降 ，182gdust 附錄查得，20時(shí)水的密度為998.2kg/m3,=1.00510-3Pa.s32610005. 11881. 92 .99830001095tusm/10797. 93核算流型 ttduRe33610005. 12 .99810797. 910959

9、244. 01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用摩擦數(shù)群法計(jì)算20空氣：=205 kg/m3，=8110-5 Pa.s根據(jù)無(wú)因次數(shù)K值判別顆粒沉降的流型 32gdKs32561081. 181. 9205. 13000205. 1109552. 42.61K69.1，沉降在過(guò)渡區(qū)。用艾倫公式計(jì)算沉降速度。 4 . 16 . 04 . 14 . 04 . 114 . 16 . 14 . 11154. 0stdgusm/619. 0a）降塵室的結(jié)構(gòu) b）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的含塵氣體的體積流量，用Vs表示，m3/s。降塵室內(nèi)的顆粒運(yùn)動(dòng)

10、 以速度u隨氣體流動(dòng) 以速度ut作沉降運(yùn)動(dòng)1) 降塵室2、重力沉降設(shè)備氣氣體體 氣氣體體進(jìn)進(jìn)口口 出出口口 集集灰灰斗斗 降降塵塵室室 L B 氣氣體體 u H ut 顆顆粒粒在在降降塵塵室室中中的的運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng) t若則表明，該顆粒能在降塵室中除去。思考1：為什么氣體進(jìn)入降塵室后，流通截面積要擴(kuò)大？思考2：為什么降塵室要做成扁平的？ 顆粒在降塵室的停留時(shí)間 ul 顆粒沉降到室底所需的時(shí)間 ttuHttuH182gdust思考3：要想使某一粒度的顆粒在降塵室中被100%除去，必須滿足什么條件？ L u B 氣體氣體 ut H 顆粒在降塵室中的運(yùn)動(dòng)顆粒在降塵室中的運(yùn)動(dòng) 思思考考4 4： 能能夠夠被被1

11、 10 00 0% %除除去去的的最最小小顆顆粒粒， 必必須須滿滿足足什什么么條條件件？ttuHuL 即即底AgVLgHudsSs1818min100%思考5：粒徑比dmin小的顆粒，被除去的百分?jǐn)?shù)為多少？粒徑比dmin大的顆粒，被除去的百分?jǐn)?shù)為多少？100%L u B氣體氣體 ut H 顆粒在降塵室中的運(yùn)動(dòng)顆粒在降塵室中的運(yùn)動(dòng)182gdustttsuABLuBHuV底底生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力 tuHuL 能夠滿足 100%除去某粒度顆粒時(shí)的氣體處理量-生產(chǎn)能力多層降塵室多層降塵室 注意：降塵室內(nèi)氣體流速不應(yīng)過(guò)高，以免將已沉降下來(lái)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u3m/s，較易揚(yáng)起灰塵

12、的，可取u1.5m/s?？梢?jiàn)：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(wú)關(guān)2) 多層降塵室tsblunV) 1( n 層隔板的多層降塵室生產(chǎn)能力：降塵室的計(jì)算降塵室的計(jì)算 設(shè)計(jì)型操作型已知?dú)怏w處理量和除塵要求，求降塵室的大小 用已知尺寸的降塵室處理一定量含塵氣體時(shí)，計(jì)算可以完全除掉的最小顆粒的尺寸，或者計(jì)算要求完全除去直徑 d 的塵粒時(shí)所能處理的氣體流量。 例：例：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(zhǎng)分別為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(zhǎng)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

13、=0.5kg/m3，粘度，粘度=3.410-5Pa.s，固體密度，固體密度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(lái)的最小顆粒尺寸；理論上能完全分離下來(lái)的最小顆粒尺寸；3. 粒徑為粒徑為40m的顆粒的回收百分率；的顆粒的回收百分率；4. 欲使粒徑為欲使粒徑為10m的顆粒完全分離下來(lái)，需在降降塵室內(nèi)設(shè)置幾層水平隔板？的顆粒完全分離下來(lái)，需在降降塵室內(nèi)設(shè)置幾層水平隔板？解：解：1）降塵室的總高度）降塵室的總高度HsmtVVS/564. 2273427273127327330

14、buVHS5 . 02564. 2m564. 22）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 blVustsm/214. 062564. 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) gudst18min807. 95 . 04000214. 0104 . 3185m51078. 5核算沉降流型核算沉降流型 1182. 01014. 35 . 0214. 01078. 5Re55ttdu原假設(shè)正確原假設(shè)正確 3）粒徑為）粒徑為40m的顆粒的回收百分率的顆粒的回收百分率粒徑為粒徑為40m的顆粒定在滯流區(qū)的顆粒定在滯流區(qū) ，其沉降速度，其沉

15、降速度 smgdust/103. 0104 . 318807. 95 . 040001040185262氣體通過(guò)降沉室的時(shí)間為：氣體通過(guò)降沉室的時(shí)間為： suL125 . 06直徑為直徑為40m的顆粒在的顆粒在12s內(nèi)的沉降高度為：內(nèi)的沉降高度為： muHt234. 112103. 0 假設(shè)顆粒在降塵室入口處的爐氣中是均勻分布的，則假設(shè)顆粒在降塵室入口處的爐氣中是均勻分布的，則顆粒在降塵室內(nèi)的沉顆粒在降塵室內(nèi)的沉降高度與降塵室高度之比約等于該尺寸顆粒被分離下來(lái)的百分率降高度與降塵室高度之比約等于該尺寸顆粒被分離下來(lái)的百分率。直徑為直徑為40m的顆粒被回收的百分率為：的顆粒被回收的百分率為： %

16、13.48%100564. 2234. 1HH4）水平隔板層數(shù)）水平隔板層數(shù) 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， 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)， smgdust/1041. 6104 . 318807. 95 . 0400010118362521tSbluVn1104 . 662564. 233 .32取取33層層 板間距為板間距為 1nHhm0754. 0133564. 2降塵室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但設(shè)備龐大、效率低，只適用

17、于分離粗顆粒-直徑75m以上的顆粒，或作為預(yù)分離設(shè)備。2) 增稠器（沉降槽） 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3) 3) 分級(jí)器分級(jí)器例：例：本題附圖所示為一雙錐分級(jí)器，利用它本題附圖所示為一雙錐分級(jí)器，利用它可將密度不同或尺寸不同的粒子混合物分開?？蓪⒚芏炔煌虺叽绮煌牧Ｗ踊旌衔锓珠_?；旌狭Ｗ佑缮喜考尤?，水經(jīng)可調(diào)錐與外壁的混合粒子由上部加入，水經(jīng)可調(diào)錐與外壁的環(huán)形間隙向上流過(guò)。沉降速度大于水在環(huán)隙環(huán)形間隙向上流過(guò)。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則被溢流帶出于該流速的

18、顆粒則被溢流帶出利用雙錐分級(jí)器對(duì)方鉛礦與石英兩種粒子混合物分離。已知：利用雙錐分級(jí)器對(duì)方鉛礦與石英兩種粒子混合物分離。已知：粒子形狀粒子形狀 正方體正方體 粒子尺寸粒子尺寸 棱長(zhǎng)為棱長(zhǎng)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/m320水的密度和粘度水的密度和粘度=998.2kg/m3 =1.00510-3 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）欲得純方鉛礦粒，水的上升流速）欲得純方鉛礦粒，水的上升流速至少應(yīng)取多少至少應(yīng)取多少m/s？2）所得純方鉛礦粒的尺寸范圍。）所得純方鉛礦粒的尺寸

19、范圍。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，應(yīng)按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)按最大石英粒子的最大石英粒子的自由沉降速度決定水的上升流速自由沉降速度決定水的上升流速。 對(duì)于正方體顆粒，先算出其當(dāng)量直徑和球形度。對(duì)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(zhǎng)，代表棱長(zhǎng)，Vp 代表一個(gè)顆粒的體積。代表一個(gè)顆粒的體積。36peVd336lm43310685. 8)107 . 0(6psSS226lde806. 0)107 . 0(610685. 8234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

20、沉降速度22223)(4Regdset14000)10005. 1 (381. 92 .998)2 .9982650()10685. 8(42334s=0.806，查圖，查圖3-3的，的，Ret=60，則：，則：ettduRe4310685. 82 .99810005. 160sm/0696. 02）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(jì)算該粒子的當(dāng)量直徑。用摩擦數(shù)群法計(jì)算該粒子的當(dāng)量直徑。32113)(4Retstug2544. 0)0696. 0(2 .998381. 9

21、)2 .9987500(10005. 14323tteudRe0696. 02 .99810005. 1223m410182.3與此當(dāng)量直徑相對(duì)應(yīng)的正方體的棱長(zhǎng)為：與此當(dāng)量直徑相對(duì)應(yīng)的正方體的棱長(zhǎng)為：36edl 34610182. 3m410565. 2所得方鉛礦的棱長(zhǎng)范圍為所得方鉛礦的棱長(zhǎng)范圍為0.25650.7mm。s=0.806，查圖，查圖3-3的，的，Ret=22，則：，則：離心沉降：離心沉降： 依靠慣性離心力的作用而實(shí)現(xiàn)的沉降過(guò)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。 3.3.2 離心沉降離心沉降慣性離心力場(chǎng)與重力場(chǎng)的區(qū)別 1、離心沉降速度切向速度 ut徑向速度 ur合

22、成u合 合離心力：2236CppuuFmdrr 徑向向外 浮力：(向心力）236bpuFdr 指向中心阻力：242222rprduduAF 指向中心 受力平衡時(shí)，徑向速度ur為該點(diǎn)的離心沉降速度。24()3pptrduur 表達(dá)式：重力沉降速度公式中的重力加速度改為離心加速度數(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阻力系數(shù) ：層流時(shí)tRe24RuduTsr2218v 離心加速度ac=2r=ut2/r不是常量v 沉降過(guò)程沒(méi)有勻速段，但在小顆粒沉降時(shí)，加速度很小，可近似作為勻速沉降處理

23、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 ：cTtrKgRuuu2 比值 Kc 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)度之比稱為離心分離因數(shù)。 例如；當(dāng)旋轉(zhuǎn)半徑 R = 0.4m，切向速度uT = 20m/s時(shí)，求分離因數(shù)。1022gRuKTc一般離心設(shè)備 Kc 在 52500 之間，高速離心機(jī) Kc 可達(dá)幾萬(wàn)數(shù)十萬(wàn)。2 旋風(fēng)分離器的工作原理構(gòu)造及氣、固運(yùn)動(dòng)軌跡圖3-7 標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器圖3-8 氣體在旋風(fēng)分離器內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況1）氣體處理量 旋風(fēng)分離器的處理量由入口的氣速?zèng)Q定，入口氣體流量是旋風(fēng)分離器最主要的操作參數(shù)。一般入口氣速ui在1525m/s。 旋風(fēng)分離器性能的主

24、要操作參數(shù)為氣體處理量，旋風(fēng)分離器的處理量 hBuVi3 旋風(fēng)分離器的性能判斷旋風(fēng)分離器分離效率高低的重要依據(jù)是臨界粒徑。臨界粒徑 ： 理論上在旋風(fēng)分離器中能完全分離下來(lái)的最小顆粒直徑。 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)，且切線速度恒定，等于進(jìn)口氣速uT=ui； b) 顆粒沉降過(guò)程中所穿過(guò)的氣流厚度為進(jìn)氣口寬度BRuduTsr2218表示c) 顆粒在滯流情況下做自由沉降，徑向速度可用 2）臨界粒徑 0.695m，則在規(guī)定的氣量下不能達(dá)到規(guī)定的分離效率。，則在規(guī)定的氣量下不能達(dá)到規(guī)定的分離效率。倘若直徑倘若直徑D0.654m，則在規(guī)定的氣量下，壓降將超出允

25、許的范圍。，則在規(guī)定的氣量下，壓降將超出允許的范圍。 3.4 過(guò)濾過(guò)濾 過(guò)濾操作的基本概念 過(guò)濾基本方程式 恒壓過(guò)濾 恒速過(guò)濾 過(guò)濾常數(shù)的測(cè)定 過(guò)濾設(shè)備 濾餅的洗滌 過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力3.4.1 過(guò)濾操作的過(guò)濾操作的基本概念基本概念過(guò)濾：過(guò)濾：利用能讓液體通過(guò)而截留固體顆粒的多孔介質(zhì)（過(guò)濾介質(zhì)），使懸浮液中固液得到分離的單元操作。濾漿：濾漿：過(guò)濾操作中所處理的懸浮液。 濾液：濾液：通過(guò)多孔介質(zhì)的液體 。濾渣（濾餅）：濾渣（濾餅）：被截留住的固體物質(zhì) 1、過(guò)濾的概念、過(guò)濾的概念實(shí)現(xiàn)過(guò)濾操作的外力有重力、壓力、離心力，化工中應(yīng)用最多的是壓力過(guò)濾。 2、過(guò)濾方式、過(guò)濾方式過(guò)濾 深層過(guò)濾 濾餅過(guò)濾 固體

26、顆粒的沉積發(fā)生在較厚的粒狀過(guò)濾介質(zhì)床層內(nèi)部，懸浮液中的顆粒直徑小于床層直徑，當(dāng)顆粒隨流體在床層的曲折孔邊穿過(guò)時(shí)，便粘附在過(guò)濾介質(zhì)上。 適用于懸浮液中顆粒甚小且含量甚微（固相體積分率在0.1%以下）的場(chǎng)合 固體顆粒成餅層狀沉積于過(guò)濾介質(zhì)表面，形成濾餅適用于處理固相含量稍高（固相體積分率在1%以上）的懸浮液。 濾濾餅餅過(guò)過(guò)濾濾深深層層過(guò)過(guò)濾濾兩兩種種過(guò)過(guò)濾濾方方式式 3、過(guò)濾介質(zhì) 過(guò)濾介質(zhì)是濾餅的支承物，應(yīng)具有下列條件： a) 多孔性，孔道適當(dāng)?shù)男。瑢?duì)流體的阻力小，又能截住要分離的顆粒。 b) 物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐熱，耐化學(xué)腐蝕。 c)足夠的機(jī)械強(qiáng)度，使用壽命長(zhǎng) d) 價(jià)格便宜工業(yè)常用的過(guò)濾介質(zhì)主

27、要有 ： a) 織物介質(zhì)：又稱濾布，棉、毛、絲等天然纖維，玻璃絲和各種合成纖維制成的織物及金屬網(wǎng)。截留的粒徑的范圍從幾十m到1m。 優(yōu)點(diǎn)：織物介質(zhì)薄，阻力小，清洗與更新方便，價(jià)格比較便宜，是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的過(guò)濾介質(zhì)。b)多孔固體介質(zhì)：如素?zé)沾桑瑹Y(jié)金屬塑料細(xì)粉粘成的多 孔塑料，棉花餅等。這類介質(zhì)較厚，孔道細(xì) 阻力大，能截留13m的顆粒。c) 堆積介質(zhì)：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。d) 多孔膜：由高分子材料制成，膜很?。◣资甿到200m）， 孔很小，可以分離小到0.05m的顆粒，應(yīng)用多孔膜 的過(guò)濾有超濾和微濾。4、助濾劑 濾餅不可壓縮濾餅

28、: 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 可壓縮濾餅: 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(dòng)通道變小，阻力增大。助濾劑：可減少可壓縮濾餅的流動(dòng)阻力加 入 方法預(yù)涂： 預(yù)混： 將助濾劑混在濾漿中一起過(guò)濾 用助濾劑配成懸浮液，在正式過(guò)濾前用它進(jìn)行過(guò)濾，在過(guò)濾介質(zhì)上形成一層由助濾劑組成的濾餅。 3.4.2 過(guò)濾的基本方程過(guò)濾的基本方程1、濾液通過(guò)餅層的流動(dòng)、濾液通過(guò)餅層的流動(dòng) 空隙率空隙率: 單位體積床層中的空隙體積，用表示。 =空隙體積 / 床層體積 m3/m3顆粒比表面積：顆粒比表面積：?jiǎn)挝惑w積顆粒所具有的表面積，用a表示。 a=顆粒表面積 / 顆粒體積

29、de=4水力半徑=4管道截面積 / 潤(rùn)濕周邊(1)細(xì)管長(zhǎng)度細(xì)管長(zhǎng)度le與床層高度與床層高度L成正比成正比(2)細(xì)管的內(nèi)表面積等于全部顆粒的表面積，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。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：簡(jiǎn)化模型：假定：假定：CLle 流體在固定床內(nèi)流動(dòng)的簡(jiǎn)化模型 空床速度（表觀速度）空床速度（表觀速度）真真實(shí)實(shí)速速度度1p u L du le e u 顆粒床層的當(dāng)量直徑可寫為：顆粒床層的當(dāng)量直徑可寫為：de流通截面積流通截面積流道長(zhǎng)度流道長(zhǎng)度潤(rùn)濕周邊長(zhǎng)度潤(rùn)濕周邊長(zhǎng)度流道長(zhǎng)度流道長(zhǎng)度de流道容積流道容積流道表

30、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111m3 流道容積流道容積1m3 流道表面積顆粒體積顆粒比表面（1）a m2所以床層的當(dāng)量直徑為 ：濾液通過(guò)餅層的流動(dòng)常屬于滯流流型 ，lpdu322 )1 (ade(1)濾液通過(guò)餅床層的流速與壓強(qiáng)降的關(guān)系為： 12Lpdue（2） 在與過(guò)濾介質(zhì)層相垂直的方向上床層空隙中的濾液流速u與按整個(gè)床層截面積計(jì)算的濾液平均流速u之間的關(guān)系為 ： /uu （3） 將（1）、（3）代入（2）并寫成等式 )()1 (11223LpaKu 比例常數(shù)K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(duì)于顆粒床層

31、的滯流流動(dòng)，K值可取為5。 )()1 (5223LPauc過(guò)濾速度表達(dá)式2、過(guò)濾速率 過(guò)濾速率過(guò)濾速度單位時(shí)間通過(guò)單位過(guò)濾面積的濾液體積 定義)()1 (5223LPAaddVc表達(dá)式單位時(shí)間獲得的濾液體積稱為過(guò)濾速率 )()1 (5223LPaAddVuc3、濾餅的阻力 )()1 (51223LPau令32215ar Lrpu 1 ddqAddV=過(guò)濾阻力過(guò)濾阻力過(guò)濾推動(dòng)力過(guò)濾推動(dòng)力 -單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位過(guò)濾 面積的濾液體積過(guò)過(guò)濾濾速速度度濾餅的比阻，1/m2 令 rLR 濾餅阻力RPAddV1= 由R r L 可知，比阻 r 是單位厚度濾餅的阻力， 數(shù)值上等于粘度為 1Pa.s 的濾液以

32、1 m/s 的平均流速通過(guò)厚度為 1m 的濾餅層時(shí)，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(duì)濾液流動(dòng)的影響 床層空隙率愈小及顆粒比表面積愈大，則床層愈致密，對(duì)流體流動(dòng)的阻滯作用也愈大。濾液穿過(guò)過(guò)濾介質(zhì)層的速度關(guān)系式 ：22RPAddV 式中：P=P1+P2，代表濾餅與濾布兩側(cè)的總壓強(qiáng)降，稱為過(guò)濾壓強(qiáng)差。也稱為過(guò)濾設(shè)備的表壓強(qiáng) 。 )()(2221RRpRRppAddV p1u 表觀速度即過(guò)濾速度 p24、過(guò)濾介質(zhì)的阻力 過(guò)濾介質(zhì)的阻力與其厚度及本身的致密程度有關(guān)，通常把過(guò)濾介質(zhì)的阻力視為常數(shù)。 可用濾液通過(guò)串聯(lián)的濾餅與濾布的總壓強(qiáng)降來(lái)表示過(guò)濾推動(dòng)力，用兩層的阻力之和來(lái)表示總阻力。

33、設(shè)想以一層厚度為L(zhǎng)e的濾餅來(lái)代替濾布， 2RrLe）（7 )()(eeLLrPrLrLPAddV式中：Le過(guò)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(guò)濾一定懸浮液時(shí)，Le為定值，但同一介質(zhì)在不同的過(guò)濾操作中，Le值不同。 pu 表觀速度5、過(guò)濾基本方程式、過(guò)濾基本方程式 設(shè)每獲得單位體積濾液時(shí)，被截留在過(guò)濾介質(zhì)上的濾餅體積為v（m3濾餅/m3濾液），則 AvVL =AvVLee=代入過(guò)濾速度表達(dá)式中：過(guò)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(guò)濾一定的懸浮液時(shí)，Ve為定值，但同一介質(zhì)在不同的過(guò)濾操作中，Ve值不同。)(AV

34、VrvPAddVe)(2eVVrvPAddV過(guò)濾速率的一般關(guān)系式 壓縮指數(shù)壓縮指數(shù)s=s=0.20.2 0.80.8（可壓縮濾餅）（可壓縮濾餅）s=0s=0（不可壓縮濾餅）（不可壓縮濾餅）比阻sprr 0令-過(guò)濾基本方程)+(=0- 1esVVrPAAddV所以3.4.3 恒壓過(guò)恒壓過(guò)濾濾 恒壓過(guò)濾：在恒定壓強(qiáng)差下進(jìn)行的過(guò)濾操作。 恒壓過(guò)濾時(shí)，濾餅不斷變厚致使阻力逐漸增加。但推動(dòng)力P 恒定，過(guò)濾速率逐漸變小。 rk1令表征過(guò)濾物料特性的常數(shù)（m4/N.s）)(12esVVrPAddV過(guò)濾速率esVVPkAddV12過(guò)濾阻力過(guò)濾推動(dòng)力=AddVu對(duì)于一定的懸浮液，,r及均可視為常數(shù)。 假定獲得體

35、積為Ve濾液所需的虛擬過(guò)濾時(shí)間為e,則積分的邊界條件為： 過(guò)濾時(shí)間 濾液體積 0 e 0Ve e+e VeV+Ve)()()(0120eeeseVedPkAVVdVV)()()(12eeeeesVVVeedPkAVVdVV積分得 ：dPkA=)Vd(V+)V(V+s - 12ee積分兩式，并令 K=2kP1-s eeKAV22=222KAVVVe兩式相加，得：)()(22eeKAVV恒壓過(guò)濾方程式恒壓過(guò)濾方程式 K 過(guò)濾常數(shù) 由物料特性及過(guò)濾壓強(qiáng)差所決定 ，m2/s e和 qe 介質(zhì)常數(shù) 反映過(guò)濾介質(zhì)阻力大小 ，s及m3/m2，由過(guò)濾介質(zhì)的性質(zhì)（孔的結(jié)構(gòu)、r0、厚度）決定。當(dāng)介質(zhì)阻力可以忽略時(shí)

36、，Kq 2vrpKs0- 12= pu 表觀速度表觀速度表明：恒壓過(guò)濾時(shí)，濾液體積與過(guò)濾時(shí)間的關(guān)系為拋物線方程 當(dāng)介質(zhì)阻力可以忽略時(shí)，Ve=0，e=0，則22KAVAVqAVqee及令eeKq2Kqqqe 223.4.4 恒速過(guò)恒速過(guò)濾濾常數(shù)=AV過(guò)濾阻力過(guò)濾推動(dòng)力=AddVu eVVKA 2特點(diǎn)： K不為常數(shù)，而u為常數(shù)。222=+AKVVVe整理得： 若過(guò)濾介質(zhì)阻力可忽略不計(jì)，則 222=AKV或2=2Kq3.4.5 過(guò)濾常數(shù)的過(guò)濾常數(shù)的測(cè)定測(cè)定1、恒壓下K、qe、e的測(cè)定 實(shí)驗(yàn)原理：Kddqqqe)(2eqKqKq22 對(duì)于一定恒壓下過(guò)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

37、積計(jì)）的數(shù)據(jù)，然后算出一系列的與q的對(duì)應(yīng)值。由恒壓過(guò)濾方程 )()2eeKqq（微分 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，可得到一斜率為2/K，截距為2qe/K的直線。eeKq2求得：e由： 1500 1000500 00 0025 0.05 0.075q斜 率1/Kq2、壓縮性指數(shù)、壓縮性指數(shù)s的測(cè)定的測(cè)定 由 spkK- 12=兩端取對(duì)數(shù)，得 )2lg(+)lg()-1 (=lgkpsKvrk1常數(shù)lgK與lg(p)的關(guān)系在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪時(shí)應(yīng)是直線,直線的斜率為1-s，截距為lg(2k)。由此可得到濾餅的壓縮性指數(shù)s及物料特性常數(shù)k。 3.4.6 過(guò)濾設(shè)備過(guò)濾設(shè)備 圖

38、3-18 板框壓縮機(jī)1-壓緊裝置 2-可動(dòng)頭 3-濾框 4-濾板 5-固定頭 6-濾液出口 7-濾漿進(jìn)口 8-濾布1、板框壓濾、板框壓濾機(jī)機(jī) 圖3-19 濾板和濾框板框壓濾機(jī)為板框壓濾機(jī)為間歇操作間歇操作，每個(gè)操作循環(huán)，每個(gè)操作循環(huán)由裝合、過(guò)濾、洗滌、卸餅、清理由裝合、過(guò)濾、洗滌、卸餅、清理5個(gè)個(gè)階段組成。階段組成。 懸浮液懸浮液在指定壓強(qiáng)下經(jīng)濾漿通路由在指定壓強(qiáng)下經(jīng)濾漿通路由濾框角上的孔道并行進(jìn)入各個(gè)濾框。濾框角上的孔道并行進(jìn)入各個(gè)濾框。 濾液濾液分別穿過(guò)濾框兩側(cè)的濾布，沿分別穿過(guò)濾框兩側(cè)的濾布，沿濾板板面的溝道至濾液出口排出濾板板面的溝道至濾液出口排出 顆粒顆粒被濾布截留而沉積在濾布上，被

39、濾布截留而沉積在濾布上，待濾餅充滿全框后，停止過(guò)濾。待濾餅充滿全框后，停止過(guò)濾。 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2）板框壓濾機(jī)的操作）板框壓濾機(jī)的操作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洗滌液流出洗滌液流出洗洗滌滌液液入入口口橫穿洗滌法：橫穿洗滌法： 洗滌時(shí)洗滌時(shí)，先將洗滌板上的濾液出口關(guān)，先將洗滌板上的濾液出口關(guān)閉閉 ，洗滌水經(jīng)洗水通路從洗滌半角上的，洗滌水經(jīng)洗水通路從洗滌半角上的孔道并行進(jìn)入各個(gè)洗滌板的兩側(cè)。孔道并行進(jìn)入各個(gè)洗滌板的兩側(cè)。特點(diǎn)：特點(diǎn)：洗滌水穿過(guò)的途徑正好是過(guò)濾終了洗滌水穿過(guò)的途徑正好是過(guò)濾終了時(shí)濾液穿

40、過(guò)途徑的時(shí)濾液穿過(guò)途徑的二倍二倍。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，設(shè)備緊湊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，設(shè)備緊湊，過(guò)濾面積大而占地小，操作壓強(qiáng)高，濾餅過(guò)濾面積大而占地小，操作壓強(qiáng)高，濾餅含水少，對(duì)各種物料的適應(yīng)能力強(qiáng)。含水少，對(duì)各種物料的適應(yīng)能力強(qiáng)。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：間歇手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)：間歇手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低。效率低。2、加壓葉濾機(jī)、加壓葉濾機(jī) 葉濾機(jī)葉濾機(jī)是由許多不同寬度的長(zhǎng)方形是由許多不同寬度的長(zhǎng)方形濾葉濾葉裝合而成。濾葉由金屬絲網(wǎng)制造裝合而成。濾葉由金屬絲網(wǎng)制造，內(nèi)部具有空間，外罩濾布。，內(nèi)部具有空間，外罩濾布。 濾 漿 濾 液 濾 葉 的 構(gòu) 造屬間歇式屬間歇式置換洗滌：置換

41、洗滌：Lw= L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 特點(diǎn)：特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備緊湊，密閉操作，：設(shè)備緊湊，密閉操作，勞動(dòng)條件較好，每次循環(huán)濾布不用裝卸，勞動(dòng)條件較好，每次循環(huán)濾布不用裝卸，勞動(dòng)力較省。勞動(dòng)力較省。 圖3-21 加壓葉濾機(jī) 1-濾餅 2-濾布 3-拔出裝置 4-橡膠圈3、轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)、轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)1）轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)的結(jié)構(gòu)）轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)的結(jié)構(gòu)置換洗滌：置換洗滌：Lw= L屬連續(xù)式屬連續(xù)式 轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)筒-筒的側(cè)壁上覆蓋有金屬網(wǎng)，筒的側(cè)壁上覆蓋有金屬網(wǎng)，長(zhǎng)、徑之比約為長(zhǎng)、徑之比約為1/2 2，濾布濾布-蒙在筒外壁上。蒙在筒外壁上。分配頭分

42、配頭-轉(zhuǎn)動(dòng)盤、固定盤轉(zhuǎn)動(dòng)盤、固定盤 構(gòu)造：構(gòu)造：一個(gè)操作循環(huán)：一個(gè)操作循環(huán)：浸沒(méi)于濾漿中的過(guò)濾面積約占全部面積的浸沒(méi)于濾漿中的過(guò)濾面積約占全部面積的30 40%，轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速為0.1至至2 3（轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)/分）分） 。特點(diǎn)特點(diǎn)： 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)過(guò)濾、洗滌、吹松、刮渣過(guò)濾、洗滌、吹松、刮渣3.4.7 濾餅的濾餅的洗滌洗滌洗滌速率：洗滌速率：洗滌阻力洗滌推動(dòng)力wddV與濾餅厚度、濾餅性質(zhì)、洗滌液粘度、介質(zhì)阻力有關(guān)特點(diǎn)：特點(diǎn)：洗滌時(shí)推動(dòng)力、阻力不變，洗滌速度為常數(shù)。洗滌時(shí)推動(dòng)力、阻力不變，洗滌速度為常數(shù)。 濾餅洗滌的目的：濾餅洗滌的目的：為了回收濾餅

43、里存留的濾液，或者為了回收濾餅里存留的濾液，或者凈化構(gòu)成濾餅顆粒。凈化構(gòu)成濾餅顆粒。單位時(shí)間內(nèi)消耗的洗水容積洗滌時(shí)間：洗滌時(shí)間：wwwddVV)(洗滌液量 洗滌速率與過(guò)濾終了時(shí)的過(guò)濾速率有關(guān)，這個(gè)關(guān)系取決于濾液設(shè)備上采用的洗滌方式。橫穿洗滌法：洗水橫穿兩層濾布及整個(gè)厚度的濾餅，流徑長(zhǎng)度約為過(guò)濾終了時(shí)濾液流動(dòng)的兩倍。而供洗水流通的面積僅為過(guò)濾面積的一半 。EeweLLLL)(2)(AAw21當(dāng)操作壓強(qiáng)差和洗水與濾液粘度相同時(shí) )( 221)(1eswLLrPAddVEddV)(41)(82eVVKA 當(dāng)洗水粘度、洗水表壓與濾液粘度、過(guò)濾壓強(qiáng)差有明顯差異時(shí)，所需的當(dāng)洗水粘度、洗水表壓與濾液粘度、過(guò)濾壓強(qiáng)差有明顯差異時(shí)，所需的過(guò)濾時(shí)間可進(jìn)行校正。過(guò)濾時(shí)間可進(jìn)行校正。)(wwwwPP 葉濾機(jī)采用的置換洗滌法，洗水與過(guò)濾終了時(shí)的濾液流過(guò)的路徑就完全相同。當(dāng)操作壓強(qiáng)差和洗水與濾液粘度相同時(shí) )(2)()(2,eEwVVKAddVddV終過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力 ：?jiǎn)挝粫r(shí)間的濾液體積或?yàn)V渣體積，m3/s 1、間歇過(guò)濾機(jī)的計(jì)算、間歇過(guò)濾機(jī)的計(jì)算 一個(gè)操作周期時(shí)間為：DWT生