非均相混合物的分離PPT課件

1、 化 工 原 理 課 件 第 四 章 沉 降 與 過 濾分散相：非均相物系中處于分散狀態(tài)的物質(zhì)，如分散相：非均相物系中處于分散狀態(tài)的物質(zhì)，如懸浮液中的固體顆粒。懸浮液中的固體顆粒。連續(xù)相：包圍分散質(zhì)的處于連續(xù)狀態(tài)的流體。如連續(xù)相：包圍分散質(zhì)的處于連續(xù)狀態(tài)的流體。如懸浮液中的液體。懸浮液中的液體。3.1 概述概述第1頁/共124頁非均相混合物的分離方法依據(jù)：分散相與連續(xù)相之間的物理性質(zhì)的差異。如密度、顆粒外徑等方法：連續(xù)相與分散相之間發(fā)生相對運動而分離.離心過濾真空過濾加壓過濾重力過濾過濾離心沉降重力沉降沉降分離機械分離方法3.1 概述概述第2頁/共124頁機械分離方法的推動力分離目的回收有價值

2、的物質(zhì) 凈化分散介質(zhì)保護環(huán)境和安全生產(chǎn)慣性離心力還包括重力以壓力差為主過濾推動力速度快還有重力以慣性離心力為主離心沉降推動力速度慢以重力為主重力沉降推動力,:,:,:3.1 概述概述第3頁/共124頁 顆粒的特性 單一顆粒的特性 （1）球形顆粒 體積 表面積 比表面積 （2）非球形顆粒 非球形顆粒可用當(dāng)量直徑及形狀系數(shù)來表示其特性。36dV2dSda63.2 顆粒及顆粒床層的特性顆粒及顆粒床層的特性第4頁/共124頁 體積當(dāng)量直徑de 表面積當(dāng)量直徑des 比表面積當(dāng)量直徑dea 形狀系數(shù) 形狀系數(shù)表征顆粒的形狀與球形的差異程度 球形顆粒， =1，顆粒形狀與球形差別愈大， 值愈低。 36peV

3、d pseSdpeaad6psSSss3.2 顆粒及顆粒床層的特性顆粒及顆粒床層的特性第5頁/共124頁 非球形顆粒通常以體積當(dāng)量直徑和形狀系數(shù)來表征顆粒的體積、表面積和比表面積。 ,63epdVsepdS2espda63.2 顆粒及顆粒床層的特性顆粒及顆粒床層的特性第6頁/共124頁顆粒群的特性 1、粒度分布 不同粒徑范圍內(nèi)所含粒子的個數(shù)或質(zhì)量即粒徑分布。 標(biāo)準(zhǔn)篩: 泰勒制，日本制，德國制及原蘇聯(lián)制等。我 國用泰勒制。3.2 顆粒及顆粒床層的特性顆粒及顆粒床層的特性第7頁/共124頁 2、 顆粒的平均粒徑平均比表面積直徑iiaiiiiadxddxGGdd111或3.2 顆粒及顆粒床層的特性顆

4、粒及顆粒床層的特性第8頁/共124頁顆粒床層的特性床層空隙率 固定床：眾多固體顆粒堆積而成的靜止的顆粒層。 床層體積顆粒體積床層體積3.2 顆粒及顆粒床層的特性顆粒及顆粒床層的特性第9頁/共124頁 床層的比表面積 單位床層體積具有的顆粒表面積稱為床層的比表面積。若忽略顆粒之間接觸面積的影響 床層比表面積也可根據(jù)堆積密度估算aab)1 (sbbda6sb)1 ( 3.2 顆粒及顆粒床層的特性顆粒及顆粒床層的特性第10頁/共124頁流體通過床層流動的壓降（3.4 過濾）3.2 顆粒及顆粒床層的特性顆粒及顆粒床層的特性第11頁/共124頁 沉降分離沉降分離是借助某種力的作用，利用分散物質(zhì)與分散介質(zhì)

5、的密度差異使之發(fā)生相對運動而分離的過程。 沉降: 重力沉降 作用力是重力 離心沉降 作用力是慣性離心力3.3 沉降分離沉降分離第12頁/共124頁重力沉降 受地球吸引力的作用而發(fā)生的沉降。 沉降速度 假設(shè)： 3.3 沉降分離沉降分離顆粒為球形； 顆粒沉降時彼此相距較遠(yuǎn)，互不干擾 容器壁對沉降的阻滯作用可以忽略 顆粒直徑不能小到受流體分子運動的影響 第13頁/共124頁1.1.球形顆粒的自由沉降：球形顆粒的自由沉降：gdFsg 36 gdFb36 2)4(22udFd 重力：重力：浮力：浮力：阻力：阻力： s 顆顆粒粒密密度度 流流體體密密度度l受力分析受力分析3.3 沉降分離沉降分離第14頁/

6、共124頁化工原理課件第四章 沉降與過濾maFFFdbg 剛開始沉降：剛開始沉降： 0 ubgFF 不變不變0 dFa最大最大 開始沉降開始沉降 udFdbgFFF a 3.3 沉降分離沉降分離第15頁/共124頁tuu dbgFFF a0 u增加至一定值時增加至一定值時 自由沉降速度自由沉降速度 勻速沉降勻速沉降 24161612233tsudgdgd smgdust/3)(4 自由沉降速度公式自由沉降速度公式 3.3 沉降分離沉降分離第16頁/共124頁2.2.阻力系數(shù)阻力系數(shù) 的計算的計算 ),f(Re tsudRe 因次分析因次分析球形度球形度SSp = =與顆粒體積相等的圓球的表面積

7、與顆粒體積相等的圓球的表面積顆粒的表面積顆粒的表面積1 3.3 沉降分離沉降分離第17頁/共124頁3.3 沉降分離沉降分離第18頁/共124頁層流區(qū)(Stokes區(qū)) 1Re ttRe24182gdustStokes公式表面摩擦阻力占主導(dǎo)地位不發(fā)生邊界層分離3.3 沉降分離沉降分離第19頁/共124頁過渡區(qū)(Allen區(qū)) 1000Re1t6 . 0Re5 .18t6 . 0Re27. 0tstgdu開始發(fā)生邊界層分離顆粒后部形成旋渦尾流尾流區(qū)壓強低形體阻力增大3.3 沉降分離沉降分離第20頁/共124頁湍流區(qū)(牛頓區(qū)) 形體阻力占主導(dǎo)地位，表面摩擦阻力可以忽略200000Re1000t阻力

8、u2阻力系數(shù)與Ret無關(guān)44. 0stgdu74. 13.3 沉降分離沉降分離第21頁/共124頁 Ret2105阻力系數(shù)驟然下降層流邊界層湍流邊界層分離點后移，尾流區(qū)收縮，形體阻力突然下降510)103(Ret近似取=0.13.3 沉降分離沉降分離第22頁/共124頁自由沉降速度的公式不適用于非常微細(xì)顆粒（如d10-4時，可不考慮布朗運動的影響。沉降速度關(guān)系式適用于顆粒與流體在重力方向上的相對運動的計算。例如: 顆粒密度大于流體密度的沉降操作；顆粒密度小于流體密度的顆粒浮升運動；在靜止流體中顆粒的沉降，流體相對于靜止顆粒的運動；顆粒與流體逆向運動的情況；顆粒與流體同向運動但具有不同的相對速度

9、的計算。3.3 沉降分離沉降分離第23頁/共124頁3.3.ut的計算：的計算：l試差法：試差法：l摩擦數(shù)群法摩擦數(shù)群法l無因次判據(jù)法無因次判據(jù)法l非試差法：非試差法：3.3 沉降分離沉降分離第24頁/共124頁l試差法：試差法：假設(shè)假設(shè)流型流型選擇選擇公式公式計算計算計算計算tRe驗算驗算tu3.3 沉降分離沉降分離第25頁/共124頁例：求直徑例：求直徑40m球形顆粒在球形顆粒在30大氣中的自由沉降大氣中的自由沉降速度。已知速度。已知顆粒顆粒為為2600kg/m3,大氣壓為大氣壓為0.1MPa。解：解：設(shè)為層流，則：設(shè)為層流，則：查查30、0.1MPa空氣：空氣：3mkg165.1 sPa

10、1086.15 18)(2gdust 校核：校核：sm12. 0 13 . 0tduRe( (正確正確) )5261086. 118)165. 12600(81. 9)1040( 3.3 沉降分離沉降分離第26頁/共124頁4.4.影響沉降速度的因素影響沉降速度的因素 流體的粘度、密度流體的粘度、密度 顆粒的體積濃度顆粒的體積濃度 器壁效應(yīng)器壁效應(yīng) 顆粒形狀的影響顆粒形狀的影響 顆粒的最小尺寸顆粒的最小尺寸 3.3 沉降分離沉降分離第27頁/共124頁雷諾數(shù)公式雷諾數(shù)公式1104ReRe24 18)(2gdust 層流區(qū)層流區(qū)Stokes定律區(qū)定律區(qū) tsudRe 小小 結(jié)結(jié)第28頁/共124

11、頁重力沉降分離設(shè)備氣體沉降設(shè)備利用重力沉降除去氣流中顆粒的設(shè)備。液體沉降設(shè)備用于濃縮、澄清沉降槽： 3.3 沉降分離沉降分離連續(xù)式多層沉降槽單層沉降槽間歇式沉降槽又分為第29頁/共124頁一、降塵室一、降塵室 1.1.用途：分離氣流中的塵粒用途：分離氣流中的塵粒3.3 沉降分離沉降分離第30頁/共124頁2.2.工作原理工作原理3.3 沉降分離沉降分離第31頁/共124頁氣體入室減速顆粒的沉降運動隨氣體運動沉降運動時間 氣體停留時間分離說明: : d d ，容易除去 氣量V V ，容易除去3.3 沉降分離沉降分離第32頁/共124頁沉降時間：沉降時間：ttuH停留時間：停留時間：uLttuHu

12、L 分離條件：分離條件： 3.3 沉降分離沉降分離第33頁/共124頁說明：說明：某一粒徑的粒子，只要滿足某一粒徑的粒子，只要滿足 ，則該粒徑的粒子可以則該粒徑的粒子可以100100被分離被分離t某一粒徑的粒子，如果不滿足某一粒徑的粒子，如果不滿足 ，則該粒徑的粒子不能被則該粒徑的粒子不能被100100分離分離t對于一降塵室對于一降塵室, ,存在一能存在一能100100被除去的最小粒子被除去的最小粒子, ,scd用用 表示；其沉降速度最小，用表示；其沉降速度最小，用tcu表示，表示，稱為臨界沉降速度。稱為臨界沉降速度。3.3 沉降分離沉降分離第34頁/共124頁3.3.常見的降塵室結(jié)構(gòu)常見的降

13、塵室結(jié)構(gòu)3.3 沉降分離沉降分離第35頁/共124頁 tcuHuL )(HbVus 4.4.降塵室的生產(chǎn)能力降塵室的生產(chǎn)能力tcsuHVHbL tcsbLuV 說明：說明：sV一定時一定時, ( ), ( )tcuscd只與沉降面積只與沉降面積bL與與H無關(guān)無關(guān)當(dāng)當(dāng)有關(guān)，有關(guān)， b ut scd tcu L不不變變u3.3 沉降分離沉降分離第36頁/共124頁對設(shè)備而言，生產(chǎn)能力對設(shè)備而言，生產(chǎn)能力sV只與只與沉降面積沉降面積 和和tcu有關(guān)，與有關(guān)，與H無關(guān)。無關(guān)。最小顆粒的沉降速度最小顆粒的沉降速度bL所以設(shè)計降塵室時，應(yīng)作成扁平形。所以設(shè)計降塵室時，應(yīng)作成扁平形。氣體在降塵室的流速氣體在

14、降塵室的流速u一般應(yīng)保證處于層流區(qū)一般應(yīng)保證處于層流區(qū)不宜過高，不宜過高，gudsctsc)( 18 gbLs)(V 18s 化工原理課件第四章 沉降與過濾3.3 沉降分離沉降分離第37頁/共124頁5.5.多層降塵室：多層降塵室：N層層單層單層sVNVVssHbVus uNbHNVus 3.3 沉降分離沉降分離tuttuu 第38頁/共124頁N層層單層單層uLuLttuHNuNHtttbLVusct NubLNVuctsct scdscctssctscdNNuggud1)( 18)( 18 NbLuVtcs NHh 多層降塵室：多層降塵室：3.3 沉降分離沉降分離第39頁/共124頁例例:

15、降塵室高降塵室高2m,寬寬2m,長長5m。氣體流量為。氣體流量為4m3/s,為為0.75kg/m3,為為0.026cp。(1)求除塵的求除塵的dc；(2)將降將降塵室隔成塵室隔成10層層,若若dc不變不變,則流量？若流量不變則流量？若流量不變,則則dc？已知已知塵粒塵粒為為3000kg/m3。(3)粒徑為粒徑為40m的顆粒的回的顆粒的回收百分率？收百分率？(4)如欲回收直徑為如欲回收直徑為15 m的塵粒，降塵的塵粒，降塵室應(yīng)隔成多少層？室應(yīng)隔成多少層？解解:(1):(1)(bLVustc tcsbLuV sm4 .0524 3.3 沉降分離沉降分離第40頁/共124頁gudstcc)(18 c

16、tcudRe m1097. 75 校核校核192. 0 計算有效計算有效設(shè)為層流沉降：設(shè)為層流沉降： 18)(2gdusctc 81. 9)75. 03000(4 . 010026. 0183 3.3 沉降分離沉降分離第41頁/共124頁若流量不變?nèi)袅髁坎蛔內(nèi)詾閷恿鞒两等詾閷恿鞒两祄1052. 21011097. 755 scdscscdNd1 或或gudsctsc)( 18 m1052. 25 blNVgss)( 18 (2)隔成隔成10層：層：若若dc不變不變utc不變不變Vs=10Vs NbluVtcs 3.3 沉降分離沉降分離第42頁/共124頁(3)由以上計算知，粒徑為由以上計算知，

17、粒徑為40m的顆粒必定在的顆粒必定在滯流區(qū)滯流區(qū) 18)(2gdust 32610026. 01881. 9)75. 03000()1040( sm/1006. 0 氣體在降塵室的停留時間氣體在降塵室的停留時間suHtc54 . 023.3 沉降分離沉降分離第43頁/共124頁40um的顆粒在的顆粒在5s內(nèi)的沉降高度內(nèi)的沉降高度mH503. 051006. 0 回收率回收率252. 02503. 0 HH或或252. 04 . 01006. 0 tctuu3.3 沉降分離沉降分離第44頁/共124頁tcsbLuVN 層層293 .2801415. 0104 NHh m069. 0292 (4)

18、如欲回收直徑為如欲回收直徑為15um的塵粒，的塵粒， 18)(2gdustc 32610026. 01881. 9)75. 03000()1015( sm/01415. 0 3.3 沉降分離沉降分離第45頁/共124頁例：已測得密度為例：已測得密度為=1630kg/m=1630kg/m3 3的塑料珠在的塑料珠在20的的CClCCl4 4液體中的沉降速度為液體中的沉降速度為1.701.701010-3-3m/sm/s，20時時CClCCl4 4的密度的密度=1590kg/m=1590kg/m3 3，粘度，粘度=1.03=1.031010-3-3 Pas，求此塑料珠的直徑。，求此塑料珠的直徑。3.

19、3 沉降分離沉降分離第46頁/共124頁 18)(2gdust 解：設(shè)小珠沉降在斯托克斯定律區(qū)，按式解：設(shè)小珠沉降在斯托克斯定律區(qū)，按式可得可得校驗校驗ReRe，1 1計算有效計算有效3.3 沉降分離沉降分離第47頁/共124頁例：質(zhì)量流量為例：質(zhì)量流量為2.50kg/s2.50kg/s、溫度為、溫度為20的常壓的常壓含塵空氣在進入反應(yīng)器之前必須除塵并預(yù)熱至含塵空氣在進入反應(yīng)器之前必須除塵并預(yù)熱至150，所含塵粒密度為，所含塵粒密度為1800kg/m1800kg/m3 3?，F(xiàn)有一臺。現(xiàn)有一臺總面積為總面積為130m3的多層降塵器，試求在下列兩的多層降塵器，試求在下列兩種情況時此降塵器可全部除去

20、的最小顆粒直徑：種情況時此降塵器可全部除去的最小顆粒直徑：（1 ）先除塵后預(yù)熱；（2） 先預(yù)熱后除塵。 3.3 沉降分離沉降分離第48頁/共124頁解：（1）查表可知，=18.1=18.11010-6-6 Pa Pas s=1.20kg/m=1.20kg/m3 3 體積流量smNbLVubLNuVstctcs/016. 013008. 2 smVs/08. 220. 150. 23 3.3 沉降分離沉降分離第49頁/共124頁假定顆粒沉降處于斯托克斯定律區(qū)，則 mgudstcc 2 .1781. 920. 11800016. 0101 .1818186 校核1018. 0101 .1820.

21、1016. 0102 .17Re66tccud計算有效3.3 沉降分離沉降分離第50頁/共124頁（2 2） 300/836. 01502732734 .22294 .22mkgTPPMT =24.1=24.11010-6-6 Pa Pas ssmVs/99. 2836. 050. 23 smNbLVustc/023. 013099. 2 3.3 沉降分離沉降分離第51頁/共124頁假定顆粒沉降處于斯托克斯定律區(qū)，則假定顆粒沉降處于斯托克斯定律區(qū)，則 mgudstcc 8 .2381. 9836. 01800023. 0101 .2418186 校核校核1019. 0101 .24836. 0

22、023. 0108 .23Re66tccud計算有效計算有效說明：先除塵后預(yù)熱的順序較好，可以全部除去的最說明：先除塵后預(yù)熱的順序較好，可以全部除去的最小顆粒直徑較小小顆粒直徑較小 3.3 沉降分離沉降分離第52頁/共124頁 123456二、沉降槽二、沉降槽用途：分離懸浮液用途：分離懸浮液處理量大處理量大 大顆粒懸浮液大顆粒懸浮液化工原理課件第四章 沉降與過濾3.3 沉降分離沉降分離第53頁/共124頁離心沉降 依靠慣性離心力的作用而實現(xiàn)的沉降過程。 氣固離心設(shè)備：旋風(fēng)分離器 液固離心設(shè)備：旋液分離器，沉降離心機慣性離心力作用下的沉降速度 指向中心相反，其方向為沿半徑阻力：與顆粒運動方向半徑

23、指向旋轉(zhuǎn)中心浮力相當(dāng)，其方向為沿向心力：與重力場中的中心指向外周慣性離心力：沿半徑從3.3 沉降分離沉降分離 F阻 F離 F向第54頁/共124頁1.1.慣性離心力作用下的沉降速度慣性離心力作用下的沉降速度 uruTRudTs236 慣性離心力慣性離心力= RudT236 向心力向心力= 2422rud 阻力阻力= RuduTsr23)(4 3.3 沉降分離沉降分離第55頁/共124頁3.3 沉降分離沉降分離RuduTsr23)(434)(gdust離心沉降速度和重力沉降速度比較ur：顆粒絕對運動速度在徑向上的分量，方向沿徑向向外，隨R方向及大小而變化，不是恒值。ut：恒值，方向向下 ur，u

24、T方向均在變化，顆粒運動軌跡為絕對速度方向分離因數(shù)Kc=(uT2/R)/g K為分離因數(shù)Kc值大小是反映離心分離設(shè)備性能的重要指標(biāo)。第56頁/共124頁2.2.旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器氣固分離氣固分離除除5m20m塵粒塵粒缺點：不適于分離缺點：不適于分離粘性，高濕性、粘性，高濕性、腐蝕性粉塵腐蝕性粉塵3.3 沉降分離沉降分離第57頁/共124頁3.3 沉降分離沉降分離第58頁/共124頁3.3.旋風(fēng)分離器的性能指標(biāo)旋風(fēng)分離器的性能指標(biāo)isescuNBd 9 細(xì)而長細(xì)而長(1)(1)臨界粒徑臨界粒徑(2)(2)分離效率分離效率l總效率總效率%1001210 CCC %100121 iiipiCCC

25、l粒級效率粒級效率l分割粒徑分割粒徑)(27. 050 siuDd3.3 沉降分離沉降分離第59頁/共124頁p50dd(3)(3)壓強降壓強降22iup 3.3 沉降分離沉降分離第60頁/共124頁某氣流干燥器送出的含塵空氣量為某氣流干燥器送出的含塵空氣量為10000m3h-1，空氣溫度為空氣溫度為80oC。直徑為。直徑為1m的標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器的標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器收集粉塵，粉塵密度收集粉塵，粉塵密度1500kgm-3，(1) 分割粒徑；分割粒徑；(2)直徑為直徑為15 m的顆粒的粒級效率；的顆粒的粒級效率；(3) 壓強降。壓強降。 解：解：查查803mkg0 .1 sPa1011.25 (1)

26、(1)8242DDDBH BHVusi 1222 .22136001000088 smDVS進口橫截面積進口橫截面積進口氣速進口氣速3.3 沉降分離沉降分離第61頁/共124頁)(27. 050 siuDdm65108 . 6)0 . 11500(2 .2211011. 227. 0 2 . 2108 . 610156650 dd(2)(2)由圖查得由圖查得 p=0.83=83% Paupi197122 .2218222 (3)(3)3.3 沉降分離沉降分離第62頁/共124頁4.4.存在問題及改進存在問題及改進l上部易形成渦流上部易形成渦流l塵粒易帶走塵粒易帶走傾斜式、傾斜式、 旁路旁路擴散

27、式擴散式3.3 沉降分離沉降分離第63頁/共124頁旋液分離器旋液分離器3.3 沉降分離沉降分離第64頁/共124頁l濾漿濾漿( (料漿料漿) )懸浮液懸浮液l濾液濾液l濾餅濾餅( (濾渣濾渣) )l過濾介質(zhì)過濾介質(zhì)過濾操作推動力過濾操作推動力 重力重力壓強差壓強差離心力離心力3.4 過濾過濾一、基本概念一、基本概念第65頁/共124頁1.1.過濾方式過濾方式l餅層過濾餅層過濾 l深床過濾深床過濾 架橋現(xiàn)象架橋現(xiàn)象深床過濾深床過濾d粒粒d孔孔 濾餅濾餅:過濾作用過濾作用過濾介質(zhì)過濾介質(zhì):支承作用支承作用 3.4 過濾過濾第66頁/共124頁2.2.過濾介質(zhì)：過濾介質(zhì)：l特性：特性：多孔多孔流阻

28、小流阻小機械強度高機械強度高耐熱、耐腐蝕耐熱、耐腐蝕l分類：分類：織物介質(zhì)織物介質(zhì)( (濾布濾布) )多孔固體介質(zhì)多孔固體介質(zhì)粒狀介質(zhì)粒狀介質(zhì)5-65um 1-3um 3.4 過濾過濾第67頁/共124頁奔馳汽油過濾紙奔馳汽油過濾紙3.4 過濾過濾第68頁/共124頁3.4 過濾過濾BUICKBUICK車用空氣過濾紙車用空氣過濾紙第69頁/共124頁3.3.濾餅種類：濾餅種類：l不可壓縮濾餅：不可壓縮濾餅：當(dāng)當(dāng)p p時時, ,流阻流阻/ /濾餅厚度濾餅厚度constconstl可壓縮濾餅：可壓縮濾餅：當(dāng)當(dāng)p p時時, ,流阻流阻/ /濾餅厚度濾餅厚度3.4 過濾過濾第70頁/共124頁4.4.

29、助濾劑助濾劑3.4 過濾過濾助濾劑助濾劑的作用的作用 吸附液體，增大床層孔隙率，防止濾孔堵塞對助濾劑的要求對助濾劑的要求 有一定剛性，具有不可壓縮性，可增大孔隙率，流動阻力??；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于流動相。 第71頁/共124頁3.4 過濾過濾二、床層特性分析二、床層特性分析第72頁/共124頁1. 1. 床層的簡化模型床層的簡化模型建立物理模型: 對該過程進行合理的物理的抽象和簡化.簡化模型是將復(fù)雜的不規(guī)則的網(wǎng)狀通道簡化為許多管徑為de，長度為L的平行細(xì)管。細(xì)管中的全部流動空間等于顆粒床層的空隙容積細(xì)管的內(nèi)表面積等于顆粒床層的全部表面積3.4 過濾過濾第73頁/共124頁合理的簡化細(xì)管的當(dāng)量直

30、徑可表示為ardHeb）（細(xì)管的全部內(nèi)比表面積床層空隙率床層流道內(nèi)表面積流道體積床層高度潤濕周邊長床層高度流道截面積潤濕周邊長流道截面積14444443.4 過濾過濾第74頁/共124頁2.2.流體通過床層的數(shù)學(xué)描述流體通過床層的數(shù)學(xué)描述在物理模型的基礎(chǔ)上進行數(shù)學(xué)的抽象與簡化，用數(shù)學(xué)的方式來反映物理模型的本質(zhì)。u1:流體在床層內(nèi)的實際流速，m/su:按整個床層截面計算的空床流速221udLpebfuu 123)1 (8uaLpf3.4 過濾過濾第75頁/共124頁231,8uaLp令上式即流體通過固定床層壓降的數(shù)學(xué)模型: 模型參數(shù)3.4 過濾過濾第76頁/共124頁3.3.模型參數(shù)的確定模型參

31、數(shù)的確定 模型參數(shù)的確定通過實驗來測定,模型的有效性必須通過實驗檢驗 康采尼實驗結(jié)果（流動屬于層流）=5.0/Re， Re=deu1/=u/(1-)322)1 (5uaLpf3.4 過濾過濾第77頁/共124頁1.1.過濾速度過濾速度( (u) )：單位時間通過單位過濾面積的濾液體積單位時間通過單位過濾面積的濾液體積,m,m3 3/(m/(m2 2s)s)3.4 過濾過濾 Lpauf223)1 (5AddVu 三、過濾速度和過濾速率三、過濾速度和過濾速率第78頁/共124頁2.2.過濾速率過濾速率( )( )：單位時間獲取的濾液體積單位時間獲取的濾液體積,m,m3 3/s/s過濾速率過濾速率3

32、.4 過濾過濾ddVu LpAaddVf223)1 (5第79頁/共124頁3.3.濾餅阻力濾餅阻力 LpaAVuc223)1 (5dd322)1(5 ar令令濾餅比阻濾餅比阻( (單位厚度濾餅的阻力單位厚度濾餅的阻力,1/m,1/m2 2) )rLpAVucddrLR Rpc 濾餅阻力濾餅阻力, ,1/m1/m3.4 過濾過濾第80頁/共124頁4.4.過濾介質(zhì)阻力：過濾介質(zhì)阻力：mmRpAVdd過濾過濾速度速度濾餅處：濾餅處： RpAVcdd過濾介質(zhì)處：過濾介質(zhì)處：總速度：總速度：)()(ddmmmcRRpRRppAV)(eLLrp meRrL 令令虛擬濾餅厚度虛擬濾餅厚度過濾壓強差過濾壓

33、強差( (當(dāng)量當(dāng)量) )3.4 過濾過濾第81頁/共124頁1.1.不可壓縮濾餅過濾基本方程式不可壓縮濾餅過濾基本方程式VLA 33mm，濾液體積濾液體積濾餅體積濾餅體積 虛擬虛擬( (當(dāng)量當(dāng)量) )濾液體積濾液體積AVL 同理：同理：AVLee )(ddeLLrpAV )(ddeVVrpAAV( (過濾速度過濾速度) ) )(dd2eVVrpAV( (過濾速率過濾速率) )3.4 過濾過濾四、過濾基本方程式四、過濾基本方程式第82頁/共124頁)(ddeVVrpAAVu濾餅面積濾餅面積 A p ： u 、r：料漿的物性：料漿的物性說明：說明： A p u3.4 過濾過濾第83頁/共124頁s

34、prr)(0 單位壓強差下的比阻單位壓強差下的比阻壓縮性指數(shù)壓縮性指數(shù)(s=0(s=01)1)(dd012esVVrpAV過濾基本方程過濾基本方程適用適用可壓縮濾餅可壓縮濾餅 不可壓縮濾餅不可壓縮濾餅(s=0)(s=0)2.2.可壓縮濾餅過濾基本方程式可壓縮濾餅過濾基本方程式3.4 過濾過濾第84頁/共124頁例：已知某懸浮液中固相的質(zhì)量分率為例：已知某懸浮液中固相的質(zhì)量分率為0.139，固，固相密度為相密度為2200kg/m3，液相為水，每，液相為水，每1m3濾餅中含濾餅中含500kg水，其余全為固相。求濾餅體積與濾液體積水，其余全為固相。求濾餅體積與濾液體積之比之比 。 (1)以以1m3濾

35、餅為基準(zhǔn)。濾餅為基準(zhǔn)。解：解：1m3濾餅中濾餅中 水：水：500kg 固體：固體：體積體積0.5m3需要濾漿的質(zhì)量為需要濾漿的質(zhì)量為 kg7 .7913139. 01100 質(zhì)量質(zhì)量1100kg，3.4 過濾過濾第85頁/共124頁生成的濾液質(zhì)量為生成的濾液質(zhì)量為 7913.7-500-11006313.7kg 158. 03137. 61 (2)(2)以以1kg懸浮液為基準(zhǔn)懸浮液為基準(zhǔn) 1kg懸浮液中懸浮液中 水：水：0.861kg 固體：固體：0.139kg顆粒體積：顆粒體積： 351032. 62200139. 0m 3.4 過濾過濾第86頁/共124頁每每1m3濾餅中含濾餅中含500k

36、g水，即固相體積分率為水，即固相體積分率為0.5。濾餅體積：濾餅體積： 34510264. 121032. 6m 濾餅中含水：濾餅中含水： kg0632. 010500264. 14 則則1kg懸浮液生成的濾液質(zhì)量為懸浮液生成的濾液質(zhì)量為158. 010798. 010264. 134 0.861-0.06320.798kg3.4 過濾過濾第87頁/共124頁(3)(3)設(shè)得到設(shè)得到1m3濾液可得到濾液可得到x m3濾餅濾餅 22005 . 0 x139. 022005 . 0 x10005 . 0 x1000 解得：解得： 158. 0 x3.4 過濾過濾第88頁/共124頁強化過濾的途徑:

37、r改變懸浮液中顆粒的聚集狀態(tài).比如加絮凝劑等r改變?yōu)V餅結(jié)構(gòu).比如加助濾劑.r采用機械的水力或人為地干擾濾餅厚度r適當(dāng)提高 懸浮液溫度以降低濾液黏度.r選用阻力小的濾布3.4 過濾過濾第89頁/共124頁特點：特點：p p不變不變 ddV)(dd012esVVrpAV1.1.恒壓過濾方程式恒壓過濾方程式dd)(12sepkAVVVl以以)(eVV 作為變量作為變量)d()d()(12eseepkAVVVV)(dd12esVVpkAVvrk01 3.4 過濾過濾五、恒壓過濾五、恒壓過濾第90頁/共124頁eV0過濾時間過濾時間濾液體積濾液體積邊界條件：邊界條件：eeesVeedpkAVVdVV01

38、20)()()()()(2112200esepkAVVeeVspkK 12eeKAV22e0 3.4 過濾過濾第91頁/共124頁l以以V作為變量作為變量dd)(12sepkAVVV過濾時間過濾時間濾液體積濾液體積邊界條件：邊界條件：0120d)(dpkAVVVsVesepkAVVVVV12221000222KAVVVeV00 3.4 過濾過濾第92頁/共124頁eeKAV22222KAVVVe AVqAeVeq)()(22eeKAVVeeKq2Kqqqe22)()(2eeKqqeeKAV22)(K)(22eeAVV若介質(zhì)阻力可忽略，即若介質(zhì)阻力可忽略，即 000eeeqV，Kq 222KAV

39、222KAVVVe 3.4 過濾過濾第93頁/共124頁3.4 過濾過濾第94頁/共124頁2.2.過濾常數(shù)過濾常數(shù)spkK 12AeVeq Kqee2K物料特性及過濾壓強差決定，物料特性及過濾壓強差決定，sm2過濾常數(shù)過濾常數(shù)同一濾漿：同一濾漿： sppKK 1)(eeq、反映了過濾介質(zhì)阻力大小反映了過濾介質(zhì)阻力大小介質(zhì)常數(shù)介質(zhì)常數(shù)23mmeqse3.4 過濾過濾第95頁/共124頁例：已知，例：已知， p=9.81 l03Pa，水，水 =1.0 10-3Pa s，濾餅不可壓縮，濾餅不可壓縮，過濾介質(zhì)阻力可忽略。求過濾介質(zhì)阻力可忽略。求(1)q=1.5m3/m2時的時的 ；(2) =2 時，

40、可再得多少濾液時，可再得多少濾液?，33/mm333. 0 2101/m 10333. 1 r解：解： (1)(1)rr 0, 0 sspkK 12Kq2 (2)(2)Kq qq 新新濾濾液液量量sm1042. 4223 rps509 23/mm12. 22K23/mm62. 05 . 112. 2 3.4 過濾過濾第96頁/共124頁解：解：3sm 44.14018. 026. 0 VV濾液體積濾液體積 23m/m 69. 02144.14 AVq例：在過濾壓強差為例：在過濾壓強差為0.3MPa條件下，利用板框壓條件下，利用板框壓濾機對某藥物懸浮液進行恒壓過濾，過濾面積濾機對某藥物懸浮液進行

41、恒壓過濾，過濾面積21m2,得到不可壓縮濾餅，且濾餅體積與濾液體積得到不可壓縮濾餅，且濾餅體積與濾液體積之比為之比為0.018。已知當(dāng)過濾壓強差為。已知當(dāng)過濾壓強差為0.1 MPa而其它而其它操作條件相同時，該壓濾機的過濾常數(shù)操作條件相同時，該壓濾機的過濾常數(shù)qe=0.0217 m3/m2，e=2.81 s。試求當(dāng)所得濾餅體積為。試求當(dāng)所得濾餅體積為0.26m3時，時，所獲得的濾液體積及所需的過濾時間。所獲得的濾液體積及所需的過濾時間。 3.4 過濾過濾第97頁/共124頁P0.1 MPa時時eeqK2s/m1068. 181. 20217. 0242 sppKK 1)(sK/m1004. 5

42、)1 . 03 . 0(1068. 1244 Kqqqe22P0.3 MPa時時不不變變eq421004. 50217. 069. 0269. 0min7 .1606.1004s3.4 過濾過濾第98頁/共124頁例：有一板框過濾機，例：有一板框過濾機，p1.5atm下恒壓過濾某一下恒壓過濾某一種懸浮液，種懸浮液，2小時后得濾液小時后得濾液40m3，過濾介質(zhì)阻力可，過濾介質(zhì)阻力可忽略不計。忽略不計。(1)其它條件不變，過濾面積加倍，可得其它條件不變，過濾面積加倍，可得濾液多少？濾液多少？(2) p加倍，濾餅可壓縮，壓縮指數(shù)加倍，濾餅可壓縮，壓縮指數(shù)0.25，2小時后可得濾液多少？小時后可得濾液

43、多少？(3)其它條件不變，其它條件不變，操作時間縮短操作時間縮短1小時，可得濾液多少？小時，可得濾液多少？解：解：(1)(1)恒壓過濾，阻力忽略不計恒壓過濾，阻力忽略不計22KAVspkK 12 1rk 料漿定，料漿定，k k為定值為定值 1212AAVV 312802402mVV 第99頁/共124頁(2) (2) p 變，變，K K改變改變212Apks22KAVsppVV 112212)()(225. 011212)( ppVV31252297. 140297. 1mVV (3)操作時間縮短操作時間縮短1小時，小時，K不變不變21)(12212VV1221VV 297. 12375. 0 33 .28707. 040m 第100頁/共124頁1.1.恒壓下恒壓下 的測定：的測定：eeqK,)()(2eeKqqdd)(2KqqqeeqKqKq22dde