流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)

分離

懸浮液（固-液混合物）乳濁液（液-液混合物）含塵氣體、含霧氣體（氣-液、固-氣混合物）

------過(guò)濾、沉降濾漿濾餅過(guò)濾介質(zhì)濾液濾餅過(guò)濾t、tw?L或Vu、uw??4.流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)

一個(gè)完整的過(guò)濾操作（周期）:過(guò)濾——洗滌——組裝、卸榨等深層過(guò)濾濾漿濾餅過(guò)濾介質(zhì)濾液濾餅過(guò)濾推動(dòng)力：重力、壓力、離心力

架橋現(xiàn)象4.1過(guò)濾原理過(guò)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(guò)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(guò)濾介質(zhì)濾液濾餅過(guò)濾濾餅不可壓縮濾餅:

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。濾漿濾餅過(guò)濾介質(zhì)濾液濾餅過(guò)濾濾餅的壓縮性：

一、單顆粒的特性球形4.2.1基本概念4.2流體通過(guò)固定床的壓降非球形（當(dāng)量直徑）三者關(guān)系：非球形的形狀系數(shù)均小于1非球形二、顆粒群的特性粒度分布篩分分析金屬絲網(wǎng)編織而成篩過(guò)量篩余量分布函數(shù)頻率函數(shù)平均直徑顯微鏡法、沉降法、電阻變化法、………流體在顆粒層內(nèi)流動(dòng)特點(diǎn)：爬流Hf顆粒表面積（主要）顆粒形狀（次要）以比表面積相等原則確定實(shí)際顆粒群的平均直徑某號(hào)篩子（篩孔孔徑為dpi)的篩余量占試樣總質(zhì)量的百分率(mi/m)n=1n=in=mmim顆粒群的平均直徑（1）床層的空隙率ε固定床層中顆粒堆積的疏密程度可用空隙率來(lái)表示，其定義如下：

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.

三、顆粒床層的特性（2）床層的各向同性工業(yè)上的小顆粒（球形或非球形）床層通常是亂堆的，這樣的結(jié)構(gòu)使床層具有各向同性的特點(diǎn)，此時(shí)有：其中：(3)床層比表面單位床層體積（非顆粒體積）具有的顆粒表面積，即：

其中，α為顆粒的比表面積

流體通過(guò)復(fù)雜的通道時(shí)的阻力（壓降）難以進(jìn)行理論計(jì)算，必須依靠實(shí)驗(yàn)來(lái)解決問(wèn)題——因次理論、數(shù)學(xué)模型法等。

4.2.1顆粒床層的簡(jiǎn)化模型（基于床層的壓降）（1）床層的簡(jiǎn)化物理模型——一組平行細(xì)管

單位體積床層所具有的顆粒表面積對(duì)流動(dòng)阻力有決定性的作用。規(guī)定：①細(xì)管的內(nèi)表面積等于床層顆粒的全部表面；

②細(xì)管的全部流動(dòng)空間等于顆粒床層的空隙體積。4.2.2流體通過(guò)固定床的壓降顆粒床層的簡(jiǎn)化模型Lede顆粒床層的簡(jiǎn)化模型(一組長(zhǎng)為L(zhǎng)e,直徑de的平行細(xì)管）固體顆粒床層體積

（2）流體壓降的數(shù)學(xué)模型流體流過(guò)圓管的阻力損失數(shù)學(xué)描述：

模型參數(shù)或固定床的流動(dòng)摩擦系數(shù)并聯(lián)管道由質(zhì)量守恒得：床層截面積數(shù)學(xué)模型Lede（3）模型的檢驗(yàn)和模型參數(shù)的估值經(jīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證簡(jiǎn)化模型合理，并且，當(dāng)： (床層雷諾數(shù)) 康采尼方程：

（式中稱為康采尼常數(shù)，其值為5.0。對(duì)于不同的床層，的可能誤差不超過(guò)10%）或 ：

…………歐根方程思考題：數(shù)學(xué)模型法與量綱分析法有何區(qū)別？影響床層壓降的因素在上述因素中，影響最大的是空隙率，如由0.5降為0.4，則壓降增加2.8倍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床層特性和過(guò)濾過(guò)程的特點(diǎn)

①流體流過(guò)固定床層的一種具體情況。③濾餅厚度隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加，但增加緩慢；非定態(tài)，但可作為擬定態(tài)處理（洗滌時(shí)與固定床相同）②一定壓差下，濾液通過(guò)速率隨時(shí)間延長(zhǎng)而降低4.3過(guò)濾基本方程懸浮液含固量：對(duì)固體顆粒在液體中不發(fā)生溶脹（體積無(wú)變化）的物系，以每Kg懸浮液為基準(zhǔn)，按體積加和原則可得：

AV:濾液量V懸總物料體積衡算固體體積衡算濾餅厚度L對(duì)一定的懸浮液一定，若濾餅一定，一定，則 。一般懸浮液中顆粒的體積分?jǐn)?shù)較濾餅空隙率小的多，可忽略過(guò)濾速率u△p1u表觀速度△p2得將代入上式，并令(濾餅比阻)液體在濾餅空隙中的流動(dòng)多處于康采尼公式適用的低雷諾數(shù)范圍（ ）。由康采尼公式，忽略重力（位能），得濾餅

過(guò)濾介質(zhì)對(duì)濾液流動(dòng)的阻力可視為通過(guò)單位過(guò)濾面積獲得的某當(dāng)量濾液量qe所形成的虛擬濾餅層的阻力，則由其中：Δp1，Δp2

分別為濾餅兩側(cè)，過(guò)濾介質(zhì)兩側(cè)的壓強(qiáng)差△p1u表觀速度△p2一定條件下相同在衡壓下，①懸浮液的性質(zhì)，如；φ，μ等；②濾餅特性，如空隙率ε

，比表面積a等（包含在r內(nèi)）保持恒定，在解決具體工程時(shí)，令：過(guò)濾速率基本方程(微分式）K，qe為過(guò)濾常數(shù)，用指定的實(shí)驗(yàn)物系，直接由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。相關(guān)參數(shù)說(shuō)明：

（1）過(guò)濾常數(shù)K

與懸浮液、濾餅的性質(zhì)及操作壓差ΔP

有關(guān)，對(duì)指定的懸浮液，只有當(dāng)ΔP

不變時(shí)才是常數(shù)。

（2）濾餅比阻r

反映了濾餅的特性，表征了濾餅結(jié)構(gòu)對(duì)過(guò)濾速率的影響，其數(shù)值大小顯示過(guò)濾操作的難易程度，其值與懸浮液的物理性質(zhì)和操作壓差有關(guān)，一般服從如下經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：恒壓過(guò)濾(積分式）△pu表觀速度特點(diǎn)：

K為常數(shù)

積分得：

或若過(guò)濾介質(zhì)阻力可忽略不計(jì)，則

或恒速過(guò)濾(積分式）△pu表觀速度特點(diǎn)：

K不為常數(shù)，而u為常數(shù)。整理得：

若過(guò)濾介質(zhì)阻力可忽略不計(jì)，則

或或恒壓：思考：先恒速再恒壓操作，恒壓段過(guò)濾方程？設(shè)恒速段過(guò)濾時(shí)間為1，則或恒壓時(shí)：求出壓縮指數(shù)s

過(guò)濾常數(shù)的測(cè)定濾餅洗滌特點(diǎn)：洗滌時(shí)推動(dòng)力、阻力不變，洗滌速度為常數(shù)。

1、洗滌速度與過(guò)濾終了速度間的關(guān)系

若推動(dòng)力相同，則：2、洗滌時(shí)間w

洗滌曲線（小型實(shí)驗(yàn)確定）＋經(jīng)濟(jì)角度4.4過(guò)濾設(shè)備及過(guò)濾計(jì)算過(guò)濾設(shè)備

過(guò)濾計(jì)算設(shè)計(jì)型：已知qe、K、V、選擇△p、A操作型：已知設(shè)備尺寸和參數(shù)，給定操作條件，核定該設(shè)備可以完成的生產(chǎn)任務(wù)等名詞解釋：?jiǎn)挝粫r(shí)間的濾液體積或?yàn)V渣體積，m3/s對(duì)間歇操作，一個(gè)操作周期時(shí)間：洗滌時(shí)間洗出液中溶質(zhì)濃度置換洗滌(εAL)

(洗滌量εAL)

通過(guò)小型實(shí)驗(yàn)確定過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力(Q)生產(chǎn)能力為最佳過(guò)濾時(shí)間（設(shè)備操作最優(yōu)化）濾框、濾板結(jié)構(gòu)：洗板板框壓濾機(jī)框非洗板洗板一個(gè)操作循環(huán)：過(guò)濾、洗滌、卸渣、整理重裝

濾液流出懸浮液入口1060塊不等，過(guò)濾面積約為280m2

洗滌液流出洗滌液入口屬間歇式特點(diǎn)：橫穿洗滌：Lw=2LAW=1/2A1、板框過(guò)濾機(jī)板框過(guò)濾機(jī)動(dòng)畫

優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，過(guò)濾面積大而占地省，過(guò)濾壓力高，便于用耐腐蝕材料制造，操作靈活，過(guò)濾面積可根據(jù)產(chǎn)生任務(wù)調(diào)節(jié),適合過(guò)濾含固量多的細(xì)小顆?；蛞后w粘度較高的物料。

缺點(diǎn)：間歇操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，產(chǎn)生效率低。主要優(yōu)缺點(diǎn):2、葉濾機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理間歇操作設(shè)備，具有過(guò)濾推動(dòng)力大，過(guò)濾面積大，濾餅洗滌較充分，每次操作時(shí)濾布不用裝卸等，生產(chǎn)能力比壓濾機(jī)大，機(jī)械化程度高，勞動(dòng)力較省。

缺點(diǎn)：構(gòu)造較為復(fù)雜，造價(jià)較高，粒度差別較大的顆?？赡芊謩e聚集于不同的高度，此時(shí)存在洗滌不均勻，濾布破損后更換較困難。主要優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)是工業(yè)上應(yīng)用最廣的一種連續(xù)操作的過(guò)濾設(shè)備。設(shè)備的主體是一個(gè)能轉(zhuǎn)動(dòng)的水平圓筒，圓筒表面有一層金屬網(wǎng)，網(wǎng)上覆蓋濾布，筒的下部進(jìn)入濾漿中，圓筒沿徑向分割成若干扇形格，每個(gè)都有單獨(dú)的孔道通至分配頭上。圓筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，憑借分配頭的作用使這些孔道依次分別與真空管及壓縮空氣管相通，因而在回轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中每個(gè)扇形格表面即可順序進(jìn)行過(guò)濾、洗滌、吸干、吹松、卸餅等項(xiàng)操作。

3、回轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)(連續(xù)過(guò)濾機(jī))結(jié)構(gòu)與工作原理

優(yōu)點(diǎn)：能連續(xù)自動(dòng)操作，省人力，生產(chǎn)能力大，適用于處理量較大而壓差不需很大的物料的過(guò)濾。缺點(diǎn)：附屬設(shè)備較多，投資費(fèi)用高，過(guò)濾面積不大。過(guò)濾推動(dòng)力有限，不易過(guò)濾高溫的懸浮液。主要優(yōu)缺點(diǎn)——最佳操作周期

（生產(chǎn)能力最大時(shí)的操作周期）其中：而過(guò)濾計(jì)算板框機(jī)若介質(zhì)阻力忽略不計(jì)，則

(A)代入式(A)得：------最佳操作周期

故D＝+w時(shí)，Q有最大值（=w，介質(zhì)阻力忽略不計(jì)）故若介質(zhì)阻力忽略不計(jì)，則

對(duì)照板框過(guò)濾機(jī)：葉濾機(jī)（=w，介質(zhì)阻力忽略不計(jì)）其中：——轉(zhuǎn)化為恒壓間歇模式處理

生產(chǎn)能力：

操作周期：

思考：

V、Ve、A的含義是什么？

若介質(zhì)阻力忽略不計(jì)，則

回轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)設(shè)轉(zhuǎn)筒浸入面積占全部轉(zhuǎn)筒面積的分率為浸沒(méi)分?jǐn)?shù)φ，則可見(jiàn)：此式近似的表達(dá)了各種參對(duì)回轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力的影響

例某板框過(guò)濾機(jī)有5個(gè)濾框，框的尺寸為63563525mm。過(guò)濾操作在20℃、恒定壓差下進(jìn)行，過(guò)濾常數(shù)K=4.2410-5m2/s，qe=0.0201m3/m2，濾餅體積與濾液體積之比c=0.08m3/m3，濾餅不洗滌，卸渣、重整等輔助時(shí)間為10分鐘。試求框全充滿所需時(shí)間?，F(xiàn)改用一臺(tái)回轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)過(guò)濾濾漿，所用濾布與前相同，過(guò)濾壓差也相同。轉(zhuǎn)筒直徑為1m，長(zhǎng)度為1m，浸入角度為120。問(wèn)轉(zhuǎn)鼓每分鐘多少轉(zhuǎn)才能維持與板框過(guò)濾機(jī)同樣的生產(chǎn)能力？

假設(shè)濾餅不可壓縮。解：以一個(gè)框?yàn)榛鶞?zhǔn)進(jìn)行計(jì)算?？蛉錆M時(shí)濾餅的體積為：

濾液量

過(guò)濾面積再根據(jù)恒壓過(guò)濾方程得：K=4.2410-5m2/s，qe=0.0201m3/m2改用回轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)后，壓差不變，故K不變；濾布不變，故qe不變。K=4.2410-5m2/s，qe=0.0201m3/m2過(guò)濾面積板框過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力為：又：回轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)4.5加快（強(qiáng)化）過(guò)濾速率的途徑（措施）(1)改變?yōu)V餅結(jié)構(gòu)方法：加入助濾劑目的：形成疏松且不可壓縮的濾餅助濾劑基本特性：

a.剛性b.多孔性c.尺度大體均勻d.化學(xué)穩(wěn)定性好常用助濾劑：不可壓縮的粉末及纖維，如硅藻土、纖維素。加入方法a.預(yù)涂(預(yù)敷）

b.將助濾劑混在濾漿中一起過(guò)濾（摻濾）

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