化工原理课件第三章 机械分离和固体流态化

1、四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化1/62第三章第三章 机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化教学要求教学要求3-0概述概述3-1颗粒及颗粒颗粒及颗粒 床层的特性床层的特性3-2沉降过程沉降过程3-3过滤过滤复习复习四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化2/62教学要求教学要求重重 点：点：沉降速率的计算；过滤基本方程及恒压过滤计算沉降速率的计算；过滤基本方程及恒压过滤计算。覆盖内容：覆盖内容：颗粒及颗粒群的颗粒及颗粒群的性质性质（体

2、积、表面积、比表面（体积、表面积、比表面积、空隙率及平均自由截面积）；沉降的基本概念（重积、空隙率及平均自由截面积）；沉降的基本概念（重力沉降、离心沉降、自由沉降和干扰沉降）；力沉降、离心沉降、自由沉降和干扰沉降）；沉降速度沉降速度的计算的计算；旋风分离器的；旋风分离器的性能参数性能参数（临界直径、分离效率、（临界直径、分离效率、粒级率、分割直径）；降沉室的结构与设计，旋风分离粒级率、分割直径）；降沉室的结构与设计，旋风分离器的结构特点分离原理及设计方法。过滤操作的基本概器的结构特点分离原理及设计方法。过滤操作的基本概念，念，过滤基本方程及计算过滤基本方程及计算（滤液量、过滤时间、洗涤时（滤液

3、量、过滤时间、洗涤时间和生产能力）；常用过滤设备（板筐压滤机、叶滤机间和生产能力）；常用过滤设备（板筐压滤机、叶滤机和回转真空过滤机）的结构特点；过滤常数的测定方法和回转真空过滤机）的结构特点；过滤常数的测定方法。四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化3/62非均相物系非均相物系均相物系均相物系悬浮液 （固-液混合物） 、 乳浊液 （液-液混合物） 、 含尘气体、含雾气体 （固-液、 固-气混合物） 离心过滤真空过空加压压过重力过力过滤分离离心沉降重力沉力沉降分离混合物分类混合物分类机械分离的两机械分离的两种操作方式

4、种操作方式 3.0 概述一种物质以分子、离子状态均匀分散在另一种物质中。有明显相界面；不同相间有有明显相界面；不同相间有明显的物理化学性质差异。明显的物理化学性质差异。通过施加适当通过施加适当外力使两相间外力使两相间发生相对运动，发生相对运动，实现非均相混实现非均相混合物的分离。合物的分离。四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化4/621 回收有价值的分散物质2 净化分散介质以满足生产工艺要求3 环境保护和安全生产工业上分离非均相混合物的目的：四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原

5、理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化5/623.1 颗粒及颗粒床层和特性颗粒及颗粒床层和特性3.1.1 颗粒的特性颗粒的特性一一 、单一颗粒的大小和形状、单一颗粒的大小和形状 1、球形颗粒、球形颗粒d:直径36:dV体积2:ds表面积da6:比表面积四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化6/622、非球形颗粒、非球形颗粒PeaPes3Pea6dSd6Vd比表面积当量直径：表面积当量直径：体积当量直径：S-与实际颗粒体积相等的圆球的表面积；与实际颗粒体积相等的圆球的表面积；SP-颗粒的实际表面积颗粒的实际表面积以

6、某种特性相当的球形颗粒特性相当的球形颗粒代表，相应的球的直径称当量直径。当量直径当量直径22226)(616esevpevevevesppeapddSSddddVSda四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化7/62二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性对球形颗粒，以一个参数即颗粒直径dp便可唯一地确定其体积、表面积和比表面积；对非球形颗粒，则必须定义两个参数才能确定其体积、表面积和比表面积。通常定义体积当量直径dev(以下为方便起见简写为de )和形状系数。体积相同时，球形颗粒的表面积最小，体积相同时，球形颗粒的表面积最小

7、，形状系数总是小（等）于1。1.粒度分布的测量与定量表示筛号或称目数筛分分析结果图示法分布函数频率函数筛过量筛余量粒度分布的筛分分析四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化8/62分布函数曲线分布函数曲线令某号筛子 (其筛孔尺寸为dpi ) 的筛过量(即该筛号以下的颗粒质量的总和) 占试样总量的分率为Fi ，不同筛号的 Fi 与其筛孔尺寸d pi 可标绘成图所示的曲线，此曲线称为分布函数。 分布函数曲线有两个重要特性： 1.对应于某一尺寸 d pi 的 Fi 值表示直径小于 d pi 的颗粒占全部试样的质量分率。例如，

8、当某批颗粒中50%的颗粒直径小于 1.7m，则简单表示为 d50 =1.7m。 2.在该批颗粒的最大直径 d pmax处, 其分布函数为 1。四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化9/62频率函数曲线频率函数曲线设某号筛面上的颗粒占全部试样的质量百分率为 xi ，这些颗粒的直径介于相邻两号筛孔直径di 与di -1之间。现以粒径dp 为横坐标，将该粒径范围内颗粒的质量分率Xi 用一矩形的面积表示(如图所示)，矩形的高度等于：iiiiddxf1平均分布密度di -1-di , dpi 四川理工学院四川理工学院 材化系材

9、化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化10/62如果相邻两号筛孔直径无限接近，则矩形数目无限增多，而每个矩形的面积无限缩小并趋近一条直线。将这些直线的顶点连接起来，可得到一条光滑的曲线，称为频率函数曲线。曲线上任一点的纵坐标 fi称为粒径为dpi 的颗粒的频率函数。频率函数曲线有两个重要特性：1.在一定粒度范围内的颗粒占全部颗粒的质量分率等于该粒度范围内频率函数曲线下的面积；原则上讲，粒度为某一定值的颗粒的质量分率为零。 2.频率函数曲线下的全部面积等于 1。分布函数与频率函数的关系pipipdpiddpiddfFdddFf0)()(四川理工学院四川

10、理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化11/622.平均直径平均直径:,:)(得按表面积相等等所有颗粒的形状系数相设：径最常用平均比表面积直颗粒的平均粒径adiiadx1d 11或或iiiiadxGGdd式中：式中：da-平均比表面积直径，平均比表面积直径，m； di-筛分直径，筛分直径，m； xi-di粒径段内颗粒的质量分率粒径段内颗粒的质量分率三、粒子的密度三、粒子的密度b3s: )( )(kg/m:表观密度堆积密度真密度四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固

11、体流态化12/623.1.2 颗粒床层的特性床床层层体体积积颗颗粒粒体体积积床床层层体体积积 -一一 床层空隙率床层空隙率二二 床层的比表面积床层的比表面积-单位体积床层具有的颗粒表面积单位体积床层具有的颗粒表面积当忽略颗粒之间接触面积的影响时，有：当忽略颗粒之间接触面积的影响时，有：aab)1 (三三 床层的各向同性床层的各向同性 床层横截面上可供流体通过的自由截面床层横截面上可供流体通过的自由截面(即空隙截面即空隙截面)与床层截面之比与床层截面之比在数值上等于空隙率，即床层中自由截面的大小与床层的在数值上等于空隙率，即床层中自由截面的大小与床层的轴向高度轴向高度无关。无关。自由截面沿半径的

12、不均匀自由截面沿半径的不均匀壁效应壁效应床层直径颗粒直径四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化13/623.2 沉降过程沉降操作：在某中力的作用下，利用分散相与连续相间的密度差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。分为：重力沉降、离心沉降。3.2.1 3.2.1 重力沉降重力沉降自由沉降：单个颗粒或颗粒之间的距离很大使颗粒间互不影响。浮力浮力 Fb 曳力曳力 FD质量力质量力 Fc 颗粒在流体中沉降时受力cssadgd3366或或gd36AutD22沉降的两个阶段沉降的两个阶段：加速段、等速段加速段、等速段 对单

13、个球形颗粒受力分析：maFFFDbc合外力四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化14/62浮力浮力 Fb 曳力曳力 FD质量力质量力 Fc 颗粒在流体中沉降时受力cssadgd3366或或gd36AutD22一一重重力力沉沉降降速速度度 042)(6223ptDsdugd加速段极短，通常可以忽略 等速段的颗粒运动速度称为沉降速度(终端速度)，用 ut表示。 0816223 tDppppudgd Dpptgdu 34 四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分

14、离和固体流态化15/62 182gduppt Re24 D 110:4etRStokes区3101:etRAllen区6 . 05 .18etDR6 . 0)(27. 0etpptRgdu5310210:etRNuwton区44. 0Dgduppt)(74. 1四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化16/621颗粒的体积浓度颗粒的体积浓度 2非非球球形形颗颗粒粒的的沉沉降降 球球形形度度越越小小，沉沉降降速速度度越越小小 颗颗粒粒的的位位向向对对沉沉降降速速度度也也有有影影响响 3壁壁面面效效应应 二、影响沉降的因素

15、二、影响沉降的因素由于干扰作用，大颗粒的实际沉降速度小于自由沉降速度；小颗粒的沉降速度增大。由于壁面效应，实际沉降速度小于自由沉降速度。Dduutt1 . 21在Stokes区，器壁的影响：四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化17/62三、沉降速度的计算三、沉降速度的计算1 试差法试差法2 摩擦数群法摩擦数群法四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化18/62323234)(:KRgdKetp令Stokes区：区：K69.13213)(4t

16、petugR由已知数据计算etetetRRR曲线查出由1tetpuRd 选择相应公式计算选择相应公式计算ut四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化19/62三重力沉降设备三重力沉降设备1降尘室降尘室气气体体 气气体体进进口口 出出口口 集集灰灰斗斗 降降尘尘室室 L B 气体气体 u H ut 颗粒在降尘室中的运动颗粒在降尘室中的运动 t 若若则表明，该颗粒能在降尘室中除去。 停停留留时时间间uL t 沉沉降降时时间间tu高高度度四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固

17、体流态化机械分离和固体流态化20/62L u B气体气体 ut H 颗粒在降尘室中的运动颗粒在降尘室中的运动思考思考 1：为什么降尘室要做成扁平的？为什么降尘室要做成扁平的？ ttsuABLuBHuV底底生产能力生产能力 182gduppt tuHuL 能够满足 100%除去某粒度颗粒时的气体 处理量-生产能力 可见：降尘室生产能力与底面积、沉降 速度有关，而与降尘室高度无关 多多层层降降尘尘室室注意：降尘室内气体流速不应过高，以免将已沉降下来的颗粒重新扬起。根据经验，多数灰尘的分离，可取 u3m/s，较易扬起灰尘的，可取 u1.5m/s。 四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研

18、室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化21/62思思考考 2 2：要要想想使使某某一一粒粒度度的的颗颗粒粒在在降降尘尘室室中中被被 1 10 00 0% %除除去去，必必须须满满足足什什么么条条件件？ ttuH 思思考考 3 3：能能够够被被 1 10 00 0% %除除去去的的最最小小颗颗粒粒，必必须须满满足足什什么么条条件件？ t tuHuL 即即 LgHudpp 18min思思考考 4 4：粒粒径径比比 d dp pm mi in n小小的的颗颗粒粒，被被除除去去的的百百分分数数为为多多少少？ L u B 气体气体 ut H 颗粒在降尘室中的运动颗粒在降尘室中的

19、运动 182gduppt 四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化22/62结构简单，结构简单， 但设备庞大、效率低，但设备庞大、效率低， 只适用于分离粗颗粒只适用于分离粗颗粒-直径直径 75 m 以上的颗粒，以上的颗粒， 或作为预分离设备。或作为预分离设备。 2 降尘室的特点降尘室的特点四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化23/623 沉降槽沉降槽 用来提高悬浮液浓度并同时得到澄清液体。(1) 构造构造四川理工学院四川理工学院 材化系材化

20、系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化24/62一一、离离心心沉沉降降速速度度 离心加速度 aT=2r=uT2/r 不是常量 A B ur r1 O C r2 r uT u 颗粒在旋转流场中的运动 TmaTF离离心心力力pTbamF浮浮力力AuFrDD22曳力曳力沉降过程没有匀速段，但在小颗粒沉降时，加速度很小，可近似作为匀速沉降处理 Dcppradu 34 对照重力场 Dpptgdu 34 3.2.2 3.2.2 离心沉降离心沉降与重力沉降的比较：沉降速度的大与重力沉降的比较：沉降速度的大小、方向小、方向四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工

21、程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化25/62 A B ur r1 O C r2 r u u 颗粒在旋转流场中的运动RudRdaduTppppTppRgaT2- 离 心 分离因数 52500 gauuTtrRe24 D Rep=dput/ 1 或 2 层流区 二、离心分离因子二、离心分离因子四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化26/62三、三、 构造及操作原理构造及操作原理旋风分离器是得用惯性离心力有作用从气流中分离出尘粒的设备，其外旋流的上部是主要的除尘

22、区。 B 净化气体净化气体 含尘含尘 气体气体 A D 尘粒尘粒 标准型旋风分离器四、四、 旋风分离器的性能旋风分离器的性能停留时间停留时间 = 沉降时间沉降时间 r 1 1 临界直径：能临界直径：能100%100%分离出来的最小颗粒的直径，分离出来的最小颗粒的直径，用用d dc c表示。其满足：表示。其满足：几点假设：几点假设：a假设气体速度恒定，且等于进口气速假设气体速度恒定，且等于进口气速ui；b假设颗粒沉降过程中所穿过的气流的最大假设颗粒沉降过程中所穿过的气流的最大厚度等于进气口宽度厚度等于进气口宽度B；c假设颗粒沉降服从斯托克斯公式。假设颗粒沉降服从斯托克斯公式。iemuNR2停留时

23、间停留时间四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化27/62沉降时间沉降时间:rtuB miscmscrRudRudu1818)(2222而而22182iscmimudBRuNRsicNuBd9减小旋风分离器直径降低旋风分离器的操作温度提高操作流速增大颗粒密度改变旋风分离器类型，增大有效圈数dc减小，分离效果更好，但有些因素有双重影响四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化28/622旋风分离器的分离效率旋风分离器的分离效率分离效率是衡量气流在

24、旋风分离器内净化程度的指标。总效率：被旋风分离器除掉的总的颗粒质量占进口含尘气体中全部颗粒质量的分率1201ccc121iiiiccc0iixc1、c2 分别为进、出口气体中颗粒的质量浓度(g/cm3)。 ci1、 ci2 分别为进、出口气体中平均粒径为 di 的颗粒的质量浓度。分效率（粒级效率）：入口气体中某一粒级di的颗粒被旋风分离器除掉的分率xi 为进口气体中粒径为 di 的颗粒的质量分率。 通常工业上用总效率表示旋风分离器的效率。四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化29/62总效率与设备的操作性能及颗粒的粒

25、度分布有关。同一台设备、同样的操作条件和同样的颗粒进口浓度，分离粗颗粒时的总效率远高于分离细尘粒。故粒级效率才能准确表达旋风分离器的工作性能。 工程上更多地采用分割直径分割直径 d50（粒级效率为 50% 的颗粒的直径）来评价旋风分离器的性能。 d50 的物理意义的物理意义：假定这样的颗粒在旋风分离器中会位于一个假想的旋转柱面上，所受的离心力与流体对其径向运动的阻力平衡，因此沉降于边壁和被气流带出的机率各半。该参数可以更多地反映旋风分离过程特征，所以粒级效率采用 d50 为基本量进行表达，即 501iifd d对标准旋风分离器piuDd27. 050四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学

26、工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化30/60.4 1.023456 7 8 9f1f50cdddd或实验测定的粒级效率曲线 i(d/d50)曲线只与旋风分离器的类型有关，与器大小无关。id/dc四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化31/623旋风分离器的阻力损失旋风分离器的阻力损失旋风分离器的特点：流量大、压头低。(1) 气体的膨胀或压缩引起的不可逆机械能损失；(2) 消耗于气流旋转

27、的加速度损失；(3) 摩擦阻力损失以及各个部位的局部阻力损失等。有理论或半理论式，但工程上主要采用经验公式：212ipu 阻力系数 主要由旋风分离器的结构决定。同一结构型式、不论其尺寸大小，阻力系数 接近定值。常用型号的旋风分离器 值在 5.08.0 之间；入口气速，分离效率，但阻力，不经济。压降一般控制在 0.52kPa 左右(入口气速 1525m/s)，采取缩小直径、多台并联的方式满足分离效率与大气量的要求。 四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化32/62五、旋风分离器的结构和形式五、旋风分离器的结构和形式 为

28、提高旋风分离器的分离效率和降低压强降，在旋风分离器的设计时主要考虑以下两方面： 1) 采用细而长的器身延延长长气气体体的的停停留留时时间间长长提提高高离离心心力力细细 2) 减小涡流的影响 采用带有旁路分离室或采用异形进气管的旋风分离器可以改善上涡流的影响 四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化33/623.33.3过滤过滤与沉降分离相比，过滤操作可使悬浮液的分离更迅速和彻底3.3.1 过滤操作的基本概念 滤浆 滤饼过滤介质 滤液 滤饼过滤操作示意图四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室

29、化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化34/62 深床过滤 一一 、过滤方式、过滤方式1 1 过滤操作的推动力：重力、压力差、惯性离心力过滤操作的推动力：重力、压力差、惯性离心力a) 饼层过滤：架桥现象架桥现象滤饼滤饼过滤过滤b) 深床过滤特点：不形成滤饼，颗粒沉积于较厚的粒状过滤介质床层内部2过滤的两种方式过滤的两种方式四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化35/62 特性：特性：多孔性介质 要求：耐腐蚀、耐热、足够的机械强度。工业用过滤介质主要有：1 1 织物介质：织物介质：能截流颗粒的最小直径为565

30、m（多用于饼层过滤）.2 2 堆积介质：堆积介质：多种固体颗粒或非编织纤维(多用于深床过滤中)3 3 多孔性固体介质：多孔性固体介质：如素瓷板或管、烧结金属等;能拦截直径为13m的小颗粒。二、过滤介质：过滤介质：四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化36/62三三 、滤饼的压缩性和助滤剂、滤饼的压缩性和助滤剂 1 1 可压缩滤饼：可压缩滤饼： 2 2 不可压缩滤饼：不可压缩滤饼：3 3 助滤剂：助滤剂：要求：要求：刚性颗粒；化学稳定性；不可压缩性常用：常用：不可压缩的粉状或纤维状固体如硅藻土、纤维粉末、活性炭、石棉。

31、使用：可预涂，也可以混入待滤的滤浆中一起过滤。四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化37/623.3.2 过滤基本方程式过滤基本方程式一、滤液通过饼层的流动一、滤液通过饼层的流动床层的简化物理模型床层的简化物理模型 u u L l de 滤液在滤饼层中流动的简化模型 颗粒床层中不规则的通道长度 le 平行细管原则：流通截面积=床层自由截面积 细管表面积=床层表面积四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化38/62管组湿润周边管组流通截面积4e

32、bd床层颗粒的全部表面积床层空隙体积4ebd441ebbdaa212ebebuLpd将流体通过颗粒床层的流动简化为在长为 Le、当量直径 deb 的管内流动，床层的压降 p 表达为 u1 流体在虚拟细管内的流速，等价于流体在床层颗粒空隙间的实际 (平均) 流速。1uuu1 与空床流速(又称表观流速) u、空隙率 的关系工程上，对单位床层高度上的压降 ： 固定床流动摩擦系数2221331(1)128eebebpaauLLuuLLLdbfRe 四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化39/62康采尼（Kozeny）式：Re

33、b 214(1)ebbud uRea bKRe 223(1)bpaKuL床层雷诺数K 康采尼常数，= 5.0 康采尼（Kozeny）方程欧根（Ergun）关联式：Reb=（0.17420）4.170.29bRe 0.11.0101000.010.11.010100100010000bRe与管内与管内 Re 关系不同的是，关系不同的是， Reb 的变化是一条连续光的变化是一条连续光滑曲线，说明流体在颗粒床层滑曲线，说明流体在颗粒床层中由滞流到湍流是渐变过程，中由滞流到湍流是渐变过程，这反映了颗粒床层对流体速度这反映了颗粒床层对流体速度分布的均化作用。分布的均化作用。四川理工学院四川理工学院 材化

34、系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化40/62可用 A 与 deV 的乘积 (A deV) 代替 dea。 23322)1 (29. 0)1 (17. 4uauaLpb22332111501.75beaeapuuLdd 欧根 (Ergun) 方程当 Reb 2.8 (Rep 280 (Rep 1000) 时，欧根方程右侧第一项可忽略。即流动为湍流时，压降与流速的平方成正比而与粘度无关。 四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化41/62对过滤，床层Reb2，采用Koze

35、ny方程进行描述，K值可取为5，于是：AddVLpauc22315过滤速度二、过滤速率二、过滤速率单位时间内获得的滤液体积LpAaddVc22315三、滤饼的阻力三、滤饼的阻力(滤饼的比阻)，则滤饼的阻力：rLR 四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化42/62LrpucddqAddV过滤阻力过滤阻力过滤推动力过滤推动力 四、过滤介质的阻力四、过滤介质的阻力 过滤介质的阻力一般较小，但有时不可忽略，特别是在过滤初始滤饼层较薄的期间，通常将过滤介质的阻力视为常数，于是：过滤介质上、下游两侧的压强差，pa过滤介质的阻力，

36、1/mRpRpAddVcmm介质阻力）介质阻力）（滤饼阻力（滤饼阻力过滤总推动力过滤总推动力 eLLrpmmRpAddV四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化43/62vVVrpAeAddV五、过滤基本方程式五、过滤基本方程式AvVL/AvVLee/代入过滤速度表达式中代入过滤速度表达式中：压缩指数压缩指数s=s=0.20.2 0.80.8（可压缩滤饼）（可压缩滤饼）s=0s=0（不可压缩滤饼）（不可压缩滤饼）比阻sprr,令令AddVvVVrApes,1故故spKvrk112k ,，令令 设每获得单位体积滤液时，被

37、截留在过滤介质上的滤饼体积为（m3滤饼/m3滤液），则任一瞬间的滤饼厚度L与当时的滤液体积V的关系为：四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化44/62 3.3.3 3.3.3 恒压过滤恒压过滤 过滤操作是在恒定压强差下进行的。随着操作的进行，滤饼不断变厚，致使过滤阻力逐渐增加，但推动力不变，因而过滤速率逐渐变小。 对一定的悬浮液，K可视为常数。则恒压过滤时的过滤方程为：eqqKddq2eVVKAddV22-过滤基本方程过滤常数则有：则有：四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械

38、分离和固体流态化机械分离和固体流态化45/62222KAVVVe若过滤介质阻力可忽略不计，则 22KAV 3.3.4 3.3.4 恒速过滤和先恒速后恒压过滤恒速过滤和先恒速后恒压过滤特点：特点：过滤速率为常数，K不为常数常数常数ReUqAVVVKAAddV2一、恒速过滤一、恒速过滤四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化46/62 随着恒压过滤的进行，过滤阻力不断增大，为维持过滤速率恒定，操作压强差随时间的变化呈如下规律：eRRrvqUrvUp.2eR2ReRqrvUb ,rvUabap qUvr式中：均为常数，于是有

39、：、在一定条件下， 上式表明，对不可压缩滤饼进行恒速过滤时，其压强差随着过滤时间成直线增高。实际上很少采用把恒速过滤进行到底的操作方法，而是采用先恒速后恒压的复合过滤操作方法。四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化47/62二、先恒速后恒压过滤二、先恒速后恒压过滤恒速过滤的时间为R，得滤液VR，恒速结束的压差为PR。RV (dV/d ) P esVVPkAddV12RRdPkAdVVVsVVe12)()()(2)(222RReRKAVVVVVsPkK12令：四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工

40、程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化48/62eqKqKq21222KAVVVe 1500 1000 q 500 0 0 0.025 0.05 0.075 q /qq 图 斜率 1/K截距2qe/K3.3.5 3.3.5 过滤常数的测定过滤常数的测定一、恒压下K、qe、e的测定四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化49/62CpsK log)1(logvrpKs,12求 出 压 缩指数 s 由截距eqK2可求出qe的值。 e由下式求得：eeKq2二、压缩性指数二、压缩性指数s s的测定的测定3.3

41、.6 3.3.6 滤饼的洗涤滤饼的洗涤特点：特点：洗涤推动力、阻力不变，洗涤速度为常数 洗涤阻力洗涤推动力wAddV与与滤滤饼饼厚厚度度、滤滤饼饼性性质质、洗洗涤涤液液粘粘度度、介介质质阻阻力力有有关关 四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化50/621洗涤速度与过滤终了速度间的关系 若推动力相同，则： wwwwwwewLALALrpALrpAAddVAddV,wwwddVV2洗涤时间w 叶滤机采用置换洗涤法，洗水与滤液的路径相同,其洗涤速率与过滤终了时的过滤速率相等；板框过滤机采用的是贯穿洗涤法，洗水横穿两层滤布及

42、整个厚度的滤饼，流经长度约为过滤终了时滤液流动路径的两倍，而供洗水流通的面积又仅为过滤面积的一半，故板框过滤机上洗涤速率约为过滤终了速率时的四分之一。四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化51/623.3.7 3.3.7 过滤设备过滤设备过滤设备 以压力差为推动力：如叶滤机、板框压滤机、回转真空过滤机等；以离心力为推动力：如各种离心机一、一、板框过滤机板框过滤机 板板 框框 悬浮液悬浮液 入口入口 滤液流出滤液流出 板框压滤机操作简图板框压滤机操作简图1060 块不等， 过滤面积约为 280m2 1.结构:滤框、滤板

43、（洗涤板、过滤板）四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化52/62滤液料浆清洗水洗涤液开启关闭阀门浆料清洗水板框过滤机的滤板，滤框和过滤过程板框过滤机的滤板，滤框和洗涤过程四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化53/62辅辅助助时时间间洗洗涤涤时时间间过过滤滤时时间间操操作作周周期期Dw2 2 操作特点操作特点4 4生产能力生产能力DwVVQ单位时间获得的滤液量222KAVVVe其中其中：3洗涤速率洗涤速率操作条件与过滤终了相同，则：)(8

44、412eEwVVKAddVddV四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化54/62 滤 浆 滤 液 滤 叶 的 构 造置换洗涤：Lw=L 属间歇式 二、叶滤机二、叶滤机滤液淤泥滤浆123叶滤机示意图四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化55/62三、三、转筒真空过滤机转筒真空过滤机5671234IIIIIIa.转动盘b.固定盘回转筒真空过滤机及分配头结构回转筒真空过滤机及分配头结构1转筒；2滤饼；3割刀；4分配头 5吸走滤液的真空凹槽；6吸走

45、洗水的真空凹槽；7通入压缩空气的凹槽I过滤区；II洗涤脱水区；III卸渣区1.结构结构四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化56/62 转筒-筒的侧壁上覆盖有金属网，长、径之比约为 1/22； 滤布-蒙在筒外壁上；分配头-转动盘、固定盘 浸没于滤浆中的过滤面积约占全部面积的 3040% 转速为 0.1 至 23（转/分） 属连续操作，一个操作循环由过滤、洗涤、吹松、刮渣等构成。 置换洗涤：Lw=L 2 2 操作特点操作特点 回转真空过滤机上的转筒过滤区过滤区洗涤区洗涤区吹干区吹干区卸渣区卸渣区四川理工学院四川理工学院

46、 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化57/623 3 生产能力生产能力QQ：Tn 1操操作作周周期期nVTVQ 222KAVVVe其中：设转筒浸入面积占全部转筒面积的分率为浸没分数，则Tn nKAV 22 忽略介质阻力时：nKAnKnAQ Qn, 四川理工学院四川理工学院 材化系材化系 化学工程教研室化学工程教研室化工原理机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化58/62例例.在在3105Pa的压强差下对钛白粉在水中的悬浮液进行过的压强差下对钛白粉在水中的悬浮液进行过滤实验，测得过滤常数滤实验，测得过滤常数K=5 10 5m2/S、qe=0.01m3/m2，又，又测得滤饼体积和滤液体积之比为测得滤饼体积和滤液体积之比为v=0.08。现拟用有。现拟用有38个框的个框的BMY50/810-25型的板框压滤机处理该料浆，过滤的推动力型的板框压滤机处理该料浆，过滤的推动力及滤布与实验相同。求：及滤布与实验相同。求：1）过滤至框内全部充满滤饼所需）过滤至框内全部充满滤饼所需要的时间；要的时间；2）过滤完毕，用）过滤完毕，用0.1倍滤液量的清水进行洗涤。倍滤液量的清水进行洗涤。洗