第4章沉降与过滤ppt课件

1、 第四章第四章 沉降与过滤沉降与过滤 食品生产常需对混合物进行分离，凡物系食品生产常需对混合物进行分离，凡物系内部存在明显的相界面且两侧物料性质不同的内部存在明显的相界面且两侧物料性质不同的称为非均相物系。其中处于分散状态的物质称称为非均相物系。其中处于分散状态的物质称分散物质分散相），处于连续状态的物质称分散物质分散相），处于连续状态的物质称分散介质连续相）。具体分为：分散介质连续相）。具体分为： 液态非均相物系：液液态非均相物系：液固悬浮液），液固悬浮液），液液，液液，液气；气； 气态非均相物系：气气态非均相物系：气固含尘气体），气固含尘气体），气液雾、沫）。液雾、沫）。 特点：两相具有不

2、同的物性密度、尺寸），特点：两相具有不同的物性密度、尺寸），受到外力作用时运动状态不同，因而可采用机受到外力作用时运动状态不同，因而可采用机械方法进行分离根据）。械方法进行分离根据）。 方法：在某种力的作用下使两相发生相对运动，方法：在某种力的作用下使两相发生相对运动，即颗粒相对于流体而运动的沉降操作和流体相即颗粒相对于流体而运动的沉降操作和流体相对于颗粒而运动的过滤操作。对于颗粒而运动的过滤操作。 运用：生产的主要工序；净化物料；回收物质运用：生产的主要工序；净化物料；回收物质和环保要求。和环保要求。 第一节第一节 重力沉降重力沉降 沉降是指在某种力的作用下，颗粒相对沉降是指在某种力的作用下

3、，颗粒相对于流体产生定向运动过程。依据是两相密度不于流体产生定向运动过程。依据是两相密度不同，受到外力作用时运动速度不同发生相对运同，受到外力作用时运动速度不同发生相对运动。依靠重力的沉降过程称为重力沉降，其进动。依靠重力的沉降过程称为重力沉降，其进行的快慢程度用重力沉降速度衡量。行的快慢程度用重力沉降速度衡量。 一、重力沉降速度一、重力沉降速度 1、球形颗粒的自由沉降、球形颗粒的自由沉降(自由沉降时受自由沉降时受力力)： 当当du/d=0时的匀速降落速度时的匀速降落速度u0称为沉降称为沉降速度，即：速度，即： 其中：其中： 称为阻力系数，由实验测定。对球形称为阻力系数，由实验测定。对球形颗粒

4、：颗粒： （1层流区层流区0.0001ReP1），）， 称为称为Stokes eq ddududgdpp32236214)(63)(4podu)Re,(opsduf18)(2gdupoPRe24（2过渡区（过渡区（ 1ReP500），）， 称为称为Allen eq（3湍流区（湍流区（ 500ReP15000） 称为称为Newton eq44.0gdupo)(74. 1428.0286.0715.0143.1)(78.0podupRe5.182、重力沉降速度、重力沉降速度uo的计算的计算（1试差法：试差法：假设区域计算假设区域计算uo ；计算计算ReP ；判断假设正确否判断假设正确否（2无因次数

5、群判别法：令无因次数群判别法：令 称为阿基米德数称为阿基米德数 层流时层流时 湍流时湍流时 二、影响重力沉降速度二、影响重力沉降速度uo的因素的因素 1、颗粒直径层流区、颗粒直径层流区uo=kd2，重力沉降时加，重力沉降时加絮凝剂的原理）；絮凝剂的原理）； 2、粘度影响、粘度影响uo；液固物系；液固物系Tuo；气固；气固物系物系Tuo）；）； 3、颗粒形状体积相同时，球形表面积最小，、颗粒形状体积相同时，球形表面积最小，球形度球形度 uo ）；）； 4、器壁效应、器壁效应D/d100时，影响可忽略，否时，影响可忽略，否则需要修正）；则需要修正）； 5、干扰沉降当颗粒浓度、干扰沉降当颗粒浓度1%

6、时，用清液层时，用清液层相对器壁移动速度代替相对器壁移动速度代替uo计算实际沉降过程）。计算实际沉降过程）。233)(gdKp11818)(Re323Kgddupop62. 2K50074. 1)(74. 1Re3223Kgddupop6 .43K三、重力沉降悬浮液设备三、重力沉降悬浮液设备 1、间歇式沉降器澄清槽生产能力、间歇式沉降器澄清槽生产能力 2、半连续式沉降器、半连续式沉降器要求要求1悬浮液流动速度悬浮液流动速度uLuc；流动截面要大，；流动截面要大，uL=qV/hob；（；（2足够长高比足够长高比L/ho ，满足液体停留，满足液体停留时间时间 颗粒下沉时间。因而生产能力为：颗粒下沉

7、时间。因而生产能力为： ooooooooovAutAtutAhq)()(1oooLuhuLooooooLovAubLuuhLbhubhq3、连续式沉降器、连续式沉降器 要求：沉降面积要大，要求：沉降面积要大，uou1 生产能力：生产能力： qv=Aouo四、气溶胶的重力沉降设备四、气溶胶的重力沉降设备 1、立式沉降室、立式沉降室 2、卧式沉降室、卧式沉降室 生产能力生产能力 qvbLu0 一般采用多层结构，可除去一般采用多层结构，可除去50m以上颗粒。以上颗粒。0001)(AccqAquRmv 第二节第二节 过滤过滤一、基本概念：在一定推动力作用下，借一一、基本概念：在一定推动力作用下，借一种

8、能截留固粒而使液体通过的多孔性介质，将种能截留固粒而使液体通过的多孔性介质，将固粒从悬浮液中分离的操作称过滤本质固粒从悬浮液中分离的操作称过滤本质:液体液体相对于固粒的运动过程，根据相对于固粒的运动过程，根据:两相尺寸差异）。两相尺寸差异）。 工业操作术语工业操作术语:滤浆、滤饼渣）、过滤浆、滤饼渣）、过滤介质、滤液滤介质、滤液1、过滤方式：按颗粒被截留形式、过滤方式：按颗粒被截留形式-滤饼、深滤饼、深层床过滤；层床过滤； 按推动力按推动力-重力、加压或真重力、加压或真空、离心过滤。空、离心过滤。2、过滤介质：作用截留固粒、支承滤饼，要求、过滤介质：作用截留固粒、支承滤饼，要求多孔具有强度、阻

9、力小多孔具有强度、阻力小 常用：织物介质滤布）、粒常用：织物介质滤布）、粒状介质、多孔性固体介质状介质、多孔性固体介质3、滤饼：可压缩滤饼和不可压缩滤饼、滤饼：可压缩滤饼和不可压缩滤饼(实际过实际过滤阻力主要集中在滤饼中）滤阻力主要集中在滤饼中）4、过滤操作过程：过滤、过滤操作过程：过滤洗涤洗涤脱湿脱湿卸饼卸饼清洗可间歇、延续）清洗可间歇、延续）二、过滤基本方程式二、过滤基本方程式 用过滤速率和过滤速度用过滤速率和过滤速度来表示：来表示： （ m3/h） （ m3/m2h）dtdVAdtdV1、过滤过程数学模型、过滤过程数学模型 由由Poiseuille方程式方程式滤液在滤饼中的流速滤液在滤饼

10、中的流速: 用用L代替代替l，dV/Adt代替代替u， 引入系数引入系数k、r： r滤饼的比阻，滤饼的比阻，1/m22、滤液通过过滤介质流动模型：、滤液通过过滤介质流动模型： Le过滤介质当量厚过滤介质当量厚度度,m lpduc3221LrpLpdKAdtdVcc3221LerpAdtdVmcpmpL3、过滤基本方程式：（由于、过滤基本方程式：（由于L变化不可测，采用可测变化不可测，采用可测值值V代替代替L） 设设 x=（kgm3滤饼滤饼m3滤液，称为滤浆的稠度，滤液，称为滤浆的稠度， 那么：那么： LAxV ； L=KxVA， Le = KxVeA ； （Ve 过滤介质当量滤液体过滤介质当量

11、滤液体积，积，m3）考虑到滤饼的可压缩性，根据实验：考虑到滤饼的可压缩性，根据实验：r = r1ps ； s滤饼的压缩性系数，滤饼的压缩性系数，s = 01，对不可压缩滤饼，对不可压缩滤饼s =0。 因而过滤基本方程式：因而过滤基本方程式：)()()(VeVxrpAVeVxrKpALeLrppAdtdVmc )(112VeVxrpAdtdVs三、恒压过滤过程的计算三、恒压过滤过程的计算特点：推动力恒定，阻力不断增大，速率逐渐特点：推动力恒定，阻力不断增大，速率逐渐下降。下降。计算内容：得到一定滤液时需时间，确定过滤计算内容：得到一定滤液时需时间，确定过滤机大小和台数。机大小和台数。令令 k=（

12、r1x）1 为表征滤浆特性的常数；为表征滤浆特性的常数； K=2kp1-s 为过滤常数，为过滤常数，m2/s； 则得恒压过滤速率方程式：则得恒压过滤速率方程式： 积分上式得下列恒压过滤方程式，根据情况积分上式得下列恒压过滤方程式，根据情况选用。选用。1、V2 + 2VVe = KA2t （积分范围：（积分范围：tete+t，VeVe+V）2、Ve2 = KA2te （虚拟积分范围：（虚拟积分范围：0te，0Ve ）3、（、（V+Ve2 = KA2t + te） 4、V2 = KA2t （当过滤介质（当过滤介质阻力不计时）阻力不计时）)(22VeVKAdtdV若令若令 q = VA ，qe =

13、VeA ，得另一形式方程式：，得另一形式方程式： q2 + 2qqe = Kt，qe2 =Kte，（，（q+qe）=Kt+te），）， q2=Kt若为恒速过滤若为恒速过滤（速率恒定，阻力增大，（速率恒定，阻力增大， 推动力增大，推动力增大，K不为常数）不为常数） 一般实际的过滤过程为先恒速过滤后恒压过滤。一般实际的过滤过程为先恒速过滤后恒压过滤。例：对例：对2m2过滤面积的过滤机进行恒压过滤，测得前过滤面积的过滤机进行恒压过滤，测得前10分钟和后分钟和后10分钟时分别得滤液量分钟时分别得滤液量0.m3和和0.2m3，求过滤基本方程式。，求过滤基本方程式。四、过滤常数的测定四、过滤常数的测定1、

14、K和和qe的测定的测定改写方程式改写方程式q2 + 2qqe = Kt 为：为： VeVpkAtVdtdVs12KqqKqte21 令令 Y=tq ，m=1K，X=q，b=2qeK， 那么那么 Y=mX+b 中：中： 2、测定、测定k和和s 将将K=2kp1-s取对数，在不同取对数，在不同pi下测得下测得Ki，然后回归得到然后回归得到k和和s 。 五、过滤设备五、过滤设备 1、板框过滤机、板框过滤机 由过滤板由过滤板滤框滤框洗涤板洗涤板滤框滤框过滤板过滤板滤框滤框交替排列组成。过滤时滤浆进入滤框，滤液穿过两交替排列组成。过滤时滤浆进入滤框，滤液穿过两侧滤布从滤框排出，滤饼被截留在滤框内；洗涤时

15、洗水从洗侧滤布从滤框排出，滤饼被截留在滤框内；洗涤时洗水从洗涤板进入，横穿过滤布涤板进入，横穿过滤布滤饼滤饼滤布后排出。特点：为间歇滤布后排出。特点：为间歇式过滤设备，结构简单，操作方便，过滤面积大且可调整，式过滤设备，结构简单，操作方便，过滤面积大且可调整，缺点过滤和洗涤时间长。型号表示：缺点过滤和洗涤时间长。型号表示：BMS 20/63525 iiiiixxxxxyxm2)2()1(knpnsnKxmyb 过滤面积计算：过滤面积计算： A =2LBZ （m2） 滤框容积滤饼体积）：滤框容积滤饼体积）：VZ =L BZ （m3） 2、转筒真空过滤机、转筒真空过滤机 在水平安装的中空转筒内部在

16、水平安装的中空转筒内部分成若干扇形格室，分别与转动盘上的一个孔相通分成若干扇形格室，分别与转动盘上的一个孔相通表面上覆盖滤布，部分浸入滤浆槽中缓慢转动，借表面上覆盖滤布，部分浸入滤浆槽中缓慢转动，借分配头的作用使转筒表面依次进行过滤、洗涤、吸分配头的作用使转筒表面依次进行过滤、洗涤、吸干、吹松、卸饼的操作。特点操作连续自动化进行，干、吹松、卸饼的操作。特点操作连续自动化进行，处理量大，但对滤浆的适应能力差。处理量大，但对滤浆的适应能力差。 过滤面积计算：过滤面积计算： A =DL （m2） 滤饼体积：滤饼体积： VZ =DL （m3） 板框过滤机的结构及其过滤、洗涤过程板框过滤机的结构及其过滤

17、、洗涤过程2、转筒真空过滤机、转筒真空过滤机 在水平安装的中空转筒内部分在水平安装的中空转筒内部分成若干扇形格室，分别与转动盘上的一个孔相通表成若干扇形格室，分别与转动盘上的一个孔相通表面上覆盖滤布，下部浸入滤浆槽中缓慢转动，借分配面上覆盖滤布，下部浸入滤浆槽中缓慢转动，借分配头的作用使转筒表面依次进行过滤、沥干、洗涤、吸头的作用使转筒表面依次进行过滤、沥干、洗涤、吸干、吹松、卸饼的操作。特点操作连续自动化进行，干、吹松、卸饼的操作。特点操作连续自动化进行，处理量大，但对滤浆的适应能力差。处理量大，但对滤浆的适应能力差。过滤面积过滤面积A =DLm2）；）； 滤饼体积滤饼体积VZ =DL （m

18、3）六、滤饼的洗涤六、滤饼的洗涤 目的：净化滤饼；回收滤液。目的：净化滤饼；回收滤液。 特点：滤饼厚、推动力和阻力恒定，洗涤速率特点：滤饼厚、推动力和阻力恒定，洗涤速率恒定恒定 计算内容：得到一定洗液时需时间计算内容：得到一定洗液时需时间 对板框过滤机，采用横穿洗涤法：对板框过滤机，采用横穿洗涤法：对转筒真空过滤机，采用置换洗涤法：对转筒真空过滤机，采用置换洗涤法：WWWdtdVVt)(EWdtdVdtdV)(41)(EWdtdVdtdV)()(VeVKAdtdVE221)(七、过滤机的生产能力七、过滤机的生产能力 目的：为计算处理一定量的滤浆时选择过滤机目的：为计算处理一定量的滤浆时选择过滤

19、机的大小和台数以单位时间得到滤液量表示）的大小和台数以单位时间得到滤液量表示）对板框过滤机，过滤、洗涤、对板框过滤机，过滤、洗涤、 清洗组装为一循环，故：清洗组装为一循环，故：对转筒真空过滤机，旋转一周过滤有效时间对转筒真空过滤机，旋转一周过滤有效时间 得滤液：得滤液：故：故： 当过滤介质阻力不计时：当过滤介质阻力不计时：DWvtttVq)(22VeVenKAnnVqVnKAqvVetetKAV)(2nt例题：采用例题：采用25个框的个框的BMY20/63525型板框过滤机恒型板框过滤机恒压过滤某悬浮液，已知压过滤某悬浮液，已知K=410-5 m2/s ，Ve=0.6 m3 ，x=0.08 ，

20、过滤完毕用相当于滤液，过滤完毕用相当于滤液10%的清水进行洗涤的清水进行洗涤条件同过滤），辅助操作时间为条件同过滤），辅助操作时间为20分钟。分钟。计算过计算过滤机的生产能力；滤机的生产能力；如果生产过程要求处理悬浮液如果生产过程要求处理悬浮液13m3/h ，计算需要过滤机台数。，计算需要过滤机台数。解：解： A = 20.635225 （m2） VZ = 0.63520.02525 （m3） sKAVeVVtmxVVZ84316.2010415. 36 . 0215. 32,15. 3008. 0252. 0252222sKAVeVVtWW58116.20104) 6 . 015. 3 (3

21、15. 08)(8252smtttVqDWV/102 . 1602058184315. 33338 . 2)08. 01 (32. 413n 第三节第三节 离心分离离心分离 依靠惯性离心力的作用进行沉降和过滤的依靠惯性离心力的作用进行沉降和过滤的操作操作,称为离心分离。特点称为离心分离。特点:离心力可以改变使离心力可以改变使分离快速进行分离快速进行;设备体积小。产生离心力的方设备体积小。产生离心力的方法：法：依靠机械的高速旋转；依靠机械的高速旋转； 通过物料运通过物料运动方向改变造成旋转流而产生。动方向改变造成旋转流而产生。 一、离心分离原理一、离心分离原理 旋转物料产生离心力旋转物料产生离心

22、力FC=mr2，（对离，（对离心机，心机，=2n，FC=42mrn2；对切向速度为；对切向速度为u1的圆筒形容器，的圆筒形容器， u1 =r，FC=m u12/r）。）。在旋转过程颗粒密度大于流体，受到的离心力在旋转过程颗粒密度大于流体，受到的离心力大，速度快，可穿越流体层与流体发生相对运大，速度快，可穿越流体层与流体发生相对运动实现分离。动实现分离。 在离心分离中，用同一颗粒受到的离心力在离心分离中，用同一颗粒受到的离心力与重力的比值表示离心分离强度的大小，称离与重力的比值表示离心分离强度的大小，称离心分离因数，即心分离因数，即 KC=FC/Fg （对离心机，（对离心机，KC=42rn2/g；对切向速度为；对切向速度为u1的圆筒形容器，的圆筒形容器，KC= u12/rg）。因）。因g固定由此只要改变离心机固定由此只要改变离心机的的n，r或进圆筒形容器的切向速度或进圆筒形容器的切向速度u1，都可以，都可以提高提高KC。二、离心沉降速度二、离心沉降速度 离心沉降一般颗粒很小，颗粒在径向上相对于流体的运动离心沉降一般颗粒很小，颗粒在径向上相对于流体的运动速度，称为离心沉降速度，表示为：