第3章非均相物系的分离

1、熟练掌握熟练掌握: : 非均相混合物的重力沉降与离心沉降的基本非均相混合物的重力沉降与离心沉降的基本公式；过滤机理和过滤的基本参数；恒压过滤方公式；过滤机理和过滤的基本参数；恒压过滤方程及过滤常数的测定。程及过滤常数的测定。理解内容：理解内容： 沉降区域的划分；降尘室生产能力的计算；沉降区域的划分；降尘室生产能力的计算；旋风分离器临界直径的计算；过滤基本方程；沉旋风分离器临界直径的计算；过滤基本方程；沉降与过滤的各种影响因素；板框压滤机与转鼓真降与过滤的各种影响因素；板框压滤机与转鼓真空过滤机的基本结构、操作及计算。空过滤机的基本结构、操作及计算。 了解内容：了解内容： 其他分离设备的构造与操

2、作特点；干扰沉降；其他分离设备的构造与操作特点；干扰沉降；滤饼的可压缩性；恒速过滤；分离设备的选择。滤饼的可压缩性；恒速过滤；分离设备的选择。第第3章章 非均相物系的分离非均相物系的分离混合物混合物 均相混合物均相混合物 非均相混合物非均相混合物 物系内部各处物料性质均匀而且物系内部各处物料性质均匀而且不不存在相界面存在相界面的混合物。的混合物。例如：互溶溶液及混合气体例如：互溶溶液及混合气体 物系内部有隔开物系内部有隔开两相的界面两相的界面存在且存在且界面两侧的物料性质截然不同的混界面两侧的物料性质截然不同的混合物。一相为连续相，另一相为分合物。一相为连续相，另一相为分散相散相例例如如固体颗

3、粒和气体构成的含尘气体固体颗粒和气体构成的含尘气体固体颗粒和液体构成的悬浮液固体颗粒和液体构成的悬浮液 不互溶液体构成的乳浊液不互溶液体构成的乳浊液 液体颗粒和气体构成的含雾气体液体颗粒和气体构成的含雾气体非均相混合物机械分离的目的：非均相混合物机械分离的目的：(1)(1)回收有价值的分散组分回收有价值的分散组分(2)(2)净化分散介质净化分散介质, ,可以进一步加工处理可以进一步加工处理(3)(3)环境保护和安全生产环境保护和安全生产分离依据和作用力的不同，非均相混合物的分离方法主要有分离依据和作用力的不同，非均相混合物的分离方法主要有以下几种：以下几种：（1 1）依据连续相的分散相的密度差

4、异，在重力场或离心力）依据连续相的分散相的密度差异，在重力场或离心力场分离。场分离。（2 2）依据两相对固体多孔介质透过性的差异，在重力、压）依据两相对固体多孔介质透过性的差异，在重力、压强差或离心力的作用下，液体透过介质而分散的固体颗粒受强差或离心力的作用下，液体透过介质而分散的固体颗粒受到阻挡被分离出来。到阻挡被分离出来。（3 3）依据两相电性质的差异，在电场力的作用下进行分离。）依据两相电性质的差异，在电场力的作用下进行分离。本章主要讨论以流体为连续相的非均相混合物的分离。本章主要讨论以流体为连续相的非均相混合物的分离。 通过本章的学习，要重点掌握通过本章的学习，要重点掌握沉降和过滤沉降

5、和过滤这两种这两种机械分离操作的原理、过程计算、典型设备的结构与机械分离操作的原理、过程计算、典型设备的结构与特性，能够根据生产工艺要求，合理选择设备类型和特性，能够根据生产工艺要求，合理选择设备类型和尺寸。尺寸。3.1 3.1 颗粒的特性颗粒的特性3.1.1 3.1.1 单一颗粒的特性参数单一颗粒的特性参数 表示颗粒大小的几何参数：大小（尺寸）、形状、表示颗粒大小的几何参数：大小（尺寸）、形状、表面积（或比表面积）。表面积（或比表面积）。图图3-1 3-1 不同形状颗粒示意图不同形状颗粒示意图 形状规则的颗粒形状规则的颗粒(1)大大 小小：用颗粒的某一个或某几个

6、特征尺寸表示，：用颗粒的某一个或某几个特征尺寸表示， 如球形颗粒的大小用直径如球形颗粒的大小用直径ds表示。表示。(2)比表面积比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积，其单位为：单位体积颗粒所具有的表面积，其单位为m2/m3 ,对球形颗粒为：对球形颗粒为： 形状不规则的颗粒形状不规则的颗粒(1)(1)颗粒的形状系数：颗粒的形状系数：用形状系数表示颗粒的形状，最常用形状系数表示颗粒的形状，最常用的形状系数是球形度用的形状系数是球形度，它的定义式为，它的定义式为sssssdddVAa6)6/1(32 非非球球形形颗颗粒粒的的表表面面积积的的球球的的表表面面积积与与非非球

7、球形形颗颗粒粒体体积积相相等等 11（非球形）（非球形）(2)颗粒的当量直径颗粒的当量直径 体积当量直径体积当量直径deV，即体积等于颗粒体积的球形颗粒的直，即体积等于颗粒体积的球形颗粒的直径为非球形颗粒的等体积当量直径。径为非球形颗粒的等体积当量直径。 比表面积当量直径比表面积当量直径dea，即将比表面积等于颗粒比表面积的，即将比表面积等于颗粒比表面积的球形颗粒的直径定义为非球形颗粒的等比表面积当量直径球形颗粒的直径定义为非球形颗粒的等比表面积当量直径。eVeaeaeVddadVd 663eeedadSdV 6623 通常使用等体积当量直径：通常使用等体积当量直径： 工业生产中常遇到流体通过

8、大小不等的混合颗粒工业生产中常遇到流体通过大小不等的混合颗粒群的流动，此时常认为这些颗粒形状一致，只考虑大群的流动，此时常认为这些颗粒形状一致，只考虑大小不同。常用筛分的方法测得粒度分布，再求其相应小不同。常用筛分的方法测得粒度分布，再求其相应的平均特性参数的平均特性参数3.1.2 3.1.2 混合颗粒的特性参数混合颗粒的特性参数 颗粒的筛分尺寸颗粒的筛分尺寸 对于工业上常见的中等大小的混合颗粒，一般采用对于工业上常见的中等大小的混合颗粒，一般采用一套标准筛进行测量，这种方法称为一套标准筛进行测量，这种方法称为筛分筛分。 标准筛：标准筛：有不同的系列，其中泰勒（有不同的系列，其中

9、泰勒（Tyler）标准筛是较为常用的标准筛之一，其标准筛是较为常用的标准筛之一，其筛孔筛孔的大小以每英寸长度筛网上所具有的筛孔的大小以每英寸长度筛网上所具有的筛孔数目表示，称为目数目表示，称为目。 筛号筛号(目数目数)：每英寸边长的筛孔数目；每英寸边长的筛孔数目； 筛过量：筛过量：通过筛孔的颗粒量；通过筛孔的颗粒量； 筛余量：筛余量：截留于筛面上的颗粒量。截留于筛面上的颗粒量。 颗粒的筛分尺寸颗粒的筛分尺寸:21iipiddd 算算术术平平均均：iipiddd1 几几何何平平均均： 颗粒群的平均特性参数颗粒群的平均特性参数 平均比表面积：平均比表面积：)/6(iaiiimdxax

10、a 颗粒群的等比表面积当量直径：颗粒群的等比表面积当量直径：)/1(/1/6imaimadxad 3.2 3.2 沉沉 降降根据沉降作用力可分为：根据沉降作用力可分为：重力沉降、离心沉降重力沉降、离心沉降根据沉降粒子间相互影响程度可分为：根据沉降粒子间相互影响程度可分为：自由沉降和干扰沉降自由沉降和干扰沉降3.2.1 3.2.1 颗粒颗粒- -流体间的阻力流体间的阻力42220dduF 阻力：阻力：（N）阻力系数阻力系数(1)(1)牛顿阻力定律牛顿阻力定律 (2)阻力（曳力）系数阻力（曳力）系数: 与流体的流动阻力系数类似，与流体的流动阻力系数类似，阻力（曳力）系数与颗粒沉降雷诺数有关，即阻力

11、（曳力）系数与颗粒沉降雷诺数有关，即)(Re0f 00Redu 注意：注意：其中其中d为颗粒直径，为颗粒直径，u0为颗粒的沉降速度，为颗粒的沉降速度，、分别分别为流体的密度与粘度。为流体的密度与粘度。 实验获得实验获得与与Rep的关系的关系：曳力系数曳力系数与与ReP的关系：的关系：(1) 圆球圆球 (2) 圆盘圆盘 (3) 圆柱圆柱10-410-310-210-11.01010210310410510610-11.010102103105ReP (1) (2) (3) 通过实验得到曳力系数与雷诺数的关系绘成算图通过实验得到曳力系数与雷诺数的关系绘成算图,将他们将他们回归成关联式为：回归成关联

12、式为： 过渡区（过渡区（Allen区，区， 2 Re0 500） 6 . 00Re5 .18 湍流区（牛顿区，湍流区（牛顿区， 500 Re0 200000后，后，骤然下降，在骤然下降，在Re0 =(310)105范围内范围内可近似取可近似取= 0.1。 层流区（层流区（Stokes区，区，Re0 2或或0.3） 0Re24 （Stokes定律）定律）3.2.2 3.2.2 重力沉降重力沉降（1）球形颗粒的自由沉降速度）球形颗粒的自由沉降速度 以重力的方向为正方向以重力的方向为正方向 Fb 浮力浮力 Fd 阻力阻力 Fg 重力重力maFFFF bdg阻力阻力浮力）浮力）（重力（重力什么情况下颗

13、粒在流体中会发生沉降过程？什么情况下颗粒在流体中会发生沉降过程？ 直径为直径为d、颗粒密度为、颗粒密度为s的球形颗粒在密度为流体中的重的球形颗粒在密度为流体中的重力和浮力分别为：力和浮力分别为： gdFs3g6 重力：重力：（N）gdF 3b6 浮力：浮力：（N） t u u0加速段加速段匀速段匀速段 颗粒做匀速运动，沉降速度恒定不变，该速度称为颗粒做匀速运动，沉降速度恒定不变，该速度称为自由自由沉降速度沉降速度。达到恒定的沉降速度时，合力为：。达到恒定的沉降速度时，合力为： 042662203s3 madugdgdF 42220dduF 阻力：阻力：（N）阻力系数阻力系数 34s0gdu （

14、球形颗粒的自由沉降速度）（球形颗粒的自由沉降速度）过渡区（过渡区（Allen区，区， 2 Re0 500） 6 . 00Re5 .18 6 . 000Re269. 0 sgdu湍流区（牛顿区，湍流区（牛顿区， 500 Re0 200000 ） 44. 0 sgdu74. 10层流区（层流区（Stokes区，区，Re0 2或或0.3） 0Re24 18s20gdu （Stokes定律）定律）（2）不同区域的沉降速度公式）不同区域的沉降速度公式（3）沉降速度的计算）沉降速度的计算公式法公式法(试差法试差法)： 将以上阻力系数关系式代入自由沉降速度的计算式中可得将以上阻力系数关系式代入自由沉降速度的

15、计算式中可得到计算沉降速度的公式。由于沉降速度未知到计算沉降速度的公式。由于沉降速度未知,雷诺数无法计算，雷诺数无法计算，因此公式法也需要试差计算。因此公式法也需要试差计算。 计算过程：计算过程：假设沉降处于层流区假设沉降处于层流区Stokes定律求定律求u0核算核算Re0若若Re0 2，则用相应的公式求，则用相应的公式求u0核算核算Re0因次分析法：因次分析法： 通过实验整理数据得到：通过实验整理数据得到：ArAr6 . 018Re0 阿基米德准数阿基米德准数 23 gdArs Ar与沉降颗粒和流体的性质、分离要求有关，根据已知与沉降颗粒和流体的性质、分离要求有关，根据已知条件计算条件计算A

16、r ，然后由上式计算，然后由上式计算Re0 ，由，由Re0直接计算沉降速直接计算沉降速度度u0 ，不需要试差和校核。，不需要试差和校核。 （4）分级沉降）分级沉降 含有两种直径不同或密度不同的混合物，可以用沉降的含有两种直径不同或密度不同的混合物，可以用沉降的方法加以分离。方法加以分离。 密度不同的密度不同的a、b两种颗粒采用分级沉降法分离，若可用两种颗粒采用分级沉降法分离，若可用斯托克斯定律计算，则斯托克斯定律计算，则a、b两种颗粒达到相同沉降速度时：两种颗粒达到相同沉降速度时： 18)(18)(22gdgdbbaa 2/1)( baabdd 6 . 1/1:12/1)(nnnddnbaab

17、过渡区过渡区湍流区：湍流区：层流区：层流区： 通式：通式：（5 5）其它因素对沉降速度的影响）其它因素对沉降速度的影响 以上的沉降过程为在重力作用下球形颗粒的自由沉降：以上的沉降过程为在重力作用下球形颗粒的自由沉降： 颗粒为球形；颗粒为球形； 颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰；颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰； 容器壁对沉降的阻滞作用可以忽略；容器壁对沉降的阻滞作用可以忽略； 颗粒直径不能小到受流体分子运动的影响。颗粒直径不能小到受流体分子运动的影响。 在实际情况中还需考虑以下因素的影响：在实际情况中还需考虑以下因素的影响： 非球形颗粒的沉降；非球形颗粒的沉降；3

18、.2.2.4 干扰沉降。干扰沉降。 例例1：某烧碱厂拟采用重力沉降净化粗盐水，粗盐水某烧碱厂拟采用重力沉降净化粗盐水，粗盐水密度密度1200 kg/m3 ，粘度为，粘度为2.3 10-3 Pas，其中颗粒可，其中颗粒可看作球形，密度为看作球形，密度为2640 kg/m3。求直径为。求直径为0.2mm的颗的颗粒的沉降速度。粒的沉降速度。解法解法1 1：试差法：试差法解法解法2 2：因次分析法：因次分析法- -阿基米德数（略）阿基米德数（略）解：假设沉降属层流区，则解：假设沉降属层流区，则 校核流型校核流型原假设不成立。再设沉降属过渡区，则原假设不成立。再设沉降属过渡区，则校核流型

19、校核流型过渡区假设成立，过渡区假设成立，dp=0.259mm即所求。即所求。mgudpp431042. 2)12002640(81. 902. 0103 . 218)(18253. 2103 . 2120002. 01042. 2Re34tptudmgudptp46 .116 .034 .04 .16 .116 .04 .04 .11059.2)12002640(81.9)103 .2(1200)153.002.0()()153.0(70. 2103 . 2120002. 01059. 2Re34tptud沉降设备沉降设备一、对沉降分离设备的要求一、对沉降分离设备的要求(1) 基本要求：一般要

20、求流体在离开设备前，颗粒已能沉降到设基本要求：一般要求流体在离开设备前，颗粒已能沉降到设备底部或器壁；尽可能减少对沉降过程的干扰；避免已沉降备底部或器壁；尽可能减少对沉降过程的干扰；避免已沉降颗粒的再度扬起。颗粒的再度扬起。A、沉降时间沉降时间：颗粒颗粒沉降到设备底部或器壁所需的时间。由颗沉降到设备底部或器壁所需的时间。由颗粒沉降速度和设备内的沉降距离决定。粒沉降速度和设备内的沉降距离决定。B、停留时间停留时间：连续操作可取：连续操作可取流体流体流过设备有效空间所需的平流过设备有效空间所需的平均时间；间歇操作可为一次操作时间（不含装卸料）。均时间；间歇操作可为一次操作时间（不含装卸料）。 沉降

21、条件：停留时间沉降条件：停留时间沉降时间。但停留时间不应太大，否沉降时间。但停留时间不应太大，否则成本高。则成本高。（2）分离性能指标：）分离性能指标： 总效率总效率：在有限的停留时间内，只能分离下来其中一部分，它：在有限的停留时间内，只能分离下来其中一部分，它与颗粒总量之比（用质量分数表示），用与颗粒总量之比（用质量分数表示），用0.0.表示。表示。粒级分离效率粒级分离效率i i：在一定粒径颗粒的总量中，被分离部分所占：在一定粒径颗粒的总量中，被分离部分所占的质量分数。的质量分数。临界直径临界直径dpc：粒径越大，沉降速度越快，所需时间越短，当粒：粒径越大，沉降速度越快，所需时间越短，当粒径

22、增至某一临界值时，其粒径效率达到径增至某一临界值时，其粒径效率达到100%时的直径。直径时的直径。直径小，总效率高，分离性能好。小，总效率高，分离性能好。最大生产能力最大生产能力：混合物的处理量越大，在同一设备内的停留时：混合物的处理量越大，在同一设备内的停留时间越短，临界直径越大。若规定了临界直径，相当于规定了间越短，临界直径越大。若规定了临界直径，相当于规定了混合物最大可能的处理量。混合物最大可能的处理量。 分离效率分离效率、临界直径临界直径、最大生产能力最大生产能力是分离设备的重要分是分离设备的重要分离性能。它们常需要离性能。它们常需要测定或利用经验数据进行估算测定或利用经验数据进行估算

23、。3.2.3 3.2.3 重力沉降设备重力沉降设备 降尘室降尘室: :常用于含常用于含尘气体的尘气体的预处理预处理。集尘斗集尘斗气体入口气体入口气体出口气体出口降尘室降尘室含含尘尘气气体体净净化化气气体体颗粒颗粒降尘室操作示意图降尘室操作示意图 颗粒能够沉降到集尘斗中有颗粒能够沉降到集尘斗中有什么条件呢？什么条件呢？ 颗粒在降尘室中的沉降时间颗粒在降尘室中的沉降时间小于停留时间时，颗粒在流体离小于停留时间时，颗粒在流体离开降尘室前即可沉降到降尘室的开降尘室前即可沉降到降尘室的底部。底部。 0t其中：其中：停留时间：停留时间：BHVLuLst 气流速度气流速度m/s

24、 气流流率气流流率m3/st t与设备尺寸及处理量有关，与颗粒性质无关；与设备尺寸及处理量有关，与颗粒性质无关； 沉降时间沉降时间 00uH 0与流体、颗粒的性质、分离要求及降尘室的高度有关。与流体、颗粒的性质、分离要求及降尘室的高度有关。 故颗粒在降尘室能沉降分离的具体条件是：故颗粒在降尘室能沉降分离的具体条件是：0uHuL B Vs u0 u L H颗粒在降尘室中的运动颗粒在降尘室中的运动 注意：注意：当某直径的颗粒满足当某直径的颗粒满足t t0时，它能够被完全（时，它能够被完全（100%）地分离；当某直径的颗粒满足）地分离；当某直径的颗粒满足t t dc时，时，pi =100%， d d

25、c的颗粒能否被分离？的颗粒能否被分离？ 能，不能被完全分离即能，不能被完全分离即pi 1%)的悬浮液，是工业生产中的主的悬浮液，是工业生产中的主要过滤方式。要过滤方式。 适用：适用：悬浮液中颗粒尺寸甚小悬浮液中颗粒尺寸甚小而且含量甚微而且含量甚微(0.1%)的场合。的场合。过滤介质定期更换或清洗再生。过滤介质定期更换或清洗再生。悬浮液悬浮液过滤介质过滤介质滤液滤液深层过滤深层过滤清液清液过滤介质过滤介质悬浮液悬浮液滤饼滤饼滤饼过滤滤饼过滤3.3.2 3.3.2 影响过滤的因数影响过滤的因数(1) 过滤介质：流体可通过而截留固体的可渗透材料。过滤介质：流体可通过而截留固体的可渗透材料。深层深层过

26、滤过滤常用均质的固体颗粒。如砂粒、无烟煤等。常用均质的固体颗粒。如砂粒、无烟煤等。滤饼过滤滤饼过滤通常采用筛网或织物纤维，如编织金属网、各种滤布。通常采用筛网或织物纤维，如编织金属网、各种滤布。 要求：要求：具有多孔性，足够的机械强度。具有多孔性，足够的机械强度。 丝织物品：丝织物品：棉、麻、合纤、金属网棉、麻、合纤、金属网(滤布、滤纸滤布、滤纸)； 多孔性固体介质：多孔性固体介质：多孔塑料；多孔塑料； 堆积介质：堆积介质：砂、木炭、石棉粉等。砂、木炭、石棉粉等。（2）选择依据：）选择依据： 分离要求，分离要求，如回收或除去颗粒的最小粒径、分离效率、如回收或除去颗粒的最小粒径、分离效率、处理能

27、力；处理能力； 悬浮液特性，悬浮液特性，包括颗粒形状，粒度分布、固体颗粒浓度包括颗粒形状，粒度分布、固体颗粒浓度、粘度等；、粘度等； 操作条件，操作条件，如操作压强、温度；如操作压强、温度；过滤设备的类型过滤设备的类型(3) 过滤推动力过滤推动力 克服流体流动阻力，提高过滤速度。克服流体流动阻力，提高过滤速度。 过滤推动力过滤推动力 : 重力重力（速度慢，仅用于小规模，或颗（速度慢，仅用于小规模，或颗 粒大、粒大、含量少的悬浮液过滤；含量少的悬浮液过滤；离心力离心力（速度快，但受过滤介质强度及（速度快，但受过滤介质强度及其孔径的制约，设备投资和动力消耗大，用于一般方法难于分其孔径的制约，设备投

28、资和动力消耗大，用于一般方法难于分离的悬浮液）、离的悬浮液）、压力差压力差。 生产上常用压差作推动力生产上常用压差作推动力，压差有可调性。，压差有可调性。分为分为加压过滤加压过滤和和真空过滤真空过滤。若维持操作压强不变，过滤速度将逐渐下降，称。若维持操作压强不变，过滤速度将逐渐下降，称为为恒压过滤恒压过滤。逐渐加大压强差以维持过滤速度不变的操作，称逐渐加大压强差以维持过滤速度不变的操作，称为为恒速过滤恒速过滤。（4 4）过滤基本参数）过滤基本参数1 1、处理量处理量：可采用悬浮液体积：可采用悬浮液体积VsVs（m m3 3）、滤液体积）、滤液体积V V （m m3 3）或滤）或滤饼体积饼体积V

29、cVc（m m3 3）表示。）表示。2 2、生产能力生产能力：过滤机的生产能力通常以：过滤机的生产能力通常以m m3 3滤液滤液/h/h表示。表示。3 3、生产率（生产率（G G）：）：过滤机单位过滤面积在单位时间内过滤出的干固过滤机单位过滤面积在单位时间内过滤出的干固体质量，体质量，kgkg干固体干固体/ /（ m m3 3 ?S S）4 4、过滤面积过滤面积A A：允许滤液通过的过滤介质的总面积，允许滤液通过的过滤介质的总面积， m m2 2 。5 5、悬浮液固相浓度悬浮液固相浓度c c：单位体积悬浮液中所含固体颗粒的总体积，单位体积悬浮液中所含固体颗粒的总体积，用体积分数表示，是选择过滤

30、设备的重要参数。用体积分数表示，是选择过滤设备的重要参数。6 6、滤饼含液量滤饼含液量w w：滤饼中所含液体的质量分数。实际生产中常常要滤饼中所含液体的质量分数。实际生产中常常要对滤饼含液量加以控制，以减少后续操作（如干燥）费用。对滤饼含液量加以控制，以减少后续操作（如干燥）费用。7 7、滤饼与滤液的体积比滤饼与滤液的体积比：获得单位体积滤液同时形成的滤饼体积，获得单位体积滤液同时形成的滤饼体积， m m3 3滤饼滤饼/ m/ m3 3滤液。滤液。8 8、过滤速率过滤速率dv/dtdv/dt：单位时间获得的滤液体积，单位时间获得的滤液体积， m m3 3滤液滤液/s/s。9 9、过滤速度过滤速

31、度dv/dv/（AdtAdt）：）：单位时间单位过滤面积上得到的滤液体单位时间单位过滤面积上得到的滤液体积，积， m m3 3滤液滤液/ /（ m m2 2 ?s)s)(5)(5)滤饼的可压缩性滤饼的可压缩性 由刚性颗粒形成的滤饼，在过滤过程中颗粒形状和颗粒间的空隙率由刚性颗粒形成的滤饼，在过滤过程中颗粒形状和颗粒间的空隙率保持不变，称保持不变，称不可压缩滤饼不可压缩滤饼。而非刚性颗粒形成的滤饼在压强差作用。而非刚性颗粒形成的滤饼在压强差作用下会压缩变形，称为下会压缩变形，称为可压缩性可压缩性。可压缩性要进行。可压缩性要进行实验实验测定。测定。（6）助滤剂）助滤剂 助滤剂本身就是一性能良好的过

32、滤介质，是一种坚助滤剂本身就是一性能良好的过滤介质，是一种坚硬、不规则的小颗粒，它能形成结构疏松、空隙率大、硬、不规则的小颗粒，它能形成结构疏松、空隙率大、不可压缩的滤饼，很大程度改善过滤难度。不可压缩的滤饼，很大程度改善过滤难度。助滤剂使用助滤剂使用方法主要有两种：方法主要有两种：混合、预涂。混合、预涂。注意：注意：当滤饼是产品时不能使用助滤剂。当滤饼是产品时不能使用助滤剂。3.3.3 3.3.3 过滤过程的计算过滤过程的计算 过滤速度过滤速度 单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积 。过滤过滤是非定常操作，过滤时滤饼逐渐增厚，

33、阻力随之增大，是非定常操作，过滤时滤饼逐渐增厚，阻力随之增大，故瞬时过滤速度表示如下：故瞬时过滤速度表示如下：smAddu/V 滤液通过滤渣层的流动滤液通过滤渣层的流动(一一)几个概念几个概念(1)过滤的压力差过滤的压力差p =p p1 1（滤饼）（滤饼）+ +p p2 2 （过滤介质）（过滤介质） ；(2)恒压过滤和恒速过滤；恒压过滤和恒速过滤；(3)滤饼的压缩性。滤饼的压缩性。( (二二) )滤液通过滤饼层流动的简化滤液通过滤饼层流动的简化1. 1. 滤饼层特性滤饼层特性（1）滤饼层空隙率）滤饼层空隙率AA过滤面积面积滤饼孔隙的平均流通截滤饼层体积滤饼中空隙

34、体积0颗粒体积颗粒体积颗粒表面积颗粒表面积 0a(2)(2)颗粒的比表面积颗粒的比表面积0a(3)(3)流道的平均长度流道的平均长度l若滤饼的厚度为若滤饼的厚度为L，则，则l=K0L，对颗粒床层的层流流动对颗粒床层的层流流动K0=5。)1(44440e alld积积）流流道道表表面面积积（颗颗粒粒表表面面流流道道体体积积（空空隙隙体体积积）流流道道长长度度润润湿湿周周边边流流道道长长度度流流通通截截面面积积润润湿湿周周边边流流通通截截面面积积(4)(4)滤饼层滤液通道的当量直径滤饼层滤液通道的当量直径2.2.简化计算简化计算(1)滤液的真实流速滤液的真实流速u1若若u为按整个床层截面积计算的滤

35、液平均流速，则：为按整个床层截面积计算的滤液平均流速，则： uu 1(2)流动阻力可用哈根流动阻力可用哈根泊谡叶方程表示：可看作是通过泊谡叶方程表示：可看作是通过 曲折多变孔道的一种特殊管流。由于孔道很细小，可属曲折多变孔道的一种特殊管流。由于孔道很细小，可属于层流。于层流。2e1132dlup 式中式中 l 滤饼孔道的平均长度，滤饼孔道的平均长度，m； u1为滤饼孔道中滤液的流速，为滤饼孔道中滤液的流速， m/s； de 为孔道的当量直径，为孔道的当量直径，m。 (3)过滤速度过滤速度u LaKpAddVuLKapldpuuAddVue 2201302012111)1(232)1(/4320

36、 3220)1(20 aKr令滤饼的比阻令滤饼的比阻，则：，则：LrpAddVu 1 滤饼两侧滤饼两侧的压力差的压力差过滤阻力过滤阻力过滤推动力过滤推动力过滤速率过滤速率 过滤基本方程过滤基本方程VALc 滤液体积滤液体积滤饼体积滤饼体积 ee21e21LLrprLrLpprLprLpAddVu 当量滤饼层厚度，当量滤饼层厚度，m eVVrcpAAddVu e01VVcrpAAddVus sprr 0压缩性指数压缩性指数 过滤截面积不变，则以整个截面积计算的滤液通过滤饼过滤截面积不变，则以整个截面积计算的滤液通过滤饼层和过滤介质的速度相等，即层和过滤介质的速度相

37、等，即AcVLAcVLee ,（不可压缩滤饼）（不可压缩滤饼）（可压缩滤饼）（可压缩滤饼） e2eVVrcpAddVVVrcpAAddVu crpcrpKs0122 令令sprr 0，其中其中 e22VVKAddV 则则（3-36）令令q=V/A，qe=Ve/A e2qqKddq （3-36a） 过滤基本方程过滤基本方程 恒压过滤计算式恒压过滤计算式 恒压过滤时，对一定的悬浮液，恒压过滤时，对一定的悬浮液，p和和K均为常数，均为常数，式（式（3-36）积分，得）积分，得 2e22KAVVV Kqqq e22 当过滤介质阻力与滤饼阻力相

38、比较小可以忽略，则当过滤介质阻力与滤饼阻力相比较小可以忽略，则 Le= 0、Ve= 0、qe= 0时，有时，有 22KAV Kq 2实际生产过滤过程的进行：实际生产过滤过程的进行： 若在过滤过程中保持过滤推动力恒定，那么在过滤初始若在过滤过程中保持过滤推动力恒定，那么在过滤初始阶段，滤饼还未形成时，过滤阻力小，过滤速率大，随着过阶段，滤饼还未形成时，过滤阻力小，过滤速率大，随着过滤的进行，滤饼厚度不断增大，过滤阻力增大，过滤速率下滤的进行，滤饼厚度不断增大，过滤阻力增大，过滤速率下降；这种过滤方式为降；这种过滤方式为恒压过滤恒压过滤。 若要保证过滤过程的过滤速率恒定，那么在过滤过程中若要保证过

39、滤过程的过滤速率恒定，那么在过滤过程中应不断提高过滤的推动力，这种操作方式为应不断提高过滤的推动力，这种操作方式为恒速过滤恒速过滤。 若过滤过程中压力和速率均无法恒定则若过滤过程中压力和速率均无法恒定则为变压变速过滤为变压变速过滤。 在工业应用实际中采用哪种操作方式？恒压？恒速？在工业应用实际中采用哪种操作方式？恒压？恒速？先恒速后恒压？先恒压后恒速？先恒速后恒压？先恒压后恒速？ 恒速过滤计算式恒速过滤计算式）得得常常数数，由由式式（常常数数，即即363 VAVAddVu恒速过滤恒速过滤,过滤速度不变，即过滤速度不变，即 e22VVKAV 2e22KAVVV K

40、qqq e22 3.3.4 3.3.4 过滤常数的测定过滤常数的测定(2) 作图法：作图法： 2e22KAVVV Kqqq e22e21qKqKq KVKAVVVKAVVV、e222e22121e2122 (1)（3 3）压缩性指数）压缩性指数s s的测定的测定 BpsK log1logcrpcrpKs0122 令令sprr 0，其中其中 对可压缩的滤饼，测出不同压差下的对可压缩的滤饼，测出不同压差下的K值，用作图值，用作图法可求出法可求出s。3.3.5 3.3.5 滤饼的洗涤滤饼的洗涤（1 1）洗涤目的：）洗涤目的：回收或除去滤饼里存留的滤液。回收或除去滤饼里存留的滤液。（2） 洗涤速率和洗

41、涤时间洗涤速率和洗涤时间 洗涤速率为单位时间的洗涤液用量。在洗涤过程中，滤饼洗涤速率为单位时间的洗涤液用量。在洗涤过程中，滤饼厚度不再增加，故洗涤过程的阻力不变，厚度不再增加，故洗涤过程的阻力不变，洗涤速率为常数。洗涤速率为常数。 W ddV洗涤速率：洗涤速率：WWW ddVV洗涤时间：洗涤时间：3.3.6 3.3.6 过滤设备过滤设备 叶滤机叶滤机(1)结构：结构：矩形或圆形的滤叶；由金属网组成的框架上覆以滤矩形或圆形的滤叶；由金属网组成的框架上覆以滤布构成；若干个平行排列的的滤叶组成一体，安装在密闭的布构成；若干个平行排列的的滤叶组成一体，安装在密闭的机壳内即

42、构成叶滤机。机壳内即构成叶滤机。(2)(2)流程流程 操作过程包括装合、过滤、洗涤、卸渣、整理。操作过程包括装合、过滤、洗涤、卸渣、整理。 (3)特点特点 优点优点：间歇过滤，单位地面所容纳的过滤面积大，洗涤充：间歇过滤，单位地面所容纳的过滤面积大，洗涤充分，生产能力比压滤机大，机械化程度高，劳动力省，密闭过分，生产能力比压滤机大，机械化程度高，劳动力省，密闭过滤，操作环境较好。滤，操作环境较好。 缺点缺点：构造复杂，造价高，滤饼中粒度差别较大的颗粒可：构造复杂，造价高，滤饼中粒度差别较大的颗粒可能分别积聚于不同的高度，使洗涤不均匀。能分别积聚于不同的高度，使洗涤不均匀。 置换洗涤置换洗涤（洗

43、涤液的流通路径与过滤滤液流通路径相同，（洗涤液的流通路径与过滤滤液流通路径相同，洗涤液的流通截面积与过滤滤液流通截面积相等；洗涤液的流通截面积与过滤滤液流通截面积相等；洗涤速率与洗涤速率与过滤终了速率相等过滤终了速率相等）。）。 EeWeLLLL EWAA EW ddVddV 板框过滤机板框过滤机（1 1）结构：）结构：由许多块顺序排由许多块顺序排列的滤板与滤框交替排列组合列的滤板与滤框交替排列组合而成的。滤板与滤框靠支耳架而成的。滤板与滤框靠支耳架在一对横梁上，并用一端的压在一对横梁上，并用一端的压紧装置将它们压紧。紧装置将它们压紧。图图3-16 3-16 板框

44、压滤机板框压滤机1-1-压紧装置；压紧装置；2-2-可动头；可动头；3-3-滤框；滤框；4-4-滤板；滤板；5-5-固定头；固定头；6-6-滤液出口；滤液出口；7-7-滤浆进口；滤浆进口；8-8-滤布滤布（2 2）组成部件：）组成部件： 滤板和滤框多做成正方形，滤板和滤框多做成正方形，其构造如右图所示。其构造如右图所示。 滤框的作用是：滤框的作用是：滤框的两滤框的两侧覆以滤布，围成容纳滤浆及侧覆以滤布，围成容纳滤浆及滤饼的空间；滤饼的空间； 滤板的作用有二：滤板的作用有二：一是支一是支撑滤布；二是提供滤液流出的撑滤布；二是提供滤液流出的通道，为此板面制出凸凹纹路，通道，为此板面制出凸凹纹路，凸

45、出部分起支撑滤布的作用，凸出部分起支撑滤布的作用，凹处形成的沟为滤液流道。凹处形成的沟为滤液流道。 滤板与滤框的角上均开有小孔，滤板与滤框的角上均开有小孔，滤布的角上也开有与滤板滤框相对滤布的角上也开有与滤板滤框相对应的孔，组合后即构成供滤浆和洗应的孔，组合后即构成供滤浆和洗涤水流通的孔道。涤水流通的孔道。 （3）过滤和洗涤原理：）过滤和洗涤原理： 滤板又分为洗涤板和非洗涤板两种，滤板又分为洗涤板和非洗涤板两种，其结构与作用有所不同。非洗涤板为一钮板，洗涤板为三其结构与作用有所不同。非洗涤板为一钮板，洗涤板为三钮板，而滤框则是二钮，滤板与滤框装合时，按钮数以钮板，而滤框则是二钮，滤板与滤框装合

46、时，按钮数以1-2-3-2-1-2的顺序排列。的顺序排列。滤滤 液液洗洗 水水(a)过过 滤滤(b)洗洗 涤涤（4 4）特点）特点 间歇操作：间歇操作：每个操作循环由装合、过滤、洗涤、卸渣、每个操作循环由装合、过滤、洗涤、卸渣、整理五个阶段组成。整理五个阶段组成。 优点：优点：板框压滤机构造简单板框压滤机构造简单, ,过滤面积大而占地省过滤面积大而占地省, ,过滤过滤压力高压力高, ,便于用耐腐蚀材料制造，操作灵活，过滤面积可根据便于用耐腐蚀材料制造，操作灵活，过滤面积可根据产生任务调节。产生任务调节。 缺点缺点: :间歇操作，劳动强度大，产生效率低。间歇操作，劳动强度大，产生效率低。 横穿洗

47、涤横穿洗涤（洗涤液的流通路径是过滤滤液流通路径的两（洗涤液的流通路径是过滤滤液流通路径的两倍，洗涤液的流通截面积为过滤滤液流通截面积的一半；倍，洗涤液的流通截面积为过滤滤液流通截面积的一半；故故洗涤速率为过滤终了速率的四分之一洗涤速率为过滤终了速率的四分之一）。）。 EeWe2LLLL EW21AA e2EW24141VVKAddVddV 过滤机的生产能力过滤机的生产能力: 生产能力可以用单位时间过滤得到的滤液或滤渣生产能力可以用单位时间过滤得到的滤液或滤渣体积量来表示，没有特别说明情况下以滤液表示，体积量来表示，没有特别说明情况下以滤液表示，即即Q（m3滤液滤液/h）。）。 DW VQ3.3

48、.6.3 转筒真空过滤机转筒真空过滤机 依靠真空系统造成的转筒内外压差进行过滤。它的主体是能转依靠真空系统造成的转筒内外压差进行过滤。它的主体是能转动的圆筒，其表面有一层金属网，网上覆盖滤布。转筒沿圆周分动的圆筒，其表面有一层金属网，网上覆盖滤布。转筒沿圆周分隔成若干个互不相通的扇形格，每格都有单独的孔道与分配头的隔成若干个互不相通的扇形格，每格都有单独的孔道与分配头的转动盘上相应的孔相连。圆筒每旋转一周，转筒表面的每一部分，转动盘上相应的孔相连。圆筒每旋转一周，转筒表面的每一部分，都依次经历过滤、洗涤、吸干、吹松、卸渣等阶段。因此，都依次经历过滤、洗涤、吸干、吹松、卸渣等阶段

49、。因此，每旋每旋转一周，对任何一部分表面来说，都有经历了一个操作循环。转一周，对任何一部分表面来说，都有经历了一个操作循环。流程：流程： 过滤、洗涤、吸干、吹松、卸渣过滤、洗涤、吸干、吹松、卸渣特点：特点： 优点优点：操作连续、自动：操作连续、自动 缺点缺点：设备体积庞大，过滤面积相对较小，过滤、洗涤：设备体积庞大，过滤面积相对较小，过滤、洗涤推动力小，洗涤不充分，适用于处理量大而容易过滤的悬浮推动力小，洗涤不充分，适用于处理量大而容易过滤的悬浮液分离。液分离。 洗涤方式为洗涤方式为置换洗涤。置换洗涤。 离心过滤机离心过滤机三足式上部卸料离心机三足式上部卸料离心机

50、 操作时操作时, ,在转鼓中加入待过滤的悬浮液在转鼓中加入待过滤的悬浮液, ,在离心力的作在离心力的作用下用下, ,滤液透过滤布和转鼓上的小孔进入外壳滤液透过滤布和转鼓上的小孔进入外壳, ,然后再引至然后再引至出口出口, ,固体则被截留在滤布上成为滤饼。固体则被截留在滤布上成为滤饼。3.4 3.4 气体的其他净化方法气体的其他净化方法 从气体中除去所含固体颗粒或液滴使之净化，是工从气体中除去所含固体颗粒或液滴使之净化，是工业生产中常遇到的问题。除了用沉降的方法，还可以用业生产中常遇到的问题。除了用沉降的方法，还可以用惯性、过滤、静电等作用，或用液体对气体进行洗涤，惯性、过滤、静电等作用，或用液

51、体对气体进行洗涤，即湿法净制。即湿法净制。(1)(1)袋式过滤器袋式过滤器(2)(2)静电除尘器静电除尘器(3)(3)湍球塔除尘器湍球塔除尘器(4)(4)文丘里除尘器文丘里除尘器例：例：某板框压滤机的滤框尺寸是某板框压滤机的滤框尺寸是45045045045025mm25mm，操作条件，操作条件下过滤常数下过滤常数q qe e=0.0261m=0.0261m3 3/m/m2 2 ，k=1.26k=1.261010-4-4m m2 2/s /s 。生产要求在。生产要求在一次操作一次操作20min20min的时间内得到的时间内得到3.87 m3.87 m3 3滤液，已知得到滤液，已知得到1 1 m

52、m3 3滤液可滤液可形成形成0.0342 m0.0342 m3 3滤饼，滤饼，试求：试求： (1)共需多少个滤框？共需多少个滤框？ (2)若洗液性质与滤液性质相同，洗涤时间差与过滤若洗液性质与滤液性质相同，洗涤时间差与过滤时相同，洗涤液量为滤液体积的时相同，洗涤液量为滤液体积的1/10，求洗涤时间，求洗涤时间w。 (3)若每个操作周期中辅助时间为若每个操作周期中辅助时间为15min，则过滤机，则过滤机的生产能力为若干的生产能力为若干/ h。 解解（1）由恒压过滤方程）由恒压过滤方程 和和 可得可得3.872+2（0.0261 A） 3.87=1.26 10-4 A2 20 60 A=10.6m

53、2 每一滤框的两侧都有滤布，每个框的过滤面积为每一滤框的两侧都有滤布，每个框的过滤面积为 0.45 0.45 2=0.405m2 所需滤框数为所需滤框数为10.6/0.405=26.3 取取27个滤框，滤框总容积为：个滤框，滤框总容积为： 0.45 0.45 0.025 27=0.137m3 滤饼体积为滤饼体积为Vc=V=0.0342 V=0.0342 3.87=0.132 m3 0.137m3实际过滤面积为实际过滤面积为 27 0.405=10.9m2故采用故采用27个滤框可以满足要求。个滤框可以满足要求。2e22KAVVVeAqV eeAqV e3e284. 09 .100261. 0mAqVe（2 2） 洗涤液量洗涤液量Vw=3.87/10=0.387Vw=3.87/10=0.387洗涤时间洗涤时间sKAVVVteWw1 .8599 .101026. 1)284. 087. 3(387. 08)(8242（3）压滤机的生产能力：hmsmtttVVDwt/71. 4/10308. 19001 .859120087. 33334.1 分离设备的选择分离设备的选择 主要取决于分离要求、分离物系的特点及经济性主要取决于分离要求、分