第三章_机械分离和固体流态化ppt课件

1、目录目录第三章第三章 机械分离与固体流态化机械分离与固体流态化第一节第一节筛分筛分一、颗粒的特性一、颗粒的特性二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性三、筛分三、筛分第二节第二节 沉降分离沉降分离一、沉降原理一、沉降原理二、沉降设备二、沉降设备目录目录 第三节第三节 过滤过滤 一、概述一、概述二、过滤基本方程二、过滤基本方程三、过滤常数的测定三、过滤常数的测定四、滤饼洗涤四、滤饼洗涤五、过滤设备及过滤计算五、过滤设备及过滤计算习题课习题课目录目录 第四节第四节 离心分离离心分离 第五节第五节 固体流态化固体流态化一、什么是流态化一、什么是流态化二、流化床的两种形态二、流化床的两种形态三、流化床的主要特

2、性三、流化床的主要特性 小结小结第三版第第三版第1818次印刷的教材更正次印刷的教材更正化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章第三章第三章 机械分离与固体流态化机械分离与固体流态化混合物混合物 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不物系内部各处物料性质均匀而且不存在相界面的混合物。存在相界面的混合物。例如：互溶溶液及混合气体例如：互溶溶液及混合气体 物系内部有隔开两相的界面存在且物系内部有隔开两相的界面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。合物。例如例如固体颗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

3、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化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章非均相物系非均相物系 分散相分散相 分散物质分散物质 处于分散状态的物质处于分散状态的物质 如：分散于流体中的固体颗粒、如：分散于流体中的固体颗粒、液滴或气泡液滴或气泡 连续相连续相分散相介质分散相介质 包围着分散相物质且处于连续包围着分散相物质且处于连续状态的流体状态的流体 如：气态非均相物系中的气体如：气态非均相物系中的气体 液态非均相物系中的连续液体液态非均相物系中的连续液体 分别分别

4、机械机械分别分别 沉降沉降 过滤过滤 不同的物理性质不同的物理性质 连续相与分散相连续相与分散相发生相对运动的方式发生相对运动的方式 分散相和连续相分散相和连续相 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章第一节第一节筛分筛分一、颗粒的特性一、颗粒的特性-分离固体颗粒群分离固体颗粒群大小粒径）大小粒径）外形外形表面积表面积球形颗粒球形颗粒 非球形颗粒非球形颗粒 直径直径dp 当量直径，如体积当量直径当量直径，如体积当量直径 deV颗粒的表面积表面积与颗粒体积相等的球的 球形度球形度 1 pdVAa6 球球eVda 6化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章第一节第一节筛分筛分

5、二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性粒度分布粒度分布-频率分布曲线见下图）、累计分布曲线频率分布曲线见下图）、累计分布曲线(如图如图3-1所示所示)。频率分布曲线频率分布曲线化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性平均直径平均直径 kiikiiikkkLmndnnnnndndndndnd11321332211表面积平均直径表面积平均直径 kiikiiiAmndnd112-每个颗粒平均表面积等于全部颗粒的表面积之每个颗粒平均表面积等于全部颗粒的表面积之 和除以颗粒的总数和除以颗粒的总数长度平均直径长度平均直径3131 kiiiVmdad体积平均直径体积平均直

6、径 -每个颗粒平均体积等于全部颗粒的体积之每个颗粒平均体积等于全部颗粒的体积之 和除以颗粒的总数和除以颗粒的总数体积表面积平均直径体积表面积平均直径 -每个颗粒的平均比表面积等于全部颗粒的每个颗粒的平均比表面积等于全部颗粒的 比表面积平均值比表面积平均值 kiiikiiiVAmVAmdndndd13123266 比表面积比表面积 kiiiVmdad11化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章三、筛分三、筛分泰勒泰勒Tyler标准筛标准筛-其其筛孔大小以每英寸长度筛网筛孔大小以每英寸长度筛网上的孔数表示，称为上的孔数表示，称为“目目”。例如例如100目的筛即指每英寸目的筛即指每英寸筛网

7、上有筛网上有100个筛孔。个筛孔。目数越大，筛孔越小。目数越大，筛孔越小。筛网用金属丝筛网用金属丝制成，孔类似制成，孔类似正方形。正方形。 将几个筛子按筛孔从大到小的次序从上将几个筛子按筛孔从大到小的次序从上到下叠置起来，最底下置一无孔的盘到下叠置起来，最底下置一无孔的盘-底盘。样品加于顶端的筛上，摇动或振动底盘。样品加于顶端的筛上，摇动或振动一定的时间。通过筛孔的物料称为筛过物，一定的时间。通过筛孔的物料称为筛过物，未能通过的称为筛留物。筛留物的直径等未能通过的称为筛留物。筛留物的直径等于相邻两号筛孔宽度的算术平均值，将筛于相邻两号筛孔宽度的算术平均值，将筛留物取出称重，可得样品质量分率分布

8、曲留物取出称重，可得样品质量分率分布曲线。线。标准筛标准筛筛分筛分返回目录返回目录化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章第二节第二节 沉降分离沉降分离一、沉降原理一、沉降原理rmamg或或 sgm 42220du 1 1、自由沉降、自由沉降极短，通常可以忽略极短，通常可以忽略该段的颗粒运动速度称为该段的颗粒运动速度称为沉降速度，用沉降速度，用u0表示。表示。加速段：加速段：等速段：等速段：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-单个颗粒在无限流体单个颗粒在无限流体 中的降落过程中的降落过程重力沉降速度：以球形颗粒为例重力沉降速度：以球形颗粒为例 设颗粒的密

9、度为设颗粒的密度为s，直径为，直径为d，流体的密度为，流体的密度为， 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章重力重力 gdFsg36浮力浮力 gdFb36而阻力随着颗粒与流体间的相对运动速而阻力随着颗粒与流体间的相对运动速度而变，可仿照流体流动阻力的计算式度而变，可仿照流体流动阻力的计算式写为写为 ：22uAFd24dA对球形颗粒 2422udFdmaFFFdbg化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章adudgdgdss3223362466(a)颗粒开始沉降的瞬间，速度颗粒开始沉降的瞬间，速度u=0，因此阻力，因此阻力Fd=0，amax 颗粒开始沉降后，颗粒开始沉降后，

10、u Fd ；u ut 时，时，a=0 。等速阶段中颗粒相对与流体的运动速度等速阶段中颗粒相对与流体的运动速度ut 称为沉降速度。称为沉降速度。当当a=0时，时，u=ut，代入，代入a式式024662233tsudgdgd 3)(4stdgu沉降速度表达式沉降速度表达式化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章阻力系数阻力系数 通过因次分析法得知，通过因次分析法得知，值是颗粒与流体相对值是颗粒与流体相对运动时的雷诺数运动时的雷诺数Ret的函数。的函数。 对于球形颗粒的曲线，按对于球形颗粒的曲线，按Ret值大致分为三个值大致分为三个区：区： a) 滞流区或托斯克斯滞流区或托斯克斯(stok

11、es)定律区定律区10 4Ret1） tRe24182stdu斯托克斯公式斯托克斯公式化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章6 . 0Re5 .18t6 . 0Re269. 0tgdust艾伦公式 c) 滞流区或牛顿定律区Nuton）（103Ret 2105） 44. 0gdust74. 1牛顿公式 b) 过渡区或艾伦定律区Allen）（1Ret75m以上颗粒以上颗粒-用于除去用于除去510m 颗粒颗粒化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章1 1重力沉降设备重力沉降设备 气体气体 气体气体 进口进口 出口出口 集灰斗集灰斗 L B 含尘气体含尘气体 u H u0 颗粒在

12、降尘室中的运动颗粒在降尘室中的运动 t 停停留留时时间间 0 沉沉降降时时间间0 t若若uL0u高高度度降尘室降尘室则表明，该颗粒能在降尘室中则表明，该颗粒能在降尘室中除去。除去。思考思考1：为什么气体进入降尘：为什么气体进入降尘室后，流通截面积要扩大？室后，流通截面积要扩大？思考思考2 2：为什么降尘室要做成扁平的？：为什么降尘室要做成扁平的？构造：构造：除尘原理：除尘原理：为了增大停留时间。为了增大停留时间。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章降尘室降尘室0uHuL 即即思考思考3：要想使某一粒度的颗粒在降尘：要想使某一粒度的颗粒在降尘室中被室中被100%除去，必须满足什么条

13、件？除去，必须满足什么条件？00uHt 思考思考4：能够被：能够被100%除去的最小颗粒，除去的最小颗粒，必须满足什么条件？必须满足什么条件？0 t 1820gdus 0min1818AVgLgHudsss L u B 气体气体 u0 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4：粒径比：粒径比dmin小的颗粒小的颗粒，被除去的百分数如何计算？，被除去的百分数如何计算？化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章降尘室降尘室思考思考2 2：为什么降尘室要做成扁平的？：为什么降尘室要做成扁平的？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运动000uABL

14、uBHuVs 0uHuL 多层降尘室多层降尘室 可见，降尘室最可见，降尘室最大处理量与底面积、大处理量与底面积、沉降速度有关沉降速度有关, ,而而与降尘室高度无关。与降尘室高度无关。 故降尘室多做成故降尘室多做成扁平的。扁平的。 留意留意! 降尘室内气体流速不应过高，以免将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，已沉降下来的颗粒重新扬起。根据经验，多数灰尘的分离，可取多数灰尘的分离，可取u3m/s，较易扬，较易扬起灰尘的，可取起灰尘的，可取u1.5m/s。最大处理量最大处理量-能够除去最小颗粒时的气体流量能够除去最小颗粒时的气体流量Vs化工原理化工原理电子教案电子教

15、案/ /第三章第三章降尘室降尘室降尘室优、缺陷降尘室优、缺陷v结构简单，结构简单，v设备庞大、效率低设备庞大、效率低v只适用于分离粗颗粒只适用于分离粗颗粒(直径直径75m以上以上)，或作，或作为预分离设备。为预分离设备。 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章降尘室的计算降尘室的计算 降尘室的计算降尘室的计算 设计型设计型操作型操作型已知气体处理量和除尘要求，求已知气体处理量和除尘要求，求降尘室的大小降尘室的大小 用已知尺寸的降尘室处理一定量用已知尺寸的降尘室处理一定量含尘气体时，计算可以完全除掉含尘气体时，计算可以完全除掉的最小颗粒的尺寸，或者计算要的最小颗粒的尺寸，或者计算要求

16、完全除去直径求完全除去直径dp的尘粒时所能的尘粒时所能处理的气体流量。处理的气体流量。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章 例：拟采用降尘室除去常压炉气中的球形尘粒。降尘室例：拟采用降尘室除去常压炉气中的球形尘粒。降尘室的宽和长分别为的宽和长分别为2m和和6m,气体处理量为气体处理量为1标标m3/s，炉气温度为，炉气温度为427，相应的密度，相应的密度=0.5kg/m3，粘度，粘度=3.410-5Pa.s，固体，固体密度密度S=400kg/m3操作条件下，规定气体速度不大于操作条件下，规定气体速度不大于0.5m/s，试求：试求：1降尘室的总高度降尘室的总高度H，m；2理论上能完全

17、分离下来的最小颗粒尺寸；理论上能完全分离下来的最小颗粒尺寸；3. 粒径为粒径为40m的颗粒的回收百分率；的颗粒的回收百分率；4. 欲使粒径为欲使粒径为10m的颗粒完全分离下来，需在降降尘室内设的颗粒完全分离下来，需在降降尘室内设置几层水平隔板？置几层水平隔板？化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章解：解：1降尘室的总高度降尘室的总高度HsmtVVS/564. 2273427273127327330buVHS5 . 02564. 2m564. 22理论上能完全出去的最小颗粒尺寸理论上能完全出去的最小颗粒尺寸 blVustsm/214. 062564. 2用试差法由用试差法由ut求求d

18、min。假设沉降在斯托克斯区假设沉降在斯托克斯区 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章gudst18min807. 95 . 04000214. 0104 . 3185m51078. 5核算沉降流型核算沉降流型 1182. 01014. 35 . 0214. 01078. 5Re55ttdu原假设正确原假设正确 3、粒径为、粒径为40m的颗粒的回收百分率的颗粒的回收百分率粒径为粒径为40m的颗粒定在滞流区的颗粒定在滞流区 ，其沉降速度，其沉降速度 smgdust/103. 0104 . 318807. 95 . 040001040185262化工原理化工原理电子教案电子教案/ /

19、第三章第三章气体通过降沉室的时间为：气体通过降沉室的时间为： suHt12214. 0564. 2直径为直径为40m的颗粒在的颗粒在12s内的沉降高度为：内的沉降高度为： muHt234. 112103. 0 假设颗粒在降尘室入口处的炉气中是均匀分布的，则颗假设颗粒在降尘室入口处的炉气中是均匀分布的，则颗粒在降尘室内的沉降高度与降尘室高度之比约等于该尺寸颗粒在降尘室内的沉降高度与降尘室高度之比约等于该尺寸颗粒被分离下来的百分率。粒被分离下来的百分率。直径为直径为40m的颗粒被回收的百分率为：的颗粒被回收的百分率为： %13.48%100564. 2234. 1HH化工原理化工原理电子教案电子教

20、案/ /第三章第三章4、水平隔板层数、水平隔板层数 由规定需要完全除去的最小粒径求沉降速度，由规定需要完全除去的最小粒径求沉降速度， 再由生产能力和底面积求得多层降尘室的水平隔板层数。再由生产能力和底面积求得多层降尘室的水平隔板层数。 粒径为粒径为10m的颗粒的沉降必在滞流区，的颗粒的沉降必在滞流区， smgdust/1041. 6104 . 318807. 95 . 0400010118362521tSbluVn1104 . 662564. 233 .32取33层 板间距为板间距为 1nHhm0754. 0133564. 2化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章增稠器沉降槽）增稠

21、器沉降槽） 加料加料清液溢流清液溢流水平水平清液清液挡板挡板 耙耙 稠浆稠浆 连续式沉降槽请点击观看动画请点击观看动画构造：构造：除尘原理：除尘原理：用于分离出液用于分离出液- -固混合物固混合物与降尘室一样，与降尘室一样，沉降槽的生产能沉降槽的生产能力是由截面积来力是由截面积来保证的，与其高保证的，与其高度无关。故沉降度无关。故沉降槽多为扁平状。槽多为扁平状。 与降尘室相同与降尘室相同化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章增稠器沉降槽）增稠器沉降槽）u属于干扰沉降属于干扰沉降u愈往下沉降速度愈慢愈往下沉降速度愈慢-愈往下颗粒浓度愈高，其表观粘愈往下颗粒浓度愈高，其表观粘度愈大，对

22、沉降的干扰、阻力便愈大；度愈大，对沉降的干扰、阻力便愈大；u沉降很快的大颗粒又会把沉降慢的小颗粒向下拉，结果小颗沉降很快的大颗粒又会把沉降慢的小颗粒向下拉，结果小颗粒被加速而大颗粒则变慢。粒被加速而大颗粒则变慢。u有时颗粒又会相互聚结成棉絮状整团往下沉，这称为絮凝现有时颗粒又会相互聚结成棉絮状整团往下沉，这称为絮凝现象，使沉降加快。象，使沉降加快。u这种过程中的沉降速度难以进行理论计算，通常要由实验决这种过程中的沉降速度难以进行理论计算，通常要由实验决定。定。u因固因固- -液密度相差不是很悬殊，故较难分离，因此，连续沉液密度相差不是很悬殊，故较难分离，因此，连续沉降槽的直径可以大到降槽的直径

23、可以大到100 m100 m以上，高度却都在几米以内。以上，高度却都在几米以内。 特点：特点：请点击观看动画请点击观看动画化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章离心沉降离心沉降离心沉降速度离心沉降速度 A B ur r1 O C r2 r ut 颗粒在旋转流场中的运动 u rcmaF 离心力离心力srbamF 浮力浮力AuFrD22 曳力曳力 34rsradu 对照重力场对照重力场v 离心加速度离心加速度ar=2r=ut2/r不是常量不是常量v 沉降过程没有匀速段，但在小颗粒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时，加速度很小，可近似作为匀速沉降处理沉

24、降处理颗粒受力：颗粒受力：类似重力沉降速度推导，得：类似重力沉降速度推导，得： 340gdus 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章离心沉降离心沉降 A B ur r1 O C r2 r ut 颗粒在旋转流场中的运动 u rRe24 rudrdadutssrsrgaKcC Rer=dur/ 1或或2 层层流区流区对照重力场数值约为几千几万数值约为几千几万 1820gdus -离心分离因数离心分离因数化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章离心沉降：离心沉降： 依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程 适于分离两相

25、密度差较小，颗粒粒度较细的非均相物系。适于分离两相密度差较小，颗粒粒度较细的非均相物系。 惯性离心力场与重力场的区别惯性离心力场与重力场的区别 重力场重力场离心力场离心力场力场强度力场强度重力加速度重力加速度gut2/R 方向方向指向地心指向地心 沿旋转半径从中心指向外周沿旋转半径从中心指向外周 Fg=mg RumFtC2作用力作用力 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章离心沉降设备离心沉降设备旋风分离器： B 净化气体净化气体 含尘含尘 气体气体 A D 尘粒尘粒 标准型旋风分离器请点击观看动画请点击观看动画构造：构造：除尘原理：除尘原理： 含尘气体以切线方向进入，速度为含尘气

26、体以切线方向进入，速度为1225 ms-1，按螺旋形路线向器底旋，按螺旋形路线向器底旋转，接近底部后转而向上，成为气芯，转，接近底部后转而向上，成为气芯，然后从顶部的中央排气管排出。气流中然后从顶部的中央排气管排出。气流中所夹带的尘粒在随气流旋转的过程中逐所夹带的尘粒在随气流旋转的过程中逐渐趋向器壁，碰到器壁后落下，自锥形渐趋向器壁，碰到器壁后落下，自锥形底落入灰斗未绘出）。底落入灰斗未绘出）。上部为圆筒形，下部为圆锥形。上部为圆筒形，下部为圆锥形。 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章旋风分离器的性能旋风分离器的性能 旋风分离器性能的主要操作参数为气体处理量，旋风分离器性能的主

27、要操作参数为气体处理量，分离效率和气体通过旋风分离器的压强降。分离效率和气体通过旋风分离器的压强降。1 1、气体处理量、气体处理量 旋风分离器的处理量由入口的气速决定，入口气体流量是旋风旋风分离器的处理量由入口的气速决定，入口气体流量是旋风分离器最主要的操作参数。一般入口气速分离器最主要的操作参数。一般入口气速uiui在在151525m/s25m/s。旋风分离器的处理量旋风分离器的处理量 hBuVi化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章2、临界粒径、临界粒径 判断旋风分离器分离效率高低的重要依据是临界粒径。判断旋风分离器分离效率高低的重要依据是临界粒径。临界粒径临界粒径 ： 理论上

28、在旋风分离器中能完全分离下来的最小理论上在旋风分离器中能完全分离下来的最小颗粒直径。颗粒直径。1） 临界粒径的计算式临界粒径的计算式 a) 进入旋风分离器的气流严格按照螺旋形路线作等速运进入旋风分离器的气流严格按照螺旋形路线作等速运动，且切线速度恒定，等于进口气速动，且切线速度恒定，等于进口气速ut=ui； b) 颗粒沉降过程中所穿过的气流厚度为进气口宽度颗粒沉降过程中所穿过的气流厚度为进气口宽度BRuduTsr2218表示表示c) 颗粒在滞流情况下做自由沉降，径向速度可用颗粒在滞流情况下做自由沉降，径向速度可用 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章0.659m，则在规定的气量下

29、不能达到规定的，则在规定的气量下不能达到规定的分离效率。分离效率。倘若直径倘若直径D0.654m，则在规定的气量下，压降将超出允许，则在规定的气量下，压降将超出允许的范围。的范围。 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章旋液分离器旋液分离器 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Why?特点：特点： 与旋风分离器相比，直径小、锥形部分长。与旋风分离器相比，直径小、锥形部分长。请点击观看动画请点击观看动画构造：构造：返回目录返回目录化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章第三节第三节 过滤过滤 滤滤饼饼过过滤滤深深层层过过滤滤两两种种过

30、过滤滤方方式式一、概述一、概述深层过滤深层过滤 这种过滤是在过这种过滤是在过滤介质内部进行的滤介质内部进行的，介质表面无滤饼，介质表面无滤饼形成。过滤用的介形成。过滤用的介质为粒状床层或素质为粒状床层或素烧不上釉的陶烧不上釉的陶瓷筒或板。瓷筒或板。 此法适用于从液此法适用于从液体中除去很小量的体中除去很小量的固体微粒，例如饮固体微粒，例如饮用水的净化。用水的净化。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章一、概述一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液-推动力：重力、压力、离心力推动力：重力、压力、离心力 滤饼过滤滤饼过滤深层过滤深层过滤两种过滤方式两种过滤方式滤饼过滤滤饼过滤化工原理化工原理电子

31、教案电子教案/ /第三章第三章一、概述一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼过滤工业用过滤介质主要有：工业用过滤介质主要有： 棉、麻、丝、毛、合成纤维、金棉、麻、丝、毛、合成纤维、金属丝等编织成的滤布。属丝等编织成的滤布。过滤介质：过滤介质：多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章一、概述一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼过滤滤饼的压缩性：滤饼的压缩性： 空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章一、概述一、

32、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼过滤 使用时，可预涂，也可以混使用时，可预涂，也可以混入待滤的滤浆中一起过滤。入待滤的滤浆中一起过滤。 助滤剂能形成结构疏松、而助滤剂能形成结构疏松、而且几乎是不可压缩的滤饼。可改且几乎是不可压缩的滤饼。可改善原滤饼的可压缩性和过于致密善原滤饼的可压缩性和过于致密的缺点。的缺点。 助滤剂：助滤剂：-是颗粒细小、粒度分布范围较窄、坚硬而悬浮性好是颗粒细小、粒度分布范围较窄、坚硬而悬浮性好 的颗粒状或纤维固体，如硅藻土、纤维粉末、活性的颗粒状或纤维固体，如硅藻土、纤维粉末、活性 炭、石棉。炭、石棉。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章二、过滤基本方

33、程二、过滤基本方程 L u V -滤液量滤液量V过滤时间过滤时间的关系的关系-即为流速，单位时间内通即为流速，单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积过单位过滤面积的滤液体积过滤速度过滤速度uAVq 其其中中ddddqAVu 滤饼过滤过程中，滤饼逐渐增厚，流动阻力也随之逐滤饼过滤过程中，滤饼逐渐增厚，流动阻力也随之逐渐增大，所以过滤过程属于不稳定的流动过程。故渐增大，所以过滤过程属于不稳定的流动过程。故 A化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章二、过滤基本方程二、过滤基本方程-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间的关的关系系 L le u de u 流体在固定床内流动的简化模型 (1)细管长

34、度细管长度le与床层高度与床层高度L成正比成正比(2)细管的内表面积等于全部颗粒的表面积，细管的内表面积等于全部颗粒的表面积， 流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。1、过滤基本方程的推导、过滤基本方程的推导简化模型：假定：简化模型：假定：LKle0 润湿周边润湿周边流通截面积流通截面积 4ed 1444aVaVB细细管管的的全全部部内内表表面面积积细细管管的的流流动动空空间间真实速度真实速度 u u 1aaB滤饼体积滤饼体积滤饼的比表面积滤饼的比表面积颗粒的比颗粒的比表面积表面积化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章二、过

35、滤基本方程二、过滤基本方程-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间的关的关系系221udlpweef L le u u de u 流体在固定床内流动的简化模型 eR64 滤饼内，雷诺数很小，属层流流动，滤饼内，雷诺数很小，属层流流动， ude eR2132eedlpu 1p -哈根哈根-泊谡叶方程泊谡叶方程le、de表达式见上页）表达式见上页） uu AuuA 由质量守恒得：由质量守恒得：滤饼截滤饼截面积面积A化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章二、过滤基本方程二、过滤基本方程 LpaKu 1220312 Lrp 1 ddqAddVu 过滤阻力过滤阻力过滤推动力过滤推动力 eLrpLrp

36、u 22 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 eLLrpu p2 p1u-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间的关的关系系 2322012 maKr比比阻阻，单单位位令令 思索：影响过滤阻力的因素有哪些？思索：影响过滤阻力的因素有哪些？ 影响过滤速度的因素有哪些？影响过滤速度的因素有哪些？化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章二、过滤基本方程二、过滤基本方程-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间的关的关系系 eVVcrpA AddV 设每获得单位体积滤液时，被截留在过滤介质上的滤饼体积为cm3滤饼/m3滤液），那么 sprr 0令令 AddV esVVcrAp 0

37、1AcVL AcVLee eLLrpu 滤滤饼饼滤滤液液1c思索：滤饼中全是固体物吗？思索：滤饼中全是固体物吗？压缩指数压缩指数0s1可压缩滤饼可压缩滤饼s=0不可压缩滤饼）不可压缩滤饼）化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章二、过滤基本方程二、过滤基本方程 crpKs012 令令 eVVKAddV 22 eqqKddq 2 -过滤基本方程过滤基本方程过滤常数，过滤常数，由实验测定由实验测定 pu思索：影响思索：影响K的因素有哪些？的因素有哪些？ 影响影响Ve或或qe的因素有哪些？的因素有哪些？-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间的关的关系系化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章

38、第三章二、过滤基本方程二、过滤基本方程-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间的关的关系系 crpKs012 32212 Car影响影响K的因素：的因素：影响影响qe或或Ve 的因素：的因素：滤饼性质滤饼性质s、a）滤浆性质滤浆性质c、）推动力（推动力（p）过滤介质的性质孔的结构、过滤介质的性质孔的结构、r0、厚度）、厚度） pu化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章二、过滤基本方程二、过滤基本方程-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间的关的关系系 222KAVVVe 2、恒压过滤、恒压过滤 crpKs012 过过滤滤阻阻力力过过滤滤推推动动力力 AddVu eVVKA 2 pu 表观速度表观速

39、度特点：特点： K为常数为常数 积分得：积分得： 或或 Kqqqe 22若过滤介质阻力可忽略不计，那么若过滤介质阻力可忽略不计，那么 22KAV 或或 Kq 2，过滤速度愈来愈小。，过滤速度愈来愈小。恒压过滤方程恒压过滤方程化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章例：过滤一种固体颗体积分数为例：过滤一种固体颗体积分数为0.1的悬浮液的悬浮液,滤饼含水的体滤饼含水的体积分数为积分数为0.5,颗粒不可压缩颗粒不可压缩,经实验测定滤饼比阻为经实验测定滤饼比阻为1.31011m-2,水的粘度为水的粘度为1.010-3Pa.s。在压强差恒为。在压强差恒为9.8104Pa的条件下过滤的条件下过滤

40、,假设滤布阻力可以忽略假设滤布阻力可以忽略,试求：试求：1每每m2过滤面积上获得过滤面积上获得1.5m3滤液所需的过滤时间。滤液所需的过滤时间。2如将此过滤时间延长一倍如将此过滤时间延长一倍,可再得滤液多少？可再得滤液多少？解：解：1过滤时间过滤时间33/25. 05 . 0/1 . 0115 . 0/1 . 01mm化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章smrPKs/10625. 0103 . 1100 . 11081. 92223113401滤布阻力可忽略滤布阻力可忽略 Kq 2sKq3221065 . 1 s3752)求过滤时间加倍时的滤液量求过滤时间加倍时的滤液量s7503

41、7522Kq3312. 2750106m5 . 112. 2qq23/62. 0mm化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章三、过滤常数的测定三、过滤常数的测定eqKqKq21 1500 1000 q 500 0 0 0.025 0.05 0.075 q 斜率1/K截距2qe/KCpsK log)1(log crpKs012 恒压时：恒压时： Kqqqe 22logplogK作图求出作图求出压缩指数压缩指数s /qq图化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章四、滤饼洗涤四、滤饼洗涤 洗涤液 w p Lw u 表观速度 洗洗涤涤速速度度洗洗涤涤阻阻力力洗洗涤涤推推动动力力 w

42、AddV 思索：洗涤阻力与思索：洗涤阻力与哪些因素有关？哪些因素有关？与滤饼厚度、滤饼性质、洗涤液粘度、介质阻力有关 v推动力、阻力不变推动力、阻力不变v洗涤速度为常数。洗涤速度为常数。wwwddVV 洗涤液量思索：洗涤过程与过滤过程的有何异同？思索：洗涤过程与过滤过程的有何异同？wwLrp wAwV 常数常数化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章四、滤饼洗涤四、滤饼洗涤 洗涤液 p u 表观速度 eeVVKAAddV 2 其其中中若推动力相同，那么：若推动力相同，那么：v洗涤速度与过滤终了速度的关系洗涤速度与过滤终了速度的关系? ?wwewLLAddVAddV 过滤终了阻力过滤终

43、了阻力洗涤阻力洗涤阻力 LrpAddVe wAddV wwLrp 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章五、过滤设备及过滤计算五、过滤设备及过滤计算 以以压压力力差差为为推推动动力力：如如板板框框压压滤滤机机、叶叶滤滤机机、 回回转转真真空空过过滤滤机机等等； 以以离离心心力力为为推推动动力力：如如各各种种离离心心机机。 过滤过滤设备设备 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章五、过滤设备及过滤计算五、过滤设备及过滤计算1 1、板框压滤机、板框压滤机滤框、滤板滤框、滤板 非非洗洗板板洗洗板板构造：构造：洗洗板板板框压滤机板框压滤机框框非非洗洗板板洗洗板板1060块不等，

44、块不等，过滤面积约为过滤面积约为280m2 请点击观看动画请点击观看动画滤框和滤板的左上角与右上滤框和滤板的左上角与右上角均有孔。角均有孔。 请点击观看动画请点击观看动画注：教材图注：教材图3-123-12有误，应将有误，应将“滤液进口改为滤液进口改为“滤浆进口滤浆进口”；将；将“滤浆出口滤浆出口改为改为“滤液出口滤液出口”。图下方代表滤液流动方向的箭头均改为向左方向。图下方代表滤液流动方向的箭头均改为向左方向化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章1 1、板框压滤机、板框压滤机洗洗板板板框压滤机板框压滤机框框非非洗洗板板洗洗板板一个操作循环：一个操作循环：过滤过滤滤液流出滤液流出悬

45、悬浮浮液液入入口口洗涤液流出洗涤液流出洗洗涤涤液液入入口口 222KAVVVe 洗涤洗涤卸渣、整理重装卸渣、整理重装思索：对板框压滤机，下式中思索：对板框压滤机，下式中V、Ve、A怎么取值？半个框的？一个怎么取值？半个框的？一个框的？还是框的？还是N个框的？个框的？均可。均可。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章1 1、板框压滤机、板框压滤机属间歇式属间歇式特点：特点：横穿洗涤：横穿洗涤：Lw=2L， Aw=A/2wwewLLAddVAddV 洗洗板板板框压滤机板框压滤机框框非非洗洗板板洗洗板板洗涤液流出洗涤液流出洗洗涤涤液液入入口口21 ewAddVAddV w 若若41 ww

46、wewLALAddVddV 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章1 1、板框压滤机、板框压滤机 板板 框框 悬浮液悬浮液 入口入口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 生产能力：生产能力： 操作周期：操作周期： 单位时间内获得的滤液量或滤饼量单位时间内获得的滤液量或滤饼量 。222KAVVVe 其中：其中：wwwddVV Rwc RwcVVQ 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章1 1、板框压滤机、板框压滤机 板板 框框 悬浮液悬浮液 入口入口最佳操作周期：最佳操作周期： 生产能力最大时的操作周期生产能力最大时的操作周期令令dQdV=0可

47、得：可得：wR 若过滤、洗涤的操作压力相同若过滤、洗涤的操作压力相同 滤液滤液洗涤液洗涤液w 介质阻力忽略不计介质阻力忽略不计-最佳操作周期最佳操作周期 RVQ 2max Roptc 2, 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章2 2、叶滤机、叶滤机属间歇式属间歇式置换洗涤：置换洗涤：Lw=L Lw=L ，Aw=AAw=A滤叶滤叶一个操作循环：一个操作循环：过滤、洗涤、卸渣、整理重装过滤、洗涤、卸渣、整理重装 特点：特点： 滤 浆 滤 液 滤 叶 的 构 造构造：构造：请点击观看动画请点击观看动画 222KAVVVe 思索：对叶滤机，下式中思索：对叶滤机，下式中V、Ve、A怎么取怎

48、么取值？一个滤叶的？还是值？一个滤叶的？还是N个的？个的？均可。均可。? ewAddVAddV ? ewddVddV 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章2 2、叶滤机、叶滤机Rwc 操作周期：操作周期： 滤 浆 滤 液 滤 叶 的 构 造与板框机相同与板框机相同生产能力：生产能力： 与板框机类似与板框机类似RwcVVQ 最佳操作周期：最佳操作周期： Roptc 2, 与板框机相同与板框机相同化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章3 3、转筒真空过滤机、转筒真空过滤机置换洗涤：置换洗涤：Lw=L Lw=L ，Aw=AAw=A属连续式属连续式过滤、洗涤、吹松、刮渣过滤、

49、洗涤、吹松、刮渣转筒转筒-筒的侧壁上覆盖有金属网，长、径之比约为筒的侧壁上覆盖有金属网，长、径之比约为1/22，滤布滤布-蒙在筒外壁上。蒙在筒外壁上。分配头分配头-转动盘、固定盘转动盘、固定盘 浸没于滤浆中的过滤面积约占全部面积的浸没于滤浆中的过滤面积约占全部面积的3040%转速为转速为0.1至至23转转/分）分） 一个操作循环：一个操作循环：特点：特点：构造：构造：请点击观看动画请点击观看动画化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章3 3、转筒真空过滤机、转筒真空过滤机 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Tn 1操操作作周周期期nVTVQ 222

50、KAVVVe 其中：其中：操作周期：操作周期： 生产能力：生产能力： 思索：对转筒真空过滤机，上式中思索：对转筒真空过滤机，上式中V、Ve、A、 怎么取值？按过滤区？还是怎么取值？按过滤区？还是按整个转筒？按整个转筒？均可。均可。按整个转筒取：按整个转筒取：V，Ve，A，= T按过滤区取：按过滤区取： V， Ve， A，= TT 式式中中， n 浸没分数转筒浸没分数转筒浸入面积占全部浸入面积占全部转筒面积的分率）转筒面积的分率）化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章3 3、转筒真空过滤机、转筒真空过滤机 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nKAV

51、 22 若介质阻力忽略不计，那若介质阻力忽略不计，那么么 nKAnKnAQ Qn, 可见：可见：但这类方法受到一定的限制但这类方法受到一定的限制 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章习题课习题课【例】【例】 某板框过滤机有某板框过滤机有5个滤框，框的尺寸为个滤框，框的尺寸为63563525mm。过滤操作在。过滤操作在20、恒定压差下进行，过滤常数、恒定压差下进行，过滤常数K=4.2410-5m2/s，qe=0.0201m3/m2，滤饼体积与滤液体，滤饼体积与滤液体积之比积之比c=0.08 m3/m3，滤饼不洗涤，卸渣、重整等辅助时间，滤饼不洗涤，卸渣、重整等辅助时间为为10分钟。

52、试求框全充满所需时间。分钟。试求框全充满所需时间。 现改用一台回转真空过滤机过滤滤浆，所用滤布与前相现改用一台回转真空过滤机过滤滤浆，所用滤布与前相同，过滤压差也相同。转筒直径为同，过滤压差也相同。转筒直径为1m，长度为，长度为1m，浸入角，浸入角度为度为120。问转鼓每分钟多少转才能维持与板框过滤机同。问转鼓每分钟多少转才能维持与板框过滤机同样的生产能力？样的生产能力？ 假设滤饼不可压缩。假设滤饼不可压缩。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章以一个框为基准进行计算。以一个框为基准进行计算。30101. 0025. 0635. 0635. 0mV 饼饼滤液量滤液量 cVV饼饼 2

53、3/156. 0806. 0126. 0mm Kqqqe 222806. 0635. 0635. 022mAA侧侧 过滤面积过滤面积再根据恒压过滤方程得：再根据恒压过滤方程得：K=4.2410-5m2/sqe=0.0201m3/m2AVq 3126. 008. 00101. 0m min0 .129 .7211024. 40201. 0156. 02156. 02522 sKqqqe 思索：以思索：以5个框为基准，如何求解？个框为基准，如何求解？【解】【解】框全充满所需时间？框全充满所需时间？（框全充满）（框全充满）化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章 smVQD/10773.

54、460100 .12126. 05534 改用回转真空过滤机后，压差不变，故改用回转真空过滤机后，压差不变，故K不变；不变；滤布不变，故滤布不变，故qe不变。不变。K=4.2410-5m2/s，qe=0.0201m3/m2过滤面积过滤面积214. 311mDLA 30631. 014. 30201. 0mAqVee 31360120 板框：板框：smnVQQ/10773. 434 设转筒每分钟转设转筒每分钟转n转，则回转真空过滤机生产能力转，则回转真空过滤机生产能力nKAVVVe 222 回转真空过滤机：回转真空过滤机：3166. 0mV 转鼓每分钟多少转才能维持与板框过滤机同样的生产能力？转鼓每分钟多少转才能维持与板框过滤机同样的生产能力？化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章习题课习题课mprsprn 17. 010875. 2166. 010773. 434作业：作业：返回目录返回目录化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章第四节第四节离心分离离心分离 利用离心力分离非均相混合物。其设备除前述的利用离心力分离非均相混合物。其设备除前述的旋风液分离器外，还有离心机旋风液分离器外，还有离心机 。返回目录返回目录化工原理化工原理电子教案