第三章沉降与过滤ppt课件

1、第三章、沉降与过滤w本章学习的目的本章学习的目的w第一节、概述第一节、概述w第二节、重力沉降第二节、重力沉降w第三节、离心沉降第三节、离心沉降w第四节、过滤第四节、过滤 过滤实验过滤实验w总结总结本章学习目的w 通过本章学习能够利用流体力学原理实现非均相物系分离包括沉降分离和过滤分离），掌握过程的基本原理、过程和设备的计算及分离设备的选型。 第一节、概述 混合物均相混合物：非均相混合物：物系内部各处物料性质均匀而且不存在相界面的混合物。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界面两侧的物料性质截然不同的混合物。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；不互溶液体构

2、成的乳浊液；液体颗粒和气体构成的含雾气体；例如：（均相物系）（均相物系）（非均相物系）（非均相物系） 气态非均相混合物，如含尘气体、含雾气 体等； 液态非均相混合物，如悬浮液、乳浊液、 泡沫液等。 分散相： 处于分散状态的物质。 （分散物质） 如：分散于流体中的固体颗粒、液 滴或气泡。 连续相： 包围着分散相物质且处于连续状 （分散介质） 态的流体。 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非非均均相相物物系系非非均均相相物物系系 在化工生产中经常涉及到由固体颗粒和流体组成的两相流动物系。 非均相物系的分离依据：分散物质与分散介质之间物性的差异，如密度，颗粒粒径等。 分离方法

3、机械法，使分散质与分散介质之间发生相对运动实现分离。 沉降 过滤 w非均相物系分离的主要目的：非均相物系分离的主要目的：w收集分散物质收集分散物质 ；w净化分散介质净化分散介质 ；w环境保护与安全生产。环境保护与安全生产。 w总之，非均相物系的分离在工业生产中具总之，非均相物系的分离在工业生产中具有重要意义。有重要意义。第二节、重力第二节、重力 沉降沉降w沉降：在某种力场中利用分散相和连续相之间的密度差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。作用力 重力 惯性离心力 重力 沉降离心沉降 一、沉降速度一、沉降速度 自由沉降：无外界干扰下的沉降。自由沉降：无外界干扰下的沉降。流体与固体颗粒之间的

4、相对运动形式流体与固体颗粒之间的相对运动形式:从流体对颗粒的作用力角度考虑，只要相对运动速度相从流体对颗粒的作用力角度考虑，只要相对运动速度相同，上述三种并没有本质区别。因此我们可以假设颗同，上述三种并没有本质区别。因此我们可以假设颗粒静止，流体以一定的速度对其绕流，分析流体对颗粒静止，流体以一定的速度对其绕流，分析流体对颗粒的作用力。这个作用力也就是颗粒对流体作相对运粒的作用力。这个作用力也就是颗粒对流体作相对运动时所受的阻力。动时所受的阻力。 1 1、固体颗粒静止，流体对其作绕流；、固体颗粒静止，流体对其作绕流；2 2、流体静止，颗粒做沉降运动；、流体静止，颗粒做沉降运动；3 3、两者都运

5、动，但保持一定的相对速度。、两者都运动，但保持一定的相对速度。 对于小颗粒，沉降的加速阶段对于小颗粒，沉降的加速阶段很短，加速阶段所经历的距离也很很短，加速阶段所经历的距离也很小。因此，小颗粒的沉降加速阶段小。因此，小颗粒的沉降加速阶段可以忽略，近似认为，颗粒始终以可以忽略，近似认为，颗粒始终以ut下降。这样为了掌握流下降。这样为了掌握流固系统固系统中颗粒的运动规律，只需得知速度中颗粒的运动规律，只需得知速度ut即可。即可。 ut称为颗粒的沉降速度或称为颗粒的沉降速度或终端速度。终端速度。 沉降速度：匀速沉降时的速度。沉降速度：匀速沉降时的速度。 ut重力重力 gdFpg36浮力浮力 gdFb

6、36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写为 ：22uAFd24dA对球形颗粒 2422udFdmaFFFdbgadudgdgdpp3223362466(a)w颗粒开始沉降的瞬间，速度u=0，因此阻力Fd=0，amax w颗粒开始沉降后，u Fd ；u ut 时，a=0 。w当a=0时，u=ut，代入a式024662233tpudgdgd 3)(4ptdgu沉降速度表达式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运动时的值是颗粒与流体相对运动时的雷诺数雷诺数Re的函数。的函数。对于球形颗粒，按对于球形颗粒，按Re值大致分为三个区：

7、值大致分为三个区：StokesAllenNewton182stdu44. 0102Re500Re10500Re2Re242Re1054zzz牛顿区为湍流区阿仑区为过渡区 斯托克斯区为层流区 我们进行沉降分离的基础是在外力作用下颗粒的沉降运动，我们进行沉降分离的基础是在外力作用下颗粒的沉降运动，而且这种运动和分散相与连续相两相之间的密度差有着密切的关而且这种运动和分散相与连续相两相之间的密度差有着密切的关系，悬浮颗粒直径越大、两相之间的密度差越大，使用沉降分离系，悬浮颗粒直径越大、两相之间的密度差越大，使用沉降分离方法的效果就越好。方法的效果就越好。 沉降速度的计算多用试差法。沉降速度的计算多用

8、试差法。假定过渡区假定过渡区确定确定ut校核流型校核流型Re是否符合假设是否符合假设是，采纳是，采纳结果结果不是，重不是，重新假设，新假设，进行计算进行计算例例1 颗粒大小的测定，已测得密度颗粒大小的测定，已测得密度p=1630kg/m3塑料塑料珠在珠在20的的CCl4液体中的沉降速度为液体中的沉降速度为1.7010-3m/s， 20的的CCl4液体密度液体密度=1590kg/m3，粘度，粘度=1.03 10-3Pas，求此塑料珠的直径。，求此塑料珠的直径。解：设沉降在层流区，按照有关计算式可得：解：设沉降在层流区，按照有关计算式可得：mgudptp433211083. 2)15901630(

9、81. 91070. 11003. 18 . 1)(18校验：校验：。径径为为，计计算算有有效效，小小珠珠的的直直mm830.22Re774. 01003. 115901070. 11083. 2udRe 334tp 其它因素对沉降的影响其它因素对沉降的影响 以上考察的是单个颗粒的自由沉降，实际颗粒的沉降还需以上考察的是单个颗粒的自由沉降，实际颗粒的沉降还需要考虑下列因素的影响：要考虑下列因素的影响：1 、干扰沉降、干扰沉降 ：实际非均相物系中存在许多颗粒，相邻颗：实际非均相物系中存在许多颗粒，相邻颗粒的运动改变了原来单个颗粒周围的流场，颗粒沉降相互粒的运动改变了原来单个颗粒周围的流场，颗粒沉

10、降相互受到干扰，此称为干扰沉降。干扰沉降的速度较自由沉降受到干扰，此称为干扰沉降。干扰沉降的速度较自由沉降的速度要小。通常在颗粒的体积浓度较低时，干扰沉降仍的速度要小。通常在颗粒的体积浓度较低时，干扰沉降仍按照自由沉降计算，否则必须用经验法进行校正。按照自由沉降计算，否则必须用经验法进行校正。2、壁效应：容器的壁和底面都可以增加颗粒沉降时的曳、壁效应：容器的壁和底面都可以增加颗粒沉降时的曳力，使实际颗粒的沉降速度变小。力，使实际颗粒的沉降速度变小。 壁效应壁效应4、液滴或气泡的变形：当分散相颗粒是液滴或气泡时，它、液滴或气泡的变形：当分散相颗粒是液滴或气泡时，它与刚性的固体颗粒运动有所不同，液

11、滴或气泡在曳力作用与刚性的固体颗粒运动有所不同，液滴或气泡在曳力作用下会产生变形，使得曳力增大；与此同时，液滴或气泡的下会产生变形，使得曳力增大；与此同时，液滴或气泡的流体内部产生循环运动，降低了相界面上的相对速度，使流体内部产生循环运动，降低了相界面上的相对速度，使曳力减小。曳力减小。 3、颗粒形状：用当量球径表示非球形颗粒的直径。二、降尘室二、降尘室 利用重力沉降除去气体中的尘粒，此类设备称为降尘室。利用重力沉降除去气体中的尘粒，此类设备称为降尘室。 沉降分离的基础是在外力作用下颗粒的沉降运动，根据作用沉降分离的基础是在外力作用下颗粒的沉降运动，根据作用于颗粒上的外力不同，沉降分离设备分为

12、重力沉降和离心沉降两于颗粒上的外力不同，沉降分离设备分为重力沉降和离心沉降两大类。大类。 是一种最原始的是一种最原始的分离方法，一般作为分离方法，一般作为预分离之用，分离粒预分离之用，分离粒径较大的尘粒。径较大的尘粒。工作原理：工作原理： 含尘气体进入降尘室后，流动的截面积增大，流速降低，含尘气体进入降尘室后，流动的截面积增大，流速降低，在室内有一定的停留时间从而使得颗粒能够在气体离开降尘室在室内有一定的停留时间从而使得颗粒能够在气体离开降尘室前被除去。显然气流在降尘室内的均匀分布十分重要。如果设前被除去。显然气流在降尘室内的均匀分布十分重要。如果设计不当，气流分布不均匀甚至有死角存在，则必然

13、有部分气体计不当，气流分布不均匀甚至有死角存在，则必然有部分气体停留时间较短，故进口多为锥形。停留时间较短，故进口多为锥形。 假设有流量为假设有流量为V(m3/s)的含尘气体进入降尘室的含尘气体进入降尘室(降尘室的横截降尘室的横截面积为面积为HW，高度为，高度为H)，气流在整个流动截面上均匀分布，在流，气流在整个流动截面上均匀分布，在流体流动方向上颗粒的速度与流体速度相同，故颗粒在室内停留的体流动方向上颗粒的速度与流体速度相同，故颗粒在室内停留的时间也与流体相同。则流体从进入至离开降尘室的时间间隔即停时间也与流体相同。则流体从进入至离开降尘室的时间间隔即停留时间为留时间为L/u 位于降尘室最高

14、点的颗粒降至室底的沉降时间为位于降尘室最高点的颗粒降至室底的沉降时间为H/ut 显然，只要停留时间显然，只要停留时间沉降时间的颗粒，可以完全除去沉降时间的颗粒，可以完全除去 颗粒完全分离出来的条件是颗粒完全分离出来的条件是L/uH/ut 而而 u=Vs/HW，故，故utVs/WL 。即含尘气体流量。即含尘气体流量VsutA ，A为底面面积。为底面面积。 上式表明，对于一定的物系，降尘室的处理能上式表明，对于一定的物系，降尘室的处理能力只取决于沉降速度或粒径和降尘室的底面积，力只取决于沉降速度或粒径和降尘室的底面积，而与高度无关。而与高度无关。 为避免沉下的颗粒重新被扬起，气体流速为避免沉下的颗

15、粒重新被扬起，气体流速3m/s，通常可分，通常可分离离50m的颗粒。的颗粒。 多层的目的是增多层的目的是增大底面积，增大处理大底面积，增大处理气量或减小除去的粒气量或减小除去的粒径。径。 临界粒径临界粒径dpc ：能完全除去的最小粒径。该：能完全除去的最小粒径。该粒径颗粒停留时间粒径颗粒停留时间=沉降时间，对应的临界沉降速沉降时间，对应的临界沉降速度度utc, utc=Vs/WL=Vs/A ，即含尘气体最大流量，即含尘气体最大流量Vs,max=utcA 设计型问题：设计型问题： 给定生产任务，即已知待处理的气体流量给定生产任务，即已知待处理的气体流量V V，有关物性及要求除去的最小颗粒尺寸，计

16、算所需有关物性及要求除去的最小颗粒尺寸，计算所需降尘室面积。降尘室面积。 常见计算问题：常见计算问题：操作型问题：操作型问题： 降尘室一定，可根据物系性质及要求全部降尘室一定，可根据物系性质及要求全部除去的最小颗粒直径，核算降尘室的处理能力或除去的最小颗粒直径，核算降尘室的处理能力或根据物系性质及气体处理量计算能够全部除去的根据物系性质及气体处理量计算能够全部除去的最小颗粒直径。最小颗粒直径。例例3 质量流量为质量流量为2.50kg/s、温度为、温度为20的常压含尘空气的常压含尘空气在进入反应器之前必须除尘并加热至在进入反应器之前必须除尘并加热至150 ，所含尘粒，所含尘粒密度为密度为1800

17、kg/m3。现有一台总面积为。现有一台总面积为130m2的多层除的多层除尘器，试求下列两种情况可全部除去的最小颗粒直径。尘器，试求下列两种情况可全部除去的最小颗粒直径。（1先除尘后预热；（先除尘后预热；（2先预热后除尘。先预热后除尘。解：解：s/m08. 220. 150. 2Vm/kg20. 1)20273(2734 .2229m/Ns1081. 1)1(3S325 满足要求，计算有效。校验：则区，假设颗粒沉降处于层流速度为：可除去的最小颗粒沉降 2018. 0Re2 .17)(18 /016. 013008. 2 tcpcptcpcstcudmgudsmAVu满足要求，计算有效。校验：则区

18、，假设颗粒沉降处于层流速度为：可除去的最小颗粒沉降 2019.0Re8.23)(18 /023.013099.2/99.2836.050.2/836.0)150273(2734.2229/1041.2)2(3325 ctpcpctpcsctsudmgudsmAVusmVmkgmNs 由计算可知，先除尘后预热的顺序较好，可以除去的最小颗粒直径较小。三、增稠器三、增稠器 悬浮液在任何设备内都可构成重力沉降。悬浮液在任何设备内都可构成重力沉降。 大量悬浮液的分离通常采用连续式沉降器或称增稠大量悬浮液的分离通常采用连续式沉降器或称增稠器。增稠器通常是一个带锥形底的圆池，悬浮液从增稠器。增稠器通常是一个

19、带锥形底的圆池，悬浮液从增稠器中心距液面下器中心距液面下0.3-1.0m处连续加入，在整个增稠器的处连续加入，在整个增稠器的横截面上散开，液体向上流横截面上散开，液体向上流动，清液由四周溢出。固体动，清液由四周溢出。固体颗粒沉降至底部，器底设有颗粒沉降至底部，器底设有缓慢旋转的齿耙，将沉渣慢缓慢旋转的齿耙，将沉渣慢慢移至中心，用泥浆泵从底慢移至中心，用泥浆泵从底部出口管连续排出。部出口管连续排出。 颗粒在增稠器内的沉降大致分为两个阶段。在加料口以下一颗粒在增稠器内的沉降大致分为两个阶段。在加料口以下一段距离内颗粒浓度很低，颗粒在其中大致为自由沉降。在增稠器段距离内颗粒浓度很低，颗粒在其中大致为

20、自由沉降。在增稠器下部颗粒浓度逐渐增大，颗粒作干扰沉降，沉降速度很慢。下部颗粒浓度逐渐增大，颗粒作干扰沉降，沉降速度很慢。 增稠器有澄清液体和增稠悬浮液的双重功能。为获得澄清的增稠器有澄清液体和增稠悬浮液的双重功能。为获得澄清的液体，由前式可知，清液产率取决于增稠器的直径。液体，由前式可知，清液产率取决于增稠器的直径。分级器分级器 利用重力沉降可将悬浮液中不同粒度的颗粒进行粗略的分利用重力沉降可将悬浮液中不同粒度的颗粒进行粗略的分级，或将两种不同密度的物质进行分类。下图为分级器示意图，级，或将两种不同密度的物质进行分类。下图为分级器示意图，它有几根柱形容器组成，悬浮液进入第一柱的顶部，水或其他

21、它有几根柱形容器组成，悬浮液进入第一柱的顶部，水或其他密度适当的液体由各级柱底向上流动。密度适当的液体由各级柱底向上流动。 控制悬浮液的加料速率，使得颗粒保持自由沉降。在各级控制悬浮液的加料速率，使得颗粒保持自由沉降。在各级沉降柱中，凡是沉降速度较向上流动的液体速度大的的颗粒均沉降柱中，凡是沉降速度较向上流动的液体速度大的的颗粒均沉降于容器底部，直径较小的颗粒则被带入后一级沉降柱中。沉降于容器底部，直径较小的颗粒则被带入后一级沉降柱中。絮凝剂絮凝剂 对于颗粒直径小于对于颗粒直径小于1m的液体，分离较为困难，我们只有的液体，分离较为困难，我们只有先将细小颗粒絮凝成较大颗粒才能增大沉降速度，可以通

22、过加先将细小颗粒絮凝成较大颗粒才能增大沉降速度，可以通过加入电解质的方法实现。这些能使微粒絮凝的物质就是絮凝剂。入电解质的方法实现。这些能使微粒絮凝的物质就是絮凝剂。第三节、离心沉降第三节、离心沉降 依靠离心力的作用，使流体中的颗粒产生沉依靠离心力的作用，使流体中的颗粒产生沉降运动。降运动。沉降推动力：离心力。沉降推动力：离心力。 因在离心力场中，颗粒所受离心力较重力大许多，故离心沉降因在离心力场中，颗粒所受离心力较重力大许多，故离心沉降速度较重力沉降速度大得多。速度较重力沉降速度大得多。一、一、 离心分离因数离心分离因数2cmrF 假定圆筒内液体与圆筒转速相同，颗粒的离心力假定圆筒内液体与圆

23、筒转速相同，颗粒的离心力Fc为：为：角速度角速度 增大增大r 和和均可使离心力均可使离心力增大，但增大增大，但增大更有效。从更有效。从转筒机械强度考虑，转筒机械强度考虑，r 不宜不宜过大。过大。式中式中 =2N/60 （N为为1/min） 同一颗粒所受离心力与重力之比称为离心分离因数：同一颗粒所受离心力与重力之比称为离心分离因数：grK2c 因为离心力比重力大得多，所以离心分离用于颗粒更小的因为离心力比重力大得多，所以离心分离用于颗粒更小的非均相物系的分离。非均相物系的分离。如果如果pp，则颗粒沿径向沉降，则颗粒沿径向沉降，受力分析受力分析2)dtdr(d4Frd6Frd6F22pd23pb2

24、p3pc z z 阻力阻力浮力浮力离心力离心力22223233)(402)(466zzrddtdrdtdrdrdrdpppppp阻力系数阻力系数二二. 离心沉降速度离心沉降速度 与重力沉降不同：与重力沉降不同：将重力加速度变为离心将重力加速度变为离心加速度；加速度；沉降速度是变值，随颗粒所在位置半径的增沉降速度是变值，随颗粒所在位置半径的增大而增大。大而增大。三、三、 旋风分离器旋风分离器 常用的气固分离常用的气固分离设备。设备。1、 构造与操作构造与操作 含固体颗粒的气体由矩形进口管切向进入分离器内，以造成气含固体颗粒的气体由矩形进口管切向进入分离器内，以造成气体与颗粒的周向运动。颗粒被离心

25、力抛至器壁并汇集于锥形底部的体与颗粒的周向运动。颗粒被离心力抛至器壁并汇集于锥形底部的集尘斗中，被净化的空气从中央排气管中排出。旋风分离器的构造集尘斗中，被净化的空气从中央排气管中排出。旋风分离器的构造简单，没有运动部件，操作不受温度、压强的限制。根据设备大小简单，没有运动部件，操作不受温度、压强的限制。根据设备大小及操作条件的不同，旋风分离器的离心分离因数约为及操作条件的不同，旋风分离器的离心分离因数约为52500，一，一般可以分离气体中般可以分离气体中5 75um直径的粒子。直径的粒子。2. 2. 临界粒径临界粒径bD/2ippcu)(nb3d 基本假设：基本假设：气流进入后流道截面不变，

26、与气流进入后流道截面不变，与进口截面相同。进口截面相同。沉降属层流。沉降属层流。进入后流速不变，为进口气速。进入后流速不变，为进口气速。 一般取一般取n=53. 压力损失压力损失2up2i z z HLdDbh302 z z式中：式中： 只要进口气速相同，不管多大的旋风分离器，其压力损失相同。但小旋风分离器的进气口宽度b较小，故临界粒径较小。即多个小分离器并联比一个大的分离器的分离效率高。 旋风分离器的构造简单，没有运动部件，操作不受温度、压旋风分离器的构造简单，没有运动部件，操作不受温度、压强的限制。根据设备大小及操作条件的不同，旋风分离器的进口强的限制。根据设备大小及操作条件的不同，旋风分

27、离器的进口气速一般采用气速一般采用1520m/s，一般可以分离直径，一般可以分离直径5 200m的颗粒。的颗粒。评价旋风分离器的主要指标：评价旋风分离器的主要指标：分离效率和气体经过分离器的压力损失。分离效率和气体经过分离器的压力损失。四、四、 旋液分离器旋液分离器目的：增稠和分级。目的：增稠和分级。 与旋风分离器比较，直径较小，压力损失较大。可分离粒径约为1040m 。 五、沉降式离心机五、沉降式离心机 用以分离悬浮液和用以分离悬浮液和乳浊液。乳浊液。 分离乳浊液为连续操作，分离悬浮液须间歇取出颗粒。 用用3-30a式或式或3-30b式求一定临界式求一定临界粒径下的液体量或一定液体量下的临粒

28、径下的液体量或一定液体量下的临界粒径。界粒径。1、管式离心机、管式离心机2、碟式离心机、碟式离心机 可分离乳浊液和含固体量较少的悬浮可分离乳浊液和含固体量较少的悬浮液。液。3、 螺旋式离心机螺旋式离心机 可分离含固体量较多的悬浮液。可分离含固体量较多的悬浮液。第四节、过滤第四节、过滤 过滤是一种常用的将液固非均相系加以分过滤是一种常用的将液固非均相系加以分离的方法。离的方法。定义：使含有固体颗粒的非均相物系通过布、网定义：使含有固体颗粒的非均相物系通过布、网等多孔物质，分离出固体颗粒或得到澄清流体的等多孔物质，分离出固体颗粒或得到澄清流体的操作。操作。 在某些场合，过滤是沉降的后继操作。在某些

29、场合，过滤是沉降的后继操作。 过滤操作利用重力、压力或离心力使得悬浮液通过某种多孔过滤操作利用重力、压力或离心力使得悬浮液通过某种多孔性过滤介质，悬浮液中的固体颗粒被截留，清洁的液体滤液性过滤介质，悬浮液中的固体颗粒被截留，清洁的液体滤液则穿过介质流出。则穿过介质流出。（1滤浆料浆）滤浆料浆）过滤操作中所处理的悬浮液过滤操作中所处理的悬浮液 （2滤饼滤渣）滤饼滤渣） 被截留的固体物质被截留的固体物质 （3过滤介质过滤介质 多孔物质多孔物质 （4滤液母液）滤液母液） 通过过滤介质的液体通过过滤介质的液体 （一两种过滤方式（一两种过滤方式1、滤饼过滤、滤饼过滤一、悬浮液的过滤一、悬浮液的过滤架桥现

30、象：架桥现象： 颗粒尺寸比较小，部分颗粒进入过滤介质通道中颗粒尺寸比较小，部分颗粒进入过滤介质通道中而发生的一个现象。不可避免开始时有少量颗粒穿过过而发生的一个现象。不可避免开始时有少量颗粒穿过过滤介质而混于滤液中。滤介质而混于滤液中。滤渣堆积滤渣堆积滤渣层滤渣层真正的过滤真正的过滤介质介质悬浮液悬浮液滤饼滤饼澄清的液体澄清的液体 因此，在正常操作时，开始阶段所得到的是混浊滤液，必须因此，在正常操作时，开始阶段所得到的是混浊滤液，必须等滤饼形成之后才能得到澄清的滤液。等滤饼形成之后才能得到澄清的滤液。 在这个过程中，固体颗粒并不在这个过程中，固体颗粒并不形成滤饼而是沉积于较厚的过滤介形成滤饼而

31、是沉积于较厚的过滤介质内部。质内部。 特点：颗粒直径小于介质的孔特点：颗粒直径小于介质的孔隙。过滤介质中具有长而曲折的通隙。过滤介质中具有长而曲折的通道。颗粒与通道壁面借助静电和表道。颗粒与通道壁面借助静电和表面力附着其上。面力附着其上。 2、深层过滤、深层过滤适用场合：净化固含量很少颗粒的体积百分适用场合：净化固含量很少颗粒的体积百分数数0.1%)的悬浮液，且滤饼不为产品的情况。的悬浮液，且滤饼不为产品的情况。（二过滤介质（二过滤介质多孔性固体介质：陶瓷、烧结金属或玻璃）、由塑料多孔性固体介质：陶瓷、烧结金属或玻璃）、由塑料细粉粘结成的多孔塑料管。这类介质较厚，孔道细，阻细粉粘结成的多孔塑料

32、管。这类介质较厚，孔道细，阻力大，能截留力大，能截留13m的颗粒。的颗粒。堆积物质：各种固体颗粒砂、木炭、石棉粉或非堆积物质：各种固体颗粒砂、木炭、石棉粉或非编织纤维玻璃棉堆积而成，通常应用于固颗粒含编织纤维玻璃棉堆积而成，通常应用于固颗粒含量很小的悬浮液。如：水的净化。量很小的悬浮液。如：水的净化。织物介质：由天然或合成纤维、金属丝等编织而成的织物介质：由天然或合成纤维、金属丝等编织而成的滤布、滤网。能截留的粒径的范围较宽，从几十滤布、滤网。能截留的粒径的范围较宽，从几十m到到1m。价格便宜、清洗更换方便，是工业上应用最广。价格便宜、清洗更换方便，是工业上应用最广泛的过滤介质。泛的过滤介质。

33、多孔膜：由高分子材料制成，膜很薄几十多孔膜：由高分子材料制成，膜很薄几十m到到200m），孔很小，可以分离小到），孔很小，可以分离小到0.05m的颗粒的颗粒,应应用多孔膜的过滤有超滤和微滤。用多孔膜的过滤有超滤和微滤。（三滤饼划分与助滤剂（三滤饼划分与助滤剂滤饼分为可压缩滤饼和不可压缩滤饼。滤饼分为可压缩滤饼和不可压缩滤饼。不可压缩滤饼：某些悬浮液中的颗粒所形成的滤饼具有不可压缩滤饼：某些悬浮液中的颗粒所形成的滤饼具有一定的刚性，滤饼的空隙结构不会因为操作压差的增大一定的刚性，滤饼的空隙结构不会因为操作压差的增大而变形。而变形。可压缩滤饼：滤饼因为操作压差的增大而发生不同程度可压缩滤饼：滤饼因

34、为操作压差的增大而发生不同程度的变形，滤饼中的流动通道缩小，流动阻力增加。的变形，滤饼中的流动通道缩小，流动阻力增加。克服滤饼压缩性的手段：克服滤饼压缩性的手段：加入助滤剂加入助滤剂改变滤饼的结构改变滤饼的结构增加刚性增加刚性 助滤剂的加入，可以增大滤饼的空隙率，对于所处理的悬浮液助滤剂的加入，可以增大滤饼的空隙率，对于所处理的悬浮液颗粒比较细小而且粘度很大时，效果尤为明显。颗粒比较细小而且粘度很大时，效果尤为明显。助滤剂的组成：不可压缩的粉状或纤维状固体。助滤剂的组成：不可压缩的粉状或纤维状固体。 常用：硅藻土、纤维粉末、活性炭、石棉。常用：硅藻土、纤维粉末、活性炭、石棉。 使用方法：使用方

35、法：适用场合：以获得清洁滤液为目的才使用。适用场合：以获得清洁滤液为目的才使用。混入悬浮液：助滤剂混入待滤的悬浮液一起过滤。混入悬浮液：助滤剂混入待滤的悬浮液一起过滤。预涂：预先制备只含助滤剂颗粒的悬浮液并先行过。预涂：预先制备只含助滤剂颗粒的悬浮液并先行过。（四物料衡算（四物料衡算 对于指定的悬浮液，获得一定量的滤液必定形成相应量的对于指定的悬浮液，获得一定量的滤液必定形成相应量的滤饼。悬浮液量、滤液量和滤饼量用以下的物料衡算式求出。滤饼。悬浮液量、滤液量和滤饼量用以下的物料衡算式求出。 1C1CpcC含含1kg干滤渣的湿滤渣质量。即湿滤渣质量与干滤渣干滤渣的湿滤渣质量。即湿滤渣质量与干滤渣

36、质量之比。质量之比。 / )CX1(X X单位质量悬浮液中所含干滤渣质量。单位质量悬浮液中所含干滤渣质量。得到得到1m3滤液所形成的干滤渣质量。滤液所形成的干滤渣质量。kg(干渣干渣)/m3(滤液滤液)而而 湿滤渣体积湿滤渣体积=干滤渣体积干滤渣体积+液体体积液体体积取含取含1kg干滤渣的湿滤渣为基准：干滤渣的湿滤渣为基准：取取1kg悬浮液为基悬浮液为基准：准：p:固体的密度c:湿滤渣的密度:液体的密度二、过滤速率基本方程式二、过滤速率基本方程式 设过滤设备的过滤面积为设过滤设备的过滤面积为A，过滤时间为，过滤时间为时所获得的滤液体时所获得的滤液体积为积为V ， AVq式中：式中：为单位过滤面

37、积得到的滤液体积，为单位过滤面积得到的滤液体积，m3/m2ddqAddVu过滤速度：过滤速度： 单位时间、单位时间、 单位过滤面积所得滤液体积。单位过滤面积所得滤液体积。 即：即： 过滤操作过程中，若压差不变，随滤饼厚度逐渐增加，过滤过滤操作过程中，若压差不变，随滤饼厚度逐渐增加，过滤阻力增大，则过滤速率逐渐减小；如果想保持一定的过滤速度，阻力增大，则过滤速率逐渐减小；如果想保持一定的过滤速度，可以随着过滤操作的进行，逐渐增大压力差，来克服逐渐增大的可以随着过滤操作的进行，逐渐增大压力差，来克服逐渐增大的过滤阻力。所以过滤速度可写成：过滤阻力。所以过滤速度可写成：过过滤滤阻阻力力过过滤滤推推动

38、动力力过过滤滤速速度度 通过对流体在颗粒层中流动现象的研究，我们得出重要结论：通过对流体在颗粒层中流动现象的研究，我们得出重要结论：滤饼层内有很多细微通道，滤液流速很慢，所以流体流过孔道的滤饼层内有很多细微通道，滤液流速很慢，所以流体流过孔道的流动类型属于层流。流动类型属于层流。哈根哈根泊素叶方程可以改泊素叶方程可以改写为：写为：A/VrpAddVc d是毛细管的平均直径，只要滤饼确定，是毛细管的平均直径，只要滤饼确定，d应该是个定值，现有应该是个定值，现有手段无法测量，只能将它归入常数项。流速手段无法测量，只能将它归入常数项。流速u与过滤速度成正比。与过滤速度成正比。 套用哈根套用哈根泊素叶

39、方程式描述滤液通过滤饼的流动，泊素叶方程式描述滤液通过滤饼的流动，2cc2dl32pl32pdu 滤饼层中的毛细管平均长度滤饼层中的毛细管平均长度l与滤饼厚度与滤饼厚度L成正比关系，而滤成正比关系，而滤饼厚度饼厚度L与单位过滤面积的干滤饼质量成正比：与单位过滤面积的干滤饼质量成正比：AVlAVlAVL 常常数数即即 r滤饼的比阻，滤饼的比阻， m/kg，反映了滤饼对过滤的阻力。，反映了滤饼对过滤的阻力。过滤介质阻力过滤介质阻力Rm产生当量滤液体积产生当量滤液体积Ve所形成滤饼的所形成滤饼的阻力。阻力。AeVrmR过滤推动力过滤推动力=p= pc+ pm过滤阻力过滤阻力=Rc+Rm滤饼阻力滤饼阻

40、力AVrRc Rc为获得滤液体积为获得滤液体积V时所形成的滤饼阻力。时所形成的滤饼阻力。滤饼空隙率滤饼空隙率、滤液粘度、滤液粘度、滤液量、滤液量、A、悬浮液中固含量、悬浮液中固含量、 Rc过滤基本方程式过滤基本方程式)VV(rpAddVA/ )VV(rpAddVe2e 过滤速率：单位时间得到的滤液体积，过滤速率：单位时间得到的滤液体积，m3/s（一滤液体积与过滤时间的关系（一滤液体积与过滤时间的关系sm 2 2)(222020rpKrpAVVVdrpAdVVVeve令三、恒压过滤三、恒压过滤恒压过滤方程式恒压过滤方程式，得：，得：令令 q , V/Aq eA/Ve 222KAeVVVKeqqq

41、22将恒压过滤方程将恒压过滤方程eqKqKq21（二过滤常数的测定（二过滤常数的测定Kqqqe22通过实验测定不同过滤时间通过实验测定不同过滤时间对应的单位过滤面对应的单位过滤面积的滤液体积积的滤液体积q，求出，求出/q与与q之间的对应关系作之间的对应关系作图所得直线的斜率就是图所得直线的斜率就是1/K，截距就是，截距就是2qe/K。变形得：变形得： 必须注意：因必须注意：因 , 其值与悬浮液性质、温其值与悬浮液性质、温度及压力差有关。因此。只有在工业生产条件与度及压力差有关。因此。只有在工业生产条件与实验条件完全相同时，才可直接使用试验测定的实验条件完全相同时，才可直接使用试验测定的过滤常数

42、过滤常数K与与qe。rpK2（一板框压滤机（一板框压滤机四、过滤设备四、过滤设备板框压滤机结构板框压滤机结构滤板滤框非洗涤板洗涤板板框压滤机结构 板框压滤机由交替排列的滤板、滤框与夹于板框之间的滤布叠合组装压紧而成。板框数视工艺要求在机座长度范围内可灵活调节。组装后，在板框的四角位置形成连通的流道，由机头上的阀门控制悬浮液、滤液及洗液的进出。板框压滤机的工作原理 过滤操作：过滤阶段悬浮液从通道进入滤框，滤液在压力下穿过滤框两边的滤布、沿滤布与滤板凹凸表面之间形成的沟道流下，既可单独由每块滤板上设置的出液旋塞排出，称为明流式；也可汇总后排出，称为暗流式。框框 板板 框框 板板洗涤板洗涤板非洗涤板

43、非洗涤板悬浮液悬浮液滤液滤液板板非洗涤板非洗涤板板框压滤机的工作原理 洗涤操作：洗涤液由洗涤板上的通道进入其两侧与滤布形成的凹凸空间，穿过滤布、滤饼和滤框另一侧的滤布后排出。 洗涤终了，若有必要可引入压缩空气使滤饼脱湿后再折开过滤机卸出滤饼，结束一次过滤操作。然后清洗、整理、重新组装、准备下一次操作。 洗涤液洗出液框 板 框 板洗涤板非洗涤板板非洗涤板板框压滤机的优缺点w 优点：w 结构简单；造价低；过滤面积大；辅助设备少；动力消耗低。w 过滤推动力一般为31055105N/m2，最大可达1106 N/m2。w 缺陷：w 间歇操作；组装和卸渣需要繁重的体力劳动，洗涤时间长；不易清洗；效率较低。

44、板框压滤机的型号（二转筒真空过滤机（二转筒真空过滤机转筒真空过滤机的生产能力转筒真空过滤机的生产能力生产能力：单位时间获得的滤液体积，以生产能力：单位时间获得的滤液体积，以Q表示。表示。360浸液角度浸液角度转筒总表面积转筒总表面积转筒浸液面积转筒浸液面积 浸液率：转筒表面浸入滤浆中的分数，表示为：浸液率：转筒表面浸入滤浆中的分数，表示为： 若转筒的转数为若转筒的转数为N，1/s ；则转筒转一周的时间为则转筒转一周的时间为1/N，在这一时间内转筒任何一部分表在这一时间内转筒任何一部分表面经过过滤区的有效过滤时间为：面经过过滤区的有效过滤时间为： =/N另外，转筒旋转一周获得的滤液量为另外，转筒

45、旋转一周获得的滤液量为Q/N，换算，换算为单位面积的滤液量为为单位面积的滤液量为 q=Q/AN代入恒压过滤方程式得：代入恒压过滤方程式得： e2eqNKqANQ 若忽略介质阻力，得若忽略介质阻力，得NKAQ （三）、离心过滤机（三）、离心过滤机1、悬筐式离心过滤机、悬筐式离心过滤机 悬筐式离心机悬筐式离心机suspended-basket centrifuge是一种间歇操作的是一种间歇操作的离心机。滤筐悬挂在挠性旋转轴离心机。滤筐悬挂在挠性旋转轴上。操作时，悬浮液通过进料管上。操作时，悬浮液通过进料管送到旋转轴上的圆盘，靠离心力送到旋转轴上的圆盘，靠离心力作用飞溅到滤筐，滤液通过滤筐作用飞溅到滤筐，滤液通过滤筐外侧流出。当滤筐内的滤渣达到外侧流出。当滤筐内的滤渣达到允许厚度时，停止加料。继续运允许厚度时，停止加料。继续运转一段时间，滤渣经过洗涤和干转一段时间，滤渣经过洗涤和干燥阶段后卸渣。这种离心机的分燥阶段后卸渣。这种离心机的分