流体通过颗粒层的流动

分离

悬浮液（固-液混合物）乳浊液（液-液混合物）含尘气体、含雾气体（气-液、固-气混合物）

------过滤、沉降滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤t、tw?L或Vu、uw??4.流体通过颗粒层的流动

一个完整的过滤操作（周期）:过滤——洗涤——组装、卸榨等深层过滤滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤推动力：重力、压力、离心力

架桥现象4.1过滤原理过滤介质：多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有

足够的机械强度。工业用过滤介质主要有：

织物介质，如棉、麻、丝、毛、合

成纤维、金属丝等编织

成的滤布；

多孔性固体介质，如素瓷板或管、

烧结金属等。滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼不可压缩滤饼:

颗粒有一定的刚性，所形成的滤饼并不因所受的压力差而变形

可压缩滤饼:

颗粒比较软，所形成的滤饼在压差的作用下变形，使滤饼中的流动通道变小，阻力增大。滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼的压缩性：

一、单颗粒的特性球形4.2.1基本概念4.2流体通过固定床的压降非球形（当量直径）三者关系：非球形的形状系数均小于1非球形二、颗粒群的特性粒度分布筛分分析金属丝网编织而成筛过量筛余量分布函数频率函数平均直径显微镜法、沉降法、电阻变化法、………流体在颗粒层内流动特点：爬流Hf颗粒表面积（主要）颗粒形状（次要）以比表面积相等原则确定实际颗粒群的平均直径某号筛子（筛孔孔径为dpi)的筛余量占试样总质量的百分率(mi/m)n=1n=in=mmim颗粒群的平均直径（1）床层的空隙率ε固定床层中颗粒堆积的疏密程度可用空隙率来表示，其定义如下：

ε的大小反映了床层颗粒的紧密程度，ε对流体流动的阻力有极大的影响.

三、颗粒床层的特性（2）床层的各向同性工业上的小颗粒（球形或非球形）床层通常是乱堆的，这样的结构使床层具有各向同性的特点，此时有：其中：(3)床层比表面单位床层体积（非颗粒体积）具有的颗粒表面积，即：

其中，α为颗粒的比表面积

流体通过复杂的通道时的阻力（压降）难以进行理论计算，必须依靠实验来解决问题——因次理论、数学模型法等。

4.2.1颗粒床层的简化模型（基于床层的压降）（1）床层的简化物理模型——一组平行细管

单位体积床层所具有的颗粒表面积对流动阻力有决定性的作用。规定：①细管的内表面积等于床层颗粒的全部表面；

②细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙体积。4.2.2流体通过固定床的压降颗粒床层的简化模型Lede颗粒床层的简化模型(一组长为Le,直径de的平行细管）固体颗粒床层体积

（2）流体压降的数学模型流体流过圆管的阻力损失数学描述：

模型参数或固定床的流动摩擦系数并联管道由质量守恒得：床层截面积数学模型Lede（3）模型的检验和模型参数的估值经实验数据验证简化模型合理，并且，当： (床层雷诺数) 康采尼方程：

（式中称为康采尼常数，其值为5.0。对于不同的床层，的可能误差不超过10%）或 ：

…………欧根方程思考题：数学模型法与量纲分析法有何区别？影响床层压降的因素在上述因素中，影响最大的是空隙率，如由0.5降为0.4，则压降增加2.8倍从康采尼方程或欧根方程可看出，影响床层压降的变量有三类：

①操作变量

②流体物性 和

③床层特性和过滤过程的特点

①流体流过固定床层的一种具体情况。③滤饼厚度随时间延长而增加，但增加缓慢；非定态，但可作为拟定态处理（洗涤时与固定床相同）②一定压差下，滤液通过速率随时间延长而降低4.3过滤基本方程悬浮液含固量：对固体颗粒在液体中不发生溶胀（体积无变化）的物系，以每Kg悬浮液为基准，按体积加和原则可得：

AV:滤液量V悬总物料体积衡算固体体积衡算滤饼厚度L对一定的悬浮液一定，若滤饼一定，一定，则 。一般悬浮液中颗粒的体积分数较滤饼空隙率小的多，可忽略过滤速率u△p1u表观速度△p2得将代入上式，并令(滤饼比阻)液体在滤饼空隙中的流动多处于康采尼公式适用的低雷诺数范围（ ）。由康采尼公式，忽略重力（位能），得滤饼

过滤介质对滤液流动的阻力可视为通过单位过滤面积获得的某当量滤液量qe所形成的虚拟滤饼层的阻力，则由其中：Δp1，Δp2

分别为滤饼两侧，过滤介质两侧的压强差△p1u表观速度△p2一定条件下相同在衡压下，①悬浮液的性质，如；φ，μ等；②滤饼特性，如空隙率ε

，比表面积a等（包含在r内）保持恒定，在解决具体工程时，令：过滤速率基本方程(微分式）K，qe为过滤常数，用指定的实验物系，直接由实验测定。相关参数说明：

（1）过滤常数K

与悬浮液、滤饼的性质及操作压差ΔP

有关，对指定的悬浮液，只有当ΔP

不变时才是常数。

（2）滤饼比阻r

反映了滤饼的特性，表征了滤饼结构对过滤速率的影响，其数值大小显示过滤操作的难易程度，其值与悬浮液的物理性质和操作压差有关，一般服从如下经验关系：恒压过滤(积分式）△pu表观速度特点：

K为常数

积分得：

或若过滤介质阻力可忽略不计，则

或恒速过滤(积分式）△pu表观速度特点：

K不为常数，而u为常数。整理得：

若过滤介质阻力可忽略不计，则

或或恒压：思考：先恒速再恒压操作，恒压段过滤方程？设恒速段过滤时间为1，则或恒压时：求出压缩指数s

过滤常数的测定滤饼洗涤特点：洗涤时推动力、阻力不变，洗涤速度为常数。

1、洗涤速度与过滤终了速度间的关系

若推动力相同，则：2、洗涤时间w

洗涤曲线（小型实验确定）＋经济角度4.4过滤设备及过滤计算过滤设备

过滤计算设计型：已知qe、K、V、选择△p、A操作型：已知设备尺寸和参数，给定操作条件，核定该设备可以完成的生产任务等名词解释：单位时间的滤液体积或滤渣体积，m3/s对间歇操作，一个操作周期时间：洗涤时间洗出液中溶质浓度置换洗涤(εAL)

(洗涤量εAL)

通过小型实验确定过滤机生产能力(Q)生产能力为最佳过滤时间（设备操作最优化）滤框、滤板结构：洗板板框压滤机框非洗板洗板一个操作循环：过滤、洗涤、卸渣、整理重装

滤液流出悬浮液入口1060块不等，过滤面积约为280m2

洗涤液流出洗涤液入口属间歇式特点：横穿洗涤：Lw=2LAW=1/2A1、板框过滤机板框过滤机动画

优点：构造简单，过滤面积大而占地省，过滤压力高，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,适合过滤含固量多的细小颗粒或液体粘度较高的物料。

缺点：间歇操作，劳动强度大，产生效率低。主要优缺点:2、叶滤机结构与工作原理间歇操作设备，具有过滤推动力大，过滤面积大，滤饼洗涤较充分，每次操作时滤布不用装卸等，生产能力比压滤机大，机械化程度高，劳动力较省。

缺点：构造较为复杂，造价较高，粒度差别较大的颗粒可能分别聚集于不同的高度，此时存在洗涤不均匀，滤布破损后更换较困难。主要优缺点优点：

转筒真空过滤机是工业上应用最广的一种连续操作的过滤设备。设备的主体是一个能转动的水平圆筒，圆筒表面有一层金属网，网上覆盖滤布，筒的下部进入滤浆中，圆筒沿径向分割成若干扇形格，每个都有单独的孔道通至分配头上。圆筒转动时，凭借分配头的作用使这些孔道依次分别与真空管及压缩空气管相通，因而在回转一周的过程中每个扇形格表面即可顺序进行过滤、洗涤、吸干、吹松、卸饼等项操作。

3、回转真空过滤机(连续过滤机)结构与工作原理

优点：能连续自动操作，省人力，生产能力大，适用于处理量较大而压差不需很大的物料的过滤。缺点：附属设备较多，投资费用高，过滤面积不大。过滤推动力有限，不易过滤高温的悬浮液。主要优缺点——最佳操作周期

（生产能力最大时的操作周期）其中：而过滤计算板框机若介质阻力忽略不计，则

(A)代入式(A)得：------最佳操作周期

故D＝+w时，Q有最大值（=w，介质阻力忽略不计）故若介质阻力忽略不计，则

对照板框过滤机：叶滤机（=w，介质阻力忽略不计）其中：——转化为恒压间歇模式处理

生产能力：

操作周期：

思考：

V、Ve、A的含义是什么？

若介质阻力忽略不计，则

回转真空过滤机设转筒浸入面积占全部转筒面积的分率为浸没分数φ，则可见：此式近似的表达了各种参对回转真空过滤机生产能力的影响

例某板框过滤机有5个滤框，框的尺寸为63563525mm。过滤操作在20℃、恒定压差下进行，过滤常数K=4.2410-5m2/s，qe=0.0201m3/m2，滤饼体积与滤液体积之比c=0.08m3/m3，滤饼不洗涤，卸渣、重整等辅助时间为10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，所用滤布与前相同，过滤压差也相同。转筒直径为1m，长度为1m，浸入角度为120。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？

假设滤饼不可压缩。解：以一个框为基准进行计算。框全充满时滤饼的体积为：

滤液量

过滤面积再根据恒压过滤方程得：K=4.2410-5m2/s，qe=0.0201m3/m2改用回转真空过滤机后，压差不变，故K不变；滤布不变，故qe不变。K=4.2410-5m2/s，qe=0.0201m3/m2过滤面积板框过滤机的生产能力为：又：回转真空过滤机4.5加快（强化）过滤速率的途径（措施）(1)改变滤饼结构方法：加入助滤剂目的：形成疏松且不可压缩的滤饼助滤剂基本特性：

a.刚性b.多孔性c.尺度大体均匀d.化学稳定性好常用助滤剂：不可压缩的粉末及纤维，如硅藻土、纤维素。加入方法a.预涂(预敷）

b.将助滤剂混在滤浆中一起过滤（掺滤）

用助滤剂配成悬浮液，在正式过滤前用它进行过滤，在过滤介质上形成一层由助滤剂组成