化工原理CAI教室(流体输送机械)

第二章

流体输送设备第一节

概述如果要将流体从一个地方输送到另一个地方或者将流体从低位能向高位能处输送，就必须采用为流体提供能量的输送设备。泵——用于液体输送

输送设备

风机——用于气体输送本章主要介绍常用输送设备的工作原理和特性，以便恰当地选择和使用这些流体输送设备。第二节

液体输送设备—泵（Pumps）离心泵——生产中应用最为广泛，着重介绍。往复泵泵旋转泵漩涡泵§2.1.1

离心泵

（CentrifugalPumps）一．

离心泵的工作原理及主要部件1．工作原理如左图所示，离心泵体内的叶轮固定在泵轴上，叶轮上有若干弯曲的叶片，泵轴在外力带动下旋转，叶轮同时旋转，泵壳中央的吸入口与吸入管相连接，侧旁的排出口和排出管路9相连接。启动前，须灌液，即向壳体内灌满被输送的液体。启动电机后，泵轴带动叶轮一起旋转，充满叶片之间的液体也随着旋转，在惯性离心力的作用下液体从叶轮中心被抛向外缘的过程中便获得了能量，使叶轮外缘的液体静压强提高，同时也增大了流速，一般可达15～25m/s。液体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳中流道逐渐加宽，液体的流速逐渐降低，又将一部分动能转变为静压能，使泵出口处液体的压强进一步提高。液体以较高的压强，从泵的排出口进入排出管路，输送至所需的场所。

当泵内液体从叶轮中心被抛向外缘时，在中心处形成了低压区，由于贮槽内液面上方的压强大于泵吸入口处的压强，在此压差的作用下，液体便经吸入管路连续地被吸入泵内，以补充被排出的液体，只要叶轮不停的转动，液体便不断的被吸入和排出。由此可见，离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转的叶轮，液体在离心力的作用下获得了能量以提高压强。气缚现象：不灌液，则泵体内存有空气，由于ρ空气<<ρ液，

所以产生的离心力很小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，达不到输液目的。通常在吸入管路的进口处装有一单向底阀，以截留灌入泵体内的液体。另外，在单向阀下面装有滤网，其作用是拦阻液体中的固体物质被吸入而堵塞管道和泵壳。启动与停泵：灌液完毕后，此时应关闭出口阀后启动泵，这时所需的泵的轴功率最小，启动电流较小，以保护电机。启动后渐渐开启出口阀。停泵前，要先关闭出口阀后再停机，这样可避免排出管内的水柱倒冲泵壳内叶轮，叶片，以延长泵的使用寿命。2．

主要部件（录像）1）叶轮：作用是将原动机的机械能传给液体，使液体的静压能和动能均有所提高。叶轮按其结构形状分有三种：①闭式：叶轮内6～12片弯曲的叶片，前后有盖板，叶轮后盖板上开有若干个平衡小孔，以平衡一部分轴向推力。②半闭式：叶轮内6～12片弯曲的叶片，前有盖板，叶轮后盖板上开有若干个平衡小孔,以平衡一部分轴向推力。③敞式（开式）：叶轮内6～12片弯曲的叶片，前后无盖板。闭式效率最高，适用于输送洁净的液体，不适于输送浆料或含悬浮物的液体。半闭式和开式效率较低，常用于输送浆料或悬浮液。叶轮按吸液方式分有二种：①单吸：液体只有一侧被吸入。②双吸：液体可同时从两侧吸入，具有较大的吸液能力。而且基本上可以消除轴向推力。2）泵壳（蜗壳形）：作用是汇集由叶轮抛出的液体，同时将高速液体的部分动能转化为静压能。原因是泵壳形状为蜗壳形，流道截面逐渐增大，u↓，p↑。3）轴封装置：泵轴与泵壳之间的密封称为轴封。作用是防止高压液体从泵壳内沿轴的四周面漏出，或者外界空气以相反方向漏入泵壳内。二．

离心泵的主要性能参数1．

流量Q（V）：单位时间内泵输送的液体体积,m3/s（或m3/h，l/s等）。Q取决于泵的结构、尺寸（叶轮直径与叶片的宽度）和转速。Q的大小可通过安装在排出管上的流量计测得。2．

扬程H（压头）：泵对单位重量的液体所提供的有效能量，m液柱。若在泵的吸入口和排出口分别装上真空表和压力表并取1-1'，2-2’截面作计算，则3．

轴功率及效率

轴功率Na——原动机（电动机或蒸汽透平等）传送给泵轴的功率，kW。

效率——泵轴通过叶轮传给液体能量的过程中的能量损失。

4．

转速n泵的叶轮每分钟的转数，即“r.p.m.”：ringsperminute其它性能参数以后再介绍。例2-2三．

离心泵的基本方程式为简化液体在叶轮内的复杂运动，作两点假设：①

叶轮内叶片的数目为无穷多，即叶片的厚度为无限薄，从而可以认为液体质点完全沿着叶片的形状而运动，亦即液体质点的运动轨迹与叶片的外形相重合。②

输送的是理想液体，由此在叶轮内的流动阻力可忽略。1．

液体质点在叶轮内的运动情况分析离心泵工作时，液体随叶轮一起作旋转运动，同时又从叶轮的流道里向外流动，因此液体在叶轮里的流动是一种复杂的运动。液体质点在叶轮内的速度有三个：*圆周运动速度u：叶轮带动液体质点作圆周运动的速度方向与液体质点所在处的圆周切线方向一致。*相对运动速度ω：它是以与液体一起作等角速度的旋转坐标为参照系，液体质点沿叶片从叶轮中心流到外缘的运动速度，即相对于旋转叶轮的相对运动速度ω。*绝对运动速度c：它是以固定于地面的静止坐标作为参照系的液质点的运动，称为绝对运动，绝对运动速度用c表示。三者关系：

速度三角形如图所示：三个速度构成了速度Δ，α表示c与u之间的夹角，β表示ω与u反方向延长线之间的夹角，α，β称为流动角，其大小与叶轮的结构有关。根据余弦定理，则：

若将c分解为径向分量Cr和圆周分量Cu，则分别为

于是2．

离心泵基本方程式的推导离心泵基本方程式可由离心力作功推导，但更普遍的是根据动量理论推导得。首先介绍力学中动量矩定理：单位时间内流体对某一中心的动量矩的增量等于作用于流体的力矩的增量ΔM，即:

现分析液体从叶片进口“1”处流到出口“2”的过程中单位时间内动量矩的增量：单位时间内液体的动量矩(WVR)=质量流量×绝对速度×绝对速度对旋转中心的垂直距离所以，叶片进口“1”处液体在单位时间内动量矩(WVR)1为

叶片进口“2”处液体的单位时间内动量矩(WVR)2为

下标T表示理想液体，∞表示叶片数目无穷多。所以力矩增量为：

其中

①又由流体力学知，单位时间内叶轮对液体所作的功（即有效功率Ne）等于同一时间内液体力矩增量与叶轮旋转角速度ω的乘积，即：某输水管路系统中，离心泵在转速为n＝2900r/min时的特性曲线方程为H＝25－5qv2，管路特性为H＝10＋kqv2，qv的单位为m3/min。试求：（1）k=2.5时工作点流量qvA与扬程HA;（2）阀门关小到k΄＝5.0时的工作点流量qvB;（3）对于流量qvB，因阀门开度由k＝2.5关小到k΄＝5.0,管路阻力损失增加了多少？（4）若不用改变阀门开度而用改变转速，使流量从qvA调到qvB，试求转速应调到多少？解：1）已知n＝2900r/min时，离心泵的特性方程为H＝25－5qv2k=2.5时，管路特性方程为H＝10＋kqv2＝10＋2.5qv2两式联立求解得工作点A的流量为qvA=1.41m3/min扬程HA＝15m2）k΄=5.0时，管路特性方程为H＝10＋k΄qv2＝10＋5qv2此式与H＝25－5qv2联立求解得qvB=1.22m3/min扬程HB＝17.5m3）当qvC＝qvB=1.22m3/min扬程HC＝10+2.5qvC2=13.75m增加的阻力损失为HB－HC=17.5－13.75＝3.75m4）改变泵的转速，由比例定律知qvc/qvD=nc/nD，Hc/HD=(nc/nD)2联立两式得HC/qvC2=HD/qvD2=K=常数离心泵在不同转速下的等效率方程为H＝Kqv2K=HC/qvC2=13.75/1.5=9.2过C点的等效率方程为H＝9.2qv2此式与H＝25－5qv2联立得qvD=1.33m3/min扬程HD＝16.2mnc=nDqvc/qvD=2900×1.22/1.33=2660r/min(2900-2660)/2900×100%=8.3%<20%在比例定律适用范围内。如图所示，需安装一台泵，将流量45m3/h、温度20℃的河水输送到高位槽，高位槽水面高出河面10m，管路总长度为15m。试选一台离心泵，并确定安装高度。解：流量qv＝45m3/h，20℃水的ρ＝998.2kg/m3，μ＝1.005×10－3Pa.s选管内流速u=2.5m/s，估算管内径d＝(qv/0.785u)0.5=[45/(3600×0.785×2.5)]0.5=0.08m选Ø88.5×4mm水煤气管，内径d=80.5mm管内流速u=qv/0.785d2=[45/(3600×0.785×0.08052)]=2.46m/sRe=duρ/μ=0.0805×2.46×998.2/(1.005×10-3)=1.97×105取ε＝0.35mm，ε/d=0.35/80.5=0.0043，查得λ＝0.028，截止阀（全开）le/d=300，两个90̊弯头le/d=35×2＝70，底阀（全开）le/d=420，管入口突然缩小ζ＝0.5，管出口突然扩大ζ＝1。管路的压头损失∑Hf=[λ×（l＋le）/d+ζ]×u2/2g=[0.028×(15/0.0805+300+70+420)+1＋0.5]×2.462/（2×9.81）＝8.89m以河面1-1为基准面，在1-1与2-2两截面间列柏努力方程H＝∆Z＋∑Hf＝10+8.89＝18.89m（水柱）根据qv=45m3/h，扬程H＝18.89m，可从离心泵规格表中选用型号为IS80-65-125的泵。其∆h=3.0。20℃水的饱和蒸汽压Pv=2.335kPa，大气压力P0＝101.3kPa，吸入管长l=5m，吸入管路压头损失∑Hf=[λ×（l＋le）/d+ζ]×u2/2g＝［0.028×

(5/0.0805+420+35)+0.5]×2.462/(2×9.81)=4.62m泵的最大允许安装高度Hg允＝(P0－Pv)/ρg－∆h－∑Hf=(101.3-2.335)×103/(998.2×9.81)－3.0－4.62＝2.48m泵的实际安装高度应小于2.48m，取2.0m。

一、填空1、离心泵为了避免（）现象，启动前需（）被输送的液体，因而离心泵不具有（）能力。为了避免发生（）现象，需限制（）高度。2、离心泵的主要构件（）、（）。3、离心泵的比例定律（）、（）、（）。4、离心泵的设计点是指（）。而离心泵的工作点则是指（）。5、往复泵的正位移特性是指（）。6、离心泵的特性曲线是在（）测定的。启动离心泵时必须关闭（），目的是使离心泵的（）最小，以免烧坏电机。二、选择1、某同学进行离心泵特性曲线测定实验，启动泵后，出水管不出水，泵进口处真空计指示真空度很高，他对故障原因作出了正确判断，排除了故障，你认为以下可能的原因中，哪一个是真正的原因（）。A）水温太高B）真空计坏了C）吸入管路堵塞D）排出管路堵塞2、离心泵漏入大量空气后将发生（）。A）汽化现象B）气缚现象C）汽蚀现象D）气浮现象3、以下物理量不属于离心泵的主要性能参数（）。A）扬程B）效率C）轴功率D）有效功率4、离心泵的调节阀开大时，则（）A）吸入管路的阻力损失不变B）泵出口的压力减小C）泵入口处真空度减小D）泵工作点的扬程升高5、离心泵铭牌上标明的是泵在（）时的主要性能参数。A）流量最大B）压头最大C）效率最高D）轴功率最小6、离心泵产生汽蚀的原因可能是（）。A）启动前没有充液B）安装高度过高C）底阀堵塞D）叶轮直径太小7、由阀门全开的条件算出在要求流量为Q时所需扬程为He，在离心泵的性能曲线上查得与Q对应的扬程为H，H>He，在流量为Q时泵的效率为η，则泵的轴功率为（）。A）QHeρg/1000ηkwB）QHρg/1000ηkwC）QHeρ/102ηkwD）QHρg/102ηkw三、简述简述离心泵的气缚和汽蚀现象，往复泵有无气缚和汽蚀现象，为什么？四、计算题用泵将贮槽中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器内，贮槽内液面维持恒定，其上方压强101.33×103Pa。蒸发器上部的蒸发室内操作压强为200mmHg（真空度）。蒸发器进料口高于贮槽内的液面15m，输送管道的直径为ø68×4mm，送料量为20m3/h，溶液流经全部管道的能量损失为120J/kg，求泵的有效功率。若效率为65%，则轴功率为多少？解：在贮槽液面1-1与管路出口内侧2-2两截面间列柏努力方程gz1+u12/2+P1/ρ＋W=gz2+u22/2+P2/ρ+∑hf式中Z1=0,Z2=15m,P1=0(表压),P2=-(200/760)×101.33×103=-26670Pa(表压)，u1=0,u2=20/(3600×0.785×0.062)=1.97m/s∑hf=120J/kgW=g∆z+u22/2+(P2-P1)/ρ+∑hf=9.81×15+1.972/2-26670/1200+120=246.9J/kgPe=qvHeρg=qvρW=(20/3600)×1200×246.9=1647w一、填空1、当颗粒与流体作相对运动时，层流的范围是（

），此时的沉降速度ut=（）。2、若降尘室的高度增加，则沉降时间（），气流速度（），生产能力（）。3、离心沉降时，旋转半径R＝0.4m，切向速度ut=20m/s，则离心分离因数Kc=（）。4、降尘室的生产能力只与降尘室的（）有关，而与（）无关。5、颗粒的球形度ψ＝（），比表面积a＝（）。6、除去液体中混杂的固体颗粒，在化工生产中可以采用（）、（）、（）。7、旋风分离器性能的好坏，主要以（）来衡量。（）愈小，说明其分离性能愈好。二、选择题1、沉降室的生产能力取决于（）。A、沉降室的高度B、沉降室的底面积C、含尘气体速度D、能100％除去的最小颗粒的沉降速度2、在长为Lm，高为Hm的降尘室中，颗粒的沉降速度为utm/s，气体通过降尘室的水平流速为um/s，则颗粒能在降尘室内分离的条件是：（）A、L/u<H/utB、L/ut<H/uC、L/ut≥H/uD、L/u≥H/ut3、设降尘室的长、宽、高分别为L、b、H（单位均为m），颗粒的沉降速度为utm/s，气体的体积流量为qv，则颗粒能在降尘室分离的条件是：A、H/ut≥LbH/qvB、H/ut≤LbH/qvC、L/ut≤HbH/qvD、L/ut≥HbH/qv

习题用一离心泵将敞口贮槽中20℃的水送往一个密闭容器中，容器内保持10kPa（表压）压强，贮槽液面与容器入口之间的垂直距离40m，管路为φ83×4mm钢管，总长45m（包括所有局部阻力的当量长度），摩擦系数λ＝0.028。管路上装有孔径d0=30mm孔板流量计，测得连接孔板的指示液为汞的U形压力计读数R＝0.32m、孔流系数C0＝0.61。求：1）此管路中水的流速，流量;2）泵的压头;3）有效功率;4）若泵效率为65％，求泵的轴功率。解：1）qv=αA0[2gR（ρi-ρ）/ρ]1/2=0.61×0.785×0.032×[2×9.81×0.32×（13600－1000）/1000]=3.83×10－3m3/su=qv/（0.785d2）＝3.83×10－3/（0.785×0.0752）=0.86m/s2）在贮槽液面与容器入口两截面间列柏努利方程He＝(z2-z1)+(P2-P1)/ρg+(u22-u12)/2g+∑Hf式中P1=0（表压），P2=10kPa，Z2－Z1＝40m，u1=u2=0∑Hf=λ×（l＋le）/d×u2/2g=0.028×45/0.075×0.862/（2×9.81）＝0.63mHe＝10×103/（103×9.81）+40+0.63=41.65m3）Pe=qvHeρg=3.83×10－3×41.65×103×9.81=1565w4）Pa=Pe/η=1565/65%=2408w第三章非均相物系的分离第一节概述一、非均相物系：物系内部存在相界面，且界面侧的物理性质完全不同。气态非均相物系：含尘气体、含雾气体液态非均相物系：悬浮液、乳浊液、泡沫液二、分散物质（分散相）：非均相物系中，处于分散状态的物质。如悬浮液中的固体颗粒。分散介质（连续相）：包围分散物质的处于连续状态的流体。如悬浮液中的液体。三、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。四、分离方法－机械法使分散物质与分散介质之间发生相对运动实现分离。沉降分离法是使气体或液体中的固体颗粒受重力、离心力或惯性力作用而沉降的方法。过滤分离法是利用气体或液体能通过过滤介质而固体颗粒不能穿过过滤介质的性质进行分离的，如袋滤法。对于含尘气体还有液体洗涤除尘法和电除尘法。液体洗涤除尘法是使含尘气体与水或其他液体接触，洗去固体颗粒的方法。但污水处理困难。电除尘法是使含尘气体中颗粒在高压电场内受电场力的作用而沉降分离的方法。但设备费、操作费高。本章讨论通过机械方法分离非均相物系的单元操作。五、非均相物系分离的目的1、回收分散物质：如从气固催化反应器的空气中收集催化剂颗粒。2、净制分散介质：如原料气中颗粒杂质的去除以净化反应原料气。3、劳动保护和环境卫生如烟道气中煤灰粉粒的去除。第四节过滤过滤是使含固体颗粒的非均相物系通过布、网等多孔性材料，分离出固体颗粒的操作。一、悬浮液的过滤悬浮液通常又称为滤浆或料浆。过滤用的多孔性材料称为过滤介质。留在过滤介质上的固体颗粒称为滤饼或滤渣。通过滤饼和过滤介质的清液称为滤液。（一）两种过滤方式（1）深层过滤当悬浮液中所含颗粒很小，而且含量很少（液体中颗粒的体积<0.1%）时，可用较厚的粒状床层做成的过滤介质（例如，自来水净化用的砂层）进行过滤。由于悬浮液中的颗粒尺寸比过滤介质孔道直径小，当颗粒随液体进入床层内细长而弯曲的孔道时，靠静电及分子力的作用而附着在孔道壁上。过滤介质床层上面没有滤饼形成。这种过滤称深层过滤。由于它用于从稀悬浮液中得到澄清液体，又称澄清过滤。例如自来水的净化及污水处理等。（2）滤饼过滤悬浮液过滤时，液体通过过滤介质而颗粒沉积在过滤介质的表面形成滤饼。当然颗粒尺寸比过滤介质的孔径大时，会形成滤饼。不过，当颗料尺寸比过滤介质孔径小时，过滤开始会有部分颗粒进入过滤介质孔道里，迅速发生“架桥现象”。但也会有少量颗粒穿过过滤介质而与滤液一起流走。随着滤渣的逐渐堆积，过滤介质上面会形成滤饼层。此后，滤饼层就成为有效的过滤介质而得到澄清的滤液。这种过滤称为滤饼过滤（cakefiltration），它适用于颗粒含量较多（液体中颗粒的体积>1%）的悬浮液。化工生产中所处理的悬浮液颗粒含量一般较多，故本节只考虑滤饼过滤。（二）过滤介质过滤介质的作用是使液体通过而使固体颗粒截留住。因此，要求过滤介质的孔道比颗粒小，或者过滤介质孔道虽比颗粒大，但颗粒能在孔道上架桥，只使液体通过。工业上常用的过滤介质有以下几种。1、织物介质这种过滤介质使用的最多。有由棉、麻、丝、毛及各种合成纤维织成的滤布，还有铜、不锈钢等金属丝编织的滤网。2、堆积的粒状介质由砂、木炭等堆积成较厚的床层，用于深层过滤。3、多孔性介质是由陶瓷、塑料、金属等粉末烧结成型而制得的多孔性板状或管状介质。过滤介质的选择，要根据悬浮液中液体性质（例如，酸、碱性）、固体颗粒含量与粒度、操作压力与温度及过滤介质的机械强度与价格等因素考虑。（三）助滤剂当悬浮液中的颗粒很细时，过滤时很容易堵死过滤介质的孔隙，或所形成的滤饼在过滤的压力差作用下孔隙很小，阻力很大，使过滤困难。为了防止这种现象发生，可使用助滤剂（filteraid）。常用的助滤剂有以下几种。1、硅藻土它是由硅藻土经干燥或煅烧、粉碎、筛分而得到的粒度均匀的颗粒，其中主要成分为含80%-95%SiO2的硅酸;2、珍珠岩它是珍珠岩粉末在1000℃下迅速加热膨胀后，经粉碎、筛分得到粒度均匀的颗粒，其主要成分为含70%SiO2的硅酸铝;3、石棉为石棉粉与少量硅藻土混合而成;4、炭粉、纸浆粉等。助滤剂有两种使用方法。其一是预敷，其二是掺滤。助滤剂的添加量一般在固体颗粒质量的0.5％以下。（四）悬浮液量、固体量、滤液量及滤渣量之间的关系（1）湿滤渣密度ρc的计算C为湿滤渣与其中所含干渣的质量比。则有：C/ρc=1/ρp+(C-1)/ρ（2）干渣质量与滤液体积的比值w设悬浮液中固体颗粒的质量分数为X则w=X/[(1-CX)/ρ]=ρX/(1-CX)（3）湿滤渣质量与滤液体积的比值为wC（4）湿滤渣体积与滤液体积的比值为ν=wC/ρc例4已知1kg悬浮液中含0.04kg固体颗粒，湿滤渣、干渣及滤液的密度分别为ρc=1400kg/m3，ρp=2600kg/m3，ρ=1000kg/m3。试求：（1）湿滤渣与其中所含干渣的质量比C；（2）干渣质量与滤液体积的比值w；（3）湿滤渣体积与滤液体积的比值ν。解：（1）由C/1400=1/2600+（C-1）/1000得C=2.15kg湿滤渣/kg干渣（2）w=ρX/(1-CX)=0.04×1000/(1-2.15×0.04)=43.8kg干渣/m3滤液（3）ν=wC/ρc=43.8×2.15/1400=0.0673m3湿滤渣/m3滤液二、过滤速率基本方程式单位时间内滤过的滤液体积称为过滤速率，单位为m3/s。单位过滤面积的过滤速率称为过滤速度，单位为m/s。设过滤面积为A，过滤时间为dt，滤液体积为dv，则过滤速率为dv/dt，而过滤速度为dv/Adt。过滤速率基本方程式是描述滤液量与过滤时间的变化关系的。它用来计算为获得一定量的滤液（或滤饼）所需要的过滤时间。过滤操作的特点是随着过滤操作的进行，滤饼厚度逐渐增大，过滤的阻力就逐渐增大。若ΔP一定，过滤速率必减小。想保持一定的过滤速率，必增大ΔP。故过滤分恒压过滤和恒速过滤，一般间歇操作的过滤机先恒速，压力升到一定值后再恒压。过滤速度=过滤推动力/过滤阻力过滤推动力即ΔP=ΔPc+ΔPm，过滤阻力包括滤饼阻力和过滤介质阻力。假定滤液流过孔道时流动类型属于层流，则u=d2ΔPc/32μl=ΔPc/(32μl/d2)而l=αVc/A又u=βdV/AdtdV/Adt=u/β=ΔPc/(32αβ/d2.μVc/A)令r=32αβ/d2则dV/Adt=ΔPc/(rμVc/A)滤饼阻力为Rc=rμVc/A

指单位过滤面积上所形成的滤饼阻力r指单位过滤面积上的滤饼为1m3时的阻力，称为滤饼的比阻，单位为m-2。而VC=νV滤饼阻力为Rc=rμνV/A

把过滤介质阻力看作获得当量滤液量Ve时所形成的滤饼层的阻力，表示为过滤介质阻力为Rm=rμνVe/A

dV/Adt=ΔPc/RC=ΔPm/Rm=

(ΔPc+ΔPm)/(RC+Rm)=ΔP/[rμν(V+Ve)/A

]或dV/dt=A.ΔP/[rμν(V+Ve)/A

]要增大过滤速率dV/dt，可增大ΔP

，增大操作温度（μ减小），或选用阻力低的过滤介质。间歇操作的过滤机可在恒压、恒速或先恒速后恒压下操作，而连续操作的过滤机都在恒压下操作。三、恒压过滤（一）滤液体积与过滤时间的关系对上述微分式进行积分，可以得到V与t的关系。恒压过滤时，ΔP为常数。对于一定的悬浮液和过滤介质，μ、r、ν及Ve也均为常数。∫v0(V+Ve)dV=(A2ΔP/rμν)∫t0dt得V2/2+VVe=(A2ΔP/rμν)t令K＝2ΔP/rμν则有V2＋2VVe=KA2t令q=V/A，qe=Ve/A可得q2+2qqe=Kt（二）过滤常数的测定各种悬浮液的性质及浓度不同，其过滤常数会有很大差别。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实验测定的过滤常数K与qe。将恒压过滤方程改成为

t/q=q/K+2qe/K可见t/q与q之间具有线性关系。直线的斜率为1/K，截距为2qe/K。

例5含有CaCO3质量分数为13.9％的水悬浮液，用板框压滤机在20℃下进行过滤实验。过滤面积为0.1m2。实验数据列于附表中，试求过滤常数K与qe。附表中的表压实际上就是压差。又已知1kg湿滤渣的含水量在P1=3.43×104Pa时为0.37kg，在P2=10.3×104Pa时为0.32kg，固体颗粒密度为2700kg/m3。求两种压差下的比阻。表压/Pa滤液量/dm3过滤时间/s表压/Pa滤液量/dm3过滤时间/s3.43×1042.927.8014688810.3×1042.459.8050660解：（1）表压3.43×104Pa时q1=2.92×10-3/0.1=2.92×10-2m3/m2t1/q1=146/2.92×10-2=5.0×103m2s/m3同理q2＝7.8×10-2m3/m2t2/q2＝1.14×104m2s/m3可得5.0×103＝2.92×10-2/K+2qe/K1.14×104＝7.8×10-2/K+2qe/K联立两式解得K1＝7.62×10-6m2/s，qe1=4.46×10-3m3/m2先求湿滤渣与其中所含干渣的质量比C1＝1/(1-0.37)=1.59kg湿滤渣/kg干渣C1/ρc1=1/ρp+(C1-1)/ρ即1.59/ρc1=1/2700+(1.59-1)/1000解得ρc1=1656kg/m3ν1＝w1C1/ρc1=ρX/(1-C1X)×C1/ρc1=

0.139×1000/(1-1.59×0.139)×1.59/1656=0.171m3湿滤渣/m3滤液r1=2ΔP1/K1μν1=2×3.43×104/(7.62×10-6×1×10-3×0.171)=5.26×1013m-2（2）表压10.3×104Pa时，同理可求得K2＝1.57×10-5m2/s，qe2=3.74×10-3m3/m2C2=1.47kg湿滤渣/kg干渣

ν2＝0.147m3湿滤渣/m3滤液r2=8.92×1013m-2可见，当ΔP2＝3ΔP1，

K2

＝2K1，r2

＝1.7r1（三）过滤计算设计型计算：已知V、t、K、qe，求A。操作型计算：已知V、A、K、qe，求t。

或已知A、t、K、qe，求V。操作型计算均涉及到过滤机生产任务即生产能力的问题。Q＝V/∑t。例6想用一台工业用板框压滤机过滤上例含CaCO3粉末的悬浮液。在表压10.3×104Pa、20℃条件下过滤3小时得到6m3滤液。所用过滤介质与上例相同。试求所需要的过滤面积与湿滤渣体积。解：表压10.3×104Pa时，K2＝1.57×10-5m2/s，qe2=3.74×10-3m3/m2因A未知，Ve就未知，所以用q2+2qqe=Ktq2+2qqe＋qe2=Kt+qe2q=(Kt+qe2)1/2-qe=[(3.74×10-3)2+1.57×10-5×3×3600]1/2-3.74×10-3=0.408m3/m2A=V/q=6/0.408=14.7m2滤饼体积VC为VC＝νV＝0.147×6＝0.882m3四、过滤设备介绍最典型的板框压滤机（间歇操作）、转筒真空过滤机（连续操作）。（一）板框压滤机已知A、ΔP，计算Q，这是典型的操作型问题。板框压滤机是典型的间歇式过滤机。其特点是过滤、洗涤、卸饼、清洗滤布、组装等操作是依次分阶段进行的。在过滤阶段全部过滤面积都是有滤液通过（换句话说全部A都在进行过滤）。过滤阶段以外的时间虽然没有滤液得到，但仍然要计入生产时间之内。即计算Q必须以一个操作周期所需的总时间为基准。一个操作周期的总时间：∑t=t+tw+tD生产能力：Q＝V/(t+tw+tD)在一个操作周期内，tD是固定的，与产量V无关。而t、tw与V有关，V增大，t、tw增大。V由生产任务所定。若t增大，V增大，但滤饼厚度L增大，过滤速率下降，tw增大，tD一定，V增大的幅度小于总时间增大的幅度，Q下降。若t下降，L下降，过滤速率增大，tw下降，V下降，而tD一定，且在一个周期内所占比例增大，总时间下降的幅度小于V下降的幅度，Q下降。从上面的分析可知，对恒定过滤每一操作周期中必存在一最佳的过滤时间topt，使Q最大。因此存在一个最佳操作周期。若μw=μ，ΔPW＝ΔP，则KW＝K再假定qe=0，则t+tw=tD时，Q最大。如tw=0，则t=tD时，Q最大。即q=(Kt)1/2=(KtD)1/2时，Q最大。滤饼不洗涤时实际上能否达到Qmax必须核算。如q>qmax则达不到。qmax为滤渣满框时的值。此时Q'max=qmaxA/(t+tD)=qmaxA/2tD（二）转筒真空过滤（连续式过滤机）的生产能力转筒真空过滤机的特点是连续过滤，即过滤、洗涤、去湿、卸饼、滤布再生等操作是在过滤机内分区域同时进行的，其生产能力Q的计算也要以一个操作周期即转鼓旋转一周所经历的时间为基准，但全部转鼓面积中只有浸入悬浮液中属于过滤区的那部分面积即φA有滤液通过，属于过滤面积。浸入度φ＝过滤面积/全部转鼓面积=β/2π=t/tc而tc=1/nt=φtc=φ/n这样就把转筒真空过滤机部分转鼓表面的连续过滤转换为全部转鼓表面的间歇过滤。使恒压过滤方程依然适用。q2+2qqe=Ktq2+2qqe＋qe2=Kt+qe2q=(Kt+qe2)1/2-qeQ=V/tc=qAn=nA[(Kt+qe2)1/2-qe]若qe=0，则Q＝nA(Kt)1/2=nA(Kφ/n)1/2=A(Kφn)1/2Q∝n1/2，

q2=Kt，t=φ/n，q=(Kφ/n)1/2q∝(1/n)1/2，L∝q∝(1/n)1/2可见：1、n增大，Q增大，但t=φ/n减小，L减小，滤饼太薄，不易从转鼓表面刮下（一般L＝3~5mm才易刮下），而且也使转动功率消耗增大。一般n=0.1~3r/min。2、φ增大，Q增大，但转筒表面洗涤、去湿、卸饼、滤布再生等区域所占的区域便相应减小，过甚时也会导致操作上的困难。一般φ＝30％~40％。例7悬浮液中固体颗粒浓度（质量分数）为0.025kg固体/kg悬浮液，滤液密度为1120kg/m3，湿滤渣与其中固体的质量比为2.5kg湿滤渣/kg干渣。现用板框过滤机过滤，共有20个滤框，每个滤框的两侧有效过滤面积为0.85m2，滤框厚度为60mm，试求滤框内全部充满滤渣所需要的时间。已知K＝4.97×10-5m2/s，qe=1.64×10-2m3/m2，固体颗粒密度为2900kg/m3。解：先计算湿滤渣的密度ρC由C/ρc=1/ρp+(C-1)/ρ得2.5/ρc=1/2900+(2.5-1)/1120解得ρc=1480kg/m320个滤框所容纳的滤渣体积VC为(0.85/2)×0.06×20=0.51m3滤渣质量为0.51×1480=755kg滤渣中固体质量为755/2.5=302kg滤渣中液体质量为755-302=453kg悬浮液中液体质量为302/0.025-302=11778kg滤液量为11778-453=11325kgV=11325/1120=10.1m3总过滤面积A=0.85×20=17m2q=V/A=10.1/17=0.594m3/m2q2+2qqe=Ktt=(0.5942+2×0.594×1.64×10-2)/4.97×10-5=7491s=2.08h

第4节过滤设备

板框过滤机结构：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。框板框板洗涤板非洗涤板悬浮液滤液板非洗涤板过滤操作：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。第4节过滤设备

第4节过滤设备

一、填空1、过滤的两种方式是：（）和（），自来水处理采用的是：（）。2、实现过滤操作的推动力可以是（）、（）或（）。二、选择题1、过滤推动力一般是指（）。A、过滤介质两边的压差B、过滤介质与滤饼构成的过滤层两边的压差C、滤饼两边的压差D、液体进出过滤机的压差2、推导过滤基本方程式时一个最基本的依据是：（）。A、固体颗粒的沉降速度B、滤饼的可压缩性C、流体的层流流动D、过滤介质的比阻3、板框压滤机中，最终的过滤速度是洗涤速度的（）。A、一倍B、一半C、四倍D、四分之一4、在板框压滤机中，如滤饼不可以压缩，介质阻力不计，当过滤压差增加一倍时，其过滤速率为原来的（）。如滤液粘度增加一倍，压差不变，过滤速度为原来的（）。A、21/2倍B、1/2倍C、2倍D、1/21/2倍三、计算题1、用板框压滤机在恒压下处理某种悬浮液，滤框边长0.65m，厚0.05m，共10个框，已测得操作条件下有关参数为：K＝6×10－5m2/s，qe=0.01m3/m2，获得1m3滤液的滤饼体积为0.1m3。求：滤框完全充满需多少时间，可得多少滤液？解：ν＝0.1/1=0.1m3滤饼/m3滤液滤饼体积VC＝0.652×0.05×10=0.211m3滤液体积V＝0.211/0.1=2.11m3过滤面积A＝0.652×2×10=8.45m2由恒压过滤方程：V2＋2VeV=KA2t2.112+2×0.01×8.45×2.11=6×10-5×8.452×t解得t=1122s拟用一板框压滤机处理某一悬浮液，获每m3滤液得滤饼量0.04m3。在1.5atm操作压力下，过滤常数K＝2.73×10-5m2/s，过滤介质阻力可忽略不计。滤饼为不可压缩。1）若要求过滤1h获取0.41m3的滤饼，试求所需的过滤面积。2）若板框边长为0.81m，试确定框数及框的厚度。3）若滤饼不需洗涤，拆装时间需45min，试求为使上述板框压滤机生产能力达到最大时，其操作压力应提高至多少？解：1）由恒压过滤方程：V2＋2VeV=KA2t因Ve=0V2=KA2tV=0.41/0.04＝10.25m310.252=2.73×10-5×A2×3600A=32.7m22）设框数为n，框厚为δA＝2×0.812×n=32.7m2n=25个滤饼体积VC＝0.812×δ×25=0.41得δ＝0.025m=25mm3）恒压过滤方程：V2=KʹA2tQ＝V/∑t＝V/[(V2/KʹA2)+0+tD]=1/(V/KʹA2+tD/v)要使Q最大，只需分母最小。即只需V/KʹA2＝tD/V也就是V2=KʹA2tD即10.252=Kʹ×32.72×45×60解得Kʹ=3.64×10-5m2/sK=2ΔP/rμνKʹ/K=ΔPʹ/ΔP=3.64×10-5/2.73×10-5=4/3ΔPʹ=4/3×1.5=2.0atm某板框过滤机的边长为250mm，厚为25mm，框数为8，以此过滤机过滤某悬浮液，测得过滤时间为8.75min与15min时的过滤量分别为0.15m3及0.20m3。试计算过滤常数K。解：由恒压过滤方程：V2＋2VeV=KA2tA=2×0.252×8=1m2由已知得方程组0.152+2×0.15Ve=K×8.75×600.202+2×0.20×Ve=K×15×60联立两式解得K＝5×10-5m2/s某板框过滤机共有10个框，框的边长为500mm，在一定压力下恒压过滤30min后，获得滤液5m3。假设滤布阻力可以忽略不计。试求：1）过滤常数K;2）如果再过滤30min，还能获得多少m3滤液？解：由恒压过滤方程：V2＋2VeV=KA2t因Ve=0V2=KA2tA＝2×0.52×10＝5m252=K×52×30×60K=1/1800=5.56×10-4m2/s再过滤30分钟，有：Vʹ2=KA2tʹ＝5.56×10-4×52×（30+30）×60＝50解得：Vʹ＝7.07m3ΔV=7.07-5=2.07m3实验室中在与生产条件相同的压差下对某种颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验，测得qe=0.01m3/m2，K＝1.579×10-4m2/s。悬浮液中，固相质量分率为0.07，固相密度为2000kg/m3，滤饼不可压缩，其含水量为30％（质量分数）。今选用一台直径1.5m，长10m的转筒真空过滤机处理此种料浆，所用滤布与实验相同，转筒浸没角为120º，转速为0.5转/分，操作真空度为8.0×104Pa，试求：1）该过滤机的生产能力（以每小时获滤液体积计）;2）滤饼厚度。解：1）过滤面积A＝πDL＝3.14×1.5×10＝47.1m2浸没度φ＝120/360＝0.3333q=(Kφ/n+qe2)1/2-qe=

[1.579×10-4×0.3333/(1/120)+0.012]1/2-0.01=0.07m3/m2生产能力Q=nqA=1/120×0.07×47.1=0.0275m3/s=99m3/h2）C＝1/（1-0.3）＝1.429kg湿滤渣/kg干渣C/ρC=1/ρP+(C-1)/ρ1.429/ρC=1/2000+(1.429-1)/1000ρC=1538kg/m3ν＝Xρ/(1-CX)×C/ρC=0.07×1000/(1-1.429×0.07)×1.429/1538=0.0722m3滤饼/m3滤液滤液体积：V＝qA=0.07×47.1=3.297m3滤饼体积：VC＝νV＝0.0722×3.297＝0.238m3滤饼厚度：L＝VC/A=0.238/47.1=0.005m=5mm1、真空度=大气压-绝对压强（P<Pa）表压=绝对压强-大气压（P>Pa）2、流量：体积流量质量流量qm=qvρ

流速：平均流速质量流速u=qv/Aw=uρ3、估算直径：qv=0.785d2ud=

(qv/0.785u)1/24、稳定流动与非稳定流动5、连续性方程式u2/u1=（d1/d2）26、柏努力方程gz1+u12/2+P1/ρ+w=gz2+u22/2+P2/ρ+∑hfu=qv/0.785d2Re=duρ/μ∑hf=λl/d×u2/2(湍流)∑hf=32μlu/ρd2(层流)7、牛顿粘性定律8、Re≤2000（层流）

Re≥4000（湍流）9、当量直径de=4×流通截面积/润湿周边10、如何确定最适宜管径。12、并联管路13、皮托管测量流体的点速度孔板流量计、转子流量计测量流体的平均速度前者恒截面，变压差。后者变截面，恒压差。qv=aA0[2gR（ρi-ρ）/ρ]1/2一、填空1、实际流体在管道内流动时产生阻力的主要原因是（）。2、某流体在直管中作层流流动，在流速不变的情况下，管长、管径同时增加一倍，其阻力损失为原来的（）倍。3、流体在阻力平方区流动，若其它条件不变，其压降随着管道相对粗糙度增加而（），随着流体密度的增加而（）。4、（）是判别流型的依据，当流体在圆形直管内流动时，（）时为层流，此时λ＝（），当（）为湍流。5、用ζ计算突然扩大和缩小的局部阻力损失时，通常按（）管内的流速计算动能项。二、选择1、有一并联管路，两段管路的流量、流速、管径、管长及流动阻力分别为v、u、d、l、hf及v΄、u΄、d΄、l΄、hf΄，若d=2d΄，l=2l΄，则：1）hf/hf΄=();2）两段管路中流体均作层流流动时，v/v΄=()，u/u΄=（）。3）两段管路中流体均作湍流流动时，并取λ＝λ΄，v/v΄=()，u/u΄=（）。A）2B）4C）8D）1/2E）1/4F）12、在完全湍流（阻力平方区）时，粗糙管的摩擦系数λ数值（）。A）与光滑管一样B）只取决于ReC）只取决于相对粗糙度D）与粗糙度无关3、某液体在内径d1的管路中稳定流动，其平均流速为u1，当它以相同的体积流量通过某内径为d2（d2=d1/2）的管子时流速将变为原来的（）倍;湍流时（完全湍流区）∆Pf为原来的（）倍，层流时∆Pf为原来的（）倍。（管长不变）A）4B）16C）32D）8用一离心泵将敞口贮槽中20℃的水送往一个密闭容器中，容器内保持10kPa（表压）压强，贮槽液面与容器入口之间的垂直距离40m，管路为φ83×4mm钢管，总长45m（包括所有局部阻力的当量长度），摩擦系数λ＝0.028。管路上装有孔径d0=30mm孔板流量计，测得连接孔板的指示液为汞的U形压力计读数R＝0.32m、孔流系数C0＝0.61。求：1）此管路中水的流速，流量;2）泵的压头;3）有效功率;4）若泵效率为65％，求泵的轴功率。解：1）qv=αA0[2gR（ρi-ρ）/ρ]1/2=0.61×0.785×0.032×[2×9.81×0.32×（13600－1000）/1000]=3.83×10－3m3/su=qv/（0.785d2）＝3.83×10－3/（0.785×0.0752）=0.86m/s2）在贮槽液面与容器入口两截面间列柏努利方程He＝(z2-z1)+(P2-P1)/ρg+(u22-u12)/2g+∑Hf式中P1=0（表压），P2=10kPa，Z2－Z1＝40m，u1=u2=0∑Hf=λ×（l＋le）/d×u2/2g=0.028×45/0.075×0.862/（2×9.81）＝0.63mHe＝10×103/（103×9.81）+40+0.63=41.65m3）Pe=qvHeρg=3.83×10-3×41.65×103×9.81=1565w4）Pa=Pe/η=1565/65%=2408w已知管内径为d=50mm，在阀门全开时输送系统的∑（l+le）=60m，摩擦系数λ＝0.03，泵的性能曲线在流量为6m3/h至15m3/h范围内可用下式描述：H＝18.92－0.82qv0.8，此处H为泵的扬程m，qv为泵的流量，问：如要求流量为10m3/h，单位质量的水所需外加功为多少？单位重量的水所需外加功为多少？此泵能否完成任务？如要求输送量减至8m3/h（通过关小阀门达到），泵的轴功率减少百分之多少？（设泵的效率不变）。解：1）在1-2截面间列柏努利方程，以1为基准He＝(z2-z1)+(P2-P1)/ρg+(u22-u12)/2g+∑Hf式中P1=P2=0（表压），z1=0，z2=10m，u1=u2=0∑Hf=λ×（l＋le）/d×u2/2g＝0.03×50/0.05×［10/（3600×0.785×0.052）］2/（2×9.81）=3.06mHe=10+3.06=13.06mW＝gHe=9.81×13.06=128.1J/kgH=18.92-0.82qv0.8=18.92-0.82×100.8=13.75m>He2）（Pa-Pa΄）/Pa＝（qvHρg/η-qv΄H΄ρg/η）/qvHρg/η=（qvH-qv΄H΄）/qvH＝［10×13.75-8×（18.92－0.82×80.8）］/（10×13.75）＝15.1％一、填空1、离心泵为了避免（）现象，启动前需（）被输送的液体，因而离心泵不具有（）能力。为了避免发生（）现象，需限制（）高度。2、离心泵的主要构件（）、（）。叶轮的形式有（）、（）、（）三种。3、离心泵的比例定律（）、（）、（）。4、离心泵的设计点是指（）。而离心泵的工作点则是指（）。5、往复泵的正位移特性是指（）。6、离心泵的主要性能参数指（）、（）、（）、（）。7、离心泵的特性曲线指（）、（）、（），它是在恒定转速下测定的。启动离心泵时必须关闭（），目的是使离心泵的（）最小，以免烧坏电机。8、离心泵的扬程与密度无关，而轴功率与密度成正比。密度增大，流量、扬程、效率不变，轴功率增大。黏度增大，流量、扬程、效率下降，轴功率增大。9、往复泵具有自吸能力，往复泵为正位移泵。10、安装高度Hg允许=（P0-PV）/ρg-∆h-ΣHf二、选择1、某同学进行离心泵特性曲线测定实验，启动泵后，出水管不出水，泵进口处真空计指示真空度很高，他对故障原因作出了正确判断，排除了故障，你认为以下可能的原因中，哪一个是真正的原因（）。A）水温太高B）真空计坏了C）吸入管路堵塞D）排出管路堵塞2、离心泵漏入大量空气后将发生（）。A）汽化现象B）气缚现象C）汽蚀现象D）气浮现象3、以下物理量不属于离心泵的性能参数（）。A）扬程B）效率C）轴功率D）有效功率4、离心泵的调节阀开大时，则（）A）吸入管路的阻力损失不变B）泵出口的压力减小C）泵入口处真空度减小D）泵工作点的扬程升高5、离心泵铭牌上标明的是泵在（）时的主要性能参数。A）流量最大B）压头最大C）效率最高D）轴功率最小6、离心泵产生汽蚀的原因可能是（）。A）启动前没有充液B）安装高度过高C）底阀堵塞D）叶轮直径太小7、由阀门全开的条件算出在要求流量为Q时所需扬程为He，在离心泵的性能曲线上查得与Q对应的扬程为H，H>He，在流量为Q时泵的效率为η，则泵的轴功率为（）。A）QHeρg/1000ηkwB）QHρg/1000ηkwC）QHeρ/102ηkwD）QHρg/102ηkw三、简述简述离心泵的气缚和汽蚀现象，往复泵有无气缚和汽蚀现象，为什么？四、计算题用泵将贮槽中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器内，贮槽内液面维持恒定，其上方压强101.33×103Pa。蒸发器上部的蒸发室内操作压强为200mmHg（真空度）。蒸发器进料口高于贮槽内的液面15m，输送管道的直径为ø68×4mm，送料量为20m3/h，溶液流经全部管道的能量损失为120J/kg，求泵的有效功率。若效率为65%，则轴功率为多少？解：在贮槽液面1-1与管路出口内侧2-2两截面间列柏努力方程gz1+u12/2+P1/ρ＋W=gz2+u22/2+P2/ρ+∑hf式中Z1=0,Z2=15m,P1=0(表压),P2=-(200/760)×101.33×103=-26670Pa(表压)，u1=0,u2=20/(3600×0.785×0.062)=1.97m/s∑hf=120J/kgW=g∆z+u22/2+(P2-P1)/ρ+∑hf=9.81×15+1.972/2-26670/1200+120=246.9J/kgPe=qvHeρg=qvρW=(20/3600)×1200×246.9=1647w1、当颗粒与流体作相对运动时，层流的范围是（

），此时的沉降速度ut=（）。2、若降尘室的高度增加，则沉降时间（），气流速度（），生产能力（）。3、离心沉降时，旋转半径R＝0.4m，切向速度ui=20m/s，则离心分离因数Kc=（）。4、降尘室的生产能力只与降尘室的（）有关，而与（）无关。5、颗粒的球形度ψ＝（），比表面积a＝（）。6、除去液体中混杂的固体颗粒，在化工生产中可以采用（）、（）、（）。7、旋风分离器性能的好坏，主要以（）来衡量。（）愈小，说明其分离性能愈好。二、选择题1、沉降室的生产能力取决于（）。A、沉降室的高度B、沉降室的底面积C、含尘气体速度D、能100％除去的最小颗粒的沉降速度2、在长为Lm，高为Hm的降尘室中，颗粒的沉降速度为utm/s，气体通过降尘室的水平流速为um/s，则颗粒能在降尘室内分离的条件是：（）A、L/u<H/utB、L/ut<H/uC、L/ut≥H/uD、L/u≥H/ut3、设降尘室的长、宽、高分别为L、b、H（单位均为m），颗粒的沉降速度为utm/s，气体的体积流量为qv，则颗粒能在降尘室分离的条件是：A、H/ut≥LbH/qvB、H/ut≤LbH/qvC、L/ut≤HbH/qvD、L/ut≥HbH/qv

一、填空1、过滤的两种方式是：（）和（），自来水处理采用的是：（）。2、实现过滤操作的推动力可以是（）、（）或（）。二、选择题1、过滤推动力一般是指（）。A、过滤介质两边的压差B、过滤介质与滤饼构成的过滤层两边的压差C、滤饼两边的压差D、液体进出过滤机的压差2、推导过滤基本方程式时一个最基本的依据是：（）。A、固体颗粒的沉降速度B、滤饼的可压缩性C、流体的层流流动D、过滤介质的比阻3、板框压滤机中，最终的过滤速率是洗涤速率的（）。A、一倍B、一半C、四倍D、四分之一4、在板框压滤机中，如滤饼不可以压缩，介质阻力不计，当过滤压差增加一倍时，其过滤速度为原来的（）。如滤液粘度增加一倍，压差不变，过滤速度为原来的（）。A、21/2倍B、1/2倍C、2倍D、1/21/2倍三、计算题1、用板框压滤机在恒压下处理某种悬浮液，滤框边长0.65m，厚0.05m，共10个框，已测得操作条件下有关参数为：K＝6×10－5m2/s，qe=0.01m3/m2，获得1m3滤液的滤饼体积为0.1m3。求：滤框完全充满需多少时间，可得多少滤液？解：ν＝0.1/1=0.1m3滤饼/m3滤液滤饼体积VC＝0.652×0.05×10=0.211m3滤液体积V＝0.211/0.1=2.11m3过滤面积A＝0.652×2×10=8.45m2由恒压过滤方程：V2＋2VeV=KA2t2.112+2×0.01×8.45×2.11=6×10-5×8.452×t解得t=1122s实验室中在与生产条件相同的压差下对某种颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验，测得qe=0.01m3/m2，K＝1.579×10-4m2/s。悬浮液中，固相质量分率为0.07，固相密度为2000kg/m3，滤饼不可压缩，其含水量为30％（质量分数）。今选用一台直径1.5m，长10m的转筒真空过滤机处理此种料浆，所用滤布与实验相同，转筒浸没角为120º，转速为0.5转/分，操作真空度为8.0×104Pa，试求：1）该过滤机的生产能力（以每小时获滤液体积计）;2）滤饼厚度。解：1）过滤面积A＝πDL＝3.14×1.5×10＝47.1m2浸没度φ＝120/360＝0.3333q=(Kφ/n+qe2)1/2-qe=

[1.579×10-4×0.3333/(1/120)+0.012]1/2-0.01=0.07m3/m2生产能力Q=nqA=1/120×0.07×47.1=0.0275m3/s=99m3/h2）C＝1/（1-0.3）＝1.429kg湿滤渣/kg干渣C/ρC=1/ρP+(C-1)/ρ1.429/ρC=1/2000+(1.429-1)/1000ρC=1538kg/m3ν＝Xρ/(1-CX)×C/ρC=0.07×1000/(1-1.429×0.07)×1.429/1538=0.0722m