化工原理课件

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第三章颗粒与流体之间相对运动3.0概述3.0.1均相物系和非均相物系

均相物系：物系内部各处物料性质均匀而不存在相界面混合物系。溶液以及多种气体混合物都是均相物系，它们分离办法将在背面章节讨论。非均相物系：物系内部有显著相界面存在而界面两侧物料性质不一样混合物系。第1页2023年10月10日2/1493.0.2非均相物系分类

1.按状态分液态非均相物系：固、液、气分散在液相中。分：悬浮液(液固物系)：指液体中具有一部分固体颗粒乳浊液(液液物系)：指一种液体分散在与其不互溶另一种液体中泡沫液(液气物系)：指液体中具有气泡物系气态非均相物系：固、液分散在气相中。分：含尘气体(气固物系)：指气体中具有固体颗粒含雾气体(气液物系)：指气体中具有少许液滴

2.按颗粒大小分粗悬浮系统：d>100μm悬浮系统：0.1μm>d>100μm胶体系统：d<0.1μm第2页2023年10月10日3/1493.0.3连续相与分散相分散相(分散物质)：处于分散状态物质连续相(分散介质)：包围着分散物质而处于连续状态物质由于非均相物系中连续相与分散相之间具有不一样物理性质(如密度、粒子大小与另一相分子尺寸等)，受到外力作用时运动状态就不一样，因而可应用机械办法将它们分开。要实现这种分离，其办法是使分散物质与分散介质之间发生相对运动，因此非均相物系分离操作也遵循流体流动基本规律。本章主要讨论液固非均相物系和气固非均相物系分离所根据基本原理和设备，即颗粒相对于流体而运动沉降操作和流体相对于固粒而运动过滤操作。第3页2023年10月10日4/1493.0.4非均相物系分离目标

1回收有用物质如从气流干燥器排出尾气中回收带出固体颗粒作为产品，或者从某些排泥中回收带走液体等。2净化物料如除去浑液中固相杂质而使其成为清液，或者使压缩后气体中油滴分离而净化气体等。3环境保护需要象烟道气排放、废液排放都要求其含固量达成一定标准，以避免对大气、河海等环境污染。

第4页2023年10月10日5/1493.0.5非均相物系分离办法1.沉降：根据重力、离心力、惯性力，使分散相与连续相分离。据力不一样分：重力沉降离心沉降2.过滤：借助压力或离心力使混合物通过某介质(固体)，使液相与固相截留于介质两侧而达成分离目标。主要用于分离液态非均相物系。3.气体湿法净制：让含尘气体通过水或其他液体中，使颗粒溶于液体中或润湿颗粒，而使颗粒粘在一起，通过重力沉降分离。4.电子除尘：使具有悬浮尘粒或雾滴气体通过金属电极间高压直流静电场，气体电离产生离子附着于悬浮尘粒或雾滴上而使之荷电。荷电尘粒、雾滴在电场力作用下至电极后发生中和而恢复中性从而达成分离。第5页2023年10月10日6/1493.1

颗粒及颗粒床层特性

3.1.1颗粒特性(单颗粒几何特性参数)固体颗粒由于其形成办法和条件不一样，致使它们具有不一样几何形状和尺寸，在工程计算中，常需要懂得颗粒几何特性参数：即大小(尺寸)、形状和表面积(或比表面积)等。3.1.1.1特性尺寸1.球形颗粒：常用直径d作为特性长度，其体积、表面积和比表面积为：式中：a——单位体积颗粒所具有表面积，m2/m3。对一定直径颗粒，比表面积一定；颗粒直径愈小，比表面积愈大，因此能够根据比表面积大小，来表达颗粒大小，尤其是微小颗粒。

第6页2023年10月10日7/1492.非球形颗粒：常用颗粒当量直径和球形度表达其特性。

(1)体积当量直径de：与实际颗粒体积Vp相等球形颗粒直径定义为非球形颗粒当量直径。即：

(2)表面积当量直径ds：表面积等于实际颗粒表面积Sp球形颗粒直径定义为非球形颗粒表面积当量直径。即：

(3)比表面积当量直径da:比表面积等于实际颗料比表面积ap球形颗粒直径定义为非球形颗粒比表面积当量直径。即：工程上常用de。

第7页2023年10月10日8/149(4)形状系数亦称球形度，用于表征颗粒形状与球形差异程度。定义：体积与实际颗粒相等时球形颗粒表面积与实际颗粒表面积之比，即：〖说明〗由于体积相同步，球形颗粒表面积最小，故非球形颗粒

s<1,并且颗粒与球形差异愈大，其

s值愈小。

对非球形颗粒必须有两个参数才能确定其几何特性，一般选用de和

s来表征。

第8页2023年10月10日9/1493.颗粒群特性工业中遇到颗粒大多是由大小和形状不一样若干颗粒组成集合体，称为颗粒群。但一般以为它们形状一致，而只考虑其大小分布，这样就提出了其粒度分布及其平均直径问题。(1).粒度分布按颗粒尺寸对颗粒群进行排列划分成果称为粒度分布。根据颗粒大小范围不一样，采取不一样办法测量颗粒群粒度分布，对工业上常见尺寸大于40μm颗粒群，一般采取标准筛进行测量，称为筛分。a.筛分：标准筛由一系列筛孔大小不一样筛组成，筛筛网由金属丝网制成，筛孔呈正方形。一套标准筛各个筛网孔大小按标准要求制成，通用是泰勒(Tyler)标准筛系列。第9页2023年10月10日10/149它各个筛用其筛网上每英寸长度上孔数作为筛号，也称为目，且每个筛筛网金属丝直径也有要求，因此一定目数筛孔尺寸一定。如100号筛，1英寸长有筛孔100个，它筛网金属丝直径要求为0.0042in，故筛孔净宽度为：(1/100-0.0042)=0.0058in=0.147mm，因而筛号愈大，筛孔愈小，相邻筛号筛孔尺寸之比为20.5(即筛孔面积按2倍数递增)。筛分时，将一系列筛按筛号大小次序由下到上叠起来，最底为一无孔底盘。把要筛分颗粒群放在最上面筛中，然后将整叠筛均衡摇动(振动)，小颗粒通过各筛依次下落。对每一筛，尺寸不大于筛孔颗粒通过而下落，称为筛下产品；尺寸大于筛孔颗粒留在筛上，称为筛上产品。振动一定期间后，称量每个筛上筛余物，得到筛分分析基本数据。

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b.粒度分布表达法：筛分得到各筛网上筛余物颗粒尺寸，应在上层筛孔尺寸和该层筛孔尺寸范围之内，一般定义第i层筛网上颗粒筛分尺寸dpi为：dpi=(di-1+di)/2式中：di-1——第i-1层筛网筛孔尺寸，mm;di——第i层筛网筛孔尺寸，mm。根据其筛分尺寸dpi和对应筛余物质量分率

可得到颗粒群粒度分布，分别以表格，图示或分布函数曲线表达之。

xi－di粒径段内质量分率wi－di粒径段内颗粒质量第11页2023年10月10日12/149(2).平均粒径

颗粒平均粒径有不一样表达办法，常以比表面积等于颗粒群比表面积颗粒直径定义为颗粒群平均直粒dm。对于球形颗粒，1kg密度为ρs颗粒，其中粒径为di颗粒质量分数为xi，则该颗粒群表面积为：

若颗粒群平均直径为dm，则

第12页2023年10月10日13/1493.粒子密度

单位体积内粒子质量称为密度，kg/m3。若粒子体积不包括颗粒之间空隙，称为粒子真密度，以ρs表达。若粒子体积包括颗粒之间空隙，称为粒子堆积密度或表观密度，以ρb表达。第13页2023年10月10日14/1493.1.2颗粒床层特性

由颗粒堆积而成颗粒层称为颗粒床层，颗粒床层具有下列特性。3.1.2.1.床层空隙率ε床层堆积疏密程度用空隙率表达，指单位体积床层所具有空隙体积(m3/m3)。即：ε=(床层体积-颗粒体积)/床层体积

ε大小与颗粒大小、形状、粒度分布、填充方式等有关，其值由试验测定。[说明]非球形颗粒球形度愈小，床层空隙率愈大；大小愈不均匀颗粒，空隙率愈小；颗粒愈光滑，空隙率愈小；愈接近壁面，空隙率愈大。第14页2023年10月10日15/1493.1.2.2.床层比表面积ab单位体积床层所具有颗粒表面积称为床层比表面积，若忽视因颗粒互相接触而减少裸露面积，则：

ab=(1-ε)a

3.1.2.3.床层各向同性在工业上小颗粒床层采取乱堆方式堆成，这时颗粒定位是随机，因此堆成床层可以为是各向同性(意指从各个方向看，颗粒堆积情况都是相同)。各向同性床层主要特点是：床层横截面上可供流体通过自由截面(即空隙截面)与床层截面之比在数值上等于空隙率。在近壁处，由于壁面形状影响，造成颗粒分布与床层中间不一样，称为壁效应，这时体现为各向不一样性，它造成流体通过时出现沟流等现象。

第15页2023年10月10日16/1493.2

沉降分离原理及办法沉降是指在某种力作用下，固粒相对于流体产生定向运动而实现分离操作过程。其根据是利用两相间密度差异，受力时其运动速度不一样从而发生相对运动。进行沉降操作作用力能够是重力，也能够是惯性离心力，故沉降分为重力沉降和离心沉降。衡量沉降进行快慢程度一般用沉降速度来表达。3.2.1重力沉降依靠重力而进行沉降过程。

3.2.1.1球形颗粒自由沉降速度

自由沉降：发生在稀疏颗粒流体中干扰沉降：多发生在液态非均相物系中，沉降速度低。下列讨论自由沉降过程。第16页2023年10月10日17/149

浮力Fb阻力Fd重力Fg1受力情况：(3)阻力

颗粒与流体相对运动表皮阻力与形体阻力微元面所受力在垂直于流动方向上分量沿颗粒表面积分

绕流，形成边界层第17页2023年10月10日18/149第18页2023年10月10日19/149相对大小~运动速度流体~固体作用力——沉降与绕流并无本质区分，2．沉降速度与阻力系数

（1）重力沉降速度u0

重力-浮力-阻力=颗粒质量×加速度

根据牛顿第二运动定律：第19页2023年10月10日20/149

Fg-Fb-Fd=ma即：

颗粒沉降过程分为两个阶段：加速阶段：u=0,Fd=0,a=amaxu↑，Fd↑，a↓等速阶段：u=ut时，Fd=Fg-Fb，a=0第20页2023年10月10日21/149

等速阶段里颗粒相对于流体运动速度ut称为“沉降速度”。沉降速度就是加速阶段终了时颗粒相对于流体速度，因此亦称“终端速度”。由于工业上沉降操作所处理颗粒往往甚小，因而在重力沉降过程中，加速阶段经常可忽视不计。等速阶段：a=0时，u=ut--------重力沉降速度基本方程式。

第21页2023年10月10日22/149（3公式成立假定条件—其他原因对ut影响①颗粒为球形；

②颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰

③容器壁对沉降阻滞作用能够忽视④颗粒直径不能小到受流体分子运动影响因次分析

3.2.1.2阻力系数ζ第22页2023年10月10日23/1493.2.1.2阻力系数ζ用前式计算沉降速度时，需先确定阻力系数ζ值。通过因次分析，ζ是颗粒形状、颗粒与流体相对运动雷诺数Ret=dutρ/μ函数，由试验测得综合成果在下列图中示出。对于球形颗粒曲线，从图可看出，按Ret值大体分为三个区，各区内曲线所对应ζ可分别用对应数学关系式表达。

1.滞流区(斯托克斯定律区)10-4<Ret<12.过渡区(艾伦定律区)1<Ret<1033.湍流区(牛顿定律区)103<Ret<2×105第23页2023年10月10日24/149①层流区(Stokes区)

—Stokes公式—能够从理论上推导出—能够近似用到Ret=2表皮阻力占主导地位不发生边界层分离第24页2023年10月10日25/149②过渡区(Allen区)

开始发生边界层分离颗粒后部形成旋涡——尾流尾流区压强低形体阻力增大第25页2023年10月10日26/149③湍流区(牛顿区)

形体阻力占主导地位，表皮阻力能够忽视阻力

u2阻力系数与Ret无关第26页2023年10月10日27/149④Ret>2105阻力系数骤然下降层流边界层湍流边界层分离点后移，尾流区收缩，形体阻力突然下降近似取

=0.1第27页2023年10月10日28/1493.2.1.3影响沉降速度原因1.颗粒直径影响由式Stokes公式、Allen公式、Newton公式可看出，颗粒直径对沉降速度有显著影响，但在不一样区域，其影响不一样：滞流区，ut∝d2；过渡区ut∝d1.143；湍流区ut∝d0.5。即伴随Ret增加，其影响削弱，在生产中对小颗粒沉降采取添加絮凝剂来加速沉降。

第28页2023年10月10日29/1493.2.1.3影响沉降速度原因2.粘度影响在滞流区，阻力主要来自于流体粘性引发表面摩擦力；在湍流区，流体粘性对沉降速度已无影响，此时由流体在颗粒尾部出现边界层分离所引发形体阻力占主导作用。在过渡区，摩擦阻力和形体阻力都不可忽视。因沉降多在滞流区进行，故减少粘度对操作有利，对悬浮液沉降过程应设法提升温度，而对含尘气体沉降应减少气体温度。

第29页2023年10月10日30/1493.干扰沉降影响

当颗粒体积浓度较高时，由于颗粒间互相作用，颗粒沉降彼此影响称为干扰沉降(在悬浮液中干扰沉降称为沉聚过程)。干扰沉降中颗粒周围流体速度梯度受到邻近粒子影响，使其所受阻力发生变化；颗粒沉降产生对流体置换作用将引发流体向上流动，使其绝对沉降速度减小；由于流体中具有颗粒使其有效密度和粘度增加而使沉降速度减少。总成果是使颗粒沉降速度减小，一般设计时应通过试验测定其表观沉降速度u0(表达清液层相对器壁移动速度)作为计算根据。

第30页2023年10月10日31/1494.器壁效应影响容器壁面和底面均增加颗粒沉降时阻力，使实际沉降速度减少。当容器直径D远远大于颗粒直径d(D/d>100)时，器壁影响可忽视。不然需考虑，在层流区器壁对沉降速度影响可表达为：

式中：ut′——颗粒实际沉降速度，m/s。5.颗粒形状影响颗粒在流体中沉降时，所受到阻力除与运动Ret有关外，还与其形状有关。在体积相同步因圆球表面积最小，故圆球下沉时受到阻力最小。一般φs愈小，受到阻力愈大，详细影响见阻力系数图。

第31页2023年10月10日32/1493.2.1.4球形颗粒沉降速度计算1.事前能够确认流动区域，直接用对应公式

2.试差法流动区域不能确定，采取试差法若ut未知→Ret未知→ζ未知→无法选择计算公式→无法计算ut，此时可采取试差法。计算步骤：假设某种流型用对应公式计算出ut校核Ret第32页2023年10月10日33/149假定流动处于层流区，Stokes

ut

Ret(？<1)，yes结束no换用对应区域公式utRet

判断，修正第33页2023年10月10日34/1493.无量纲数群鉴别法(1)已知d求ut第34页2023年10月10日35/149计算步骤：第35页2023年10月10日36/149(2)已知ut求d第36页2023年10月10日37/149计算步骤：第37页2023年10月10日38/1493.摩擦数群法(1)已知d求ut第38页2023年10月10日39/149计算步骤：第39页2023年10月10日40/149(2)已知ut求d第40页2023年10月10日41/149计算步骤：第41页2023年10月10日42/149例题3-1直径为80μm，密度为3000kg/m3固体颗粒在25℃水中自由沉降，试计算其沉降速度。解：法一：试差法。假设颗粒在层流区沉降。查P494附录六，得25℃水密度为996.9kg/m3，粘度为0.8973×10-3Pa.s。则第42页2023年10月10日43/149法二：无量纲数群判断法第43页2023年10月10日44/149法三：摩擦数群法第44页2023年10月10日45/1493.2.1.4非球形颗粒自由沉降速度非球形颗粒在自由沉降时：当量直径：πde3/6=Vp→de=1.24(Vp)1/3用de替代Ret中d计算ut，办法同球形颗粒计算〖说明〗对非规则形状颗粒，当量直径计算利用密度

de=1.24(ms/ρs)1/3第45页2023年10月10日46/1493.2.1.5重力沉降设备重力沉降是最简单沉降分离办法，它既可用于分离气固非均相物系，也可用于分离液固非均相物系；既可用于将混合物系中颗粒与流体分开，也可用来使不一样大小或密度不一样颗粒分开。根据重力沉降原理进行操作装置称为重力沉降设备。1.降尘室利用重力沉降从气流中分离出尘粒设备称为降尘室，常见如图所示。

操作原理：含尘气体进入降尘室后，因流动截面积扩大而使颗粒与气体间产生相对运动，颗粒向室底作沉降运动。只要在气流通过降尘室时间内颗粒能够降至室底，尘粒便可从气流中分离出来。

第46页2023年10月10日47/149第47页2023年10月10日48/149utu颗粒降至室底所需时间为θt：当θ≥θt时，尘粒便从气流中分离出来，即有：H/ut≤lbH/VS

VS≤ut·lb降尘室一般为矩形方体设备，其长、宽和高分别用l、b、H表达，两端分别为含尘气体进口和净化气出口，气体流量为Vs,m3/s。设气体通过降尘室时间为θ：第48页2023年10月10日49/149VS≤ut·lb可见，从理论上讲降尘室生产能力只与其沉降截面积bl及颗粒沉降速度ut有关，而与其高度H无关。故可将降尘室做成多层，室内均匀设置若干水平隔板(间距为40～100mm)，组成多层降尘室。

多层降尘室生产能力(n层水平隔板)：VS≤(n+1)ut·lb第49页2023年10月10日50/149〖说明〗沉降速度ut应按需要分离下来最小颗粒计算；气流速度u不应太高，以免干扰颗粒沉降或把已经沉降下来颗粒重新卷起。为此，应确保气体流动雷诺准数处于滞流范围之内；降尘室构造简单，流动阻力小，但体积庞大，分离效率低，一般仅适用于分离直径大于50μm颗粒，用于过程预除尘。多层降尘室虽能分离细小颗粒，并节省地面，但出灰麻烦。

第50页2023年10月10日51/149降尘室计算举例例3-1拟采取降尘室回收常压炉气中所含固体颗粒，降尘室底面积为10m2，宽和高均为2m，炉气处理量为4m3/s。操作条件下气体密度为0.75kg/m3，粘度2.6×10-5Pa·s,固体密度为3000kg/m3。求(1)理论上能完全捕集下来最小粒径；(2)粒径为40μm颗粒回收百分率；(3)若完全回收直径为15μm尘粒，对降尘室应作如何改善?解：(1)能完全分离出最小颗粒沉降速度ut=VS/bl=4/10=0.4m/s

故沉降属于滞流区，因而能除去最小颗粒直径为：第51页2023年10月10日52/149(2)直径为40μm颗粒必在滞流区沉降，其沉降速度ut′：因气体通过降尘室时间为：θ=lb·H/VS=10×2/4=5s故理论上直径40μm颗粒在此时间内沉降高度H′=utθ=0.1006×5=0.503m设降尘室入口炉气均布，在降尘室入口端处于顶部及其附近d=40μm尘粒，因其ut<0.4m/s，它们随气体达到出口时还没有沉究竟而随气体带出，而入口端处于距室底0.503m下列40μm尘粒均能除去，因此40μm尘粒除尘效率：η=H′/H=0.503/2=25.15%

第52页2023年10月10日53/149(3)要完全回收直径为15μm颗粒，则可在降尘室内设置水平隔板，使之变为多层降尘室。降尘室内隔板层数n及板间距h计算为：取n=28,则隔板间距h=H/(n+1)=2/29=0.069m因而在原降尘室内设置28层隔板理论上可所有回收直径为15μm颗粒。

第53页2023年10月10日54/1492.沉降槽

利用重力沉降从悬浮液中分离固相设备称为沉降槽，它可从悬浮液中分出清液而得到稠厚沉渣，又称为增稠器。按操作方式分为间歇式和连续式，一般化工生产中均采取连续沉降槽。(1)连续沉降槽构造与操作连续沉降槽是底部略成锥状大直径浅槽，如图。悬浮液经中央进料管送到液面下列0.3～1.0m处，分散到槽整个横截面上。因截面积扩大颗粒下沉，清液向上流动，经由槽顶四周设置溢流堰排出，沉到槽底沉渣由缓缓转动耙拨向底部中心排渣口排出。连续沉降槽操作属于稳定操作状态，上部为清液区，下部为增稠区，增稠区内颗粒浓度自上而下逐渐增高，并且各部位区内粒子浓度、沉降速度等不随时间而变化。第54页2023年10月10日55/149(2)特性连续沉降槽直径大，大者可达百米以上，高度为2～4米。为节省占地面积，有时将数个沉降槽叠在一起组成多层沉降槽，共用一根共同轴带动各槽耙。耙转速很低，一般在0.1～1rpm之内，以防将已沉积固粒重新搅起。连续沉降槽适于处理量大而颗粒浓度不高悬浮液，对于颗粒细微料浆，常需加入高分子量絮凝剂，使细粒之间发生凝聚而促进沉降作用，以提升其生产能力和得到符合要求清液，其底部排出沉渣还具有约50%液体。第55页2023年10月10日56/1493.2.2

离心沉降

依靠惯性离心力作用而进行沉降过程称为离心沉降。对于两相密度差较小，颗粒粒度较细非均相物系，用重力沉降很难进行分离甚至完全不能分离时，改用离心沉降则可大大提升沉降速度，且可缩小设备尺寸。离心沉降是利用沉降设备使流体和颗粒一起作旋转运动，在离心力作用下，由于颗粒密度大于流体密度，将使颗粒沿径向与流体产生相对运动，从而实现分离。在高速旋转过程中，颗粒受到离心力比重力大得多，且可根据需要进行调整，因而其分离效果好于重力沉降。

第56页2023年10月10日57/1493.2.2.1离心沉降速度

流体作圆周运动时，使其方向不停变化力称为向心力。而颗粒惯性却促使它脱离圆周轨道而沿切线方向飞出，这种惯性力称为离心力。当颗粒在距中心R处旋转时，其切向速度uT，径向速度ur

。受力分析：FFCFduTurR在稳定运动中，作用力与阻力达成平衡，颗粒与流体相对运动速度ur达成恒定，即：

离心沉降速度第57页2023年10月10日58/149〖说明〗ut是常量，ur随uT和R变化，是变量。2.离心沉降所处理非均相物系中固粒直径一般很小，沉降一般在滞流区进行，故其沉降速度可表达为：

3.分离因数：同一颗粒在同种介质中离心沉降速度与重力沉降速度比值，以Kc表达：

Kc值一般在102～105之间，其大小反应了离心沉降设备效能为重力沉降设备倍数，是离心分离设备性能一项主要指标。

第58页2023年10月10日59/1493.2.2.2旋风分离器构造与操作原理构造：进气管、上筒体、下锥体和中央升气管等

颗粒在随气流旋转过程中，受到离心力大，故逐渐向筒壁运动，达到筒壁后沿壁面落下，自锥体排出进入灰斗。净化后气流在中心轴附近范围内由下而上做旋转运动，最后经顶部排气管排出。

一般，将下行螺旋形气流称为外旋流，上行螺旋形气流称为内旋流。内、外旋流旋转方向相同。外旋流上部是主要除尘区。操作原理：含尘气体由进气管进入旋风分离器后，沿圆筒切线方向，自上而下作圆周运动。第59页2023年10月10日60/149主要构造参数为筒体直径D，其他尺寸以D为标准，如图示。〖特点〗：构造简单，造价低廉，无运动部件，操作范围广，可用多种材料制造，是化工、轻工、冶金等部门常用分离和除尘设备。〖说明〗旋风分离器一般用来除去气流中粒径5μm以上尘粒，对颗粒含量高于200g/m3气体，由于颗粒聚集作用，它甚至能除去3μm下列颗粒。对直径在200μm以上颗粒最佳先用重力沉降法除去，以减小对器壁磨损；对于直径5μm下列颗粒，除尘效率很低，需采取袋滤器或湿法捕集。

第60页2023年10月10日61/1493.2.2.3旋风分离器性能

(1)含尘气体处理量：旋风分离器处理量除与其进口宽度B和高度h有关外，主要由进口气速ui来确定，气速过高过低均对分离效率不利，一般在15～25m/s之间，故：VS=uiBh(2)临界直径dC：指理论上能够完全分离出来最小颗粒直径，为判断旋风分离器分离效率高低主要根据之一。假设：①气体在旋风分离器中有规则地旋转Ne圈，旋转平均半径为Rm，切向速度恒等于进口气速，即uT=ui=VS/(hB)；②颗粒向器壁运动时，穿过厚度为进气口宽度B流体层；③颗粒与流体相对运动为滞流，且ρs>>ρ。即：

第61页2023年10月10日62/149临界粒径计算公式推导若某种尺寸颗粒所需沉降时间θt恰等于气流在器内停留时间θ，该颗粒就是理论上能被完全分离下来最小颗粒。以dC代表这种颗粒直径，即临界粒径，则：第62页2023年10月10日63/149〖讨论〗D↑，B=D/4↑，dC↑，η↓故设备尺寸不能太大，当气体处理量大时，使用若干小尺寸旋风分离器并联使用，以维持较高分离效率。ui↑，dC↓，η↑说明提升进口气速可提升分离效率，但进口阻力增加，同步湍流情况增大，易带起灰尘，因此一般不采取此法。上式中只要给出合适Ne值，即可计算dC。一般情况：Ne=0.5~3.0；标准型：Ne=5.0第63页2023年10月10日64/149(3)分离效率

分离效率是衡量旋风分离器操作效果参数，可用总效率和分效率表达。

①总效率η0：

进入旋风分离器所有粉尘中被分离下来质量百分率，即：

式中：C1、C2－旋风分离器进口、出口气体中含尘浓度，g/m3。总效率是工程上最常用，也是最易于测定分离效率。其缺陷是不能表白旋风分离器对多种尺寸粒子不一样分离效果。第64页2023年10月10日65/149②分效率(粒级效率)ηi按多种粒度分别表白其被分离下来质量百分率。即：

式中：C1i、C2i－粒径为di颗粒在旋风分离器进口、出口气体中含尘浓度，g/m3。分效率表达办法：ηo～di曲线称粒级效率曲线ηpi～di/d50函数曲线第65页2023年10月10日66/149ηo～di粒级效率曲线：此曲线可通过实测旋风分离器进、出口气流中含尘浓度及粒度分布得到。设其临界直径dc为10μm。理论上：凡d>10μm颗粒，均应ηpi=100%;而

d<10μm颗粒，均为ηpi=0,即为折线所示。100100粒径d/μm粒径效率ηpi/％事实上：d<dc颗粒也有可观分离效果；d>dc颗粒也有部分未被分离下来。第66页2023年10月10日67/149d<dc颗粒有些也许已在进口处接近壁面，在停留时间内能够达到器壁；或者互相聚集而成大颗粒因而具有较大沉降速度。d>dc颗粒因受气体涡流影响而未达到壁面，或者沉降后又被气流重新卷起而带走。其原因：第67页2023年10月10日68/149③总效率与分效率间关系总效率取决于分效率和粒度分布，其计算式为：ηo=Σxiηpi

式中：xi－粒径为di颗粒质量分率。(4)压强降△p：气体通过旋风分离器时，由于进出口、旋转运动以及对器壁摩擦等产生能量损失，造成气体压强减少。仿照局部能量损失计算办法表达为：

式中：ζ－旋风分离器阻力系数。〖说明〗同一构造型式及尺寸百分比旋风分离器，ζ为常数，不因尺寸而变。标准型ζ=8一般△p=500～2023Pa，其大小为评价旋风分离器性能好坏一项主要指标。

第68页2023年10月10日69/149〖总结〗影响旋风分离器性能原因中，物系条件及操作条件是主要。颗粒密度大、粒径大、进口气速高及粉尘浓度高，都有助于分离。但气速过高，易使湍流加剧，不利于分离，且增加压强降，故进口气速在10～25m/s范围内为宜。粒径大，对器壁磨损较严重，使旋风分离器使用寿命减少，故分离粒径在5～200μm为宜。第69页2023年10月10日70/1493.2.2.4旋风分离器型式

旋风分离器分离效果和压强降与其构造型式关系较大，为提升分离效果，减少压强降，在旋风分离器构造设计中，主要改善方面为：①进气方式，为确保高速气流进入时形成比较规则旋转流，减少局部涡流或改善涡流影响而对切向进口方式进行改善；②优化主体构造与各部分尺寸百分比，根据流场与颗粒流动规律设计旋风分离器构造，采取细而长器身提升分离效率；③改善下灰口，避免将已沉集下来粉尘重新扬起。目前旋风分离器已定型化，如CLT，CLT/A，CLP/A，CLP/B，CLK型等。一般型式代号为：C—除尘器，L—离心，T—筒式，P—旁路式，K—扩散式，A、B为产品代号。其性能见书中表3-2,3-3,3-4，现列举几个常见类型。

第70页2023年10月10日71/149(1)CLT/A型

这是具有倾斜螺旋面进口旋风分离器，构造如图。气流进口管与水平面呈15°角，并带有螺旋型导向顶盖，以避免向上气流遇到顶盖时形成上部涡流，从而使部分灰尘被此气流夹带沿排气管外壁下降时，由排气管排出，其阻力系数ζ=5.0～5.5。

第71页2023年10月10日72/149(2)CLP型采取蜗壳式进气口，进气口位置低且带有旁路分离室，构造见图。可使在旋风分离器顶盖下面强烈旋转粉尘环通过旁路分离室向下运动而使细粒粉尘得到深入分离，提升了分离效率。根据旁路分离室形状不一样，分为A、B两种型式，其阻力系数ζ=4.8～5.8。

第72页2023年10月10日73/149(3)CLK型(扩散型)

筒体下部为一倒锥形，并在底部装有倒置顶部开孔漏斗形挡灰盘，其下沿与四壁底圈留有齿缝，如图。这种构造作用是避免返回气流将落下粉尘重新卷起，因而提升了除尘效率，尤其对直径10μm下列颗粒，效果更为显著，它适用于净化颗粒浓度高气体。

第73页2023年10月10日74/1493.2.2.5旋风分离器选用和计算

已知内容：气体流量Vs(m3/s)，含尘量C1(g/m3)，粉尘粒度分布，除尘要求，压强降计算内容：旋风分离器型式，直径和个数一般步骤如下：(1)根据粉尘性质，选择旋风分离器型式；(2)根据要求除尘效率和粉尘粒度分布，计算临界直径dc或分割粒径d50；(3)根据允许压强降确定气体进口速度ui；第74页2023年10月10日75/149(4)根据ui与dc(或d50)计算旋风分离器直径D；(5)根据D与ui计算每个旋风分离器处理量，确定旋风分离器台数；(6)对除尘效率与压强降进行校核。并联使用：阻力相同，风量均分串联使用：阻力均分，风量相同第75页2023年10月10日76/149旋风分离器选用示例例3-3烟气中所含粉尘粒度分布如下表：0.020.050.140.380.190.120～55～1010～1515～2020～2525～30质量分率粒径/μm0.050.030.010.0130～4040～5050～6060～70质量分率粒径/μm操作条件下气体流量为7200m3/h,密度为0.43kg/m3，粘度为3.6×10-5Pa·s,粉尘密度为2023kg/m3，采取标准型旋风分离器进行分离，要求除尘效率达成88%，压强减少于700Pa,试确定旋风分离器尺寸与台数。第76页2023年10月10日77/149解：(1)计算分割粒径d50。采取试差法，设d50＝5.4μm，由图3-10ηp～di/d50曲线查得粒级效率ηp，并计算总效率ηo,计算成果如下表：颗粒直径μm平均直径di,μm质量分率xi

di/d50

粒级效率ηpixiηpi

0～55～1010～1515～2020～2525～3030～4040～5050～6060～702.57512.517.522.527.5354555650.020.050.140.380.190.120.050.030.010.010.461.392.313.244.175.096.488.3310.1912.040.180.660.840.900.940.960.991.001.001.000.00360.03300.11760.34200.17860.11520.04950.030.010.01Σ1.000.8895第77页2023年10月10日78/149因计算总效率ηo=Σxiηpi=88.95%>88%,可见所设正确。∴d50=5.4μm(2)确定气体进口速度ui

取ζ=8

(3)计算旋风分离器直径D：第78页2023年10月10日79/149(4)计算所需旋风分离器台数n：对标准型：B=D/4=0.45/4=0.1125mh=D/2=0.225m直径为0.45m旋风分离器每台处理量为:VS′=uiBh=20.2×0.1125×0.225=0.51m3/s

取n=4，并联使用。(5)压强降校核：

因而能达成要求。

第79页2023年10月10日80/1493.2.2.6旋液分离器用于分离悬浮液。悬浮液在旋液分离器中被分为顶部溢流和底部底流两部分，由于液体密度和粘度大，颗粒沉降分离比较困难，因而一般底流中具有大量液体，溢流中往往也带有部分颗粒。旋液分离器既可用于悬浮液增稠或分级，也可用于乳浊液分离。与旋风分离器相比，旋液分离器特点是(1)形状细长，直径小，圆锥部分长，以利于颗粒分离；(2)中心经常有一种处于负压气柱，有助于提升分离效果。旋液分离器中颗粒沿壁面高速运动，磨损严重，一般采取耐磨材料制造。

第80页2023年10月10日81/1493.3

过滤分离原理及设备

3.3.1过滤操作基本概念

过滤：以某种多孔物质为介质，在外力作用下，使悬浮液中液体通过介质孔道，而使固体颗粒被截留在介质上，从而实现固、液分离单元操作。过滤操作所处理悬浮液称为滤浆或料浆所用多孔性介质称为过滤介质通过过滤介质液体称为滤液被截留下来颗粒层称为滤饼或滤渣

实现过滤操作外力有重力，压强差或惯性离心力，在化工生产中应用最多是过滤介质上、下游两侧压强差。第81页2023年10月10日82/1493.3.1.1过滤方式过滤操作分两类：1.饼层过滤：固体颗粒呈饼层状沉积于过滤介质上游一侧。适于处理固体含量较高(固体体积分率在1％以上)悬浮液。真正发挥分离作用是滤饼层，而不是过滤介质。2.深床过滤：固体颗粒沉积发生在较厚粒状过滤介质床层内部。适于处理颗粒小、含量少(固体体积分率在0.1％下列)悬浮液。真正发挥作用是过滤介质。化工中所处理悬浮液浓度往往较高。故本章只讨论饼层过滤。第82页2023年10月10日83/1493.3.1.2过滤介质作用是使清液通过，截留和支承滤饼。对其要求是：1.具有多孔性，孔道大小合适；2.具有足够机械强度和尽也许小流动阻力；3.具有对应耐腐蚀性、耐热性、抗老化性等。工业上常用过滤介质种类主要有：(1)织物介质(滤布)：由棉、毛、丝、麻等天然纤维或尼纶、聚氯乙烯纤维等合成纤维及玻璃丝、金属丝(Cu、Ni、不锈钢)等材料制成网。被截留最小颗粒直径5～65μm，应用最广；(2)粒状介质(粒状介质)：由细而硬粒状物质(砂、木碳、硅藻土、石绵、纤维球、碎石等)堆积而成。用于深床过滤(3)多孔固体介质：多孔陶瓷、多孔塑料等具有细微孔道固体材料。被截留最小颗粒直径1～3μm，适于处理含量少、颗粒小腐蚀性悬浮液或其他特殊场所。第83页2023年10月10日84/1493.3.1.3滤饼压缩性和助滤剂由悬浮液中被截留下来颗粒累积而成床层，随过滤进行而增厚，根据其变形情况分为：不可压缩滤饼：当滤饼厚度增加或压强差增大时，颗粒形状和颗粒间空隙不发生显著变化，故单位滤饼层厚度流体阻力基本恒定。可压缩滤饼：当滤饼厚度增加或过滤压强差增大时，颗粒形状和颗粒间空隙发生显著变化，单位滤饼层厚度流体阻力不停增大。滤饼压缩性用压缩性指数s衡量，其值在0～1之间。通过试验测定。S=0：不可压缩滤饼，无压缩性S=0～1：可压缩滤饼，s愈大，压缩性愈强

第84页2023年10月10日85/149助滤剂:能够变化滤饼构造，提升刚性，减少滤饼阻力固体颗粒。预涂或预混对助滤剂要求：应是能形成多孔饼层刚性颗粒具有化学稳定性和不溶于液相中过滤操作压强差范围内，具有不可压缩性常用作助滤剂物质有：硅藻土：单细胞水生植物沉积化石，通过干燥或焙烧，含85％以上SiO2珍珠岩：将一种玻璃状火山岩熔融后倾入水中，得到中空小球，再打坏而成其他：炭粉、石绵粉、纸浆粉等第85页2023年10月10日86/1493.3.2过滤基本方程式

3.3.2.1滤液通过饼层流动

特点：网络状流道空隙率ε：单位体积床层中空隙体积，m3/m3，即第86页2023年10月10日87/1493.3.2过滤基本方程式

比表面积a：单位体积颗粒所具有表面积，m2/m3当量直径de：仿照第一章非圆形管当量直径计算，写出颗粒床层当量直径：de∝rH第87页2023年10月10日88/149孔道(细管)平均长度l：床层厚度，即l=K0L取面积为1m2，厚度为1m滤饼考虑：床层体积=1×1=1m3假设细管所有流动空间等于床层空隙体积：流道容积(空隙体积)＝床层体积×ε＝1×ε＝εm3流道表面积＝颗粒表面积＝颗粒体积×比表面积＝(1-ε)am2颗粒床层一组平行细管—流体通道①细管内表面=床层颗粒所有表面②细管总体积=床层空隙体积第88页2023年10月10日89/149平均流速u第89页2023年10月10日90/149

滤液流动速度因流道细微，故流动处于层流仿Hagen-Poiseuille方程滤液通过床层第90页2023年10月10日91/1493.3.2.2过滤速度与过滤速率以滤液通过整个床层时速度为u,则有u=εu1设A1是孔道面积，A是过滤面积则

uA=u1A1

过滤速度：单位时间单位过滤面积通过滤液体积第91页2023年10月10日92/149(1)定义A—滤饼层总截面积；

—过滤时间；V—滤液体积说明u1与u关系(2)过程推进力——滤浆侧和滤液侧压差滤饼压降介质压降3.3.2.2过滤速度与过滤速率第92页2023年10月10日93/149(4)滤饼层阻力

l(L)

，如p不变，则u—瞬时速度恒压降速，恒速升压说明其中——滤饼比阻K——百分比系数，对粒状物，K=5第93页2023年10月10日94/149过滤速率:单位时间取得滤液体积第94页2023年10月10日95/1493.3.2.3滤饼阻力对不可压缩滤饼，其形状，大小不变，故ε、a为常数，则：式中：R－滤饼阻力，1/mr－滤饼比阻，1/m2过滤推进力：促成滤液流动原因，即压强差ΔpC过滤阻力：μrL滤液本身粘性，μ滤饼阻力：rL第95页2023年10月10日96/149物理意义：比阻在数值上等于粘度为1Pa·s滤液以1m/s平均速度通过厚度为1m滤饼层时所产生压强降。因此，比阻反应了颗粒形状、尺寸及床层空隙率对滤液流动影响。ε↓，a↑：床层越致密，对流体流动阻滞作用越大第96页2023年10月10日97/149例直径为0.1mm球形颗粒状物质悬浮于水中，用过滤办法给予分离。过滤时形成不可压缩滤饼，其空隙率为60％。试求滤饼比阻r；又知此悬浮液中固相所占体积分率为10％。求每平方米过滤面积上取得0.5m3滤液时滤饼阻力R。解(1)ε＝60％＝0.6第97页2023年10月10日98/149以1m2过滤面积为基准：滤液体积＝0.5m3滤饼体积＝1×Lm3滤饼中水体积＝空隙体积＝1×L×0.6m3滤浆体积＝滤液体积＋滤饼体积＝0.5＋1×Lm30.5＋1×L×0.6＝(0.5＋1×L)×(1-0.1)∴L=0.1667m∴R=rL＝1.333×1010×0.1667＝2.22×1091/m∵R=rL因此关键在于求解L。滤饼厚度可通过滤饼、滤液及滤浆进行体积衡算得到。因过滤中水密度没有变化，故：滤浆体积＝滤液体积＋滤饼体积滤浆中固体体积＝滤饼中固体体积滤浆中水体积＝滤饼中水体积＋滤液体积第98页2023年10月10日99/1493.3.2.4过滤介质阻力过滤介质阻力与其厚度和本身致密程度有关，一般为常数。仿写：由于很难划定过滤介质与滤饼间分界面，更难测定分界面处压强，因而过滤操作总是把过滤介质同滤饼联合起来考虑：

第99页2023年10月10日100/149上式表白：可用滤液通过串联滤饼与滤布总压强降表达过滤推进力，用两层阻力之和表达总阻力。式中：Le－过滤介质当量滤饼厚度，或称虚拟滤饼厚度，m在一定操作条件，以一定介质过滤一定悬浮液时，Le为定值同一介质在不一样过滤操作中，Le值不一样近似：阻力~厚度为Le一层滤饼第100页2023年10月10日101/1493.3.2.5过滤基本方程式若以υ表达滤饼体积与滤液体积之比(m3/m3)，即滤浆稠度时，则得到滤液量为V(m3)时，滤饼体积为：υV=LA∴L=υV/A同理可得：Le=υVe/A式中：Ve——过滤介质当量滤液体积，或称虚拟滤液体积，m3。

对于不可压缩性滤饼r为常数，但对于可压缩滤饼，r是压强差函数，可表达为：r=r′△Ps

式中：r′——单位压强差下滤饼比阻，1/m2;

过滤基本方程式一定操作条件，以一定介质过滤一定悬浮液时，Ve为定值同一介质在不一样过滤操作中，Ve值不一样第101页2023年10月10日102/1493.3.3恒压过滤恒压过滤是指过滤操作始终是在恒定压强差下进行，特点是随过滤进行，滤饼层不停增厚，过滤阻力逐渐增加，从而过滤速率不停下降。对于一定滤浆而言，μ、r′、υ均为常数，令：

恒压过滤，△p为常数，而s为颗粒特性常数，故再令：K=2kΔp1-s据上两式，整顿过滤基本方程式，得：第102页2023年10月10日103/149积分限：时间0～θe，体积：0～Ve积分限：时间θe～θe＋θ，体积：Ve～Ve＋V(1)+(2)得(V+Ve)2=KA2(θ＋θe)(3)以上三式称为恒压过滤方程式。表白恒压过滤时滤液体积与过滤时间关系为一抛物线。第103页2023年10月10日104/149当过滤介质阻力能够忽视不计时，ve=0,θe=0恒压过滤方程式简化为：V2=KA2θ第104页2023年10月10日105/149〖讨论〗K为物料特性及压强差所决定常数，称为滤饼常数，m2/s。θe、Ve反应过滤介质阻力大小常数，称为介质常数，s,m3；滤饼常数、介质常数统称为过滤常数以单位过滤面积为基准，即：(q+qe)2=K(θ＋θe)q2+2qeq

=Kθeqe

2=Kθ

过滤介质阻力忽视时q2=Kθ第105页2023年10月10日106/149总结：恒压过滤方程式以绝对滤液量为基准以相对滤液量为基准(V+Ve)2=KA2(θ＋θe)V2+2VeV

=KA2θe

Ve2=KA2θe(q+qe)2=K(θ＋θe)q2+2qeq

=Kθe

qe2=Kθe过滤介质阻力忽视V2=KA2θq2=Kθ第106页2023年10月10日107/149恒压过滤计算举例例3-5拟在9.81kPa恒定压强差下过滤悬浮于水中直径为0.1mm球形颗粒物质，悬浮液中固相体积分率为10%，水粘度为1×10-3Pa·s。过滤过程介质阻力不计，滤饼为不可压缩滤饼，其空隙率为60%，过滤机过滤面积为10m2，计算：(1)得到15m3滤液时需过滤时间；(2)若将过滤时间延长一倍时，可得滤液共为若干?解：

恒压过滤并且过滤介质阻力不计；其过滤方程式为V2=KA2θ，关键计算K第107页2023年10月10日108/149第108页2023年10月10日109/1493.3.4恒速过滤与先恒速后恒压过滤

3.3.4.1恒速过滤恒速过滤是指过滤操作始终是在恒定速率下进行，特点是伴随过滤进行，滤饼层不停增厚，过滤阻力不停增大，要维持过滤速率不变，必须不停增大推进力。根据过滤速度定义:

式中：uR－恒速阶段过滤速度，m/s为恒速过滤方程式，表白滤液量V与过滤时间θ成线性关系第109页2023年10月10日110/149第110页2023年10月10日111/1493.3.4.2先恒速后恒压过滤恒压过滤：V2∝θ（过滤介质阻力忽视时）恒速过滤：V∝θ，可见，在相同时间内，恒速过滤可取得更多滤液量。但由于恒速过滤时，随时间增加，过滤压强差不停增大，因此事实上没有将恒速方式进行究竟过滤操作。。

恒速过滤恒压过滤过滤时间0～θRθR～θ滤液体积0～VRVR～VVR、θR－恒速阶段终了(恒压阶段开始)瞬间滤液体积及过滤时间。第111页2023年10月10日112/149方程式推导过滤基本方程式：〖说明〗将上式各项除以(V-VR)，整顿得：表白恒压阶段过滤时间与滤液体积比(θ-θR)/(V-VR)与总滤液体积V成正比。先恒速后恒压过滤方程式第112页2023年10月10日113/1493.3.5过滤常数测定3.3.5.1恒压下K、qe、θe测定1.图解法(q+qe)2=K(θ＋θe)对过滤方程进行微分第113页2023年10月10日114/149为便于测定微分用增量替代在一定Δp下做试验，连续测定，q算出一系列及对应q

/q~q作图，直线斜率=2/K，截距=2qe/K第114页2023年10月10日115/1492.解析法用最小二乘法回归直线方程Y=mX+b，求m,b步骤：测定一系列Xi，Yi数据计算XiYi，Xi2计算∑Xi、∑Yi、∑XiYi、∑Xi2计算m，bXiYiXiYiXi201n∑第115页2023年10月10日116/149解析法求过滤常数步骤：在恒定压强差下试验，测定一系列θ～q值计算θ/q令Y=θ/q，X=q，m=1/K，b=2qe/K利用最小二乘法计算m,b计算K,qe计算θe第116页2023年10月10日117/1493.3.5.2压缩性指数s测定原理：将K=2k△p1-s

两边取对数：

lgK=(1-s)lg△p+lg(2k)对一定物料k、s为常数，故此式表白lgK与lg△p为直线关系，其斜率为(1-s)，截距为lg(2k)。因此在不一样压强差下进行恒压过滤，测得对应K值，即可根据上式通过作图法或最小二乘法求出s。第117页2023年10月10日118/1491.图解法求解步骤：在不一样压强差下进行恒压试验，测定一系列θ～q值计算不一样Δp下K值在双对数坐标系中以K~Δp做图读图得斜率m，截距b，则：s=1-m,k=b/22.解析法求解步骤在不一样压强差下进行恒压试验，测定一系列θ～q值计算不一样Δp下K值令Y=lgK,X=lgΔp，m=1-s,b=lg(2k)利用最小二乘法求解m,b计算s：s=1-m第118页2023年10月10日119/149过滤常数测定计算举例例3-6在25℃下对每升水中含25g某种颗粒悬浮液进行了三次恒压过滤试验，所得数据如下：

试验序号123压强差△p×10－5/Pa0.4631.953.39单位面积滤液量q×103/m3/m2

过滤时间θ/s11.3522.7034.0545.4056.7568.1017.341.472.0108.4152.3201.66.514.024.137.151.869.14.39.416.224.534.646.1计算：(1)各压强差下过滤常数K、qe、θe；(2)滤饼压缩性指数s。

第119页2023年10月10日120/149原题解：利用最小二乘法回归直线方程，令：Y=θ/q;X=q;m=1/K;b=2qe/K;由题给数据，对△p=0.463×105Pa下试验数据处理如下：

序号XiYiXi2XiYi

12345611.35×10-322.70×10-334.05×10-345.40×10-356.75×10-368.10×10-3

1.524×1031.824×103

2.115×103

2.388×103

2.684×103

2.960×103

1.288×10-45.153×10-411.594×10-420.612×10-432.206×10-446.376×10-4

17.341.472.0108.4152.3201.6∑238.35×10-3

13.495×103

117.229×10-4

593第120页2023年10月10日121/149第121页2023年10月10日122/149同样可求得△p=1.95×105Pa和△p=3.39×105Pa下K、qe、θe值，计算成果列表如下：

试验序号△p/PaK/m2/sqe/m3/m2

θe/s1230.463×105

1.95×105

3.39×105

3.96×10-51.15×10-41.86×10-4

2.47×10-22.62×10-22.82×10-2

15.46.04.3(2)令Y=lgK,X=lg△p,m=1-s,b=lg(2k),处理成果如下：

序号△p/PaXiYiXi2XiYi

1230.463×1051.95×1053.39×105

4.66565.29005.5302-4.4023-3.9393-3.730521.7727.9830.58-20.54-20.84-20.63∑15.4858-12.072180.33-62.01

解得：m=0.7764,b=-8.03∴s=1-m=0.2236k=exp(b)/2=1.67×10-9m4/N·s第122页2023年10月10日123/1493.3.6过滤设备3.3.6.1板框过滤机

板框过滤机为最普遍使用一种过滤机，它由许多块滤板与滤框交替排列组合而成，见图。滤板与滤框靠支耳架在一对横梁上，通过压紧装置将其压紧。

第123页2023年10月10日124/149第124页2023年10月10日125/149过滤途径：滤浆→框内→滤饼→滤布→板内→排出第125页2023年10月10日126/149第126页2023年10月10日127/149板框过滤机为间歇操作，每一操作循环由组装、过滤、洗涤、卸饼、清理五个阶段组成。板框组装完成，开始过滤，滤浆在指定压强下由滤框角上滤浆通道并行进入各个滤框，滤液分别穿过滤框两侧滤布，沿滤板面上沟槽至滤液出口排出；颗粒则被滤布截留在框内，待滤渣充满每个框后，停顿进料过滤结束。关闭进料浆阀及滤液出口阀。

第127页2023年10月10日128/149洗水途径：洗水→洗板→滤布→框（滤饼）→非洗涤板→排出第128页2023年10月10日129/149对于一种框，横截面积为A,厚度为B洗水途径为过滤终了时过滤途径两倍，洗涤面积为过滤面积二分之一。

滤液排出方式：明流：滤液经每块过滤板底部侧管直接排出暗流：各板流出滤液聚集在总管后排出第129页2023年10月10日130/149滤板和滤框材料：可用铸铁、碳钢、不锈钢、塑料等。特性：框厚度为25～50mm，框边长为320～1000mm，滤板和滤框数目可根据需要自行调整，一般为10～60块，提供过滤面积为2～80m2。操作压强一般为0.3～0.5MPa(表压)。其型号表达如下：BMS20／635-25其中：B——板框过滤机代号M——明流式(指滤液排出方式，若为A表达暗流式)S——手动压紧(若为Y，则表达液压压紧)20——过滤面积，m2(A=2×边长×边长×框数)635——框内边长，mm，(框体积Vc=框数×边长×边长×框厚)特点：构造简单，制造方便，过滤面积大，适应能力强，自动化程度高，滤饼含水量小，因而得到广泛应用。

第130页2023年10月10日131/1493.3.6.2加压叶滤机

构造：加压叶滤机是由若干不一样宽度长方形滤叶组装而成，滤叶由金属多孔板或金属网制成，内部具有空间，外部覆盖滤布，滤叶组装完成后放入密闭圆筒内，见图。

过滤：将滤浆用泵送入圆筒内，滤液穿过滤布进入滤叶中心空间，聚集至总管后排出；颗粒则沉积在滤布上形成滤饼，当积到一定厚度时停顿进料过滤结束，滤饼厚度为5～35mm，视情况而定。

第131页2023年10月10日132/149洗涤：过滤完成放尽筒内残余滤浆通入洗水，洗涤办法与过滤完全相同，称为置换洗涤法：洗涤途径与过滤终了途径相同洗涤面积与过滤终了面积相同洗涤后可用压缩空气反吹滤饼，然后打开圆筒上盖，抽出滤叶经旋转卸出滤饼，清洗后重新装入圆筒中进行下一循环操作，因此亦为间歇过滤机。特点：设备紧凑，密闭操作，过滤洗涤效果好。过滤面积小，滤布损坏更换费时。

第132页2023年10月10日133/1493.3.6.3转筒真空过滤机(连续过滤机)第133页2023年10月10日134/149第134页2023年10月10日135/149第135页2023年10月10日136/149操作：藉分派头作用，转筒旋转一周时各小室可依次进行过滤、洗涤、吸干、吹松、卸渣等项操作，而整个转筒上在任何时候都在不一样部位同步进行过滤、洗涤、吸干、卸渣操作。固定盘上三个圆弧凹槽之间留有一定距离，以防转筒上操作区域过渡时互相串通，刮刀固定在滤浆槽之上，与滤布相贴。

第136页2023年10月10日137/149特性：过滤面积一般为5～40m2，转筒浸没部分占总面积30～40%，转速可调一般在0.1～3rpm，滤饼厚度在10～40mm之间，含水量10～30%。特点：连续自动操作，节省人力，生产能力大，适用处理量大、易过滤悬浮液分离从属设备多，投资费用高，过滤面积小，推进力有限，滤浆温度不能过高，洗涤不够充足，对滤浆适应能力差，不适于伤心滤物系。

第137页2023年10月10日138/1493.3.7滤饼洗涤洗涤滤饼目标：回收残留在滤饼中滤液，或者净化组成滤饼颗粒状物料。单位时间内消耗洗水体积称为洗涤速率。洗涤时滤饼厚度不变，因而当洗涤推进力恒定期，洗涤速率为常数。

若每次过滤终了以体积为VW洗水洗涤时，则所需洗涤时间θW为：第138页2023年10月10日139/149假定:若洗涤时推进力与过滤终了时压强差相同，洗水粘度与滤液粘度相近时，则洗涤速率与过滤终了时过滤速率有关，这个关系取决与过滤设备上采取洗涤方式。洗涤速率恒定

滤饼厚度不变第139页2023年10月10日140/