化工原理第三章 机械分离课件

第三章

机械分离一、沉降速度1、球形颗粒的自由沉降2、阻力系数3、影响沉降速度的因素4、沉降速度的计算5、分级沉降二、降尘室1、降尘室的结构2、降尘室的生产能力第一节

重力沉降2023/12/10化工原理第三章机械分离混合物

均相混合物

非均相混合物

物系内部各处物料性质均一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。例如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

不互溶液体构成的乳浊液

液体颗粒和气体构成的含雾气体2023/12/10化工原理第三章机械分离非均相物系分散相

分散质

处于分散状态的物质

如：分散于流体中的固体颗粒、液滴或气泡

连续相分散介质

包围着分散相物质且处于连续状态的流体

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

分离机械分离

沉降

过滤

不同的物理性质

连续相与分散相发生相对运动的方式

分散相和连续相

2023/12/10化工原理第三章机械分离

一、重力沉降

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

1、沉降速度

1）球形颗粒的自由沉降设颗粒的密度为ρs，直径为d，流体的密度为ρ，

2023/12/10化工原理第三章机械分离重力

浮力

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：2023/12/10化工原理第三章机械分离(a)颗粒开始沉降的瞬间，速度u=0，因此阻力Fd=0，a→max

颗粒开始沉降后，u↑→Fd

↑；u→u0

时，a=0。等速阶段中颗粒相对与流体的运动速度ut

称为沉降速度。当a=0时，u=u0，代入（a）式---------沉降速度表达式2023/12/10化工原理第三章机械分离2、阻力系数通过因次分析法得知，

值是颗粒与流体相对运动时的雷诺数Re0的函数。对于球形颗粒的曲线，按Re0值大致分为三个区：

a)层流区或托斯克斯(stokes)定律区（Re0≤2）

——斯托克斯公式2023/12/10化工原理第三章机械分离2023/12/10化工原理第三章机械分离——艾伦公式

c)滞流区或牛顿定律区（Nuton）（500＜Ret

≤2×105）

——牛顿公式

b)过渡区或阿仑定律区（Allen）（2＜Ret≤500）

2023/12/10化工原理第三章机械分离3、影响沉降速度的因素

1）颗粒的体积浓度

在前面介绍的各种沉降速度关系式中，当颗粒的体积浓度小于0.2%时，理论计算值的偏差在1%以内，但当颗粒浓度较高时，由于颗粒间相互作用明显，便发生干扰沉降，自由沉降的公式不再适用。2）器壁效应当器壁尺寸远远大于颗粒尺寸时，（例如在100倍以上）容器效应可忽略，否则需加以考虑。

2023/12/10化工原理第三章机械分离3）颗粒形状的影响

球形度对于球形颗粒，φs=1，颗粒形状与球形的差异愈大，球形度φs值愈低。对于非球形颗粒，雷诺准数Re0中的直径要用当量直径de代替。颗粒的球形度愈小，对应于同一Re0值的阻力系数

愈大但φs值对

的影响在层流区并不显著，随着Re0的增大，这种影响变大。2023/12/10化工原理第三章机械分离4、沉降速度的计算

试差法

假设沉降属于层流区

方法：u0

Re0

Re0≤2

u0为所求Re0＞1

艾伦公式求u0判断……公式适用为止2023/12/10化工原理第三章机械分离例：试计算直径为95μm，密度为3000kg/m3的固体颗粒分别在20℃的空气和水中的自由沉降速度。解：1）在20℃水中的沉降。用试差法计算先假设颗粒在滞流区内沉降，

附录查得，20℃时水的密度为998.2kg/m3,μ=1.005×10-3Pa.s2023/12/10化工原理第三章机械分离核算流型

原假设滞流区正确，求得的沉降速度有效。2）20℃的空气中的沉降速度20℃空气：ρ=⒈205kg/m3，μ=⒈81×10-5Pa.s2023/12/10化工原理第三章机械分离5、分级沉降

含有两种直径不同或密度不同的混合物，也可用沉降方法加以分离。

2023/12/10化工原理第三章机械分离如图所示：为一双锥分级器，利用它可将密度不同或尺寸不同的粒子混合物分开。混合粒子由上部加入，水经可调锥与外壁的环形间隙向上流过。沉降速度大于水在环隙处上升流速的颗粒进入底流，而沉降速度小于该流速的颗粒则被溢流带出。2023/12/10化工原理第三章机械分离二、降尘室1、降尘室的结构2、降尘室的生产能力

降尘室的生产能力是指降尘室所处理的含尘气体的体积流量，用Vs表示，m3/s。降尘室内的颗粒运动

以速度u随气体流动

以速度u0作沉降运动2023/12/10化工原理第三章机械分离2023/12/10化工原理第三章机械分离颗粒在降尘室的停留时间

颗粒沉降到室底所需的时间

为了满足除尘要求

——降尘室使颗粒沉降的条件——降尘室的生产能力

降尘室的生产能力只与降尘室的沉降面积BL和颗粒的沉降速度u0有关，而与降尘室的高度H无关。

2023/12/10化工原理第三章机械分离3、降尘室的计算

降尘室的计算

设计型操作型已知气体处理量和除尘要求，求降尘室的大小

用已知尺寸的降尘室处理一定量含尘气体时，计算可以完全除掉的最小颗粒的尺寸，或者计算要求完全除去直径dp的尘粒时所能处理的气体流量。2023/12/10化工原理第三章机械分离例：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2m和6m,气体处理量为1标m3/s，炉气温度为427℃，相应的密度ρ=0.5kg/m3，粘度μ=3.4×10-5Pa.s，固体密度ρS=400kg/m3操作条件下，规定气体速度不大于0.5m/s，试求：1．降尘室的总高度H，m；2．理论上能完全分离下来的最小颗粒尺寸；3.粒径为40μm的颗粒的回收百分率；4.欲使粒径为10μm的颗粒完全分离下来，需在降降尘室内设置几层水平隔板？2023/12/10化工原理第三章机械分离解：1）降尘室的总高度H2）理论上能完全分离的最小颗粒尺寸

用试差法由u0求dmin。假设沉降在斯托克斯区

2023/12/10化工原理第三章机械分离核算沉降流型

∴原假设正确

3、粒径为40μm的颗粒的回收百分率粒径为40μm的颗粒定在层流区，其沉降速度2023/12/10化工原理第三章机械分离气体通过降沉室的时间为：

直径为40μm的颗粒在12s内的沉降高度为：

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被分离下来的百分率。直径为40μm的颗粒被回收的百分率为：

2023/12/10化工原理第三章机械分离4、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，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10μm的颗粒的沉降必在层流区，

取33层

板间距为

2023/12/10化工原理第三章机械分离例采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。降尘室底面积为10㎡，高1.6m。操作条件下气体密度为0.5kg/m3，黏度为210-5Pas，颗粒密度为3000kg/m3。气体体积流量为5m3/s。试求：（1）可完全回收的最小颗粒直径；（2）如将降尘室改为多层以完全回收20m的颗粒，求多层降尘室的层数及板间距。

化工原理第三章机械分离第三章

机械分离一、离心沉降速度二、旋风分离器操作原理三、旋风分离器的性能四、旋风分离器的结构型式与选用第二节

离心沉降2023/12/10化工原理第三章机械分离离心沉降：依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程。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重力场离心力场力场强度重力加速度gut2/R

方向指向地心沿旋转半径从中心指向外周Fg=mg

作用力2023/12/10化工原理第三章机械分离一、离心沉降速度1、离心沉降速度ur惯性离心力=向心力=阻力=

三力达到平衡，则：2023/12/10化工原理第三章机械分离平衡时颗粒在径向上相对于流体的运动速度ur便是此位置上的离心沉降速度。2、离心沉降速度与重力沉降速度的比较

表达式：重力沉降速度公式中的重力加速度改为离心加速度数值：重力沉降速度基本上为定值离心沉降速度为绝对速度在径向上的分量，随颗粒在离心力场中的位置而变。2023/12/10化工原理第三章机械分离阻力系数：层流时同一颗粒在同一种介质中的离心加速度与重力加速度的比值为：比值Kc就是粒子所在位置上的惯性离心力场强度与重力场强度之比，称为离心分离因数。(可达几千至几万)例如；当旋转半径r=0.4m，切向速度ut=20m/s时，求分离因数。2023/12/10化工原理第三章机械分离二、旋风分离器的操作原理2023/12/10化工原理第三章机械分离2023/12/10化工原理第三章机械分离三、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，分离效率和气体通过旋风分离器的压强降。1、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分离器最主要的操作参数。一般入口气速ui在12～25m/s。旋风分离器的处理量

2023/12/10化工原理第三章机械分离2、临界粒径判断旋风分离器分离效率高低的重要依据。临界粒径:理论上在旋风分离器中能完全分离下来的最小颗粒直径。1）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的最大厚度为进气口宽度B表示c)颗粒与气流的相对运动为层流，径向速度可用2023/12/10化工原理第三章机械分离∵ρ<<ρS，故ρ可略去，而旋转半径r可取平均值rm，并用进口速度ui代替ut。气流中颗粒的离心沉降速度为：颗粒到达器壁所需要的时间：停留时间为：对某尺寸的颗粒所需的沉降时间θ0恰好等于停留时间θt

，该颗粒就是理论上能被完全分离下来的最小颗粒，用dc表示这种颗粒的直径，即临界粒径。2023/12/10化工原理第三章机械分离——临界粒径的表达式2）临界粒径的影响因素a)由，知即临界粒径随分离器尺寸的增大而增大。分离效率随分离器尺寸的增大而减小。

b)入口气速ui愈大，dc愈小，效率愈高。2023/12/10化工原理第三章机械分离3、分离效率

分离效率总效率ηo

进入旋风分离器的全部粉尘中被分离下来的粉尘的质量分率粒级效率ηpi

进入旋风分离器的粒径为di的颗粒被分离下来的质量分率2023/12/10化工原理第三章机械分离粒级效率ηpi与颗粒直径di/dc

的对应关系可通过实测得到，称为粒级效率曲线。如图3-8（理论-虚线，实际-实线）。直径小于dc的颗粒中有些在旋风分离器进口处已很靠近壁面，在停留时间内能够达到壁面上；有些在器内聚结成了大的颗粒，因而具有较大的沉降速度。直径大于dc的颗粒气体涡流的影响，可能没达到器壁，即使沉到器壁也会被重新扬起。2023/12/10化工原理第三章机械分离4、压强降气体通过旋风分离器时，由于进气管、排气管及主体器壁所引起的摩擦阻力，气体流动时的局部阻力以及气体旋转所产生的动能损失造成了气体的压强降，对型式不同或尺寸比例不同的设备c的值也不同，要通过实验测定，对于标准旋风分离器c=8.0。旋风分离器的压降一般在500～2000Pa内。2023/12/10化工原理第三章机械分离四、旋风分离器的选型与计算

1、旋风分离器的型式

旋风分离器的形式多种多样，主要是在对标准型式的旋风分离器的改进设计出来的。

进气口

：为了保证高速气流进入旋风分离起时形成较规则的旋转流，减少局部涡流与死角，设计了倾斜螺旋进口，螺壳形进口、轴向进口等。

主体结构与各部分尺寸比例的优化：

根据流场与颗粒流动规律设计旋风分离器的结构，2023/12/10化工原理第三章机械分离一般细长的旋风分离器效率高，但超过一定限度，分离效率的提高不明显，而压降却增加。改进下灰口：防止已分离下来的粉尘重新扬起。2、旋风分离器的设计计算

例如，已知气体流量VS(m3/s)、原始含尘量C1(g/m3)、粉尘的粒度分布，除尘要求及气体通过旋风分离器允许的压强降，要求选择旋风分离器的形式，确定旋风分离器的直径和个数。2023/12/10化工原理第三章机械分离步骤：

a)根据具体情况选择合适的型式，选型时应在高效率与低阻力者之间作权衡，一般长、径比大且出入口截面小的设备效率高且阻力大，反之，阻力小效率低。

b)根据允许的压降确定气体在入口的流速ui

c)根据分离效率或除尘要求，求出临界粒径dC

d)根据ui和dc计算旋风分离器的直径De)根据ui与D计算旋风分离器的处理量，再根据气体流量确定旋风分离器的数目。f)校核分离效率与压力降2023/12/10化工原理第三章机械分离例：气体中所含尘粒的密度为2000kg/m3，气体的流量为5500标m3/h，温度为500℃，密度为0.43kg/m3，粘度为3.6×10-5Pa.s，拟采用标准形式的旋风分离器进行除尘，要求分离效率不低于90%，且知相应的临界粒径不大于10μm，要求压降不超过700Pa，试决定旋风分离器的尺寸与个数。解：根据允许的压强降确定气体在入口的流速ui

=8.02023/12/10化工原理第三章机械分离按分离要求，临界粒径不大于10μm，故取临界粒径dc=10μm来计算设备的尺寸。由ui与dc计算DN=52023/12/10化工原理第三章机械分离旋风分离器的直径：D=4B=4×0.196=0.78m根据D与ui计算每个分离器的处理量，再根据气体流量确定旋风分离器的数目。进气管截面积每个旋风分离器的气体处理量为：含尘气体在操作状况下的总流量为：2023/12/10化工原理第三章机械分离所需旋风分离器的台数为：为满足规定的气体处理量、压强降及分离效率三项指标，需要直径不大于0.78m的标准分离器至少三台，为了便于安排，现采用四台并联。校核压力降与分离效率四台并联时，每台旋风分离气分摊的气体处理量为：为了保证指定的分离效率，临界粒径仍取为10μm。2023/12/10化工原理第三章机械分离校核ΔP或者从维持指定的最大允许压降数值为前提，求得每台旋风分离器的最小直径。2023/12/10化工原理第三章机械分离ΔP=700Paui=20.2m/s校核临界粒径根据以上计算可知，当采用四个尺寸相同的标准型旋风分离器并联操作来处理本题中的含尘气体时，只要分离器D在2023/12/10化工原理第三章机械分离（0.654～0.695m）范围内，便可同时满足气量、压强降及效率指标。倘若直径D>0.659m，则在规定的气量下不能达到规定的分离效率。倘若直径D<0.654m，则在规定的气量下，压降将超出允许的范围。2023/12/10化工原理第三章机械分离第三章

机械分离一、过滤操作的基本概念二、过滤基本方程式三、恒压过滤四、过滤常数的测定五、过滤设备六、滤饼的洗涤七、过滤机的生产能力第三节

过滤(filtration)2023/12/10化工原理第三章机械分离一、过滤操作的基本概念1、过滤的概念过滤：利用能让液体通过而截留固体颗粒的多孔介质（过滤介质），使悬浮液中固液得到分离的单元操作。滤浆

通过多孔介质的液体滤液

被截留住的固体物质滤渣（滤饼）

实现过滤操作的推动力有重力、压力、离心力，本章重点讨论化工生产中应用最多的压力过滤。过滤操作中所处理的悬浮液2023/12/10化工原理第三章机械分离2、过滤方式深层过滤固体颗粒的沉积发生在较厚的粒状过滤介质床层内部，悬浮液中的颗粒直径小于床层直径，当颗粒随流体在床层的曲折孔边穿过时，便粘附在过滤介质上。适用于悬浮液中颗粒甚小且含量甚微（固相体积分率在0.1%以下）的场合2023/12/10化工原理第三章机械分离

颗粒尺寸大于过滤介质的孔道，固体颗粒成饼层状沉积于过滤介质表面，形成滤饼适用于处理固相含量稍高（固相体积分率在1%以上）的悬浮液。滤饼过滤2023/12/10化工原理第三章机械分离3、过滤介质工业常用的过滤介质主要有

a)织物介质：又称滤布，包括有棉、毛、丝等天然纤维，玻璃丝和各种合成纤维制成的织物，以及金属丝织成的网能截留的粒径的范围较宽，从几十μm到1μm。作用：滤液通过、截留颗粒，支撑滤饼。特性：多孔、理化性质稳定、机械强度高、可反复使用。2023/12/10化工原理第三章机械分离优点：织物介质薄，阻力小，清洗与更新方便，价格比较便宜，是工业上应用最广泛的过滤介质。b)多孔固体介质：如素烧陶瓷，烧结金属．塑料细粉粘成的多孔塑料，棉花饼等这类介质较厚，孔道细，阻力大，能截留1～3μm的颗粒。c)

堆积介质：由各种固体颗粒（砂、木炭、石棉粉等）或非编织的纤维（玻璃棉等）堆积而成，层较厚。d)多孔膜：由高分子材料制成，膜很薄（几十μm到200μm），孔很小，可以分离小到0.05μm的颗粒，应用多孔膜的过滤有超滤和微滤。2023/12/10化工原理第三章机械分离4、滤饼及助滤剂

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。加入助滤剂可减少可压缩滤饼的流动阻力加入方法预涂

预混将助滤剂混在滤浆中一起过滤

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的滤饼。2023/12/10化工原理第三章机械分离二、过滤基本方程式2023/12/10化工原理第三章机械分离1、滤液通过饼层的流动

空隙率:单位体积床层中的空隙体积，用ε表示。

ε=空隙体积/床层体积m3/m3颗粒比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积，用a表示。

a=颗粒表面积/颗粒体积

de=4×水力半径=4×管道截面积/润湿周边颗粒床层的当量直径可写为：2023/12/10化工原理第三章机械分离de=4流通截面积×流道长度∕润湿周边长度×流道长度de=4流道容积∕流道表面积

取面积为1m2、厚度为1m的滤饼考虑：床层体积＝1×1＝1m3

流道容积＝1×ε＝εm3

流道表面积＝颗粒体积×颗粒比表面＝(1－ε)am2所以床层的当量直径为：滤液通过饼层的流动常属于层流流型，(1)2023/12/10化工原理第三章机械分离滤液通过饼床层的流速与压强降的关系为：（2）在与过滤介质层相垂直的方向上床层空隙中的滤液流速u1与按整个床层截面积计算的滤液平均流速u之间的关系为：（3）将（1）、（3）代入（2）并写成等式——过滤速度表达式2023/12/10化工原理第三章机械分离2、过滤速率

过滤速率过滤速度单位时间内获得的滤液体积单位时间内单位过滤面积上获得的滤液体积定义表达式2023/12/10化工原理第三章机械分离3、滤饼的阻力

令——滤饼的比阻，1/m2

(4)令——滤饼阻力（5）速度＝推动力∕阻力2023/12/10化工原理第三章机械分离比阻r是单位厚度滤饼的阻力，数值上等于粘度为1Pa.s的滤液以1m/s的平均流速通过厚度为1m的滤饼层时，所产生的压强降。

反映了颗粒形状、尺寸及床层空隙率对滤液流动的影响床层空隙率ε愈小及颗粒比表面积α愈大，则床层愈致密，对流体流动的阻滞作用也愈大。4、过滤介质的阻力

过滤介质的阻力也与其厚度及本身的致密程度有关，通常把过滤介质的阻力视为常数。2023/12/10化工原理第三章机械分离滤液穿过过滤介质层的速度关系式：式中：Δp=Δp1+Δp2，代表滤饼与滤布两侧的总压力降，称为过滤压力差。也称为过滤设备的表压。可用滤液通过串联的滤饼与滤布的总压强降来表示过滤推动力，用两层的阻力之和来表示总阻力。(6)2023/12/10化工原理第三章机械分离设想以一层厚度为Le的滤饼来代替滤布，故（6）式可写为式中：Le——过滤介质的当量滤饼厚度，或称为虚拟滤饼厚度，m在一定的操作条件下，以一定介质过滤一定悬浮液时，Le为定值，但同一介质在不同的过滤操作中，Le值不同。2023/12/10化工原理第三章机械分离5、过滤基本方程式滤饼厚度L与当时已经获得的滤液体积V之间的关系为：c——滤饼体积与相应的滤液体积之比，无因次，m3/m3。同理：Ve——过滤介质的当量滤液体积，或称虚拟滤液体积，m3在一定的操作条件下，以一定介质过滤一定的悬浮液时，Ve为定值，但同一介质在不同的过滤操作中，Ve值不同。2023/12/10化工原理第三章机械分离（7）式就可以写成——过滤速率的一般关系式可压缩滤饼的情况比较复杂，它的比阻是两侧压强差的函数，

s——滤饼的压缩性指数，无因次。s=0～1,对于不可压缩滤饼，s=0。2023/12/10化工原理第三章机械分离对于可压缩滤饼，过滤速率——过滤基本方程式适用于可压缩滤饼及不可压缩滤饼。对于不可压缩滤饼，s=0。2023/12/10化工原理第三章机械分离三、恒压过滤

恒压过滤：在恒定压强差下进行的过滤操作。恒压过滤时，滤饼不断变厚致使阻力逐渐增加。但推动力ΔP恒定，过滤速率逐渐变小。对于一定的悬浮液，μ,r’及c均可视为常数。令k——表征过滤物料特性的常数，（m4/N.s）。则过滤速率变为：2023/12/10化工原理第三章机械分离积分得：假定获得体积为Ve滤液所需的虚拟过滤时间为θe,则积分的边界条件为：过滤时间滤液体积

0→θe

0→Veθe→θ+θeVe→V+Ve2023/12/10化工原理第三章机械分离积分两式，并令K=2kΔP1-s

两式相加，得：——恒压过滤方程式表明：恒压过滤时，滤液体积与过滤时间的关系为抛物线方程当介质阻力可以忽略时，Ve=0，θe=0，过滤方程式则变为令2023/12/10化工原理第三章机械分离——恒压过滤方程K——过滤常数由物料特性及过滤压强差所决定，m2/sθe和qe——介质常数反映过滤介质阻力大小，s及m3/m2

当介质阻力可以忽略时，2023/12/10化工原理第三章机械分离例：过滤一种固体颗体积分数为0.1的悬浮液,滤饼含水的体积分数为0.5,颗粒不可压缩,经实验测定滤饼比阻为1.3×1011m-2,水的粘度为1.0×10-3Pa.s。在压强差恒为9.8×104Pa的条件下过滤,假设滤布阻力可以忽略,试求：1）每m2过滤面积上获得1.5m3滤液所需的过滤时间。2）如将此过滤时间延长一倍,可再得滤液多少？解：1）过滤时间2023/12/10化工原理第三章机械分离∵滤布阻力可忽略2)求过滤时间加倍时的滤液量2023/12/10化工原理第三章机械分离四、过滤常数的测定

1、恒压下K、qe、θe的测定

实验原理：

由恒压过滤方程微分对于一定恒压下过滤的悬浮液，测出延续的时间及滤液的累计量q（按单位面积计）的数据，然后算出一系列的Δθ与Δq的对应值2023/12/10化工原理第三章机械分离θq0000然后在直角坐标纸上从Δθ/Δq为纵坐标，以q为横坐标进行标绘，可得到一斜率为2/K，截距为2qe/K的直线。求得2023/12/10化工原理第三章机械分离2、压缩性指数s的测定

由两端取对数，得＝常数∴lgK与lg(△p)的关系在对数坐标纸上标绘时应是直线,直线的斜率为1-s，截距为lg(2k)。由此可得到滤饼的压缩性指数s及物料特性常数k。2023/12/10化工原理第三章机械分离五、过滤设备

1、板框压滤机1）板框压滤机的构造

由许多块带凹凸纹路的滤板与滤框交替排列组装于机而构成。滤板和滤框多做成正方形，角上均开有小孔，组合后即构成供滤浆和洗涤水流通的孔道。滤框的两侧覆以滤布，围成容纳滤浆及滤饼的空间。2023/12/10化工原理第三章机械分离2023/12/10化工原理第三章机械分离滤板的作用：支撑滤布和提供滤液流出的通道。滤板洗涤板：非洗板：滤框：二钮滤板与滤框装合时，按钮数以1-2-3-2-1-2…..的顺序排列。三钮板一钮板2023/12/10化工原理第三章机械分离2023/12/10化工原理第三章机械分离2023/12/10化工原理第三章机械分离2）板框压滤机的操作板框压滤机为间歇操作，每个操作循环由装合、过滤、洗涤、卸饼、清理5个阶段组成。悬浮液在指定压强下经滤浆通路由滤框角上的孔道并行进入各个滤框，滤液分别穿过滤框两侧的滤布，沿滤板板面的沟道至滤液出口排出。颗粒被滤布截留而沉积在滤布上，待滤饼充满全框后，停止过滤。2023/12/10化工原理第三章机械分离框板框板洗涤板非洗涤板悬浮液滤液板非洗涤板洗涤液洗出液框板框板洗涤板非洗涤板板非洗涤板过滤洗涤化工原理第三章机械分离

洗涤时，先将洗涤板上的滤液出口关闭，洗涤水经洗水通路从洗涤半角上的孔道并行进入各个洗涤板的两侧。

洗涤水在压差的推动力下先穿过一层滤布及整个框厚的滤饼，然后再穿过一层滤布，最后沿滤板（一钮板）板面沟道至滤液出口排出。称为横穿洗涤法，它的特点是洗涤水穿过的途径正好是过滤终了时滤液穿过途径的二倍。洗涤面积是过滤面积的二分之一。板框压滤机的优点：结构简单，制造容易，设备紧凑，过滤面积大而占地小，操作压强高，滤饼含水少，对各种物料的适应能力强。缺点是间歇手工操作，劳动强度大，生产效率低。2023/12/10化工原理第三章机械分离2023/12/10化工原理第三章机械分离2、叶滤机叶滤机是由许多不同宽度的长方形滤叶装合而成。滤叶由金属丝网制造，内部具有空间，外罩滤布。

叶滤机也为间歇操作，过滤时滤叶安装在能承受内压的密闭机壳内。滤浆用泵送到机壳内，穿过滤布进入丝网构成的中空部分，然后汇集到下部总管而后流出。颗粒沉积在滤布上，形成滤饼，当滤饼积到一定厚度，停止过滤。洗涤时，洗水的路径与滤液相同，这种洗涤方法称为置换洗涤法。叶滤机的优点是设备紧凑，密闭操作，劳动条件较好，每次循环滤布不用装卸，劳动力较省。2023/12/10化工原理第三章机械分离2023/12/10化工原理第三章机械分离3、转筒真空过滤机1）转筒真空过滤机的结构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，筒的下部浸入滤浆中，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2023/12/10化工原理第三章机械分离化工原理第三章机械分离2）分配头的结构及工作原理分配头由紧密贴合着的转动盘与固定盘构成，转动盘随筒体一起旋转，固定盘内侧面各凹槽分别与各种不同作用的管道相通。转筒的过滤面积一般为2～50m2，浸没部分占总面积的30%～40%。转速可在一定范围内调整，通常为0.1～3r/min。滤饼厚度一般保持在40mm以内，转筒过滤机所得滤饼中的液体含量很少低于10%，常可达30%左右。

2023/12/10化工原理第三章机械分离

转筒真空过滤机的优点是能连续自动操作，省人力，生产能力大，适用于处理易含过滤颗粒的浓悬浮液。缺点是附属设备较多，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。2023/12/10化工原理第三章机械分离2023/12/10化工原理第三章机械分离六、滤饼的洗涤

滤饼洗涤的目的：为了回收滤饼里存留的滤液，或者净化构成滤饼的颗粒。1、洗涤速率单位时间内消耗的洗涤液的体积，以表示。洗涤时间：洗涤速率与过滤终了时的过滤速率有关，这个关系取决于滤液设备上采用的洗涤方式。2023/12/10化工原理第三章机械分离叶滤机采用的置换洗涤法，洗水与过滤终了时的滤液流过的路径就完全相同。当操作压力差和洗水与滤液粘度相同时板框过滤机采用的是横穿洗涤法，洗水横穿两层滤布及整个厚度的滤饼，流径长度约为过滤终了时滤液流动的两倍。而供洗水流通的面积仅为过滤面积的一半，2023/12/10化工原理第三章机械分离当操作压强差和洗水与滤液粘度相同时，由3-37式：当洗水粘度、洗水表压与滤液粘度、过滤压强差有明显差异时，所需的过滤时间可进行校正。2023/12/10化工原理第三章机械分离七、过滤机生产能力的计算过滤机的生产能力：一个操作周期内获得的滤液量或滤渣量1、间歇过滤机的计算

一个操作周期时间为生产能力为在间歇过滤机的生产中，总是力求获得最大的生产能力，因此，对于间歇过滤过程来说，合理选择每个循环中的过滤时间，可以得到最大的生产能力。2023/12/10化工原理第三章机械分离由恒压过滤时，每次过滤时间

对于叶滤机,令a为洗涤液量与滤液量的比值，那么洗涤液量为aV，洗涤时间为:2023/12/10化工原理第三章机械分离以θ对V求导，令，得——生产能力最大的条件如果过滤介质阻力可以忽略不计，可得时，生产能力最大。即。如不进行洗涤，则时，生产能力最大。对于板框压滤机，也可用此法求最大生产能力，但是，由于洗涤速率与最终过滤速率不同,2023/12/10化工原理第三章机械分离例：用一板框压滤机过滤一种含固体颗粒为25kg/m3的悬浮液，在过滤机入口处滤浆的表压为3.39×105Pa,已测得在此压力下K=1.86×10-4，qe=0.0282，所用滤布与实验时的相同，料浆温度为25℃，每次过滤到滤饼充满滤框为止，然后用清水洗涤滤饼，洗水温度及表压与滤浆相同，体积为滤液体积的8%，每次卸渣，清理，装合等辅助操作时间为15min。已知固相颗粒密度为2930kg/m3，又测得湿滤饼的密度为1930kg/m3。求此板框压滤机的生产能力，并讨论此板框压滤机是否在最佳操作状态下操作。(滤框长宽均为6