非均相物系分离.ppt

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1、第七章第七章 非均相物系分离非均相物系分离一、过滤操作的基本概念二、表面过滤基本理论1、过滤基本方程2、过滤过程的计算3、过滤常数的测定4、滤饼的洗涤5、过滤机的生产能力三、深层过滤的基本理论过过 滤滤2023/1/8第一节第一节 过滤操作的基本概念过滤操作的基本概念1、过滤的概念过滤是分离液体和气体非均相混合物的常用方法。过滤是分离液体和气体非均相混合物的常用方法。过滤过滤：混合物中的流体在混合物中的流体在推动力（重力、压力、推动力（重力、压力、离心力离心力)作用下作用下,通过能让液体流过而截留固体颗粒通过能让液体流过而截留固体颗粒的的多孔介质（过滤介质），多孔介质（过滤介质），使悬浮液中固

2、液得到使悬浮液中固液得到分离的单元操作。分离的单元操作。滤浆：滤浆：通过多孔介质的液体。通过多孔介质的液体。滤液：滤液：被截留住的固体物质。被截留住的固体物质。滤渣（滤饼）：滤渣（滤饼）：过滤操作中所处理的悬浮液。过滤操作中所处理的悬浮液。2023/1/8 2、过滤介质、过滤介质 过滤介质是滤饼的支承物过滤介质是滤饼的支承物，应具有下列条件：，应具有下列条件：a)多多孔孔性性，孔孔道道适适当当的的小小，对对流流体体的的阻阻力力小小，又又能截住要分离的颗粒。能截住要分离的颗粒。b)物理化学性质稳定，物理化学性质稳定，耐热，耐化学腐蚀。耐热，耐化学腐蚀。c)足够的机械强度足够的机械强度，使用寿命长

3、，使用寿命长 d)价格便宜价格便宜工业常用的过滤介质主要有：工业常用的过滤介质主要有：a)织织物物介介质质：又又称称滤滤布布，包包括括有有棉棉、毛毛、丝丝等等天天然然纤纤维维，玻玻璃璃丝丝和和各各种种合合成成纤纤维维制制成成的的织织物物，以以及及金属丝织成的网金属丝织成的网能截留的粒径的范围较宽，从能截留的粒径的范围较宽，从几十几十m到到1m2023/1/8优优点点：织织物物介介质质薄薄，阻阻力力小小，清清洗洗与与更更新新方方便便，价价格比较便宜，是工业上应用最广泛的过滤介质。格比较便宜，是工业上应用最广泛的过滤介质。b)多多孔孔固固体体介介质质：如如素素烧烧陶陶瓷瓷，烧烧结结金金属属塑塑料料

4、细细粉粘成的多孔塑料，棉花饼等粉粘成的多孔塑料，棉花饼等 这这类类介介质质较较厚厚，孔孔道道细细，阻阻力力大大，能能截截留留13m的颗粒的颗粒c)堆堆积积介介质质：由由各各种种固固体体颗颗粒粒（砂砂、木木炭炭、石石棉棉粉粉等等）或或非非编编织织的的纤纤维维（玻玻璃璃棉棉等等）堆堆积积而而成成，层层较较厚。厚。d)多多孔孔膜膜：由由高高分分子子材材料料制制成成，膜膜很很薄薄（几几十十m到到200m），孔孔很很小小，可可以以分分离离小小到到0.05m的的颗颗粒粒,应用多孔膜的过滤有超滤和微滤。应用多孔膜的过滤有超滤和微滤。2023/1/8表面过滤（滤饼过滤）表面过滤（滤饼过滤）（见见图图4-7a）

5、过过滤滤时时悬悬浮浮液液置置于于过过滤滤介介质质的的一一侧侧。过过滤滤介介质质常常用用多多孔孔织织物物，其其网网孔孔尺尺寸寸未未必必一一定定须须小小于于被被截截留留的的颗颗粒粒直直径径。在在过过滤滤操操作作开开始始阶阶段段，会会有有部部分分颗颗粒粒进进入入过过滤滤介介质质网网孔孔中中发发生生架架桥桥现现象象（图图4-7b），也也有有少少量量颗颗粒粒穿穿过过介介质质而而混混与与滤滤液液中中。随随着着滤滤渣渣的的逐逐步步堆堆积积，在在介介质质上上形形成成一一个个滤滤渣渣层层，称称为为滤滤饼饼。不不断断增增厚厚的的滤滤饼饼才才是是真真正正有有效效的的过过滤滤介介质质，而而穿穿过过滤滤饼饼的的液液体体

6、则则变变为为清清净净的的滤滤液液。通通常常，在在操操作作开开始始阶阶段段所所得得到到滤滤液液是是浑浑浊浊的的，须须经经过过滤滤饼饼形形成成之之后后返返回重滤。回重滤。3、过滤方式、过滤方式2023/1/8深层过滤深层过滤 颗颗粒粒尺尺寸寸比比介介质质孔孔道道小小的的多多，孔孔道道弯弯曲曲细细长长，颗颗粒粒进进入入孔孔道道后后容容易易被被截截留留。同同时时由由于于流流体体流流过过时时所所引引起起的的挤挤压压和和冲冲撞撞作作用用。颗颗粒粒紧紧附附在在孔孔道道的的壁壁面面上上。介介质质表表面面无无滤滤饼饼形形成成，过过滤滤是是在在介介质质内内部部进进行的。行的。2023/1/8 3、过滤方式、过滤方

7、式过滤过滤 深层过滤深层过滤 表面过滤（滤饼过滤）表面过滤（滤饼过滤）适适用用于于悬悬浮浮液液中中颗颗粒粒甚甚小小且且含含量量甚甚微微（固固相相体体积积分分率率在在0.1%以以下下）的的场场合合。如如水水的的净净化，烟气除尘等。化，烟气除尘等。适适用用于于处处理理固固相相含含量量稍稍高高（固固相相体体积积分分率率在在1%以以上上）的的悬悬浮浮液液。或或用用于于过过滤滤速速度度较较慢、滤饼容易形成的情况。慢、滤饼容易形成的情况。2023/1/81）重力过滤2）真空过滤3）压力差过滤4）离心过滤 4、按促使流体流动的推动力分类、按促使流体流动的推动力分类2023/1/85、助滤剂、助滤剂 滤饼滤饼

8、不可压缩滤饼不可压缩滤饼:颗颗粒粒有有一一定定的的刚刚性性，所所形形成成的的滤滤饼饼并不因所受的压力差而变形并不因所受的压力差而变形。可压缩滤饼可压缩滤饼:颗颗粒粒比比较较软软，所所形形成成的的滤滤饼饼在在压压差差的的作作用用下下变变形形，使使滤滤饼饼中中的的流流动动通通道道变变小小，阻力增大。阻力增大。加入助滤剂：可减少可压缩滤饼的流动阻力加入助滤剂：可减少可压缩滤饼的流动阻力,增加过滤速率。增加过滤速率。助滤剂助滤剂是一种坚硬而形状不规则的小颗粒，能形成结构疏松是一种坚硬而形状不规则的小颗粒，能形成结构疏松而且几乎是不可压缩的滤饼。常用作助滤剂的物质有：硅藻而且几乎是不可压缩的滤饼。常用作

9、助滤剂的物质有：硅藻土、珍珠岩、炭粉、石棉粉等。土、珍珠岩、炭粉、石棉粉等。加入方法加入方法预涂：预涂：将助滤剂混在滤浆中一起过滤将助滤剂混在滤浆中一起过滤 用用助助滤滤剂剂配配成成悬悬浮浮液液，在在正正式式过过滤滤前前用用它它进进行行过过滤滤，在在过过滤滤介介质质上上形形成成一一层层由由助助滤滤剂剂组组成的滤饼。成的滤饼。2023/1/8 第二节第二节 表面过滤的基本理论表面过滤的基本理论一、过滤基本方程式一、过滤基本方程式1、滤液通过饼层的流动的过滤速度过滤速度：过滤速度：单位时间通过单位过滤面积的滤液体积。单位时间通过单位过滤面积的滤液体积。滤液滤液悬浮液悬浮液过滤介质过滤介质滤滤饼饼滤

10、液滤液悬浮液悬浮液过滤介质过滤介质滤饼滤饼滤液滤液悬浮液悬浮液过滤介质过滤介质滤饼滤饼滤液滤液悬浮液悬浮液过滤介质过滤介质滤饼滤饼2023/1/82、过滤速度与推动力的关系为、过滤速度与推动力的关系为：(Darcy定律）定律）Rm：过滤介质的过滤阻力，过滤介质的过滤阻力，m-1Rc：滤饼层的过滤阻力，滤饼层的过滤阻力，m-1：滤滤液黏度，液黏度，Pas2023/1/83、过滤介质及滤饼的阻力、过滤介质及滤饼的阻力 设设过过滤滤介介质质和和滤滤饼饼的的厚厚度度分分别别为为 、L，单单位位m；单单位位厚厚度度的的过过滤滤介介质质或或滤滤饼饼的的阻阻力力用用rm、r表表示示，称之为称之为过滤比阻过滤

11、比阻。则：则：Rm=rmLm;Rc=rL2023/1/8设想设想以一层厚度为以一层厚度为 的滤饼来代替过滤介质，的滤饼来代替过滤介质，故上式可写为故上式可写为 式中：式中：过滤介质的当量滤饼厚度，或称为虚拟滤饼厚度，过滤介质的当量滤饼厚度，或称为虚拟滤饼厚度，m;在在一一定定的的操操作作条条件件下下，以以一一定定介介质质过过滤滤一一定定悬悬浮浮液液时时，Le为定值，但同一介质在不同的过滤操作中，为定值，但同一介质在不同的过滤操作中，Le值不同。值不同。2023/1/84、过滤基本方程式、过滤基本方程式 滤饼厚度滤饼厚度L与当时已经获得的与当时已经获得的滤液体积滤液体积V之间的关系为：之间的关系

12、为：f滤饼体积与相应的滤液体积之比，无因次，滤饼体积与相应的滤液体积之比，无因次，m3/m3。即每过滤得到即每过滤得到1m3的滤液，产生的滤饼量为的滤液，产生的滤饼量为f m3。同理同理：Ve过滤介质的当量滤液体积，或称虚拟滤液体积，过滤介质的当量滤液体积，或称虚拟滤液体积，m3 在在一一定定的的操操作作条条件件下下，以以一一定定介介质质过过滤滤一一定定的的悬悬浮浮液液时时，Ve为定值，但同一介质在不同的过滤操作中，为定值，但同一介质在不同的过滤操作中，Ve值不同。值不同。2023/1/8上式就可以写成：上式就可以写成：得：得：过滤速率的一般关系式过滤速率的一般关系式 可压缩滤饼的情况比较复杂

13、，它的比阻是两侧压强差的函数，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滤滤饼饼的的压压缩缩性性指指数数，无无因因次次。s=01,对对于于不不可压缩滤饼，可压缩滤饼，s=0。2023/1/8 代入上式，过滤速率代入上式，过滤速率 过滤基本方程式过滤基本方程式适用于可压缩滤饼及不可压缩滤饼。适用于可压缩滤饼及不可压缩滤饼。对于不可压缩滤饼，对于不可压缩滤饼，s=0。2023/1/8再再用用q、qe分分别别表表示示单单位位过过滤滤面面积积的的的的滤滤液液量量和和过过滤介质的虚拟滤液量滤介质的虚拟滤液量，即：，即：q=V/A,qe=Ve/A得：得：则有：则有：过滤基本方程式过滤基本方程

14、式表面过滤基本方程表面过滤基本方程表面过滤基本方程表面过滤基本方程2023/1/8二、二、过滤过程的计算过滤过程的计算 （一）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P恒定，过滤速率逐渐变小。对于一定的悬浮液，K可视为常数。2023/1/8积分得积分得：积分的积分的边界条件边界条件为：为：过滤时间过滤时间 滤液体积滤液体积 0 t 0V 恒压过滤方程式恒压过滤方程式 同理可得：同理可得：2023/1/8表表明明：恒恒压压过过滤滤时时，滤滤液液体体积积与与过过滤滤时时间间的的关关系为抛物线方程系为抛物线方程 讨论：讨论：1、当过滤介质阻力可忽略时

15、、当过滤介质阻力可忽略时2、当积分区域为、当积分区域为t0t,V0V，则有：则有：2023/1/8例例：过过滤滤一一种种固固体体颗颗粒粒体体积积分分数数为为0.1的的悬悬浮浮液液,滤滤饼饼含含水水的的体体积积分分数数为为0.5,颗颗粒粒不不可可压压缩缩,经经实实验验测测定定滤滤饼饼比比阻阻为为1.310-11m-2,水水的的粘粘度度为为1.010-3Pa.s。在在压压强强差差恒恒为为9.8104Pa的条件下过滤的条件下过滤,假设滤布阻力可以忽略假设滤布阻力可以忽略,试求：试求：1）每）每1m2过滤面积上获得过滤面积上获得1.5m3滤液所需的过滤时间。滤液所需的过滤时间。2）如将此过滤时间延长一

16、倍）如将此过滤时间延长一倍,可再得滤液多少？可再得滤液多少？解：解：1）过滤时间）过滤时间2023/1/8滤布阻力可忽略滤布阻力可忽略 2)求过滤时间加倍时的滤液量求过滤时间加倍时的滤液量2023/1/8（二）恒速过滤（二）恒速过滤值值得得注注意意的的是是：恒恒速速过过滤滤过过程程中中压压力力降降是是变变化化的的，因因此此过过滤滤系系数数K随随时时间间而而变变化化，式式中中的的K应应是是近近似似平平均值。均值。2023/1/8四、四、过滤常数的测定过滤常数的测定 1、恒压下K、qe的测定 实验原理：对对于于一一定定恒恒压压下下过过滤滤的的悬悬浮浮液液，测测出出延延续续的的时时间间及及滤滤液液的

17、的累累计计量量q（按按单单位位面面积积计计）的的数数据据，然然后后算算出出一一系系列的列的t与与q的对应值的对应值,作直线的斜率和截距可求。作直线的斜率和截距可求。2023/1/82023/1/82、压缩性指数、压缩性指数s的测定的测定 lgk与与lg(p)的的关关系系在在对对数数坐坐标标纸纸上上标标绘绘时时应应是是直直线线,直直线线的的斜斜率率为为1-s。由由此此可可得得到到滤滤饼饼的的压压缩缩性性指数指数s。2023/1/8五、滤饼的洗涤五、滤饼的洗涤 滤饼洗涤的目的：滤饼洗涤的目的：为了回收滤饼里存留的滤液，或为了回收滤饼里存留的滤液，或者净化构成滤饼颗粒。者净化构成滤饼颗粒。1、洗涤速

18、度、洗涤速度 洗涤速度：洗涤速度：洗洗涤涤速速率率与与过过滤滤终终了了时时的的过过滤滤速速率率有有关关，这这个个关关系取决于滤液设备上采用的系取决于滤液设备上采用的洗涤方式洗涤方式。单单位位时时间间单单位位洗洗涤涤面面积积消消耗耗的的洗洗涤涤液液容积容积，以，以 表示。表示。2023/1/8 叶叶滤滤机机采采用用的的置置换换洗洗涤涤法法，洗洗水水与与过过滤滤终终了了时时的的滤滤液液流流过的路径就完全相同。过的路径就完全相同。当操作压强差和洗水与滤液粘度相同时当操作压强差和洗水与滤液粘度相同时 板板框框过过滤滤机机采采用用的的是是横横穿穿洗洗涤涤法法，洗洗水水横横穿穿两两层层滤滤布布及及整整个个

19、厚厚度度的的滤滤饼饼，流流径径长长度度约约为为过过滤滤终终了了时时滤滤液液流流动动的的两倍。而供洗水流通的面积仅为过滤面积的一半。两倍。而供洗水流通的面积仅为过滤面积的一半。2023/1/8当操作压强差和洗水与滤液粘度相同时当操作压强差和洗水与滤液粘度相同时 当当洗洗水水粘粘度度、洗洗水水表表压压与与滤滤液液粘粘度度、过过滤滤压压强强差差有明显差异时，所需的过滤时间可进行校正。有明显差异时，所需的过滤时间可进行校正。2023/1/82、洗涤时间、洗涤时间2023/1/8六、六、过滤机生产能力的计算过滤机生产能力的计算过滤机的生产能力过滤机的生产能力：单位时间的滤液体积或滤渣体积，单位时间的滤液

20、体积或滤渣体积，m3/s 1、间歇过滤机的生产能力、间歇过滤机的生产能力 一个操作周期时间为：一个操作周期时间为：生产能力为：生产能力为：在在间间歇歇过过滤滤机机的的生生产产中中，总总是是力力求求获获得得最最大大的的生生产产能能力力，因因此此，对对于于间间歇歇过过滤滤过过程程来来说说，合合理理选选择择每每个循环中的过滤时间，可以得到最大的生产能力。个循环中的过滤时间，可以得到最大的生产能力。2023/1/8 。V由生产任务所定由生产任务所定若若 但滤饼厚度但滤饼厚度 ，平均过滤速率，平均过滤速率 ，一定，一定，的幅度，的幅度，。平均过滤速率平均过滤速率 ，但，但 ，而，而 一定一定且在一个周期

21、内所占比例且在一个周期内所占比例 ，幅度小于幅度小于 的幅度，的幅度，从上面的分析可知，对恒定过滤每一操作周期中必定存从上面的分析可知，对恒定过滤每一操作周期中必定存在一最佳的过滤时间在一最佳的过滤时间 使使 最大。因此存在一个最佳最大。因此存在一个最佳操作周期操作周期 。1、间歇过滤机的生产能力、间歇过滤机的生产能力2023/1/8例例：用用一一台台装装有有26个个BMS/625mm625mm26mm板板框框的的压压滤滤机机过过滤滤一一种种含含固固体体颗颗粒粒为为25kg/m3的的悬悬浮浮液液，在在过过滤滤机机入入口口处处滤滤浆浆的的表表压压为为3.39105Pa,已已测测得得在在此此压压力

22、力下下K=1.8610-4，qe=0.0282，所所用用滤滤布布与与实实验验时时的的相相同同，料料浆浆温温度度为为25，每每次次过过滤滤到到滤滤饼饼充充满满滤滤框框为为止止，然然后后用用清清水水洗洗涤涤滤滤饼饼，洗洗水水温温度度及及表表压压与与滤滤浆浆相相同同，体体积积为为滤滤液液体体积积的的8%，每每次次卸卸渣渣，清清理理，装装合合等等辅辅助助操操作作时时间间为为15min。已已知知固固相相颗颗粒粒密密度度为为2930kg/m3，又又测测得得湿湿滤滤饼饼的的密密度度为为1930kg/m3。求求此此板板框框压压滤滤机机的的生生产产能能力力，并并讨讨论论此此板板框框压压滤滤机机是是否否在在最最佳

23、操作状态下操作。佳操作状态下操作。2023/1/8解：解：总过滤面积总过滤面积 滤框总容积滤框总容积 已已知知1m3滤滤饼饼的的质质量量为为1930kg，其其中中含含水水x kg,水水的的密密度度按按1000kg/m3考虑。考虑。x=518kg2023/1/81m3滤饼中固相颗粒质量为滤饼中固相颗粒质量为1930-518=1412 kg设每设每1m3滤液中含水滤液中含水ykg y=991.5 kg 生成生成1m3滤饼所需的滤浆质量为滤饼所需的滤浆质量为 生成生成1m3滤饼滤饼的滤液的质量为：（的滤液的质量为：（57412-1930）=55482kg滤液体积为滤液体积为:2023/1/8滤框全部

24、充满滤饼时的滤液体积为滤框全部充满滤饼时的滤液体积为过滤终了时单位面积滤液量为过滤终了时单位面积滤液量为 代入代入 过滤终了时滤液的速率过滤终了时滤液的速率 2023/1/8洗涤液体积洗涤液体积 生产能力生产能力 2023/1/8根据获得最大生产能力的要求，辅助操作时间应为根据获得最大生产能力的要求，辅助操作时间应为 这这就就是是说说实实际际所所用用过过滤滤时时间间太太长长，对对这这种种悬悬浮浮液液，为为提提高高生产能力。过滤时间应短些。生产能力。过滤时间应短些。2023/1/8若转筒转速为若转筒转速为n r/s,转筒回转一周所用时间：转筒回转一周所用时间：整个转筒表面上任何一小块过滤面积所经

25、历的过滤时间为：整个转筒表面上任何一小块过滤面积所经历的过滤时间为：从从生生产产能能力力的的角角度度来来看看,一一台台总总过过滤滤面面积积为为A，浸浸没没角角度度为为，转转速速为为n r/s的的连连续续式式转转筒筒真真空空过过滤滤机机，与与一一台台同同样样条条件件下下操操作作的的过过滤滤面面积积为为A，操操作作周周期期为为T=1/n，每每次次过过滤滤时间时间 的间歇式板框压滤机是等效的。的间歇式板框压滤机是等效的。2、连续过滤机的生产能力、连续过滤机的生产能力 浸没度浸没度:转筒表面浸入滤浆中的分数，以转筒表面浸入滤浆中的分数，以表示。表示。浸没角度浸没角度/360 2023/1/8生产能力：

26、生产能力：当滤布阻力可以忽略不计时当滤布阻力可以忽略不计时 其中：其中：D-转筒直径转筒直径 L-转筒的长度转筒的长度转速转速n愈高，浸没度愈大，生产能力愈大。愈高，浸没度愈大，生产能力愈大。转筒每转一周所得滤液的体积为：转筒每转一周所得滤液的体积为：2023/1/8 例例：用用转转筒筒真真空空过过滤滤机机于于50kPa真真空空度度下下过过滤滤密密度度为为1220kg/m3的的 某某 种种 水水 悬悬 浮浮 液液，操操 作作 条条 件件 下下 的的 过过 滤滤 常常 数数K=5.210-6m2/s，过过滤滤介介质质的的阻阻力力可可忽忽略略不不计计。已已知知，每每次次获获得得1m3滤滤液液生生成

27、成的的滤滤渣渣中中含含有有固固相相590kg，固固相相密密度度为为2200kg/m3，转转筒筒直直径径为为1.75m，宽宽度度为为0.92m，转转筒筒浸浸没没度度1/3，其转速为，其转速为0.5r/min，试求：试求：1)过滤机的生产能力。过滤机的生产能力。2)转筒表面最终滤饼厚度转筒表面最终滤饼厚度。2023/1/8解：解：1）每小时所得滤液体积，即生产能力为：）每小时所得滤液体积，即生产能力为：2）要要求求滤滤饼饼厚厚度度，应应先先通通过过物物量量衡衡算算求求得得滤滤饼饼体体积积与与滤滤液液体积之比体积之比以以1m3悬浮液为准，设其中固相质量分数为悬浮液为准，设其中固相质量分数为xw202

28、3/1/8 所以过滤所以过滤1m3悬浮液所得滤饼的固相质量：悬浮液所得滤饼的固相质量：可得滤液体积为可得滤液体积为 滤饼体积为滤饼体积为 1-0.6823=0.3177m3 每小时所得滤液体积为每小时所得滤液体积为Q,则转筒每转一周得滤饼体积则转筒每转一周得滤饼体积 滤饼厚度滤饼厚度 2023/1/8第三节.流体通过颗粒层的流动 3.1概述概述 3.2颗粒床层的特性颗粒床层的特性 3.3流体通过固定床的压降流体通过固定床的压降3.4过滤原理及设备过滤原理及设备3.5 过滤过程计算过滤过程计算2023/1/83.1概述 由众多固体颗粒堆积而成的静止的颗粒床层称由众多固体颗粒堆积而成的静止的颗粒床

29、层称为固定床。许多化工操作都与流体通过固定床为固定床。许多化工操作都与流体通过固定床的流动有关，其中最常见的有：的流动有关，其中最常见的有：（1）固定床反应器固定床反应器（组成固定床的是粒状或片（组成固定床的是粒状或片状催化剂）状催化剂）（2）悬悬浮浮液液的的过过滤滤（组组成成固固定定床床的的是是悬悬浮浮液液中中的固定颗粒堆积而成的滤饼看作是固定床）的固定颗粒堆积而成的滤饼看作是固定床）2023/1/83.2颗粒床层的特性（1）床层空隙率）床层空隙率固定床层中颗粒堆积的疏密程度可用空隙率来表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：示，其定义如下：的大小反映了床层颗粒的紧密程度

30、，的大小反映了床层颗粒的紧密程度，对流体流对流体流动的阻力有极大的影响。动的阻力有极大的影响。2023/1/83.2颗粒床层的特性(2)床层比表面床层比表面 床层比表面床层比表面 颗粒比表面颗粒比表面取取 的床层考虑，的床层考虑，所以所以 此式是近似的，在忽略床层中固体颗粒相互接触而此式是近似的，在忽略床层中固体颗粒相互接触而彼此覆盖使裸露的颗粒表面积减少时成立。彼此覆盖使裸露的颗粒表面积减少时成立。2023/1/83.3流体通过固定床的压降 流体通过复杂的通道时的阻力（压降）难以进行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。因此，在理论计算，必须依靠实验来解

31、决问题。因此，在研究颗粒床层空隙中流体的流动过程时，通常采研究颗粒床层空隙中流体的流动过程时，通常采用用简化的流动模型简化的流动模型来代替床层内真实的流动过程。来代替床层内真实的流动过程。2023/1/8颗粒床层的简化模型 如图，可以将如图，可以将实际的颗粒床层实际的颗粒床层简化为简化为由许多相互由许多相互平行的小孔道组成的管束平行的小孔道组成的管束，认为流体流过颗粒床，认为流体流过颗粒床层的阻力与通过这些小孔道管束时的阻力相等。层的阻力与通过这些小孔道管束时的阻力相等。2023/1/83.3流体通过固定床的压降 颗粒床层的简化模型颗粒床层的简化模型（1）床层的简化物理模型）床层的简化物理模型

32、 单位体积床层所具有的颗粒表面积单位体积床层所具有的颗粒表面积 和和床层空隙率床层空隙率 对流动阻力有决定性的作用。对流动阻力有决定性的作用。规定：规定：细管的内表面积等于床层颗粒的全部表面；细管的内表面积等于床层颗粒的全部表面；细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙体积。细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙体积。2023/1/8颗粒床层的简化模型 （2）流体压降的数学模型）流体压降的数学模型流体流过圆管的阻力损失数学描述：流体流过圆管的阻力损失数学描述：体积流量体积流量流体通过颗粒床层的空床流速为：流体通过颗粒床层的空床流速为：实际流速：实际流速：2023/1/8颗粒床层的简化模型（2）流体压

33、降的数学模型）流体压降的数学模型式中式中 为单位床层高度的虚拟压强差为单位床层高度的虚拟压强差当床层不高，重力的影响可以忽略时当床层不高，重力的影响可以忽略时 上式为流体通过固定床压降的数学模型上式为流体通过固定床压降的数学模型，未，未知的待定系数知的待定系数 称为模型参数称为模型参数，就其物理意义，就其物理意义而言称为固定床的流动摩擦系数。而言称为固定床的流动摩擦系数。2023/1/8颗粒床层的简化模型（3）模型的检验和模型参数的估值）模型的检验和模型参数的估值当床层雷诺数当床层雷诺数 时时，实验数据符合下式实验数据符合下式式中式中 称为康采尼常数称为康采尼常数，其值为，其值为5.0。的可能

34、的可能误差不超过误差不超过10%。合理简化得到合理简化得到康采尼方程康采尼方程 2023/1/8颗粒床层的简化模型 从康采尼方程或欧根方程可看出，影响床层压降的变量有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：三类：操作变量操作变量 流体物性流体物性 和和 床层特性床层特性 和和 在上述因素中，影响最大的是空隙率在上述因素中，影响最大的是空隙率康采尼方程康采尼方程2023/1/8(4)流体在颗粒床层的流体在颗粒床层的流动速度流动速度符合康采尼方程符合康采尼方程若令若令r颗粒床层的比阻，即单位厚度床层的阻力。颗粒床层的比阻，即单位厚度床层的阻力。则流动速度为：则流动速度为：2023/

35、1/83.4 过滤设备（1 1）结构与工作原理：由多块带凸凹纹路的滤板）结构与工作原理：由多块带凸凹纹路的滤板和滤框交替排列于机架而构成。板和框一般制和滤框交替排列于机架而构成。板和框一般制成方形，其角端均开有圆孔，这样板、框装合，成方形，其角端均开有圆孔，这样板、框装合，压紧后即构成供滤浆、滤液或洗涤液流动的通压紧后即构成供滤浆、滤液或洗涤液流动的通道。框的两侧覆以滤布，空框与滤布围成了容道。框的两侧覆以滤布，空框与滤布围成了容纳滤浆和滤饼的空间。纳滤浆和滤饼的空间。板框过滤机板框过滤机2023/1/8板框过滤机板和框的结构如图所示。悬浮液板和框的结构如图所示。悬浮液从框右上角的通道从框右上

36、角的通道1 1（位于框内）（位于框内）进入滤框，固体颗粒被截留在进入滤框，固体颗粒被截留在框内形成滤饼，滤液穿过滤饼框内形成滤饼，滤液穿过滤饼和滤布到达两侧的板，经板面和滤布到达两侧的板，经板面从板的左下角旋塞排出。待框从板的左下角旋塞排出。待框内充满滤饼，即停止过滤。如内充满滤饼，即停止过滤。如果滤饼需要洗涤，先关闭洗涤果滤饼需要洗涤，先关闭洗涤板下方的旋塞，洗液从洗板左板下方的旋塞，洗液从洗板左上角的通道上角的通道2 2（位于框内）进入，（位于框内）进入，依次穿过滤布、滤饼、滤布，依次穿过滤布、滤饼、滤布，到达非洗涤板，从其下角的旋到达非洗涤板，从其下角的旋塞排出。塞排出。2023/1/8

37、板框过滤机如果将如果将非洗涤板编号为非洗涤板编号为1 1、框为框为2 2、洗涤板为、洗涤板为3 3，则，则板框的组合方式服从板框的组合方式服从12321231232123之规之规律。组装之后的过滤和洗涤原理如图所示。律。组装之后的过滤和洗涤原理如图所示。2023/1/83.4.1 板框过滤机 滤液的排出方式有滤液的排出方式有明流明流和和暗流暗流之分，若滤液经由每之分，若滤液经由每块板底部旋塞直接排出，则称为明流（显然，以上讨块板底部旋塞直接排出，则称为明流（显然，以上讨论以明流为例）；若滤液不宜暴露于空气中，则需要论以明流为例）；若滤液不宜暴露于空气中，则需要将各板流出的滤液汇集于总管后送走，

38、称为暗流。将各板流出的滤液汇集于总管后送走，称为暗流。说明：说明：板框压滤机的操作是间歇的板框压滤机的操作是间歇的，每个操作循环由装，每个操作循环由装合、过滤、洗涤、卸渣、整理五个阶段组成。合、过滤、洗涤、卸渣、整理五个阶段组成。上面介绍的洗涤方法称为上面介绍的洗涤方法称为横穿洗涤法横穿洗涤法，其洗涤面积，其洗涤面积为过滤面积的为过滤面积的1/21/2，洗涤液穿过的滤饼厚度为过滤终，洗涤液穿过的滤饼厚度为过滤终了时滤液穿过厚度的了时滤液穿过厚度的2 2倍。若采用倍。若采用置换洗涤法置换洗涤法，则洗，则洗涤液的行程和洗涤面积与滤液完全相同。涤液的行程和洗涤面积与滤液完全相同。2023/1/83.

39、4.1 板框过滤机（2 2）主要优缺点）主要优缺点 板框压滤机构造简单，过滤面积大而占地板框压滤机构造简单，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，过滤面积可根据生产任务调节。主要作灵活，过滤面积可根据生产任务调节。主要缺点是间歇操作，劳动强度大，产生效率低。缺点是间歇操作，劳动强度大，产生效率低。2023/1/83.4.2 叶滤机（1 1）结构与工作原理：叶滤机由许多）结构与工作原理：叶滤机由许多滤叶滤叶组成。组成。滤叶是由金属多孔板或多孔网制造的扁平框架，滤叶是由金属多孔板或多孔网制造的扁平框架，内有空间，外包滤布，将滤叶装在

40、密闭的机壳内有空间，外包滤布，将滤叶装在密闭的机壳内，为滤浆所浸没。滤浆中的液体内，为滤浆所浸没。滤浆中的液体在压力作用在压力作用下下穿过滤布进入滤叶内部，成为滤液后从其一穿过滤布进入滤叶内部，成为滤液后从其一端排出。过滤完毕，机壳内改充清水，使水循端排出。过滤完毕，机壳内改充清水，使水循着与滤液相同的路径通过滤饼进行洗涤，故为着与滤液相同的路径通过滤饼进行洗涤，故为置换洗涤置换洗涤。最后，滤饼可用振动器使其脱落，。最后，滤饼可用振动器使其脱落，或用压缩空气将其吹下。或用压缩空气将其吹下。滤叶可以水平放置也可以垂直放置，滤浆滤叶可以水平放置也可以垂直放置，滤浆可用泵压入也可用真空泵抽入。可用泵

41、压入也可用真空泵抽入。2023/1/82023/1/83.4.2 叶滤机（2 2）主要优缺点：）主要优缺点：叶滤机也是间歇操作设备。它具有过滤推叶滤机也是间歇操作设备。它具有过滤推动力大，过滤面积大，滤饼洗涤较充分动力大，过滤面积大，滤饼洗涤较充分等优点。其产生能力比压滤机还大，而等优点。其产生能力比压滤机还大，而且机械化程度高，劳动力较省。缺点是且机械化程度高，劳动力较省。缺点是构造较为复杂，造价较高，粒度差别较构造较为复杂，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，大的颗粒可能分别聚集于不同的高度，故洗涤不均匀。故洗涤不均匀。2023/1/83.4.3 3.4.3 回转真空过滤

42、机回转真空过滤机 在水平安装的中空转鼓表面上覆以滤布，转鼓下部浸入盛有悬在水平安装的中空转鼓表面上覆以滤布，转鼓下部浸入盛有悬浮液的滤槽中并以浮液的滤槽中并以 的转速转动。转鼓内分的转速转动。转鼓内分1212个扇个扇形格，每格与转鼓端面上的带孔圆盘相通。此转动盘与装于支形格，每格与转鼓端面上的带孔圆盘相通。此转动盘与装于支架上的固定盘藉弹簧压力压紧叠合，这两个互相叠合而又相对架上的固定盘藉弹簧压力压紧叠合，这两个互相叠合而又相对转动的圆盘组成一付分配头。转鼓表面的每一格按顺时针方向转动的圆盘组成一付分配头。转鼓表面的每一格按顺时针方向旋转一周时，相继进行着过滤、脱水、洗涤、卸渣、再生等操旋转一

43、周时，相继进行着过滤、脱水、洗涤、卸渣、再生等操作。作。2023/1/82023/1/83.4.4 离心机 离心过滤是藉旋转液体产生的径向离心过滤是藉旋转液体产生的径向压差作为过滤的推动力。离心过滤压差作为过滤的推动力。离心过滤 在各种间歇或连续操作的离心过滤在各种间歇或连续操作的离心过滤机中进行。间歇式离心机中又有人机中进行。间歇式离心机中又有人工及自动卸料之分。工及自动卸料之分。三足式离心机是一种常用的人工三足式离心机是一种常用的人工卸料的间歇式离心机，图卸料的间歇式离心机，图4-174-17为其结为其结构示意图。离心机的主要部件是一篮构示意图。离心机的主要部件是一篮式转鼓，壁面钻有许多小

44、孔，内壁衬式转鼓，壁面钻有许多小孔，内壁衬有金属丝及滤布。整个机座和外罩藉有金属丝及滤布。整个机座和外罩藉三根弹簧悬挂于三足支柱上，以减轻运三根弹簧悬挂于三足支柱上，以减轻运转时的振动转时的振动。图图4-17 三足式离心机三足式离心机2023/1/83.4.4 离心机 三足式离心机的转鼓直径一般很大，转速不高三足式离心机的转鼓直径一般很大，转速不高（20002000r/minr/min）,过滤面积约为过滤面积约为 。它。它与其他型式的离心机相比，具有构造简单，运与其他型式的离心机相比，具有构造简单，运转周期可灵活掌握等优点，一般可用于间歇生转周期可灵活掌握等优点，一般可用于间歇生产过程中的小批量物料的处理，尤其适用与各产过程中的小批量物料的处理，尤其适用与各种盐类结晶的过滤和脱水，晶体较少受到破损。种盐类结晶的过滤和脱水，晶体较少受到破损。它的缺点是卸料时的劳动条件较差，转动部位它的缺点是卸料时的劳动条件较差，转动部位位于机座下部，检修不方便。位于机座下部，检修不方便。2023/1/8