化工原理-3非均相物系的分离.ppt

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1、1,第三章 非均相物系的分离,2,非均相物系：含两个或两个以上相的物系，如：固体颗粒液体悬浮液 固体颗粒气体含尘气体分离方法：沉降（重力沉降、离心沉降）过滤 两者均称为机械分离方法（与之相对的是传质分离方法，如蒸馏、吸收）。,3,重力沉降,4,含尘气体,干净气体,灰,离心沉降,旋风分离器,5,板框过滤机,过滤,6,1 颗粒及颗粒床层的特性,沉降和过滤涉及流体相对于固体颗粒及颗粒床层（如过滤时形成的滤饼）的运动。,颗粒床层,7,一、颗粒的特性1.单个颗粒（1）球形颗粒：直径d 比表面积a（单位体积颗粒所具有的表面积）a=(d2)/(d3/6)=6/d（与颗粒直径成反比）,（2）非球形颗粒,体积当

2、量直径de:与颗粒体积相等的圆球的直径,即令,（Vp为颗粒的体积）,则体积当量直径为：,8,球形度（或形状系数）s：反映颗粒形状与球形的差异程度。sS/Sp,球形颗粒s 1，非球形颗粒s 1,Sp为颗粒的（实际）表面积，S为与该颗粒体积相等的圆球的表面积，即 Sde2,例:边长为a的立方体颗粒,9,2.颗粒群的特性（1）粒度分布一般用一套标准筛进行测量(筛分分析）,结果用表或图表示。,xi是第i段颗粒的质量分率，di是第i段颗粒的筛分直径（取上下筛孔的算术平均值）。,（2）平均粒径平均粒径有多种表示法，对流体与颗粒间的相对运动过程，通常以比表面积相等的原则，计算平均比表面积直径da,10,1.

3、床层空隙率（无因次）指单位体积颗粒床层中空隙占据的体积：,2.床层的比表面积ab指单位体积床层中颗粒的表面积。若忽略颗粒相互接触面积的影响，则床层的比表面积ab与颗粒的比表面积a的关系：ab（1）a,二、颗粒床层的特性,11,康采尼（Kozeny）方程（经验公式）：,适用于床层内流动为层流（过虑时一般为层流）,三、流体通过床层流动的压降,空床流速u=流量/床层截面积,12,2 沉降（Sedimentation）,是利用颗粒与流体的密度差来实现分离的过程，分重力沉降（重力作用下）和离心沉降（离心力作用下）。,13,1.重力沉降速度(1)球形颗粒的自由沉降,自由沉降：任一颗粒的沉降不因其它颗粒的存

4、在而受干扰，即颗粒彼此间相互独立、互不影响。要求流体中颗粒稀疏(一般颗粒体积浓度小于0.2）。,一、重力沉降,14,阻力（曳力，向上）：,设球形颗粒直径为d，密度为s，流体静止，密度为（s），颗粒在流体中下沉时，受到的力有：,为阻力系数(无因次),u为颗粒下沉速度,重力(向下）：,浮力（向上）：,15,匀速阶段：,ut称为沉降速度，因是加速阶段终了时的速度,又称为终端速度。,加速阶段:下沉开始瞬间，,下沉可分为两阶段：,然后，,为沉降时间,根据牛顿第二定律,16,得沉降速度公式：,ut（m/s),d(m)g=9.81(m/s2)、s（kg/m3）,可见沉降速度与密度差、颗粒直径成正比，与流体密

5、度、阻力系数成反比。,由,17,（2）阻力（曳力）系数 对于球形颗粒，是颗粒沉降雷诺数,的函数，一般由实验测定，结果绘于 p145图32（双对数坐标）。Ret曲线大致分为三个区,即层流(Ret1)、过渡区（1Ret1000）、湍流(Ret1000),可用相应的公式表示。,18,P145图3-2,不同球形度,层流,过渡区,湍流,Ret,19,过渡（Allen）区（1Ret1000）=18.5/Ret0.6（经验公式）,湍流（Newton）区（1000Ret2105）0.44（经验值）,Allen 公式：,Newton 公式：,层流（Stokes）区（104Ret1）=24/Ret（理论公式）,S

6、tokes 公式：,20,颗粒浓度：颗粒体积浓度较大时，发生干扰沉降，沉降较慢。器壁效应：容器壁面、底面处阻力ut。颗粒形状：对非球形颗粒，用到当量直径de，阻力系数与球形度（形状系数）s 有关,比球形颗粒大，ut减小。,沉降速度的其它影响因素,21,P145图3-2,不同球形度,层流,过渡区,湍流,Ret,22,（4）沉降速度的计算试差法先假设沉降区即Ret的范围(层流、过渡、湍流)求ut校验Ret=dut/是否在假设的范围，若是，则ut即为所求；若不是，则重新假设沉降区。摩擦数群法,由,得,Ret2称为摩擦数群,与ut无关,23,P148图3-3,Ret2,Ret,湍流,层流,过渡区,方法

7、a:将图32的Ret曲线变换为Ret2Ret曲线即图33。由算出的Ret2，查出Ret，进而计算ut=Ret/d,避免了试差。,24,K2.62(对应Ret1)滞流区2.62K69.1 过渡区K69.1(对应Ret1000)湍流区,方法b：利用无因次数群K判别流型，再用相应的沉降速度公式计算ut。,25,将图32的Ret曲线变换为/RetRet曲线（图33），由算出的/Ret查出Ret，再求d=Ret/ut。,试差法先假设沉降区即Ret的范围（滞流、过渡、湍流）求d 校验Ret=dut/是否在假设的范围。,（5）颗粒直径的计算（已知沉降速度）,摩擦数群法:定义一个与d无关的摩擦数群,26,P1

8、48图3-3,Ret,湍流,层流,/Ret,过渡区,27,P148 例3-2 试计算直径为95m、密度为3000kg/m3 的固体颗粒分别在20水和空气中的自由沉降速度。（1）试差法（2）查摩擦数群Ret2与Ret的关系曲线法（3）无因次数群K判别流型法 水中ut0.0098 m/s 空气中ut0.62 m/s,28,垂直方向上，颗粒从室顶沉降至室底所需时间:t=H/ut 水平方向上,气体通过降尘室的时间(停留时间):=l/u,2.重力沉降设备（1）降尘室:利用重力沉降除去气流中颗粒,u为气体在降尘室水平方向上的平均流速 uVS/Hb,VS为降尘室的处理能力即气体体积流量(m3/s),29,颗

9、粒能从气流中分离出来的条件是:t 即 VS blut（降尘室的基本公式）VSblut所对应的ut为理论上能完全(100%)分离下来的最小颗粒的沉降速度.,可见，分离条件与沉降面积有关，而与降尘室的高度无关。所以降尘室可设计成扁平形状，或在室内设置多层水平隔板，构成多层降尘室。,30,多层降尘室的处理能力VS与隔板数n的关系：VS（n1）blut,31,降尘室适于分离大于50m的粗颗粒，一般作预除尘用.多层降尘室虽能分离较细小的颗粒并节省地面，但出灰不便。,32,P151 例3-3 拟采用降尘室回收常压炉气中所含的球形固体颗粒。降尘室底面积为10m2，宽和高均为2m。操作条件下，气体的密度为0.

10、75kg/m3，粘度为2.6105Pas；固体的密度为3000 kg/m3；降尘室的生产能力为3 m3/s。试求：（1）理论上能完全捕集下来的最小颗粒直径；（2）粒径为40m的颗粒的回收百分率；（3）如欲完全回收直径为10m的尘粒，在原降尘室需设置多少层水平隔板？,（1）即 ut=VS/bl0.3 m/s 的颗粒直径：dmin6.9110-5 m,（2）回收率 沉降高度(在停留时间内）/降尘室高度 沉降高度沉降速度停留时间,33,40m颗粒的回收率为(40/69.1)20.335,（3）10m 颗粒的沉降速度ut0.00629 m/s VS=（n1）blut n=47,即两种颗粒的回收率之比等

11、于其沉降速度之比:回收率/100ut/0.3因小颗粒在滞流区沉降，沉降速度与直径平方成正比，则 回收率/100(d/69.1)2,34,（2）沉降槽,悬浮液（料浆）从中央进料口送到液面以下0.31.0m处，固体颗粒沉至槽底，增稠的料浆被慢慢（0.1-1转/分）转动的耙赶至底部中央的排料口连续排出（称为底流），澄清的液体则由槽顶的溢流管排出。,35,P153 例3-4 本题附图所示为一个双锥分 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。,

12、石英及小方铅矿,大方铅矿,利用此双锥分级器对方铅矿与石英两种粒子的 混合物进行分离。已知：粒子形状：正方体粒子尺寸：棱长为mm方铅矿密度s17500kg/m3石英密度 ps2=2650kg/m320 水的密度和粘度：=998.2kg/m3=1.00510-3 Pa.s,36,（1）为了得到纯方铅矿粒,应使全部石英粒子被溢流带出,因此应按最大石英粒子（即0.7mm棱长）的自由沉降速度确定水的上升流速。先求当量直径和球形度，再求 ut0.0696 m/s.（2）所得纯方铅矿粒的最小者是沉降速度恰好等于0.0696m/s的颗粒，求得其棱长为0.2565mm.,假定粒子在上升水流中作自由沉降,试求:(

13、1)欲得纯方铅矿粒,水的上升流速至少应取多少 m/s?(2)所得纯方铅矿粒的尺寸范围。,37,是依靠惯性离心力的作用而实现的沉降。对颗粒较小或两相密度差较小的体系，重力沉降慢、效率低，离心沉降可大大提高分离效果。,惯性离心力F离：对质量为m的物体在与转轴的距离为R、切向速度为uT的位置上有F离=muT2/R，方向沿旋转半径从中心指向外周。,二、离心沉降,离心沉降:当流体带着颗粒旋转时，若颗粒的密度大于流体的，则颗粒在惯性离心力作用下在径向与流体发生相对运动飞离中心。,uT,离心沉降方向,含尘气体,R,38,离心沉降的典型应用：分离含尘气体的旋风分离器。,39,ur为颗粒在径向相对流体的运动速度

14、，即离心沉降的沉降速度。,（2）向心力（与重力场中的浮力相当):,（一)离心沉降速度,离心力场中颗粒在径向的受力情况：,（1）离心力:,（3）阻力:,40,与重力沉降类似，有,比较重力沉降速度,则离心沉降速度为,41,离心沉降与重力沉降比较g对应uT2/R（离心加速度）ut方向向下，是恒值；但ur方向沿径向由中心指向外，并随R的不同而不同。,阻力系数类似，若为滞流沉降，则=24/Rer 但离心沉降雷诺数定义为 Rerdur/,滞流重力沉降,滞流离心沉降,42,离心分离因数：Kc=(uT2/R)/gKc值是反映离心分离设备性能的重要指标，一般远大于1，高速离心机K值可达十万以上。,43,（二）离

15、心沉降设备:旋风分离器(cyclone separator)1.结构及工作原理标准型旋风分离器结构如图。,h=D/2D1=D/2B=D/4H1=2DH2=2D S=D/8D2=D/4,44,工作原理：含尘气体由进气口切向引入，在器内先作由上向下（称为外旋流）、再由下向上（称为内旋流或气芯）的螺旋运动，最后从中心出口管引出。在螺旋运动过程中，尘粒被甩向器壁后顺壁掉落至灰斗。一般用来去除5m以上的颗粒。,45,2.旋风分离器的性能（1）临界粒径dc指理论上能被完全（100%）分离下来的最小颗粒的直径。,46,简化假设：进入旋风分离器的气流严格按螺旋形路线作等速运动，其切向速度uT等于进口气速ui；

16、颗粒向器壁沉降时，必须穿过厚度等于整个进气口宽度B的气流层，方能达到壁面被分离；,临界粒径计算公式,47,则颗粒到达器壁所需的沉降时间为：,令气流在旋风分离器内的有效旋转圈数(外旋)为Ne（对标准型 Ne=5)，则气流在器内的停留时间为：,颗粒在滞流情况下作自由沉降，其径向沉降速度为（作近似s-s）：,（Rm为平均旋转半径）,48,可见，dc随B的增加而增加，即分离效果随分离器尺寸的增加而降低。所以当气体处理量大时，常将若干个小的旋风分离器并联使用，以维持较高的除尘效率。,当t时，颗粒理论上都能被完全分离下来。即t=对应的是临界粒径dc。,注：临界粒径dc越小，分离（除尘）效果越好。,49,粒

17、级效率p:不同粒度的颗粒被分离下来的质量分率 pi=(c1i-c2i)/c1i,（2）分离效率总效率0:被除去的颗粒质量占进入分离器的全部颗粒质量的分率 0=(c1-c2)/c1,c1、c2分别为进出口气体含尘浓度（g/m3）,c1i、c2i分别为进出口气体中平均粒径为di的颗粒浓度（g/m3）,总效率与粒级效率的关系:,xi为粒径di颗粒的质量分率,50,dc临界粒径,理论效率,实际效率,粒级效率曲线,51,通常把粒级效率p标绘成粒径比d/d50的曲线，其中d50是粒级效率为50%的颗粒直径，称之为分割粒径。对于标准型旋风分离器有(D为分离器的直径):,（p158有误）,注意:与临界粒径（理

18、论效率为100）dc的区别,（ui为进气流速）,52,d50,p158 标准型旋风分离器通用pd/d50曲线,53,（3）压强降 气体流径旋风分离器时，因进气管、排气管、主体器壁引起摩擦阻力、流动的局部阻力等，造成气体压强降低（进出口压强差）：p=(ui2/2)为阻力系数（对标准型旋风分离器=8.0）p通常在5002000Pa。,ui,ui,54,（4)旋风分离器的串联与并联n个串联:pi=p/n,=1-(1-i)n,Vi=Vsn个并联:pi=p,=i,Vi=Vs/n,i是单台的效率，是总效率，Vi是单台的流量，Vs是总流量。,i=(c1-c2)/c1=(c2-c3)/c2=(c1-c3)/c

19、1=1-(1-i)2,两台串联,55,p159 例3-5 用如图 3-7所示的标准旋风分离器除去气流中所含固体颗粒。已知固体密度为1100kg/m3,颗粒直径为4.5m,气体密度为1.2kg/m3,粘度为1.810-5 Pa.s,流量为0.4m3/s，允许压强降为1780Pa。试估算采用以下各方案时的设备尺寸及分离效率:（1）一台旋风分离器；（2）四台相同的旋风分离器串联；（3）四台相同的旋风分离器并联。,56,（2）四台串联：pi=p/4，ui9.63m/s D0.5765m，i0.22，0.63（3）四台并联：Vi=Vs/4，ui19.26m/s D0.2038m，0.61结论：四台并联与

20、四台串联效率相近，但并联时设备小得多（压强降相同的条件下）。,（1）一台：由p=8(ui2/2)求得ui19.26m/s 由hBD2/8Vs/ui(注:进气口为长方形hB）得 D0.408m,求得d505.03m 由d/d50 查得0.44,57,h=D/2D1=D/2B=D/4H1=2DH2=2D S=D/8D2=D/4,3.旋风分离器的类型与选用(1)类型 标准型,58,XLT/A型由标准型的切向进口改为倾斜螺旋面进口,降低阻力、减少涡流、提高分离效率。,59,XLP型带有旁路分离室。含尘气体进入筒体后分为两路：较大的颗粒随向下旋转的主流气体运动，沉到筒壁落下；细微粒则随一小部分气体在顶部

21、旋转聚集形成灰环，再经旁路分离室旋转向下并沿壁面落下。,60,扩散式：圆筒以下部分为倒锥型，底部装有挡灰盘（亦称反射屏），粉尘沿着锥体与反射屏之间的环缝落下，能有效防止上升的净化气体把已下沉的细粉重新卷起。,61,(2)旋风分离器的选用 选用的依据：处理气量、分离颗粒的大小及效率、允许的压强降。,62,旋液分离器：除去悬浮液中颗粒（除沙器）,63,3 过滤（Filtration）,64,一.基本概念,指以某种多孔物质作为过滤介质(如滤布)，在外力作用下，流体通过介质的孔道成为滤液，而固体颗粒被截留下来形成滤饼，从而实现悬浮液（滤浆、料浆）中固体颗粒与流体分离的过程。,1.过滤,根据过滤操作的外

22、力分为：重力过滤、加压过滤、真空过滤和离心过滤。,65,2.过滤方式,（1）饼层（滤饼）过滤 固体颗粒在过滤介质表面形成滤饼。,过滤初期，部分小颗粒可以进入或穿过介质的小孔（因而初始滤液有些浑浊），后因颗粒的架桥作用使介质的孔径缩小形成有效的阻挡。随着滤饼的形成，真正起过滤作用的是滤饼。,用于固含量较大（1%）时。,66,（2）深床（深层）过滤 过滤介质为固体颗粒床层。欲过滤去除的小颗粒在介质长而曲折的孔道中被截留并附着于介质之上。,用于固含量很少（0.1%）时，如水的净化、烟气除尘等。后面只讨论饼层过滤。,67,3.过滤介质,织物介质(称为滤布)多孔材料：如板或管状的多孔陶瓷、塑料、金属等。

23、固体颗粒床层：由沙、硅藻土之类的固体颗粒堆积而成的床层(用于深床过滤)。微孔膜（有无机膜、有机高分子膜）：称为膜过滤（膜分离），是一种新型分离技术。,68,不可压缩性滤饼：构成滤饼的颗粒是不易变形的坚硬颗粒，压差增大时颗粒形状、颗粒间空隙不变，单位厚度床层的流动阻力可视为恒定。可压缩性滤饼：颗粒易变形、空隙率随操作压差的增大而减小、流动阻力随压差增大而增加。,4.滤饼,69,对可压缩性滤饼，为减少过滤阻力，可将某种质地坚硬而能形成疏松床层的另一种固体颗粒预先涂于过滤介质上或者混入悬浮液中，以帮助形成较疏松的滤饼，这种物质称为助滤剂。,5.助滤剂,70,板框压滤机：由交替排列的滤板、滤框及夹于板

24、框之间的滤布组装压紧而成，间歇操作。,6.典型过滤设备,71,框,板,框,板,板,布,布,布,布,72,73,转筒真空过滤机：连续操作,74,过滤速度:指单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积，即滤液的平均流速u，可表示为：,过滤速率：指单位时间内获得的滤液体积，即滤液的流量，可表示为：,二.过滤基本方程,dv(m3)是微小时间d(s)内所得滤液量，A(m2)为过滤面积。,注：饼层过滤是非稳态过程,75,u,由康采尼(Kozeny)方程：,可得滤液通过滤饼(cake)的流速：,厚度L、压差Pc,Pc为滤饼两边的压差，L为滤饼厚度。,76,定义滤饼的比阻r（1/m2）：,定义滤饼的阻力R（1/m）

25、：RrL,则,77,压差Pc、阻力R、厚度L,压差Pm、阻力Rm、当量厚度Le,对过滤介质(medium)，类似地有,Pm为过滤介质两边的压差，Rm为过滤介质阻力，Le为过滤介质的当量滤饼厚度(或虚拟滤饼厚度），即将介质阻力折算成厚度为Le的一层滤饼的阻力。,78,以总推动力即总压差P=Pc+Pm 表示,则有,L、R、Pc,Le、Rm、Pm,79,定义v为滤饼体积与滤液体积之比，即 vLA/V 或 LvV/A引入过滤介质的当量滤液体积（或虚拟滤液体积）Ve，使得 LevVe/A,则,80,考虑到滤饼的可压缩性，滤饼的比阻一般表示为：,r为单位压差下的比阻（1/m2)，s为滤饼的压缩性指数（无因

26、次）。不可压缩滤饼 s0，可压缩滤饼s01（由实验测定）。,代入得过滤基本方程：,81,对一定的悬浮液，、r、v可看成常数，令 k1/(rv）,（也称为过滤基本方程）,k称为过滤物料特征常数，m2/(Pas),则过滤基本方程变为：,82,指压差p为常数的过滤。定义恒压过滤常数K（m2/s),(恒压过滤方程的一种形式),三、恒压过滤,积分：,注意：K（大写）与k（小写）的区别！,则有,83,定义得到虚拟滤液体积Ve所需时间为e（称为虚拟过滤时间），使得 Ve2KA2e 则恒压过滤方程变为：,定义单位过滤面积的滤液体积q及qe qV/A qeVe/A则恒压过滤方程又可写成：,84,当过滤介质阻力可

27、以忽略时：Rm0 Le0 Ve0 qe0 e=0则恒压过滤方程简化为：,85,讨论:恒压过滤时,V或q与时间的关系为抛物线；,即过滤速率随滤液量或时间的增加而降低，因为推动力不变而阻力增加。,过滤速率可写成：,86,p168 例3-8 直径为 0.1mm 的球形颖粒状物质悬浮于水中,用过滤方法予以分离。过滤时形成不可压缩滤饼,其空隙率为 60%。试求滤饼的比阻 r。又知此悬浮液中固相所占的体积分率为 10%,求每平方米过滤面积上获得 0.5m3 滤液时的滤饼阻力 R。,a6/d,设滤饼厚度为L，则每平方米过滤面积上滤饼体积1L，其中液体0.6L、固体0.4L。悬浮液体积滤液体积滤饼体积 0.5

28、L 悬浮液中固相占10%体积：0.4L/(L+0.5)=10%求得 L0.1667m，而 RrL,87,=,+,悬浮液(滤浆),滤饼,滤液,空隙率饼中液体体积/滤饼体积,88,P171 例39 拟在 9.81103Pa 的恒定压强差下过滤例3-8中的悬浮液,已知水的粘度为 1.010-3 Pas,过滤介质阻力可以忽略,试求:（1）每平方米过滤面积上获得 1.5 m3 滤液所需的过滤时间；（2）若将此过滤时间延长一倍,可再得滤液多少?,k1/(rv）,s0，rr，v=0.333 m3/m3,89,恒速过滤：过滤速度为常数，一般由正位移泵（如往复泵）提供动力。此时 dV/(Ad)=uR常数 VAu

29、R quR,四、恒速过滤与先恒速后恒压过滤,则 p=rv uR2+rv uRqe（操作压强随时间直线增加）,对不可压缩滤饼，由过滤基本方程可得,90,实际操作中为避免压强过高很少将恒速过滤进行到底，而是以较低的恒速开始过滤，待压差上升到一定值后转入恒压过滤,即先恒速后恒压过滤。对正位移泵，当压强升到使旁路阀自动开启时，过滤就由恒速转向恒压。,91,先恒速后恒压过滤,恒速阶段过滤时间R、滤液量为VR，则 VRAuRR,恒压阶段时间从R到，滤液量从VR到V，由过滤基本方程积分得：,92,93,1.恒压下K、qe（VeAqe、eqe2/K）的测定 由恒压过滤方程微分得：,用增量代替微分得：,五、过滤

30、常数的测定,即恒压下/q与q是直线关系,其斜率为2/K,截距为2qe/K，可通过作图或回归方法求出K和qe。,94,一定压差下,95,求K、qe的另一种方法将恒压过滤方程,即/q与q是直线关系，无需微分。,写成,96,求K、qe的最简单方法（但误差大）恒压下测两组数据（1、q1）和（2、q2）,97,在不同压差p下进行恒压过滤实验，得一系列与之对应的K，作图或回归求出k和s。注意：K（大写）与k（小写）的区别！,2.压缩性指数s的测定,由恒压过滤常数K的定义式,得,98,P175 例3-11在25下对每升水中含25g某种颗粒的悬浮液进行三次过滤实验,所得q与数据见本例附表1。试求:(1)各p下

31、的过滤常数K、qe及e(2)滤饼的压缩性指数s。,99,六、过滤设备及其生产能力,100,1.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，板框四角的圆孔形成连通的流道。,（一）板框压滤机（plate-and-frame filter press),进口有压力,101,框,板,框,板,板,布,布,布,布,102,实验用板框压滤机,103,104,全自动快开式压滤机,105,板框压滤机的型号：BMS 20/635-25,框厚25mm,框内边长635mm,过滤面积20m2,板框压滤机,过滤面积框内边长框内边长2框数,106,一个周期：过滤 洗涤 卸渣、清理、装合,2.操作：周期

32、性、间歇,107,框,板,框,板,悬浮液,滤液,板,布,布,布,布,悬浮液由滤框角端的暗孔进入滤框，滤液分两路分别穿过两边的滤布，沿滤板的下部流出，滤饼留在框内。,过滤面积框边长框边长 2 框数（一个框对应于两块滤布）,过滤,108,板,框,框,板,板,布,布,布,布,109,洗涤 目的是回收(除去)滤饼中残留的滤液。用横穿洗涤法,洗涤水由洗涤板上通道进入其两侧空间,穿过滤布、整个滤饼、滤框、另一侧滤布后由非洗涤板(过滤板)下部排出。洗涤水的行程约为过滤终了时滤液行程的2倍，而流通面积却为其1/2。,洗涤面积框边长框边长框数,洗涤水,洗出液,110,洗涤板,框,框,非洗涤板（过滤板）,布,布,

33、布,布,非洗涤板（过滤板）,111,非洗涤板(过滤板),洗涤板,框,过滤面积一个框面积2框数洗涤面积一个框面积框数过滤面积的一半,过滤时,洗涤时,112,3.洗涤速率与洗涤时间 洗涤速率：单位时间内消耗的洗水体积。由于洗涤时滤饼厚度不变，所以恒定压差下的洗涤速率为常数。类似过滤，洗涤速率可表示为,若洗涤压差与过滤终了时压差相同，且洗水与滤液的粘度大致相等，用横穿洗涤法时因洗涤水的行程约为过滤终了时滤液行程的2倍，而流通面积却为其1/2，故洗涤速率约为过滤终了时过滤速率的1/4。,113,设洗涤水用量为Vw，则洗涤时间为：,若洗涤液的粘度w与滤液粘度不同，洗涤压差pw也不同于过滤终了时的压差p，

34、则需对洗涤时间进行校正：,114,T=+w+D（s）,操作周期 过滤时间 洗涤时间 辅助时间,V为过滤终了时的滤液体积（m3),4.生产能力 一般以单位时间得到的滤液量Q表示：Q一个周期所得滤液体积/操作周期 操作周期包括过滤、洗涤、辅助（卸饼、清理和组装等）时间：,生产能力：,（m3/h),115,注意滤饼为产品时一般用单位时间得到的滤饼量表示生产能力。一般过滤进行到滤框充满滤饼为止，即 滤框的总容积=一个周期内所得滤饼体积,116,板框压滤机生产能力计算步骤：,物料衡算,恒压过滤方程,滤饼体积（滤框总容积）滤液体积 过滤时间洗涤时间生产能力,117,P182 例312 对例3-11中的悬浮

35、液用具有 26个框的 BMS20/635-25 板框压滤机进行过滤,在过滤机入口处滤浆的表压为 3.39105Pa,所用滤布与试验时相同,浆料温度仍为25。每次过滤完毕用清水洗涤滤饼,洗水温度及表压与滤浆相同而其体积为滤液体织的8%。每次卸渣、清理、装合等辅助操作时间为 15 min。已知固相密度为 2930kg/m3,又测得湿饼密度为 1930kg/m3。求此板框压滤机的生产能力。,从例3-11知：25、每升水含25g固体颗粒、过滤常数K、qe、e,118,以 1m3 滤饼为基准，设其中含水 x kg，则含固体（1930 x）kg 滤饼饼中固体饼中液体,每升水含25g固体颗粒，则滤浆中固相质

36、量分率25/(1000+25)，湿饼密度为 1930kg/m3,滤饼体积滤框总容积,x518 kg,m浆57890kg,119,再求出一个周期的滤液体积V及qV/A，然后由恒压过滤方程求过滤时间,洗涤时间w,滤浆滤饼滤液,m液57890-1930=55960 kg V=55.96 m3（对应1m3 滤饼）,120,过滤过程物料衡算小结,滤浆滤饼滤液 浆中固体饼中固体 浆中液体饼中液体滤液 滤浆浆中固体浆中液体 滤饼饼中固体饼中液体 滤饼空隙率 空隙体积/滤饼体积 饼中液体体积/滤饼体积 滤饼体积与滤液体积之比=v,121,=,+,悬浮液(滤浆),滤饼,滤液,体积和质量均守恒，质量体积密度密度的

37、变化：固体饼浆液,122,（二）转筒真空过滤机（rotary-drum vacuum filter）,123,1.结构与原理：主体是一个转动的水平圆筒，其表面有金属网，网上覆盖滤布，筒的下部浸入滤浆中。,124,圆筒径向分隔成互不相通的若干扇形格,每格有单独的孔道通至分配头（由紧密贴合的转动盘与固定盘构成）,转筒转动时各扇形格通过分配头依次与真空滤液抽吸、洗水抽吸和反吹压缩空气相通,相应地进行过虑、洗涤、吹松、卸饼等。,真空吸走洗水,真空吸走滤液,通压缩空气,125,优点：连续自动操作。缺点：真空操作推动力有限，不能过滤温度较高的滤浆。,126,2.生产能力Q若转筒转速为n（r/min），则旋

38、转一周的时间（操作周期）：T=60/n（s）,转筒表面浸入料浆中的分数称为浸没度：浸没角度/360,浸没角度,127,在T时间内整个转筒表面上任一小块（因而全部转筒面积）所经历的过滤时间为：=T=60/n（s）,从生产能力看，一台转筒真空过滤机相当于一台过滤面积为转筒表面积ADL(D转鼓直径,L转鼓长度)、过滤时间为、操作周期为T的板框过滤机。,128,则生产能力为：Q=60nV=3600V/T（m3/h）若介质阻力可忽略即e=0，Ve=0，则,可见,nQ 但n过大,滤饼太薄不易卸除。,由恒压过滤方程得转筒转一周所得滤液体积为：,129,p184 例 3-13 用转筒真空过滤机过滤某种悬浮液,

39、料浆处理量为20m3/h。已知,每得1m3 滤液可得滤饼0.04m3,要求转筒的浸没度为 0.35,过滤表面上滤饼厚度不低于5mm。现测得过滤常数为 K=8104 m2/s,qe=0.01 m3/m2。试求过滤机的过滤面积 A 和转筒的转速 n。,以转筒转一周为基准，则滤饼体积为 0.005A，滤液体积为 0.005A/0.04,则 0.005A 0.005A/0.0420/(60n)又转筒真空过滤机每转一周所得滤液体积：,130,过滤过程物料衡算小结,滤浆滤饼滤液 浆中固体饼中固体 浆中液体饼中液体滤液 滤浆浆中固体浆中液体 滤饼饼中固体饼中液体 滤饼空隙率=空隙体积/滤饼总体积 饼中液体体

40、积/滤饼总体积 滤饼体积与滤液体积之比=v,131,对板框压滤机：一般以一个周期为基准，此时滤饼体积为滤框的总容积。也可先以单位体积(或质量)的滤浆或滤液或滤饼为基准，再转换为一个周期的量。对转筒真空过滤机:可以转筒转一周或单位时间为基准，也可先以单位体积(或质量)的滤浆或滤液或滤饼为基准，再转换。,物料衡算基准,132,板框压滤机,T=+w+D,V饼VQ,生产能力,=TVQ,转筒真空过滤机,周期,T=60/n,计算过程,两种过滤机生产能力比较,133,1.结构：由起过滤作用的滤叶和起密闭作用的筒体构成，间歇式操作。滤叶由金属丝网组成的框架上覆以滤布构成，可将多块平行的滤叶组装成一体插入箱体内。,（三）叶滤机(shell-and-leaf filter),134,135,2.操作 滤液穿过滤布进入滤叶内，滤饼在滤叶外。,滤饼达到一定厚度时停止过滤，通洗涤水洗涤，洗涤液的行程和流通面积与过滤终了时滤液的行程和流通面积相同，若洗涤液与滤液的性质接近，则洗涤速率约等于过滤终了时速率。,136,带式水平真空过滤机,DU 胶带真空水平过滤机工作原理,137,138,转台式真空过滤机,盘式真空过滤机,139,过滤离心机（类似洗衣机的脱水）,卧式刮刀离心机,三足刮刀离心机,140,141,142,=,+,=,+,