第三章机械分离

1、1第三章第三章 机械分离机械分离2一、均相物系和非均相物系一、均相物系和非均相物系(P101) 概 述 混合物混合物均相混合物：所需分离的物质在同一相中，不能用机械均相混合物：所需分离的物质在同一相中，不能用机械 的方法分离；的方法分离；非均相混合物：具有一个以上的相，可以用机械的方非均相混合物：具有一个以上的相，可以用机械的方 法分离。相界面两侧的物质性质不同。法分离。相界面两侧的物质性质不同。3二、连续相与分散相二、连续相与分散相三、三、 非均相物系的分类非均相物系的分类概 述 41.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) 乳浊液(液液物系) 泡沫液(液气

2、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) 含雾气体(气液物系)2.按颗粒大小分粗悬浮系统：d100m 悬浮系统：0.1md100m 胶体系统：d200000后，后，骤然下降，在骤然下降，在Re0 =(310)105范范围内可近似取围内可近似取= 0.1。123.1.2静止流体中颗粒的自由沉降36gsFdg36bFdg212dpFAuFd Fg Fb t uu0加速段加速段匀速段匀速段13根据牛顿第二运动定律： gbdFFFma2332366426ssudgdgdda43stgdu-球形颗粒沉降速度（终端速度）14当当ReRet t2 2时时218stgduRet=2

3、500时时120.60.27sttgduReReRet t=500 =500 2 210105 5时时121.74stgdu15假设沉降处于层流区假设沉降处于层流区Stokes定律求定律求ut核算核算Ret若若Ret 2，则用相应的公式求，则用相应的公式求ut核算核算Ret16132sgKd 避免试差：K K=3.3=3.3，斯托克斯区上限。，斯托克斯区上限。K K=43.6=43.6，牛顿定律区下限。，牛顿定律区下限。17三、沉降速度影响因素三、沉降速度影响因素以上的沉降过程为在重力作用下球形颗粒的自由沉降：以上的沉降过程为在重力作用下球形颗粒的自由沉降： 颗粒为球形；颗粒为球形； 颗粒沉降

4、时彼此相距较远，互不干扰；颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰； 容器壁对沉降的阻滞作用可以忽略；容器壁对沉降的阻滞作用可以忽略； 颗粒直径不能小到受流体分子运动的影响。颗粒直径不能小到受流体分子运动的影响。在实际情况中还需考虑以下因素的影响：在实际情况中还需考虑以下因素的影响： （1）干扰沉降：颗粒浓度较高（2）器壁效应：容器尺寸较小（3）分子运动：颗粒直径很小（4）颗粒形状：非球形颗粒曳力系数较大（5）液滴或气泡的变形：变形导致曳力系数变化18【例31】落球粘度计。使用光滑小球在粘性液体中的自由沉降可以测定液体的粘度。现有密度8010kg/m3、直径0.16mm的钢球置于密度为980kg/m3

5、的某液体中，盛放液体的玻璃管内径为20mm。测得小球的沉降速度为1.70mm/s，试验温度为20，试计算此时液体的粘度。测量是在距液面高度1/3的中段内进行的，从而免除小球初期的加速及管底对沉降的影响。当颗粒直径d与容器直径D之比d/D0.1，雷诺数在斯托克斯定律区内时，器壁对沉降速度的影响可用下式修正： Dduutt104. 2119 式中ut为颗粒的实际沉降速度；ut为斯托克斯定律区的计算值。1 . 01081021016. 0323Dd解：smDduutt/1073. 1108104. 211070. 1104. 2133320计算有效。校核雷诺数：21070. 40567. 09801

6、070. 11016. 0Re333tduspaugdts0567. 01073. 11881. 998080101016. 0183232假设在斯托克斯区：21223.1.3 重力沉降设备重力沉降设备一、降尘室一、降尘室 利用重力沉降原理从气流中分离出所含 固体颗粒的设备。1）降尘室的生产能力）降尘室的生产能力降尘室的生产能力是指降尘室的生产能力是指降尘室所处理的含降尘室所处理的含尘气体的体积流量，尘气体的体积流量，用用Vs表示，表示，m3/s。降尘室内的降尘室内的颗粒颗粒运动运动 以速度以速度u随气体流动随气体流动 以速度以速度ut作沉降运动作沉降运动23 颗粒能够沉降到集尘斗中有什么条件

7、呢？颗粒能够沉降到集尘斗中有什么条件呢？ 颗粒在降尘室中的沉降时间小于停留时间时，颗颗粒在降尘室中的沉降时间小于停留时间时，颗粒在流体离开降尘室前即可沉降到降尘室的底部。粒在流体离开降尘室前即可沉降到降尘室的底部。 24ttuHult降尘室使颗粒沉降的条件降尘室使颗粒沉降的条件b 注意：注意：当某直径的颗粒满足当某直径的颗粒满足 t t时，它能够被时，它能够被完全（完全（100%）地分离；当某直径的颗粒满足）地分离；当某直径的颗粒满足t t时，它不是不能被分离，仍然可以被分离，只不过时，它不是不能被分离，仍然可以被分离，只不过是不能被完全分离。是不能被完全分离。25VsBLut=A底底ut理论

8、上降尘室的生产能力只与其沉降面积BL及颗粒的沉降速度ut有关，而与降尘室高度H无关。故降尘室应设计成扁平形，或在室内均匀设置多层水平隔板，构成多层降尘室。 若设置若设置n层隔板，则层隔板，则 Vs（n+1）BLut26 降尘室生产能力与设备高度无关，那么降尘室的高度是否越小越好呢？H时，根据时，根据 若若u不变，则不变，则L，生产能力，生产能力Vs=BLut；为保证生产能；为保证生产能力不变，必须力不变，必须B；降尘室变得短而宽，气体进入降尘室；降尘室变得短而宽，气体进入降尘室还未稳定就离开降尘室了，气体在降尘室内的分布不均还未稳定就离开降尘室了，气体在降尘室内的分布不均匀造成分离能力下降；所

9、以在降尘室的前后均有渐缩和匀造成分离能力下降；所以在降尘室的前后均有渐缩和渐扩装置；渐扩装置； 若若L不变，不变，u，生产能力不变；若流速太大，则沉降，生产能力不变；若流速太大，则沉降后的颗粒被重新扬起，分离效率后的颗粒被重新扬起，分离效率，故应保证气体流动，故应保证气体流动维持层流状态，一般维持层流状态，一般u 3m/s，易扬起的物料，易扬起的物料u dmin：全部沉降全部沉降ddmin：ututc, ,此时，颗粒在沉降室内的时间仍然是：此时，颗粒在沉降室内的时间仍然是：则该直径颗粒的沉降高度则该直径颗粒的沉降高度h为为: 假定颗粒在降尘室进口的炉气中均匀分布，则颗假定颗粒在降尘室进口的炉气

10、中均匀分布，则颗粒在降尘室内的沉降高度与降尘室的高度之比：粒在降尘室内的沉降高度与降尘室的高度之比：h/H为该直径颗粒的为该直径颗粒的分离质量分率分离质量分率(回收百分率回收百分率)uLuLuuHuhttct30提高沉降室的捕集效率方法:降低室内气流速度（增加停留时间）；降低沉降室高度（增加处理量、降低降尘时间）；增大沉降室长度（增加处理量、停留时间） 。31【例3-2】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0.75kg/m3，粘度为2.610-5Pas；固体的密度为3000kg/m3；降尘室的生产能力为3m3/s。试求：

11、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，在原降尘室内需设置多少层水平隔板？3230.3m/s10stVublm1 .69m1091. 681. 930003 . 0106 . 2181855mingudst解：1）理论上能完全捕集下来的最小颗粒直径在降尘室中能够完全被分离出来的最小颗粒的沉降速度为由于粒径为待求参数，沉降雷诺准数Ret和判断因子K都无法计算，故需采用试差法。假设沉降在滞流区，则可用斯托克斯公式求最小颗粒直径，即335min56.91 100.3 0.75Re0.59822.6 10ttdu核算沉降流型故设在

12、滞流区沉降正确。2）40m颗粒的回收百分率假设颗粒在炉气中的分布是均匀的，则在气体的停留时间内颗粒的沉降高度与降尘室高度之比即为该尺寸颗粒被分离下来的分率。由于各种尺寸颗粒在降尘室内的停留时间均相同，故40m颗粒的回收率也可用其沉降速度ut与69.1m颗粒的沉降速度ut之比来确定，在斯托克斯定律区则为342623510 103000 9.816.29 10 m/s1818 2.6 10stdgu69.4611029. 610313tsbluVn20.042m147 1Hhn回收率= ut / ut=(d/dmin)2=(40/69.1)2=0.335即回收率为33.5%。3）需设置的水平隔板层

13、数由上面计算可知，10m颗粒的沉降必在滞流区，可用斯托克斯公式计算沉降速度，即取47层隔板间距为3530.75m/s2 2sVubHm082. 0042. 022042. 02424hbbhde50.082 0.75 0.75Re177420002.6 10ed u核算气体在多层降尘室内的流型：若忽略隔板厚度所占的空间，则气体的流速为所以即气体在降尘室的流动为滞流，设计合理。36【例3-3】用总高用总高4m、宽、宽1.7m、长、长4.55m的重力降尘的重力降尘室分离空气中的粉尘。中间等高安排室分离空气中的粉尘。中间等高安排39块隔板，每块隔板，每小时通过降尘室的含尘气体为小时通过降尘室的含尘气

14、体为2000m3(标况标况)，在气，在气体的密度为体的密度为1.6kg/m3(标况标况)，气体温度为，气体温度为400，此，此时粘度为时粘度为310-5Pas，粉尘的密度为，粉尘的密度为3700 kg/m3。试求此降尘室能分离的最小尘粒的直径；除去试求此降尘室能分离的最小尘粒的直径；除去6m颗粒的百分率。颗粒的百分率。 373S2734002000/36001.37m /s273V解：有题可知，3002stSt2731.60.649kg/m27340018TTgduVnBLu假设沉降处于层流区：38SCs5618118 3 101.378.12 10 m8.11m37000.6499.81 4

15、.55 1.7 40Vdg BL n 2s3t63t54CRe4.42 10 m/s188.11 104.22 100.649Re3 107.75 102d8.12 mgdudu验证：假设成立，39233336 mL/ u4.55 1.7 4/1.36922.60s2.42 10/182.42 10=54.75%4.42 102.42 1022.60.0546940.1400.05469=54.60.1sttdgdum shumhm 时，同上可知沉降属于层流区。停留时间：沉降速度：则除去百分数为：或者：在 内沉降的高度：每层高度：，则除去百分数为：9%40例例3-4：拟采用降尘室除去常压炉气中

16、的球形尘粒。降尘室的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宽和长分别为2m和和6m,气体处理量为气体处理量为1标准标准m3/s，炉气温度为炉气温度为427，相应的密度，相应的密度=0.5kg/m3，粘度粘度=3.410-5Pa.s，固体固体密度密度S=4000kg/m3操作条件下，规定气体速度不大于操作条件下，规定气体速度不大于0.5m/s，试求：试求：1降尘室的总高度降尘室的总高度H；2理论上能完全分离下来的最小颗粒尺寸；理论上能完全分离下来的最小颗粒尺寸；3. 粒径为粒径为40m的颗粒的回收百分率；的颗粒的回收百分率；4. 欲使粒径为欲使粒径为10m的颗粒完全分离下来，

17、需在降降尘室内设的颗粒完全分离下来，需在降降尘室内设置几层水平隔板？置几层水平隔板？41解：解：1）降尘室的总高度）降尘室的总高度HsmtVVS/564. 2273427273127327330buVHS5 . 02564. 2m564. 22）理论上能完全出去的最小颗粒尺寸）理论上能完全出去的最小颗粒尺寸 blVustsm/214. 062564. 2用试差法由用试差法由ut求求dmin。假设沉降在斯托克斯区假设沉降在斯托克斯区 42gudst18min807. 95 . 04000214. 0104 . 3185m51078. 5核算沉降流型核算沉降流型 1182. 01014. 35 .

18、 0214. 01078. 5Re55ttdu原假设正确原假设正确smgdust/103. 0104 . 318807. 95 . 0400010401852623）粒径为）粒径为40m的颗粒的回收百分率的颗粒的回收百分率粒径为粒径为40m的颗粒定一在滞流区的颗粒定一在滞流区 ？其沉降速度其沉降速度 假设颗粒在降尘室入口处的炉气中是均匀分布的，则假设颗粒在降尘室入口处的炉气中是均匀分布的，则%13.48ttuu直径为直径为40m的颗粒被回收的百分率为：的颗粒被回收的百分率为： 434）水平隔板层数）水平隔板层数 smgdust/1041. 6104 . 318807. 95 . 0400010

19、118362521tSbluVn1104 . 662564. 233 .32取取33层层 板间距为板间距为 1nHhm0754. 0133564. 2 由规定需要求出完全除去的由规定需要求出完全除去的最小粒径最小粒径求沉降速度求沉降速度， 粒径为粒径为10m的颗粒的沉降必在滞流区，的颗粒的沉降必在滞流区， 再再由生产能力和底面积由生产能力和底面积求得多层降尘室的求得多层降尘室的水平隔板层数水平隔板层数。44核算气体在多层降尘室内的流型：若忽略隔板厚度所占的空间，则气体的流速为：u=0.5m/s即气体在降尘室的流动为滞流，设计合理。20001068104 . 35 . 05 . 0145. 0R

20、e145. 0)0754. 02(20754. 024)(245udmhbbhdee所以，45464748495051核算气体在多层降尘室内的流型：若忽略隔板厚度所占的空间，取3层隔板后，每层的高度为：7.7/3=2.57m，则气体的流速为所以mhbbhde11. 2)57. 28 . 1 (257. 28 . 14)(24故设计不是最合理的。200031716Reude52533 3.1.4 .1.4 离心沉降离心沉降 依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程叫作离心沉降。在高速旋转的流体中，颗粒所受的离心力比重力大得多，其分离效果明显优于重力沉降。54离心加速度离心加速度（离心力场强度）（离心

21、力场强度）一、离心沉降速度1、球形颗粒的离心沉降速度、球形颗粒的离心沉降速度直径为直径为d的球形粒子在流体中作匀速圆周运动，的球形粒子在流体中作匀速圆周运动，切线速度为切线速度为uT；径向速度径向速度ur； 旋转半径为旋转半径为R粒子密度为粒子密度为s；流体密度为流体密度为惯性离心力（与重力相当）惯性离心力（与重力相当）: 向心力向心力(与重力场中的浮力相当与重力场中的浮力相当): 阻力阻力(与颗粒径向运动方向相反与颗粒径向运动方向相反): 径向受力分析径向受力分析RudTs236RudT2362422rud（指向中心）（指向中心）（指向中心）（指向中心）ur uTuR（中心指向外周（中心指向

22、外周 ）55三力达到平衡，则：三力达到平衡，则：RudTs236RudT23602422rud 平衡时颗粒在平衡时颗粒在径向径向上相对于流体的运动速度上相对于流体的运动速度ur便是此位置便是此位置上的上的离心沉降速度离心沉降速度。RuduTsr234离心沉降速度表达式离心沉降速度表达式 gdust3)(4重力沉降速度表达式重力沉降速度表达式两者区别在于两者区别在于加速度的不同，一个是加速度的不同，一个是“uT2/R”， 一个是一个是“g” 。ur uTuR56 注意：离心沉降与重力沉降的类比。颗粒离心沉降的速度方向是由圆心沿径向指向外周，但由于颗粒和流体同时做圆周运动，颗粒的实际运动轨迹是一个

23、半径逐渐扩大的螺旋线。离心沉降速度并不是颗粒的实际运动速度，只是其在径向上的分量。 572 离心分离因数离心分离因数 离心沉降时，如果颗粒与流体的相对运动属于滞流，离心沉降时，如果颗粒与流体的相对运动属于滞流，阻力系数阻力系数亦可用重力沉降中亦可用重力沉降中关系式表达，则：关系式表达，则： 24RetRuduTsr2218 同一颗粒在同一种介质中的同一颗粒在同一种介质中的离心沉降速度与重离心沉降速度与重力沉降速度的比值力沉降速度的比值为为 ：cTtrKgRuuu2比值比值Kc就是粒子所在位置上的就是粒子所在位置上的惯性离心力场强度惯性离心力场强度与重力场强度之比与重力场强度之比称为称为离心分离

24、因数离心分离因数。58例如；当旋转半径R=0.4m，切向速度uT=20m/s时，求分离因数。1022gRuKTc分离因数是离心分离设备的重要指标。某些高速离心机分离因数值可高达数十万。旋风或旋液分离器的分离因数一般在52500之间。表明离心沉降速度是沉降速度的百倍，因此离心沉降设备分离效果远高于重力沉降设备。59二、旋风分离器二、旋风分离器利用惯性离心力从气流中分离出尘粒的设备。利用惯性离心力从气流中分离出尘粒的设备。 60外圆筒外圆筒内圆筒内圆筒锥形筒锥形筒切向入口切向入口关风器关风器(防止空气进入防止空气进入)含尘气体含尘气体固相固相净化气体净化气体外旋流外旋流内旋流内旋流含尘气体从圆筒上

25、部长方形切线含尘气体从圆筒上部长方形切线进口进入。进口进入。1 1、操作原理、操作原理含尘气体沿圆筒内壁作旋转流动。含尘气体沿圆筒内壁作旋转流动。颗粒的离心力较大，被甩向外层，颗粒的离心力较大，被甩向外层，气流在内层。气固得以分离。气流在内层。气固得以分离。在圆锥部分，旋转半径缩小而切在圆锥部分，旋转半径缩小而切向速度增大，气流作下螺旋运动。向速度增大，气流作下螺旋运动。在圆锥的底部附近，气流转为上升在圆锥的底部附近，气流转为上升旋转运动，最后由上部出口管排出；旋转运动，最后由上部出口管排出；固相沿内壁落入灰斗。固相沿内壁落入灰斗。61上涡旋上涡旋气流从除尘器气流从除尘器顶部向下高速旋转时，一

26、顶部向下高速旋转时，一部分气流带着细小的尘粒部分气流带着细小的尘粒沿筒壁旋转向上，到达顶沿筒壁旋转向上，到达顶部后，再沿排出管外壁旋部后，再沿排出管外壁旋转向下，最后从排出管排转向下，最后从排出管排出。出。降低除尘效率降低除尘效率62 分离器内的分离器内的静压强在器壁附近最静压强在器壁附近最高高，仅稍低于气体进口处的压强，往，仅稍低于气体进口处的压强，往中心逐渐降低，在中心逐渐降低，在气芯处可降至气体气芯处可降至气体出口压强以下出口压强以下。旋风分离器内的低压。旋风分离器内的低压气芯由排气管入口一直延伸到底部出气芯由排气管入口一直延伸到底部出灰口。灰口。注意密封注意密封。旋风分离器分离粒径范围

27、：旋风分离器分离粒径范围：5200m 不适于：黏性粉尘、含湿量高粉尘、腐蚀性粉尘不适于：黏性粉尘、含湿量高粉尘、腐蚀性粉尘 632 2、旋风分离器的性能、旋风分离器的性能 评价旋风分离器性能的主要指标是评价旋风分离器性能的主要指标是尘粒从气流中的分离效尘粒从气流中的分离效果（临界粒径和分离效率）及气体经过旋风分离器的压强降。果（临界粒径和分离效率）及气体经过旋风分离器的压强降。 1） 临界粒径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。理论上在旋风分离器中能完全分离下来的最小颗粒直径。 a) 进入旋风分离器的气流严格按照螺旋形路线作等速运进入旋风分离器的气流严格按照螺旋形路线作等

28、速运动，且切线速度恒定，等于进口气速动，且切线速度恒定，等于进口气速uT=ui；RuduTsr2218表示表示c) 颗粒在层流情况下做自由沉降，径向速度可用颗粒在层流情况下做自由沉降，径向速度可用 b) 颗粒沉降过程中所穿过的气流厚度为进气口宽度颗粒沉降过程中所穿过的气流厚度为进气口宽度B64D200 m 5 m 5 m 灰尘灰尘含尘气体含尘气体净化气体净化气体灰尘灰尘灰尘灰尘重力沉降室重力沉降室旋风分离器旋风分离器袋滤器袋滤器离心风机离心风机76 练习练习：习题习题5、7773.3.2 2 过滤过滤 过滤是在外力作用过滤是在外力作用下下，利用，利用过滤介质过滤介质使使悬浮液悬浮液中的液体中的

29、液体通过，而通过，而固体颗粒固体颗粒被截留在被截留在介质上，从而实现介质上，从而实现固液分离固液分离的一种单元操作。的一种单元操作。过滤介质过滤介质多孔物质多孔物质滤浆（料浆）滤浆（料浆）悬浮液悬浮液滤液滤液通过多孔通道的液体通过多孔通道的液体滤饼（滤渣）滤饼（滤渣）被截留的固体物质被截留的固体物质推动力推动力压强差压强差783.2.1 概述概述一、过滤方式一、过滤方式 （1）深层过滤）深层过滤: 颗粒尺寸比过滤介质孔径小，过滤介质的孔道弯曲细长，颗粒尺寸比过滤介质孔径小，过滤介质的孔道弯曲细长，当流体通过过滤介质时，颗粒随流体一起进入介质的孔道中，当流体通过过滤介质时，颗粒随流体一起进入介质

30、的孔道中，在表面力和静电的作用下附着在孔道壁面上。在表面力和静电的作用下附着在孔道壁面上。特点：过滤在过滤介质内部进行，表面无固体颗粒层形成。特点：过滤在过滤介质内部进行，表面无固体颗粒层形成。由于过滤介质孔道细长，过滤阻力一般较大。由于过滤介质孔道细长，过滤阻力一般较大。适用于颗粒尺寸甚小，含量甚微的情况，如饮用水的净化。适用于颗粒尺寸甚小，含量甚微的情况，如饮用水的净化。过滤介质过滤介质悬浮液悬浮液深层过滤深层过滤79（2）滤饼过滤）滤饼过滤架桥现象架桥现象过滤刚开始，特别小的颗粒可能会通过过滤介质，得到浑浊的过滤刚开始，特别小的颗粒可能会通过过滤介质，得到浑浊的液体，但随着过滤进行，较小

31、的颗粒在过滤介质表面形成液体，但随着过滤进行，较小的颗粒在过滤介质表面形成“架桥架桥”（滤饼），其后，（滤饼），其后，滤饼成为了主要的滤饼成为了主要的“过滤介质过滤介质”，从而使通过从而使通过滤滤饼层的液体变为清液，固体颗粒得到有效分离。饼层的液体变为清液，固体颗粒得到有效分离。固体颗粒被截留在过滤介质表面上，形成颗粒层（滤饼）。固体颗粒被截留在过滤介质表面上，形成颗粒层（滤饼）。滤饼过滤适用于处理滤饼过滤适用于处理颗粒含量较高颗粒含量较高的悬浮液。的悬浮液。80二、过滤介质二、过滤介质1 1）织物介质织物介质2 2）多孔固体介质多孔固体介质3 3）堆积介质）堆积介质三、滤饼的压缩性和助滤剂三

32、、滤饼的压缩性和助滤剂不可压缩滤饼不可压缩滤饼 P126P126可压缩滤饼可压缩滤饼助滤剂助滤剂813.2.2 3.2.2 过滤基本方程过滤基本方程 L u V -滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系-即为流速，即为流速，单位时间内通单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积过单位过滤面积的滤液体积过滤速度过滤速度uAVq 其中其中ddddqAVu 滤饼过滤过程中，滤饼逐渐增厚，流动阻力也随之逐滤饼过滤过程中，滤饼逐渐增厚，流动阻力也随之逐渐增大，所以过滤过程属于不稳定的流动过程。故渐增大，所以过滤过程属于不稳定的流动过程。故 A82 L le u de u 流体在固定床内流动的简化模型(1

33、)细管长度细管长度le与床层高度与床层高度L成正比成正比(2)细管的内表面积等于全部颗粒的表面积，细管的内表面积等于全部颗粒的表面积， 流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。1、过滤基本方程的推导、过滤基本方程的推导简化模型简化模型：假定：假定：LKle0 润湿周边润湿周边流通截面积流通截面积 4ed 1444aVaVB细细管管的的全全部部内内表表面面积积细细管管的的流流动动空空间间真实速度真实速度 u u 1aaB滤饼体积滤饼体积滤饼滤饼(床层床层)的比表的比表面积面积颗粒的比颗粒的比表面积表面积83221udlpheef L le

34、u u de u 流体在固定床内流动的简化模型eR64 滤饼内，雷诺数很小，属层流流动，滤饼内，雷诺数很小，属层流流动， ude eR2132eedlpu 1p -哈根哈根-泊谡叶方程泊谡叶方程le、de表达式（表达式（见上页见上页） uu AuuA 由质量守恒得：由质量守恒得：滤饼截滤饼截面积面积A84LpaKu122312rLp1 ddqAddVu 过滤阻力过滤阻力过滤推动力过滤推动力 eLrpLrpu 22 介质阻力）介质阻力）（滤饼阻力（滤饼阻力过滤总推动力过滤总推动力 eLLrpu p2 p1u232212maKr比阻，单位令思考：思考：影响过滤阻力的因素有哪些？影响过滤阻力的因素有

35、哪些？ 影响过滤速度的因素有哪些？影响过滤速度的因素有哪些？85eVVvrpA AddV设每获得单位体积滤液时，被截留在过滤介质上的滤饼体设每获得单位体积滤液时，被截留在过滤介质上的滤饼体积为积为v（m3滤饼滤饼/m3滤液），则滤液），则 sprr令令 AddVesVVvrAp1AvVL AvVLee eLLrpu 滤滤饼饼滤滤液液1c思考：思考：滤饼中全是固体物吗？滤饼中全是固体物吗？压缩指数压缩指数0s1（可压缩滤饼）（可压缩滤饼）s=0（不可压缩滤饼）（不可压缩滤饼）86vrpKs12令 eVVKAddV 22 eqqKddq 2 -过滤基本方程过滤基本方程过滤常数，过滤常数，由实验测定

36、由实验测定 pu思考：思考：影响影响K的因素有哪些？的因素有哪些？ 影响影响Ve或或qe的因素有哪些？的因素有哪些？87crpKs1232212aKr影响影响K的因素：的因素：影响影响qe或或Ve 的因素：的因素：滤饼性质（滤饼性质（s、 、a）滤浆性质（滤浆性质（v、 ）推动力（推动力（ p）过滤介质的性质（孔的结构、过滤介质的性质（孔的结构、 、r、厚度）、厚度） pu88 222KAVVVe 2、恒压过滤、恒压过滤vrpKs12过过滤滤阻阻力力过过滤滤推推动动力力 AddVu eVVKA 2 pu 表观速度表观速度积分得：积分得： 或或 Kqqqe 22若过滤介质阻力可忽略不计，则若过滤

37、介质阻力可忽略不计，则 22KAV 或或 Kq 2特点：特点： K为常数为常数 ，过滤速度愈来愈小。，过滤速度愈来愈小。恒压过滤方程恒压过滤方程22eeVKA89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1.31011m-2,水的粘度为1.010-3Pa.s。在压强差恒为9.81104Pa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33/25. 05 . 0/1 . 0115 . 0/1 . 01mm9014323112

38、2 9.81 106 10/1.0 101.3 100.25sPKmsr 滤布阻力可忽略Kq 2sKq3221065 . 1s3752)求过滤时间加倍时的滤液量s75037522Kq3312. 2750106m5 . 112. 2qq23/62. 0mm91【例3-4】拟在9.81103Pa的恒定压强差下过滤某悬浮液。已知该悬浮液由直径为0.1mm的球形颗粒状物质悬浮于水中组成，过滤时形成不可压缩滤饼，其空隙率为60%，水的粘度为1.010-3Pas，过滤介质阻力可以忽略，若每获得1m3滤液所形成的滤饼体积为0.333m3。试求：1）每平方米过滤面积上获得1.5m3滤液所需的过滤时间；2）若将

39、此过滤时间延长一倍，可再得滤液多少？ 92Kq 2vrpKs21rvpK2解：1）求过滤时间已知过滤介质阻力可以忽略的恒压过滤方程为单位面积获得的滤液量q=1.5m3/m2过滤常数对于不可压缩滤饼，s=0，r=r=常数，则已知p=9.81103Pa，=1.010-3Pas，v=0.333m3/m2 9332215ar，所以，324332/mm106101 . 0666ddda1/m10333. 16 . 06 . 0110652103224，则，r/sm1042. 4333. 010333. 1100 . 11081. 92231033，所以，KsKq5091042. 45 . 1322又已知

40、滤饼的空隙率=0.6，球形颗粒的比表面94s 101850922，则233/mm12. 210181042. 4Kq滤液再获得即每平方米过滤面积上323m62. 0/mm62. 05 . 112. 2qq2）过滤时间加倍时增加的滤液量95恒速过滤恒速过滤RdVVquAdA常数RquRVAu2RRepr ur u q ()edqpdrqq 964、先恒速后恒压22edVKAdVV22eKAVVdVd22RRVeVKAVVdVd2222ReRRVVV VVKA222ReRRqqqqqK97985、过滤常数的测定过滤常数过滤常数：K(m2/s)、qe(m3/m2)、e(s)。过滤常数与过滤过滤常数与

41、过滤体系、操作条件有关，通常由恒压过滤实验测定。体系、操作条件有关，通常由恒压过滤实验测定。（1）恒压下K、qe、e的测定积分法：积分法： 2e22KAVVV Kqqq e22e21qKqKq 99注意：注意： 在实验测定过程中积分法是测定实验过程中某时刻滤在实验测定过程中积分法是测定实验过程中某时刻滤液的总量；液的总量； 在实验过程中要保证最终得到的关系线为直线，也就在实验过程中要保证最终得到的关系线为直线，也就是过滤常数恒定，必须注意哪些问题？是过滤常数恒定，必须注意哪些问题？ 保证保证、r、v、s、p等参数即悬浮液体系、温度、浓度等参数即悬浮液体系、温度、浓度、过滤方式、过滤介质、过滤压

42、力等在过滤过程中维持恒定、过滤方式、过滤介质、过滤压力等在过滤过程中维持恒定； 过滤常数是在一定过滤压力下测定的，它能否用于其过滤常数是在一定过滤压力下测定的，它能否用于其他过滤压力的计算呢？他过滤压力的计算呢？ 10012spKr v1 sKrvpKr vp 若比阻若比阻r与参数与参数v没有变化则没有变化则sppKK 1 若为不可压缩滤饼则若为不可压缩滤饼则 ppKK 滤饼多具有可压缩性，且实验条件往往与实际操作条件滤饼多具有可压缩性，且实验条件往往与实际操作条件不同如悬浮液的浓度、温度、压力等等，所以要将实验测定不同如悬浮液的浓度、温度、压力等等，所以要将实验测定的过滤常数应用于实际生产，

43、必须利用以上各式进行校正；的过滤常数应用于实际生产，必须利用以上各式进行校正；但校正前必须确定压缩性指数但校正前必须确定压缩性指数s。101（2）压缩性指数的测定）压缩性指数的测定112()sKk pkr v kpsK2loglog1log 1026 6 过滤设备过滤设备 工业上使用的典型过滤设备：工业上使用的典型过滤设备：按操作方式分类：间歇过滤机、连续过滤机按操作方式分类：间歇过滤机、连续过滤机按操作压强差分类：压滤、吸滤和离心过滤按操作压强差分类：压滤、吸滤和离心过滤板框压滤机（间歇操作）板框压滤机（间歇操作）转筒真空过滤机（连续操作）转筒真空过滤机（连续操作）过滤式离心机过滤式离心机1

44、03(1)板框压滤机104首先是正压强压脱水，也称进浆脱水，即一定数量的首先是正压强压脱水，也称进浆脱水，即一定数量的滤板在强机械力的作用下被紧密排成一列，滤板面和滤板在强机械力的作用下被紧密排成一列，滤板面和滤板面之间形成滤室，过滤物料在强大的正压下被送滤板面之间形成滤室，过滤物料在强大的正压下被送入滤室，进入滤室的入滤室，进入滤室的过滤物料其固体部分被过滤介质过滤物料其固体部分被过滤介质（如滤布）截留形成滤饼，液体部分（如滤布）截留形成滤饼，液体部分透过过滤介质而透过过滤介质而排出滤室，从而达到固液分离的目的排出滤室，从而达到固液分离的目的滤液流出的方式分滤液流出的方式分明流明流和和暗流暗

45、流。明流过滤：明流过滤：滤液从每块滤板上的出液孔直接流出的滤液从每块滤板上的出液孔直接流出的为为明流明流式式暗流过滤：暗流过滤：所有的滤液汇合起来流出的方式是暗流所有的滤液汇合起来流出的方式是暗流式。滤液收集是封闭的。式。滤液收集是封闭的。压紧机构压紧机构：压紧机构包括手动压紧、机械压紧、液压压紧。105 BAY4/450-30UBAY4/450-30U（ 液压压紧式暗流板框压滤机）液压压紧式暗流板框压滤机） 常用的板框压滤机有常用的板框压滤机有 BMSBMS、BASBAS、 BMYBMY及及 BAYBAY等类等类型。型。 其中其中 B B表示板框压滤机、表示板框压滤机、 M M表示明流、表示

46、明流、A A表示暗流、表示暗流、S S表示手动压紧、表示手动压紧、Y Y表示液压压紧，表示液压压紧，U U表示板框材质表示板框材质为塑胶。尺寸单位为为塑胶。尺寸单位为mmmm。板框压滤机的型号板框压滤机的型号106试说出BAY4/450-30U所代表的意义。 答：板框压滤机，滤液流出的方式为暗流，压紧方式为液压压紧，过滤面积是4m2，框内尺寸为450450mm，滤饼厚度为30mm,板框材质为塑胶。1071081）结构）结构由许多块带凹凸纹路的滤板与滤框交替排列组装于机构成。由许多块带凹凸纹路的滤板与滤框交替排列组装于机构成。主要包括主要包括滤板、滤框、夹紧机构、机架滤板、滤框、夹紧机构、机架等

47、组成。等组成。 滤板滤板：凹凸不平的表面，凸部用来：凹凸不平的表面，凸部用来支撑滤布支撑滤布，凹槽是，凹槽是滤液滤液的流道的流道。滤板右上角的圆孔，是滤板右上角的圆孔，是滤浆通道滤浆通道；左上角的圆孔，；左上角的圆孔，是是洗水通道洗水通道。洗涤板洗涤板：左上角的洗水通道与两侧表面的凹槽相通，左上角的洗水通道与两侧表面的凹槽相通， 使洗水流进凹槽；使洗水流进凹槽；非洗涤板：非洗涤板：洗水通道与两侧表面的凹槽不相通。洗水通道与两侧表面的凹槽不相通。109 为了避免这两种板和框的安装次序有错，在铸造时常在板为了避免这两种板和框的安装次序有错，在铸造时常在板与框的外侧面分别铸有一个、两个或三个小钮。非

48、洗涤板为一与框的外侧面分别铸有一个、两个或三个小钮。非洗涤板为一钮板，框带两个钮，洗涤板为三钮板。钮板，框带两个钮，洗涤板为三钮板。 滤框：滤框：滤浆通道：滤浆通道：滤框右上角的圆孔滤框右上角的圆孔洗水通道：洗水通道：滤框左上角的圆孔滤框左上角的圆孔滤板与滤框装合时，按钮数以滤板与滤框装合时，按钮数以1-2-3-1-2-3.的顺序排列。的顺序排列。110 板框压滤机为板框压滤机为间歇操作间歇操作，每个操作循环由，每个操作循环由装合、过滤、装合、过滤、洗涤、卸饼、清理洗涤、卸饼、清理5个阶段组成。个阶段组成。2）操作过程）操作过程根据滤液排出方式分为：根据滤液排出方式分为：明流和暗流明流和暗流

49、装合：装合：将板与框按将板与框按 1-2-3-2-1-2-3 1-2-3-2-1-2-3的顺序，滤板的两的顺序，滤板的两侧表面放上滤布，然后用手动的或机动的压紧装置固定，使侧表面放上滤布，然后用手动的或机动的压紧装置固定，使板与框紧密接触。板与框紧密接触。 过滤：过滤：悬浮液在指定压强下送进滤浆通道，由通道流悬浮液在指定压强下送进滤浆通道，由通道流进每个滤框里；进每个滤框里；滤液滤液分别穿过滤框两侧的滤布，沿滤板板面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；的沟道至滤液出口排出；颗粒颗粒被滤布截留而沉积在滤布上，被滤布截留而沉积在滤布上，待滤饼充满全框后，停止过滤。待滤饼充满全框

50、后，停止过滤。111 洗涤：洗涤：洗涤水经洗水通路从洗涤板上的孔道进入各个洗涤洗涤水经洗水通路从洗涤板上的孔道进入各个洗涤板的两侧，洗涤水在压差（板的两侧，洗涤水在压差（洗涤板上的滤液出口关闭洗涤板上的滤液出口关闭形成）的）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。滤布，最后沿滤板（一钮板）板面沟道至滤液出口排出。 这种操作方式称为这种操作方式称为横穿洗涤法横穿洗涤法。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，洗涤水穿过的途径正好是过滤终了时滤液穿过途径的二倍，流通面

51、积是过滤面积的一半。流通面积是过滤面积的一半。过滤：过滤：料浆料浆 框内成滤饼框内成滤饼 滤液穿过饼和单层滤布滤液穿过饼和单层滤布 排出排出洗涤：洗涤：洗水洗水 洗涤板洗涤板 滤布滤布 滤饼滤饼 滤布滤布 过滤板排出过滤板排出112卸渣、整理卸渣、整理：打开板框，卸出滤饼，洗涤滤布及板、框。：打开板框，卸出滤饼，洗涤滤布及板、框。113结构简单，价格低廉，占地面积小，过滤面积大。结构简单，价格低廉，占地面积小，过滤面积大。可根据需要增减滤板的数量，调节过滤能力。可根据需要增减滤板的数量，调节过滤能力。对物料的适应能力较强，由于操作压力较高对物料的适应能力较强，由于操作压力较高( (310kg/

52、cm2)，对颗粒细小而液体粘度较大的滤浆，也能适用。对颗粒细小而液体粘度较大的滤浆，也能适用。间歇操作，生产能力低，卸渣清洗和组装阶段需用人力操作，间歇操作，生产能力低，卸渣清洗和组装阶段需用人力操作，劳动强度大，所以它只适用于小规模生产。劳动强度大，所以它只适用于小规模生产。近年出现了各种自动操作的板框压滤机，使劳动强度得到减近年出现了各种自动操作的板框压滤机，使劳动强度得到减轻。轻。3）特点）特点114一个操作循环：一个操作循环：过滤过滤洗涤洗涤卸渣、整理重装卸渣、整理重装辅辅助助时时间间洗洗涤涤时时间间过过滤滤时时间间操操作作周周期期 操作周期：操作周期： wDT洗洗板板板框压滤机板框压

53、滤机框框非非洗洗板板洗洗板板滤液流出滤液流出悬悬浮浮液液入入口口洗涤液流出洗涤液流出洗洗涤涤液液入入口口36003600WDVVQT1152叶滤机116 叶滤机有许多滤叶组成，滤叶为内有金属网的扁平框架，外包滤布，将滤叶装在紧密的机壳内（加压式），为滤浆所浸没，滤浆在压差的作用下穿过滤布进入滤叶内部，成为滤液从其周边流出。过滤完毕，机壳内改充清水，使水与滤液经过相同的路径通过滤饼进行置换洗涤，滤饼可用振动器使其脱落，或用压缩空气将其吹下。特点：间歇式、推动力大、洗涤充分、机械化程度高、密闭过滤；构造复杂、造价高。1173回转真空过滤机转筒真空过滤机结构示意图转筒真空过滤机结构示意图动盘动盘定盘

54、定盘转筒转筒金属网金属网滤布滤布滤饼滤饼搅拌器搅拌器洗涤喷头洗涤喷头料浆槽料浆槽刮刀刮刀118 工业上用的很多。 滤浆侧为常压，而滤液侧为真空。主要部件是转筒，其长度与直径之比约为1/22，在水平安装的中空转筒表面覆盖滤布，浸没于滤浆中的过滤面积约为全部面积的三、四成，转速0.13r/min，每转一周，过滤表面的任一部分就相继经历过滤、洗涤、吸干、吹松、刮渣等操作，而任一瞬间，对整个转筒来说，其各部分表面则分别进行以上各个不同阶段的操作，因此，转筒每转一周就对应一个操作循环。11912WAAWdVd14EddV)(82eVVKA7、滤饼的洗涤()WWWVdVd()WdVd120WdVdEdVd

55、22()eKAVV12136003600WDVVQT8、过滤机的生产能力1）间歇过滤机122eeeeVnKAVKAV60)(22nVnnKAnVQee)60(6060222）连续过滤机360浸没角度nT60nT60123124125126例：例：用一台用一台26个框的板框个框的板框(框尺寸为框尺寸为625mm 625mm25mm)压滤机过滤一种含固体颗粒为压滤机过滤一种含固体颗粒为25kg/m3的悬浮液，在过滤机入的悬浮液，在过滤机入口处滤浆的表压为口处滤浆的表压为3.39105Pa,已测得在此压力下已测得在此压力下K=1.8610-4，qe=0.0282，料浆温度为料浆温度为25，每次过滤到

56、滤饼充满滤框为止，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，然后用清水洗涤滤饼，洗水温度及表压与滤浆相同，体积为滤液体积的滤液体积的8%，每次卸渣，清理，装合等辅助操作时间为，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已知固相颗粒密度为2930kg/m3，又测得湿滤饼的密度又测得湿滤饼的密度为为1930kg/m3。求此板框压滤机的生产能力。求此板框压滤机的生产能力。127思路：求思路：求V、 、W V求解：依据物料衡算求解：依据物料衡算 料浆中固体颗粒滤饼中的固体颗粒料浆中固体颗粒滤饼中的固体颗粒 料浆滤饼滤液料浆滤饼滤液求解：恒

57、压过滤方程式求解：恒压过滤方程式W求解：恒压过滤方程式求得过滤速率求解：恒压过滤方程式求得过滤速率DWVQ3600EwddVddV)(41)(128解：解： 总过滤面积总过滤面积 228 .20262625. 0mA滤框总容积滤框总容积 3262. 026025. 0625. 0Vm 已知已知1m3滤饼的质量为滤饼的质量为1930kg，其中含水其中含水x kg,水的密度水的密度按按1000kg/m3考虑。考虑。 1100029301930 xxx=518kg1m3滤饼中固相颗粒质量为滤饼中固相颗粒质量为1930-518=1412 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 kg

58、57890252510001412129生成生成1m3滤饼的滤液的质量为：（滤饼的滤液的质量为：（57890-1930）=55960kg396.55100055960m滤框全部充满时的滤液体积为滤框全部充满时的滤液体积为366.14262. 096.55mV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 23/699. 08 .2066.14mmAVq代入代入 Kqqqe22421086. 10282. 02qqs2835生成生成1m3滤饼滤液体积为滤饼滤液体积为: 130过滤终了时滤液的速度过滤终了时滤液的速度 699. 0)(2qeqqKddqsm/1028. 10282. 0699

59、. 0121086. 144洗涤液体积洗涤液体积 3173. 166.1408. 008. 0mVVW过滤终了时滤液的速率：过滤终了时滤液的速率： smddqAddVE/1066. 21028. 18 .20334EWWddVV4131066. 241173. 1s1764131生产能力生产能力 90017642835360066.143600DWVQhm /597. 93132X：有一板框压滤机：有一板框压滤机,过滤某种悬浮液过滤某种悬浮液,当滤渣完全充满滤框时得滤当滤渣完全充满滤框时得滤液液40m3,过滤时间为过滤时间为1h，随后用，随后用10%滤液量的清水滤液量的清水(物性可视为物性可视

60、为和滤液相同和滤液相同)洗涤洗涤,每次拆装时间为每次拆装时间为15分钟。分钟。 (1)在上述操作中在上述操作中Ve=3m3 ,试求该机的生产能力试求该机的生产能力,以以m3/h表示之。表示之。 (2)如果将该机的每一个滤框的厚度减半如果将该机的每一个滤框的厚度减半,长宽不变长宽不变,而框数加倍而框数加倍, 仍用同样的滤布仍用同样的滤布, 清水洗涤量也不变清水洗涤量也不变,每次拆装时间增到每次拆装时间增到30min ,试问在同样操作条件下进行上述过滤至滤饼刚充满滤框试问在同样操作条件下进行上述过滤至滤饼刚充满滤框,生产生产能力将变为若干能力将变为若干m3(滤液滤液)/h?已知已知: V=40m3