第3章沉降与过滤

1、第三章 非均相机械分离 概概 述述混合物大致可分为：混合物大致可分为： 均相混合物均相混合物 与与 非均相混合物非均相混合物 两大类。两大类。均相混合物：均相混合物： 当混合物中各组分以分子大小分散于物系中，物系中各部当混合物中各组分以分子大小分散于物系中，物系中各部分的浓度、性质一致，这种混合物称为均相混合物。混合物分的浓度、性质一致，这种混合物称为均相混合物。混合物中不存在相界面，其中不存在相界面，其分离方法应用分离方法应用吸收、蒸馏、萃取、吸收、蒸馏、萃取、干燥等干燥等. .非均相混合物：非均相混合物： 混合物中各组分机械地分散于物系中，物系中至少存在两混合物中各组分机械地分散于物系中，

2、物系中至少存在两个或两个以上的相。混合物的特点是物系中存在相界面，界个或两个以上的相。混合物的特点是物系中存在相界面，界面两侧存在明显的浓度、性质等差异。非均相混合物面两侧存在明显的浓度、性质等差异。非均相混合物分离方分离方法法 沉降、过滤、吸附等沉降、过滤、吸附等第一节第一节 筛筛 分分 一一. .颗粒的特性颗粒的特性单颗粒最基本特性单颗粒最基本特性: : 颗粒的大小颗粒的大小( (粒径粒径) )，形状及表面积，形状及表面积. . 它们对颗粒在流体中的运动过程有重要影响。它们对颗粒在流体中的运动过程有重要影响。( (一一) )球形颗粒：球形颗粒：( (二二) )非球形颗粒：非球形颗粒：p3p

3、2pSd6d6dVS比表面积比表面积: :比表面积比表面积: :3esV6d(1)(1)等体积当量直径等体积当量直径: :Sdesa6des(2) (2) 等表面积当量直径等表面积当量直径: :(3) (3) 等比表面积当量直径等比表面积当量直径: :形状系数形状系数:非球形颗粒的表面积的球的表面积与非球形颗粒体积相等 体积相等的球形颗粒的表面积最小体积相等的球形颗粒的表面积最小, , 故故: 1: 1二二 颗粒群的特性颗粒群的特性( (一一) ) 粒度分布粒度分布 颗粒群中各颗粒的尺寸颗粒群中各颗粒的尺寸( (粒度粒度) )不可能完全一样不可能完全一样. .某一某一粒度范围的颗粒的质量分数随

4、粒度的变化关系粒度范围的颗粒的质量分数随粒度的变化关系, ,称为颗粒称为颗粒群的粒度分布群的粒度分布, ,可用曲线来表示可用曲线来表示. .有频率分布曲线与累计有频率分布曲线与累计分布曲线两种分布曲线两种, ,见图见图3-13-1所示所示. . 频率分布曲线为某一粒度范围的颗粒的质量分率与频率分布曲线为某一粒度范围的颗粒的质量分率与其平均直径的关系其平均直径的关系. .累计分布曲线为等于及小于某一直径累计分布曲线为等于及小于某一直径的颗粒所占的质量分率的颗粒所占的质量分率. . ( (二二) )颗粒群的平均直径颗粒群的平均直径(1) (1) 长度平均直径长度平均直径 ( (式式3-4)3-4)

5、(2) (2) 表面积平均直径表面积平均直径 ( (式式3-73-7或式或式3-8)3-8)(3)(3)体积平均直径体积平均直径 ( (式式3-103-10或式或式3-11)3-11)(4)(4)体积表面积平均直径体积表面积平均直径 ( (式式3-123-12或式或式3-13)3-13) 颗粒群的平均直径是颗粒群的另一特性颗粒群的平均直径是颗粒群的另一特性, ,其表示方其表示方法随使用目的而异法随使用目的而异. .最常用的几种如下所示最常用的几种如下所示: : 标准筛是一套具有不同大小孔眼并经严格检定的筛标准筛是一套具有不同大小孔眼并经严格检定的筛, ,筛网用金属丝制成筛网用金属丝制成, ,孔

6、作成正方形孔作成正方形, ,网面上一定长度所具网面上一定长度所具有孔数都有规定有孔数都有规定. .常用的泰勒常用的泰勒(Tyler)(Tyler)标准筛系是以每英标准筛系是以每英寸筛网上的孔数筛号或称目数寸筛网上的孔数筛号或称目数. .每一号的金属丝粗细及筛每一号的金属丝粗细及筛孔的净宽是规定的孔的净宽是规定的, ,相邻筛号的筛孔宽度按相邻筛号的筛孔宽度按 倍递增倍递增. . 当使用某一号筛时当使用某一号筛时, ,通过筛孔的颗粒量称为通过筛孔的颗粒量称为筛过量筛过量, ,截留于筛网上的颗粒量称为截留于筛网上的颗粒量称为筛余量筛余量. . 进行筛分时进行筛分时, ,将一套标准筛以筛孔大小为序从上

7、到下将一套标准筛以筛孔大小为序从上到下叠置一起叠置一起, ,网眼最小的一个筛底下放置一无孔的底盘网眼最小的一个筛底下放置一无孔的底盘. .把把已称重的颗粒群样品放入顶端的筛上已称重的颗粒群样品放入顶端的筛上, ,然后均匀摇动整套然后均匀摇动整套筛子筛子, ,颗粒因大小不同而分别截留于各号筛网上颗粒因大小不同而分别截留于各号筛网上, ,称取各称取各号筛网上的颗粒筛余量号筛网上的颗粒筛余量, ,就得到筛分结果就得到筛分结果. .三三. .标准筛与筛分分析标准筛与筛分分析2( (一一) )筛分原理筛分原理 筛的生产能力以单位时间能够加到单位面积筛表面筛的生产能力以单位时间能够加到单位面积筛表面上物料

8、质量上物料质量. .生产能力与有效性是相互制约的生产能力与有效性是相互制约的, ,如提高筛如提高筛的摇动或振动速率可以提高其生产能力的摇动或振动速率可以提高其生产能力, ,但要以降低其有但要以降低其有效性为代价的效性为代价的. .要分离的颗粒愈小要分离的颗粒愈小, ,筛分愈困难筛分愈困难, ,筛的生产筛的生产能力亦愈小能力亦愈小. .( (二二) )筛的有效性与生产能力筛的有效性与生产能力 理想的筛要求做到筛留物中最小的颗粒刚好大于筛过物理想的筛要求做到筛留物中最小的颗粒刚好大于筛过物中最大的颗粒中最大的颗粒. . 标明这两部分物料的大小的界线称为标明这两部分物料的大小的界线称为: :分割直径

9、分割直径. . 比分割直径小的颗粒的通过率与比分割直径大的颗粒的比分割直径小的颗粒的通过率与比分割直径大的颗粒的截留率的乘积截留率的乘积, ,称为称为筛的有效性筛的有效性( (或称或称筛分效率筛分效率).). 显然显然, ,理想的筛的有效性等于理想的筛的有效性等于1,1,实际的筛不可能达到这实际的筛不可能达到这种一刀切的效果种一刀切的效果, ,即筛留物中有些颗粒直径小于分割直径即筛留物中有些颗粒直径小于分割直径, ,而而筛过物中有些颗粒的直径大于分割直径筛过物中有些颗粒的直径大于分割直径, ,也就是说也就是说, ,实际筛的实际筛的有效性都小于有效性都小于1.1.筛目筛目 孔径孔径200 0.0

10、74200 0.074250 0.061 250 0.061 300 0.050 300 0.050 400 0.0385 400 0.0385 500 0.0308 500 0.0308 标准筛表达( (三三) )筛分结果的表示筛分结果的表示 筛分结果可用表或图表示筛分结果可用表或图表示, ,可直观地表示出颗粒的质量可直观地表示出颗粒的质量分率或累计质量分率与其平均直径的关系分率或累计质量分率与其平均直径的关系. . 表表3-13-1中列出一个典型的筛分结果中列出一个典型的筛分结果, ,图图3-13-1则为表则为表3-13-1相相对应的图对应的图. .第二节第二节 沉降分离沉降分离 利用非均

11、相混合物在重力场或离心力场中利用非均相混合物在重力场或离心力场中, ,其中各个不同其中各个不同成分所受到的重力或离心力不同成分所受到的重力或离心力不同, ,从而将各个不同成分加以分从而将各个不同成分加以分离的方法称为离的方法称为沉降分离沉降分离. . 一一. .重力沉降原理重力沉降原理 当流体中含有固体颗粒时当流体中含有固体颗粒时, ,不论流体处于静止还是运动不论流体处于静止还是运动状态状态, ,因固体颗粒的密度大于流体的密度因固体颗粒的密度大于流体的密度, ,所以在重力场下所以在重力场下, ,固体颗粒将沿重力方向与流体作相对运动固体颗粒将沿重力方向与流体作相对运动, ,使之与流体分离使之与流

12、体分离, ,这个过程称为：这个过程称为：沉降沉降. .重力沉降重力沉降: : 依靠重力使两相分离的称为重力没降依靠重力使两相分离的称为重力没降; ;离心沉降离心沉降: : 依靠离心力使两相分离的则称为离心沉降依靠离心力使两相分离的则称为离心沉降. .几点假设几点假设球形颗粒；球形颗粒；颗粒的沉降为自由沉降而互不干扰；颗粒的沉降为自由沉降而互不干扰；沉降沉降设备的尺寸远大于颗粒直径；设备的尺寸远大于颗粒直径；颗粒不存在布朗运动。颗粒不存在布朗运动。固体颗粒在重力场中作自由沉降时的受力分析固体颗粒在重力场中作自由沉降时的受力分析 由于密度差,固体颗粒与流体作相对运动而沉降分离时,颗粒受到如下几个力

13、的作用:FgFgFDFDFbFb(1)(1)曳力或阻力曳力或阻力 F FD D(2)(2)颗粒的浮力颗粒的浮力 FbFb(3)(3)颗粒本身重力颗粒本身重力 FgFg设：向上的作用力为正，向下的作用力为负。设：向上的作用力为正，向下的作用力为负。( (一一) )固体颗粒作自由沉降固体颗粒作自由沉降 单个颗粒在无限大流体中降落过程单个颗粒在无限大流体中降落过程, ,称为自由沉降称为自由沉降. . 1.1.曳力或阻力曳力或阻力 F FD D设设: :球形颗粒直径为球形颗粒直径为: :d d，密度为密度为: : s s 由于流体存在粘度由于流体存在粘度, ,当固体颗粒与流体作相对运动时当固体颗粒与流

14、体作相对运动时, ,流体对颗粒施加一个阻力流体对颗粒施加一个阻力F FD D, ,这个阻力由表皮阻力和形这个阻力由表皮阻力和形体阻力两部分构成体阻力两部分构成. . 当颗粒与流体的相对速度较小时，流体呈层从颗粒当颗粒与流体的相对速度较小时，流体呈层从颗粒两侧绕过，颗粒表面的边界层很薄，不产生边界层分离，两侧绕过，颗粒表面的边界层很薄，不产生边界层分离，此时流体对颗粒的力主要为珍皮阻力。此时流体对颗粒的力主要为珍皮阻力。 当相对速度增大时，边界层增厚并出现边界层分离当相对速度增大时，边界层增厚并出现边界层分离而产生旋涡，表面阻力作用逐渐让位于形体阻力。而产生旋涡，表面阻力作用逐渐让位于形体阻力。

15、 因此，对于一定物系，力大小主要取决于颗粒与流因此，对于一定物系，力大小主要取决于颗粒与流体相对运动速度。体相对运动速度。 流体与固体颗粒之间有相对运动时，将发生动量传递，流体与固体颗粒之间有相对运动时，将发生动量传递，颗粒表面对流体有阻力，颗粒表面对流体有阻力，而流体则对颗粒表面有而流体则对颗粒表面有 曳力曳力。阻力与曳力是一对作用力与反作用力。阻力与曳力是一对作用力与反作用力。 由于颗粒表面几何形状和流体绕颗粒流动的流场这两个由于颗粒表面几何形状和流体绕颗粒流动的流场这两个方面的复杂性，流体与颗粒表面之间的动量传递规律远比在方面的复杂性，流体与颗粒表面之间的动量传递规律远比在固体壁面上要复

16、杂得多。固体壁面上要复杂得多。 爬流爬流(Creeping flow)(Creeping flow)： 来流速度很小时，流来流速度很小时，流体流动很缓慢，颗粒体流动很缓慢，颗粒迎流迎流面面与与背流面背流面的流线对称。的流线对称。曳力（曳力（Drag Drag ）: : （a a）当颗粒与流体的相对速度较小时）当颗粒与流体的相对速度较小时, ,流体呈层流从颗粒流体呈层流从颗粒两侧绕过（图两侧绕过（图a a）, ,颗粒表面的边界层很薄颗粒表面的边界层很薄, ,不会产生边界层不会产生边界层分离分离, ,此时流体对颗粒的曳力主要为此时流体对颗粒的曳力主要为: : 表皮阻力表皮阻力. . （b b）当相

17、对速度增大时）当相对速度增大时, ,边界层增厚并出现边界层分离而边界层增厚并出现边界层分离而产生旋涡（图产生旋涡（图b b）, ,表面力作用逐渐让位于形体阻力表面力作用逐渐让位于形体阻力. .2.颗粒的浮力和重力颗粒的浮力和重力重力场：重力场：gdFg36离心力场离心力场: :rudFtg236 固体颗粒在流体中同时受到重力和浮力的作用，固体颗粒在流体中同时受到重力和浮力的作用，两者之差称为：两者之差称为：“净重力净重力”。颗粒净重力：颗粒净重力：ppbggdFF36颗粒的浮力颗粒的浮力: :gdFpb36颗粒的重力：颗粒的重力： 单个颗粒（或充分分散、互不干扰的单个颗粒（或充分分散、互不干扰

18、的颗粒群）在流体中自由沉降时在所受合颗粒群）在流体中自由沉降时在所受合力作用方向上产生加速度：力作用方向上产生加速度：Fd Fg Fb Futmdd根据牛顿第二定律：根据牛顿第二定律：( (二二) )沉降速度沉降速度(1)(1)(1)(1)曳力或阻力曳力或阻力 F FD D(2)(2)颗粒的浮力颗粒的浮力 FbFb(3)(3)颗粒本身重力颗粒本身重力 FgFgPPdm36bDgF-F-FFdtdumFFFdbg243)(udgdtdupppp根据牛顿第二定律，颗粒的重力沉降运动基本方程式应为根据牛顿第二定律，颗粒的重力沉降运动基本方程式应为: :u重力重力 Fg阻力阻力 Fd浮力浮力 Fb24

19、22udFpdgdFppg36gdFpb36 p p为颗粒密度为颗粒密度 合力为零时，颗粒与流体之间将保持一个稳定的相对合力为零时，颗粒与流体之间将保持一个稳定的相对速度。速度。Fg FFg Fb b F Fd d = 0= 0即即ddudF）F（FppDbg36代入式代入式1 1得得: :dgb-FF F22uApFd由于由于ppbggdFF36ppPgdud322624因此有：因此有：ddudF）F（FppDbg36将各项代入并整理得：将各项代入并整理得：2ppppud43gddu令：令：0ddutuu 34pptdgu则，沉降速度计算式为：则，沉降速度计算式为：u ut t 由颗粒与流体

20、综合特性决定，包括待定的曳力系数由颗粒与流体综合特性决定，包括待定的曳力系数( (均速均速) )又由于又由于公式（公式（3-143-14）成立，假定条件为：）成立，假定条件为：颗粒为球形；颗粒为球形； 颗粒沉降时彼此相距较远，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 阻力系数由半理论半经验阻力系数由半理论半经验 tppudRe1.1.曳力系数曳力系数（ Drag coefficientDrag coefficient ） 流体沿一定方位绕过一定形状的颗粒时，各

21、种有关因流体沿一定方位绕过一定形状的颗粒时，各种有关因素对于曳力的影响可表述为：素对于曳力的影响可表述为：,udfFD应用量纲分析法得：应用量纲分析法得：udfu21AFp2pD令：令：udRepppf Re22uApFD（颗粒雷诺数）（颗粒雷诺数）称曳力系数称曳力系数因此：因此：(1)(1)层流区层流区: : Re 2 Re 2 也称斯托克斯定律区也称斯托克斯定律区pRe24(2)(2)过渡区过渡区 2500 2500 也称阿仑区也称阿仑区6.0pRe5.18(3)(3)湍流区湍流区 500 Re 2 500 Re 2 2 10105 5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

22、收缩，形体阻力突然下降5010)103(Re近似取 = 0.14 4、沉降速度、沉降速度 u ut t 公式使用方法公式使用方法 事前能够确认流动区域，直接用对应公式 流动区域不能确定，采用试差法 假定流动处于层流区假定流动处于层流区: : StokesStokesu u0 0 ReRep p ( (？2)2)，yesyes结束结束 no no 换用相应区域公式换用相应区域公式 ut ut ReRep p 判断判断，修正通过实验整理数据得到(Rep2105 )ArArp6 . 018Re 计算颗粒的沉降速度计算颗粒的沉降速度utut，需要知道，需要知道RepRep，而，而RepRep与与utu

23、t有关。有关。解决这类计算通常采用度差法：解决这类计算通常采用度差法： （1 1）先假设沉降速度属于某个区域，若颗粒很小时，可假）先假设沉降速度属于某个区域，若颗粒很小时，可假设其沉降速度属于层流区，而用斯托克斯公式计算设其沉降速度属于层流区，而用斯托克斯公式计算utut； （2 2）然后由）然后由utut计算计算RepRep，检验，检验RepRep是否小于是否小于2 2，若小于，若小于2 2，则，则计算正确；若大于计算正确；若大于2 2，则根据其大小改用相应区域的公式另，则根据其大小改用相应区域的公式另行计算行计算utut，并由此，并由此utut再检验再检验RepRep与所选区域是否相符？！

24、与所选区域是否相符？！ 为避免试差可使用量纲为一的判据为避免试差可使用量纲为一的判据K K进行计算：进行计算：令：令：3/12ppgdKAr阿基米德数23gdArs用法： Ar Re0 ut 离心力场中的ut，将g替换为armiru /2=避免试差带来的麻烦，可应用阿基米德数判断：避免试差带来的麻烦，可应用阿基米德数判断：层流区层流区k 3.3 ;k 3.3 ;过渡区过渡区k= 3.3 -43.6 k= 3.3 -43.6 ；湍流区；湍流区43.6 k43.6 k或或3/12pppgddK二、重力沉降分离设备二、重力沉降分离设备（一）降尘室（一）降尘室 降尘室：降尘室： 分离含尘气体中固体颗粒

25、的重力沉降设备。分离含尘气体中固体颗粒的重力沉降设备。设：气体通过速度为设：气体通过速度为 u u； 尘粒沉降速度为尘粒沉降速度为 u ut t。 若设颗粒的水平移动速度与气流速度相同，则颗粒通过若设颗粒的水平移动速度与气流速度相同，则颗粒通过长度为长度为 L L 的降尘段的时间的降尘段的时间( (停留时间停留时间) )为为: : t = L/u s t = L/u s 而粒径为而粒径为 d dp p、沉降速度为、沉降速度为 u ut t 的颗粒从高度为的颗粒从高度为 H H 的顶的顶部降至底部所需时间为部降至底部所需时间为 : t = H/u: t = H/ut t s s tLHuu 因此

26、，使粒径为因此，使粒径为 d dp p 的颗粒在降尘室内全部沉降的条件的颗粒在降尘室内全部沉降的条件为为 ：t = tt = t，即即（1 1）工作原理）工作原理 气体入室气体入室减速减速颗粒的沉降运动与随气体运动颗粒的沉降运动与随气体运动沉降运动所需时间沉降运动所需时间 dD dc c 的颗粒的颗粒 = 1 = 1如颗粒入器时均布，如颗粒入器时均布，与器壁距离与器壁距离 BB的所有颗粒所占分率的所有颗粒所占分率BB / ddddc c的的入器时如其入器时如其BBBB，也可以被也可以被(100%)(100%)分离分离由前式，能被由前式，能被(100%)(100%)分离颗粒的分离颗粒的d d B

27、 B1/21/2BBddc入器时距离入器时距离BB的，直径为的，直径为d d的都能被的都能被(100%)(100%)分离分离所占分率为所占分率为BB / 2)/(cdd总效率总效率 O O：被分离出来的颗粒点全部颗粒的质量分数被分离出来的颗粒点全部颗粒的质量分数 O O 与与 i iiiOa压降压降能量损失能量损失进气管、排气管、器壁、各各局部，气旋进气管、排气管、器壁、各各局部，气旋常表示为常表示为22iup阻力系数实测阻力系数实测经验经验2116DAB（3 3）选型与计算）选型与计算 第三节第三节 过过 滤滤（一）过滤基本原理（一）过滤基本原理固液混合，外力驱动，多孔介质，颗粒截留，液体通

28、过固液混合，外力驱动，多孔介质，颗粒截留，液体通过过滤介质滤 饼滤 浆滤 液一、概一、概 述述 过滤是利用重力或压差过滤是利用重力或压差使悬浮液中液体通过某种使悬浮液中液体通过某种多孔性介质，而固体颗粒多孔性介质，而固体颗粒被截留，实现悬浮液中固被截留，实现悬浮液中固液有效分离的单元操作。液有效分离的单元操作。名词：名词：过滤介质；滤浆；滤渣过滤介质；滤浆；滤渣( (饼饼) )；滤液；滤液过程推动力：过程推动力：重力；压力重力；压力( (差差) )；离心力；离心力过滤分类：过滤分类：滤饼过滤与深层过滤（滤饼过滤与深层过滤（P144P144）操作目的：操作目的：固体或清净的液体固体或清净的液体洗

29、涤洗涤回收滤饼中残存的滤液或除去其杂质回收滤饼中残存的滤液或除去其杂质（二）（二） 过滤介质过滤介质 支撑滤饼或截留颗粒，通过滤液支撑滤饼或截留颗粒，通过滤液 要求流动阻力小，机械强度高要求流动阻力小，机械强度高应具备的特性：应具备的特性：织物介质织物介质 滤布滤布( (织物、网织物、网) )，5-655-65 m m，工业应用广泛，工业应用广泛堆积介质堆积介质固体颗粒或纤维等堆积，固体颗粒或纤维等堆积，深层过滤深层过滤 多孔固体介质：具有微细孔道的固体，多孔固体介质：具有微细孔道的固体，1-31-3 m m多孔膜：有机膜、无机膜。多孔膜：有机膜、无机膜。1 1 m m以下以下 （三）滤饼的可

30、压缩性和助滤剂（三）滤饼的可压缩性和助滤剂 滤饼受压滤饼受压 ， （滤饼空隙率）（滤饼空隙率） ，流动阻力，流动阻力 助滤剂助滤剂加入，使滤饼疏松而坚硬加入，使滤饼疏松而坚硬最常用的过滤介质种类：最常用的过滤介质种类：二、过滤设备二、过滤设备（一）板框过滤机（一）板框过滤机 1 1、结构与工作原理、结构与工作原理 1-1-非洗涤板；非洗涤板；2-2-框；框；3-3-洗涤板；洗涤板；四角均开孔四角均开孔组装组装: 1-2-3-2-1-2-3-2-1-2-3-2-1: 1-2-3-2-1-2-3-2-1-2-3-2-1 滤布滤布框的两侧框的两侧滤浆由总管入框滤浆由总管入框 框内形成滤饼框内形成滤饼

31、 滤液穿过饼和布滤液穿过饼和布 经每板上旋塞排出经每板上旋塞排出( (明流明流) ) 从板流出的滤液汇集于某总管排出从板流出的滤液汇集于某总管排出( (暗流暗流) )过滤过滤过程：过程：过滤设备的板型：过滤设备的板型：横穿洗涤：横穿洗涤：洗涤液由总管入板洗涤液由总管入板滤布滤布 滤饼滤饼 滤布滤布 非洗涤板非洗涤板 排出排出洗涤面洗涤面 = (1/2) = (1/2) 过滤面积过滤面积洗涤液行程与滤液相同。洗涤面洗涤液行程与滤液相同。洗涤面 = = 过滤面过滤面置换洗涤：置换洗涤：说明说明间歇操作间歇操作过滤、洗涤、卸渣、整理、装合过滤、洗涤、卸渣、整理、装合主要优点主要优点 结构简单紧凑、过

32、滤面积大、适应能力强、所结构简单紧凑、过滤面积大、适应能力强、所 得滤得滤 饼含量少又能充分洗涤。饼含量少又能充分洗涤。 缺点缺点 间歇操作、生产效率低、劳动强度大等。间歇操作、生产效率低、劳动强度大等。（二）转筒真空过滤机（二）转筒真空过滤机 转筒过滤机结构与工作原理转筒过滤机结构与工作原理 水平转筒分为若干段，滤布蒙于侧壁水平转筒分为若干段，滤布蒙于侧壁段段管管分配头转动盘分配头转动盘( (多孔多孔)分配头固定盘分配头固定盘( (凹槽凹槽2 2、凹槽、凹槽1 1、凹槽、凹槽3) 3) 三个通道的入口三个通道的入口滤液真空管滤液真空管洗水真空管洗水真空管吹气管吹气管工作过程工作过程 跟综一段

33、：跟综一段： 当浸入滤浆中时，对应滤布当浸入滤浆中时，对应滤布对应管对应管转动盘转动盘孔孔凹槽凹槽2 2 滤液真空管滤液真空管 滤液通道滤液通道过滤过滤当位于水喷头下，对应滤饼、滤布当位于水喷头下，对应滤饼、滤布对应管对应管转动盘转动盘孔孔凹槽凹槽1 1 洗水真空管洗水真空管 洗水通道洗水通道洗涤洗涤吹气管吹气管凹槽凹槽33转动盘孔转动盘孔 对应管对应管滤布滤布滤滤饼饼 压缩空气通道压缩空气通道吹松吹松 遇到刮刀遇到刮刀 卸渣卸渣两凹槽之间的空白处：两凹槽之间的空白处： 没有通道没有通道 停工停工两区不致串通两区不致串通 主要优点：主要优点：操作连续、自动；操作连续、自动；主要缺点：主要缺点：

34、过滤面积相对较小，过滤压差不大。过滤面积相对较小，过滤压差不大。三、三、 过滤基本方程过滤基本方程 颗粒床层的物理模型颗粒床层的物理模型颗粒床层颗粒床层一组平行细管一组平行细管流体通道流体通道细管内表面细管内表面 = = 床层颗粒的全部表面床层颗粒的全部表面细管的总体积细管的总体积 = = 床层空隙体积床层空隙体积基本参数基本参数空隙率空隙率 ：床层的空隙体积床层的空隙体积/ /床层的总体积床层的总体积比表面积比表面积 a ：颗粒表面积颗粒表面积/ /颗粒体积颗粒体积孔道孔道(细管细管)平均长度平均长度 L ： 床层厚度床层厚度，即即 L= k1 L孔道孔道(细管细管)当量直径当量直径de：颗

35、粒体积比表面积空隙率床层体积颗粒表面积空隙体积润湿周边长流通截面积444llde1a414空隙率床层体积比表面积空隙率床层体积滤液流速滤液流速 u:床层截面积床层空隙率滤液体积流量面积床层截面中空隙部分的滤液体积流量 u（一）（一） 过滤速度过滤速度定义式：定义式：ddqAddVu滤饼截面积滤液体积流量A滤饼层总截面积滤饼层总截面积；t过滤时间过滤时间；V滤液体积滤液体积(2)过程推动力过程推动力滤浆侧和滤液侧的压差滤浆侧和滤液侧的压差2322112uLaudLppp滤饼压降滤饼压降 介质压降介质压降范宁公式范宁公式（1）瞬时过滤速率）瞬时过滤速率m3/m2总压降总压降当Re 2 时，KuK1

36、Re (3) p1的表达的表达Hagen-Poiseuille （哈根（哈根-傅利叶）方程傅利叶）方程lpdue3212二、过滤基本方程式二、过滤基本方程式（1）L (L) ，如，如 p不变，则不变，则u 瞬时速度下降瞬时速度下降（2）恒压降速，恒速升压）恒压降速，恒速升压说明：说明：KLpdAdVue3212阻力推动力LrpL1ka2p12213滤饼层滤饼层u = 滤饼层推动力滤饼层推动力/ /滤饼层阻力滤饼层阻力。滤饼阻力与滤饼层的性质及滤饼阻力与滤饼层的性质及 L 、滤液粘度滤液粘度 的关的关。说明说明（1）过滤介质的阻力）过滤介质的阻力近似近似：阻力阻力厚度为厚度为Le的一层滤饼的一层

37、滤饼eLr（2）总推动力与总阻力）总推动力与总阻力eeRRprLrLprLeprLpAddV212231ka2r1式中式中滤饼的比阻滤饼的比阻(3)过滤速度的两种具体表达形式过滤速度的两种具体表达形式认为认为:A L = Vc V 获取单位体积滤液所得滤饼体积获取单位体积滤液所得滤饼体积m3/m2Vc ArVcVrLR/ArVcVrLReee/Ve与与Le对应的滤液体积。不存在，虚拟量，对应的滤液体积。不存在，虚拟量， 与滤饼的性质有关与滤饼的性质有关形式形式 1：eVVrVcpAddVu2式3-66W = VcV 又认为又认为：获取单位体积滤液所得滤饼质量获取单位体积滤液所得滤饼质量 滤浆浓

38、度与颗粒性质滤浆浓度与颗粒性质系数系数：Vc=W/V仿照仿照滤饼面积滤饼体积rrLR可得可得A/VVrA/WrrRC000滤饼面积滤饼质量A/VVcrA/WrRe0e0e形式形式2：eVVVcrpAddV02式3-68S0prr比较形式比较形式3-66与与3-68可得：可得：（二）（二） 恒压过滤方程式：恒压过滤方程式： 积积 分：分：常数常数k与时间与时间t无关；无关；Ve、A、 P为常数。为常数。02)()(dkAVVdVVeeVVVee2e2kA2VV2V2220VcrprVcpkK过滤常数（过滤常数（m2/s）eeVVkAVVrVcpAddV22222KAVVVe或：或：或写成：或写成

39、：Kqq2qe2式中式中AVq/AVqee/说明说明 过滤方程式过滤方程式q t的关系的关系，抛物线抛物线关于过滤常数关于过滤常数K和和qe由于由于滤饼的滤饼的(不不 )可压缩性可压缩性， pqKrkpe, K, qep的关系的关系平均平均 r(r)p:s0prrs0p r r其中其中r0(r0)为常数为常数; 不可压缩滤饼，不可压缩滤饼， s = 00s10s1 r Vcp2Vcrp2K常数eseseecqprAcVprrLR00sepq（三）恒速过滤方程（三）恒速过滤方程常数eVVKAddV22则则eVVKAV222222KAVVVeKqqqe222 若在恒压之前，已在恒速下操作了一段时间

40、。并获得若在恒压之前，已在恒速下操作了一段时间。并获得滤液滤液V1V1，则可用下式：，则可用下式：或：或：121e212KAVVV2VV对过滤方程进行微分对过滤方程进行微分Kddqqq2e微分用增量代替：微分用增量代替：Kq2qK2qe连续测定连续测定t t，q q算出一系列算出一系列 t/ t/ q q 及对应及对应 q q过滤常数（恒压）的实验测定过滤常数（恒压）的实验测定 原理一：原理一：Kqq2qe2qqKq2qK2qe t / q q作图，作图，直线斜率直线斜率 = 2/K，截距截距 = 2qe/K例（P155）讲解：原理二：原理二：过滤方程同除以过滤方程同除以 K qK qKq2q

41、K1qe测量变量相同测量变量相同t/q qt/q q作图，作图，直线斜率直线斜率=1/K=1/K，截距截距 = 2 q= 2 qe e/K/Kt /qt /qq qKqq2qe2讨论：讨论：实验条件必须与生产条件一致实验条件必须与生产条件一致过滤机设计在不同过滤机设计在不同 p p下测多个常数下测多个常数测出测出c c或或cc，一定一定 p p测出测出K K r r； 多次多次一组（一组（r, r, p p）sprr0双对数坐标，直线斜率双对数坐标，直线斜率= s, = s, 截距截距= r= r0 0psrrlglglg0（四）过滤计算（四）过滤计算 1 1间歇过滤机的计算间歇过滤机的计算

42、（1 1）操作周期与生产能力）操作周期与生产能力 操作周期总时间：操作周期总时间：RWFC过滤时间过滤时间洗涤时间洗涤时间卸渣卸渣 清理清理 装合时间装合时间 设计和操作计算要基于设计和操作计算要基于t tC C生产能力生产能力： 一个操作周期中，单位时间内得到的滤液或滤饼体积一个操作周期中，单位时间内得到的滤液或滤饼体积. .RWFFCFVVQRWFFCFcVcVQ已知已知K K，q qe e，由过滤方程，由过滤方程， F FV VF F Q Q（2 2）洗涤速率和洗涤时间）洗涤速率和洗涤时间 一般认为：洗涤液量一般认为：洗涤液量 滤液量，即滤液量，即FWJVV假定：假定：洗涤液粘度与滤液相

43、同；洗涤压力与过滤时相同洗涤液粘度与滤液相同；洗涤压力与过滤时相同 洗涤速率：洗涤速率：单位时间内通过滤饼层的洗涤液体积单位时间内通过滤饼层的洗涤液体积叶滤机的洗涤速率和洗涤时间叶滤机的洗涤速率和洗涤时间置换洗涤置换洗涤 )(2)(22eeWVVKAVVrcpAddVddV终了终了终了洗涤速率恒定洗涤速率恒定滤饼厚度不变滤饼厚度不变KAVVpAVVrcddVVeewWww22)(2)(/终了终了板框压滤机的洗涤速度和洗涤时间板框压滤机的洗涤速度和洗涤时间横穿洗涤横穿洗涤 LLw22/AAW)(241)()2/()(222eeewwWVVKAVVrcpAVVrcpAddV终了终了终了洗涤时间洗涤时间KAVVddVVeWww2)(8/终了（3 3）最佳操作周期）最佳操作周期 在一个操作周期中在一个操作周期中 R R一般固定一般固定 F F ，V V ，但上升幅度，但上升幅度 ，Q Q可