单元操作习题

1、第二节 流体通过颗粒床层的流动前面主要讨论了单个颗粒与流体之间相对运动及有关的机械分离问题。在许多化工单元操作中还会经常遇到流体通过由大量固体颗粒装填而成的颗粒床层的流动，如悬浮液的过滤、流体通过填料层或固体催化剂层的流动等。在这类问题中，当流体以较小的流速从床层的空隙中流动时，由于颗粒所受的曳力较小而保持静止状态，这样的床层称为固定床。若流体自下而上流过床层，当流速增大到一定程度后，流体对颗粒的曳力将增大到把颗粒托起，床层松动，并能在一定的流速范围内使颗粒悬浮于流体中，呈流化状态，这样的床层称为流化床。它已广泛应用于固体颗粒的沸腾焙烧、干燥及催化反应过程中。本节主要讨论流体通过固定床的流动问

2、题。3-2-1 颗粒床层的特性 一、床层空隙率由颗粒群堆积成的床层疏密程度可用空隙率来表示，其定义如下：影响空隙率值的因素非常复杂，诸如颗粒的大小、形状、粒度分布与充填方式等。实验证明，乱堆的非球形颗粒床层空隙率往往大于球形的，形状系数s值愈小，空隙率值超过球形的可能性愈大；若充填时设备受到振动，则空隙率必定小，采用湿法充填（即设备内先充以液体），则空隙率必大。一般乱堆床层的空隙率大致在0.470.70之间。二、床层的比表面积ab单位床层体积具有的颗粒表面积称为床层的比表面积ab。若忽略颗粒之间接触面积的影响，则 ab=（1）a （3-30）式中 ab床层比表面积，m2/m3； a颗粒的比表面

3、积，m2/m3； 床层空隙率。床层比表面积也可根据堆积密度估算，即 （3-30a）式中b、s分别为堆积密度和真实密度，kg/m3。b和s之间的近似关系可用下式表示： b=（1）s （3-31） 三、床层的各向同性工业上，小颗粒的床层用乱堆方法堆成，而非球形颗粒的定向是随机的，因而可认为床层是各向同性。各向同性床层的一个重要特点是，床层横截面上可供流体通过的自由截面（即空隙截面）与床层截面之比在数值上等于空隙率。实际上，壁面附近床层的空隙率总是大于床层内部的，较多的流体必趋向近壁处流过，使床层截面上流体分布不均匀，这种现象称为壁效应。当床层直径D与颗粒直径d之比D/d较小时，壁效应的影响尤为严重

4、。3-2-2 流体通过固定床的阻力流体流过固定床的阻力在数值上应等于床层中所有颗粒所受曳力的总和。但由于流体在床层空隙中流动时，流道曲折多变，流速快慢不一，流动状态各异，情况十分复杂，虽然多数情况下，可认为流动处于层流状态，但在流道剧变处或某些局部仍可能有湍流存在，因此若从各个颗粒所受曳力入手解决流体流动的阻力问题显得较为困难。为了能用数学方程式对流体通过固定床的流动加以描述，常将复杂的实际流动过程加以简化。 一、床层的简化模型床层内为乱堆颗粒，床层各向同性，边壁效应可忽略不计，实际颗粒床层可简化为下面模型：1）床层由许多互相平行的细小孔道组成，孔道长度与床层高度成正比；2）孔道内表面积之和等

5、于全部颗粒的表面积；孔道全部流动空间等于床层空隙的容积。图3-17 实际床层（a）与简化的假设模型（b）的对比根据这个模型，依照第一章中非圆形管的当量直径定义，细小孔道的当量直径为式中 de床层流道的当量直径，m。故对颗粒床层的当量直径应可写出：以面积为1m2、厚度为1m的床层为基准；床层体积=11=1m3床层的流道容积为1=m3流道表面积为（1）a m2 即 （3-32）按此简化模型，流体通过固定床的压降等同于流体通过一组当量直径为de、长度为l的细管的压降。 二、流体通过固定床压降的数字模型上述简化的物理模型，已将流体通过具有复杂几何边界的床层的压降简化为通过均匀圆管的压降。因此，当流体处

6、于层流流动条件下，其通过床层的阻力损失可用哈根泊谡叶方程表示，即 （3-33）式中 pc流体通过床层的压降，Pa； 流体粘度，Pas； u1床层孔道中的流速，m/s在与床层相垂直的方向上，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 （3-34） 孔道长度 （3-35）式中 L床层高度，m； C比例系数。将式3-32、式3-34和式3-35代入式3-33，并写成等式，得 （3-36）式3-36中的比例常数K与床层的空隙率、粒子形状、排列及粒度范围等因素有关。对于颗粒床层内的层流流动，K值可取为5，于是 （3-36a）若床层内的流动为湍流，则流体通过固定床的压降表达

7、式为比较复杂的经验式，应用范围较小且误差较大，请参看其它资料。3-2-3 过 滤过滤是分离悬浮液最普遍和最有效的单元操作之一。藉过滤操作可获得清净的液体或固相产品。与沉降分离相比，过滤操作可使悬浮液的分离更迅速更彻底。在某些场合下，过滤是沉降的后继操作。过滤也属于机械分离操作，与蒸发、干燥等非机械操作相比，其能量消耗比较低。 一、概述图3-18 过滤操作示意图过滤是以某种多孔物质为介质，在外力作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固、液分离的操作。过滤操作采用的多孔物质称为过滤介质，所处理的悬浮液称为滤浆或料浆，通过多孔通道的液体称为滤液，被截留的固体物质称

8、为滤饼或滤渣。图3-18是过滤操作的示意图。实现过滤操作的外力可以是重力、压强差或惯性离心力。在化工中应用最多的还是以压强差为推动力的过滤。1过滤方式工业上过滤基本方式有两种：深层过滤和滤饼过滤。在深层过滤操作中，颗粒尺寸比过滤介质孔径小，但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，在惯性和扩散作用下，颗粒在运动过程中趋于孔道壁面，并在表面力和静电的作用下附着在孔道壁面上，如图3-19所示。这种过滤方式的特点是过滤在过滤介质内部进行，过滤介质表面无固体颗粒层形成。由于过滤介质孔道细长，通常过滤阻力较大。这种过滤方式常用于净化含颗粒尺寸甚小，且含量甚微的情况下

9、。在滤饼过滤操作中，流体中的固体颗粒被截留在过滤介质表面上，形成一颗粒层，称为滤饼（如图3-20所示）。对于这种操作，当过滤开始时，特别小的颗粒可能会通过过滤介质，得到浑浊的液体，但随着过滤的进行，较小的颗粒在过滤介质表面形成“架桥”现象，形成滤饼，其后，滤饼成为主要的“过滤介质”，从而使通过滤饼层的液体变为清液，固体颗粒得到有效的分离。滤饼过滤适用于处理颗粒含量较高的悬浮液，是化工生产中的主要过滤方式，本节主要讨论滤饼过滤。图3-19 深层过滤 图3-20 滤饼过滤2过滤介质工业操作使用的过滤介质主要有以下几种。1）织物介质 由天然或合成纤维、金属丝等编织而成的滤布、滤网，是工业生产使用最广

10、泛的过滤介质。它的价格便宜，清洗及更换方便，可截留颗粒的最小直径为565m。2）多孔固体介质 此类介质包括素瓷、烧结金属（或玻璃）、或由塑料细粉粘结而成的多孔性塑料管等，能截留小至13mm的微小颗粒。3）堆积介质 此类介质由各种固体颗粒（细砂、木炭、石棉、硅藻土）或非编织纤维等堆积而成，多用于深度过滤中。过滤介质的选择要根据悬浮液中固体颗粒的含量及粒度范围，介质所能承受的温度和化学稳定性、机械强度等因素来考虑。3滤饼的压缩性和助滤剂滤饼是由截留下的固体颗粒堆积而成的床层，随着操作的进行，滤饼的厚度与流动阻力都逐渐增加。构成滤饼的颗粒特性对流动阻力的影响悬殊很大。颗粒如果是不易变形的坚硬固体（如

11、硅藻土、碳酸钙等），则当滤饼两侧的压强差增大时，颗粒的形状和颗粒间的空隙都不发生明显变化，单位厚度床层的流动阻力可视作恒定，这类滤饼称为不可压缩滤饼。相反，如果滤饼是由某些类似氢氧化物的胶体物质构成，则当滤饼两侧的压强差增大时，颗粒的形状和颗粒间的空隙便有明显的改变，单位厚度饼层的流动阻力随压强差加高而增大，这种滤饼称为可压缩滤饼。为了减少可压缩滤饼的流动阻力，有时将某种质地坚硬而能形成疏松饼层的另一种固体颗粒混入悬浮液或预涂于过滤介质上，以形成疏松饼层，使滤液得以畅流。这种预混或预涂的粒状物质称为助滤剂。对助滤剂的基本要求如下：1）应是能形成多孔饼层的刚性颗粒，使滤饼有良好的渗透性及较低的流

12、动阻力。2）应具有化学稳定性，不与悬浮液发生化学反应，也不溶于液相中。3）在过滤操作的压强差范围内，应具有不可压缩性，以保持滤饼有较高的空隙率。应予注意，一般以获得清净滤液为目的时，采用助滤剂才是适宜的。 二、过滤基本方程 1过滤速度与过滤速率单位时间获得的滤液体积称为过滤速率，单位为m3/s。单位过滤面积上的过滤速率称为过滤速度，单位为m/s。若过滤过程中其它因素不变，则由于滤饼厚度不断增加而使过滤速度逐渐变小。根据式3-36a，任一瞬间的过滤速度可写成如下形式： （3-36b）而过滤速率为： （3-36c）式中 V滤液量，m3； 过滤时间，s； A过滤面积，m2。 2滤饼的阻力对于不可压缩

13、滤饼，滤饼层的空隙率可视为常数，颗粒的形状、尺寸也不改变，因此比表面a亦为常数。式3-36b和式3-36c中的 反映了颗粒的特性，其值随物料而不同。若令： （3-37）式中 r滤饼的比阻，1/m2。则式3-36b可写成 （3-38）式中 R滤饼阻力，1/m。其计算式为 R=rL （3-39）式3-38表示，对不可压缩滤饼，任一瞬间单位面积上的过滤速率与滤饼上、下游两侧的压强差pc成正比，pc是过滤操作的推动力；与滤饼厚度L、比阻r和滤液粘度成反比，单位面积上的过滤阻力是rL。比阻r是单位厚度滤饼的阻力，它在数值上等于粘度为1Pas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

14、。比阻反映了颗粒形状、尺寸及床层空隙率对滤液流动的影响。床层空隙率愈小及颗粒比表面a愈大，则床层愈致密，对流体流动的阻滞作用也愈大。3过滤介质的阻力滤饼过滤中，过滤介质的阻力一般都比较小，但有时却不能忽略，尤其在过滤初始滤饼尚薄的期间。过滤介质的阻力当然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，仿照式3-38可以写出滤液穿过过滤介质层的速度关系式： （3-40）式中 pm过滤介质上、下游两侧的压强差，Pa； Rm过滤介质阻力，1/m。由于很难划定过滤介质与滤饼之间的分界面，更难测定分界面处的压强，因而过滤介质的阻力与最初所形成的滤饼层的阻力往往是无法分开的，所以过滤操作中总

15、是把过滤介质与滤饼联合起来考虑。通常，滤饼与滤布的面积相同，所以两层中的过滤速度应相等，则 （3-41）式中p=pc+pm，代表滤饼与滤布两侧的总压强降，称为过滤压强差。在实际过滤设备上，常有一侧处于大气压下，此时p就是另一侧表压的绝对值，所以p也称为过滤的表压强。式3-41表明，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。为方便起见，设想以一层厚度为Le的滤饼来代替滤布，而过程仍能完全按照原来的速率进行，那么，这层设想中的滤饼就应当具有与滤布相同的阻力，即 rLe=Rm于是，式3-41可写为 （3-42）式中 Le过滤介质的当量滤饼厚度，或称虚拟滤饼

16、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。4过滤基本方程在滤饼过滤过程中，滤饼厚度L随时间增加，滤液量也不断增多。若每获得1m3滤液所形成的滤饼体积为m3，则任一瞬间的滤饼厚度L与当时已经获得的滤液体积V之间的关系应为 LA=V则 （3-43）式中 滤饼体积与相应的滤液体积之比，无因次，或m3/m3。同理，如生成厚度为Le的滤饼所应获得的滤液体积以Ve表示，则 （3-44）式中 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

17、值不同。于是，式3-42可以写成： （3-45）或 （3-45a）式3-45a是过滤速率与各有关因素间的一般关系式。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。考虑到滤饼的压缩性，通常可借用下面的经验公式来粗略估算压强差增大时比阻的变化，即 r=r（p）s （3-46）式中 r单位压强差下滤饼的比阻，1/m2； p过滤压强差，Pa； s滤饼的压缩性指数，无因次。一般情况下，s=01。对于不可压缩滤饼，s=0,可压缩滤饼s=0.20.8.将式3-46代入式3-45a，得到 （3-47）上式称为过滤基本方程式，表示过滤进程中任一瞬间的过滤速率与各有关因素间的关系，是过滤计算及强化过滤操作

18、的基本依据。该式适用于可压缩滤饼及不可压缩滤饼。对于不可压缩滤饼，因s=0，上式即简化为式3-45a。应用过滤基本方程式时，需针对操作的具体方式而积分。过滤操作有两种典型的方式，即恒压过滤及恒速过滤。有时，为避免过滤初期因压强差过高而引起滤液浑浊或滤布堵塞，可采用先恒速后恒压的复合操作方式，过滤开始时以较低的恒定速率操作，当表压升至给定数值后，再转入恒压操作。当然，工业上也有既非恒速亦非恒压的过滤操作，如用离心泵向压滤机送料浆即属此例。 三、过滤时间与滤液量的关系 1恒压过滤若过滤操作是在恒定压强差下进行的，则称为恒压过滤。恒压过滤是最常见的过滤方式。恒压过滤时滤饼不断变厚，致使阻力逐渐增加，

19、但推动力p恒定，因而过滤速率逐渐变小。对于一定的悬浮液，压强差p不变时，若、r、s及皆可视为常数，令 （3-48）将式3-48代入式3-47，得 （3-47a）恒压过滤时，K、A、Ve都是常数，故上式的积分形式为如前所述，式中Ve为与过滤介质阻力相对应的虚拟滤液体积，假定获得体积为Ve的滤液所需的虚拟过滤时间为e（常数），则积分的边界条件为 过滤时间 滤液体积 0e 0Ve e+e VeV+ Ve此处过滤时间是指虚拟的过滤时间（e）与实在的过滤时间（）之和；滤液体积是指虚拟滤液体积（Ve）与实在的滤液体积（V）之和，于是可写出：及 积分上二式得到 （3-49）图3-21 恒压过滤的滤液体积与过

20、滤时间关系曲线及 （3-50）上二式相加可得 （3-51）上式称为恒压过滤方程式，它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，如图3-21所示。图中曲线的Ob段表示实在的过滤时间与实在的滤液体积V之间的关系，而OeO段则表示与介质阻力相对应的虚拟过滤时间e与虚拟滤液体积Ve之间的关系。当过滤介质阻力可以忽略时，Ve=0，e=0，则式3-51简化为 （3-52）又令 及则式3-49、式3-50、式3-51可分别写成如下形式，即 （3-49a） （3-50a） （3-51a）上式也称恒压过滤方程式。恒压过滤方程式中的K是由物料特性及过滤压强差所决定的常数，称为过滤常数，其单位为m2/s；

21、e与qe是反映过滤介质阻力大小的常数，均称为介质常数，其单位分别为s及m3/m2，三者总称过滤常数。当介质阻力可以忽略时，qe=0，e=0，则式3-50a或式3-51a可简化为 （3-52a）【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1.010Pas，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）若将此过滤时间延长一倍，可再得滤液多少？解：1）求过滤时间 已知过滤介质

22、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=1.5 m3/ 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，=1.0103Pas，v=0.333m3/m2根据式3-37知，又已知滤饼的空隙率=0.6球形颗粒的比表面 m2/m3所以 1/m2则 m2/s所以 s 2）过滤时间加倍时增加的滤液量 s则 m3/m2 m3/m2即每平方米过滤面积上将再得0.62m3滤液。2恒速过滤过滤设备（如板框压滤机）内部空间的容积是一定的，当料浆充满此空间后，供料的体积流量就等于滤液流出的体积流量，即过滤速率。所以，当用排量固定的正位移泵向过滤机供料而未打开支路阀

23、时，过滤速率便是恒定的。这种维持速率恒定的过滤方式称为恒速过滤。恒速过滤时的过滤速度为 （3-53）所以 （3-54）或 （3-54a）式中 uR恒速阶段的过滤速度，m/s。上式表明，恒速过滤时，V（或q）与的关系是通过原点的直线。对于不可压缩滤饼，根据式3-45可写出在一定的条件下,式中的、r、uR及qe均为常数,仅p及q随而变化，于是得到 （3-55）或写成 （3-55a）图3-22 先恒速后恒压的过滤装置1正位移泵 2支路阀 3过滤机式中常数： 式3-55a表明，对不可压缩滤饼进行恒速过滤时，其操作压强差随过滤时间成直线增高。所以，实际上很少采用把恒速过滤进行到底的操作方法，而是采用先恒

24、速后恒压的复合式操作方法。这种复合式的装置见图3-22。3先恒速后恒压如图3-22，由于采用正位移泵，过滤初期维持恒定速率，泵出口表压强逐渐升高。经过R时间后，获得体积为VR的滤液，若此时表压强恰已升至能使支路阀自动开启的给定数值，则开始有部分料浆返回泵的入口，进入压滤机的料浆量逐渐减小，而压滤机入口表压强维持恒定。后阶段的操作即为恒压过滤。对于恒压阶段的V关系，仍可用过滤基本方程3-47a求得，即或 若令VR、R分别代表升压阶段终了瞬间的滤液体积及过滤时间，则上式的积分形式为积分上式得 （3-56）或 （3-56a）式3-56和式3-56a为恒压阶段的过滤方程，式中（VVR）、（R）分别代表

25、转入恒压操作后所获得的滤液体积及所经历的过滤时间。例3-5 附表1序号过滤时间，s过滤压强差p，Pa1100 310425009104【例3-5】在0.04m2的过滤面积上，以1104m3/s的速率对不可压缩的滤饼进行过滤实验，测得的两组数据列于本题附表1中。今欲在框内尺寸为635mm635mm60mm的板框过滤机内处理同一料浆，所用滤布与实验时的相同。过滤开始时，以与实验相同的滤液流速进行恒速过滤，至过滤压强差达到6104Pa时改为恒压操作。每获得1m3滤液所生成的滤饼体积为0.02m3。试求框内充满滤饼所需的时间。解：欲求滤框充满滤饼所需的时间，可用式3-56进行计算。为此，需先求得式中有

26、关参数。依式3-55a，对不可压缩滤饼进行恒速过滤时的p关系为 p=a+b将测得的两组数据分别代入上式： 3104=100a+b 9104=500a+b解得 a=150 b=1.5104即 p=150+1.5104因板框过滤机所处理的悬浮液特性及所用滤布均与实验时相同，且过滤速度也一样，故板框过滤机在恒速阶段的p关系也符合上式。恒速终了时的压强差pR=6104Pa，故 s由过滤实验数据算出的恒速阶段的有关参数列于本例附表2中。例3-5 附表2序号，sp，PaV=1104，m3m3/m2110031040.010.25230061040.030.75由式3-47a知将上式改写为应用附表2中数据便

27、可求得过滤常数K和qe，即 （a） （b）本题中正好p2=2p1，于是，K2=2K1。联解式a、b、c得到 qe=0.25m3/m2 K2=5103m2/s上面求得的qe、K2为板框过滤机中恒速过滤终点，即恒压过滤的过滤常数。 m3/m2 A=20.6352=0.8065m2滤饼体积 Vc=0.63520.06=0.0242m3 单位面积上的滤液体积为 m3/m2将K、qe、qR及q的数值代入3-56a得（1.520.752）+20.25（1.50.75）=5103（300）解得 =712.5 s 四、过滤常数的测定过滤计算要有过滤常数作依据。由不同物料形成的悬浮液，其过滤常数差别很大。即使是

28、同一种物料，由于浓度不同，存放时发生聚结、絮凝等条件不同，其过滤常数亦不完全相等，故须要有可靠的实验数据作参考，才能进行设计计算。试验设备可用平底漏斗进行吸滤或压滤，也可以用小型的同类过滤机进行。但由于小型设备和大型设备之间，滤饼沉积方式、滤饼的均匀程度、机械构造等有区别，故据此试验数据作出的设计，其安全系数应采取1.25以上。1恒压下K、qe、e的测定在某指定的压强差下对一定料浆进行恒压过滤时，式3-51a中的过滤常数K、qe、e可通过恒压过滤实验测定。恒压过滤方程式3-51a为 （q+qe）2=K（+e）微分上式，得 2（q+qe）dq=Kd或 （3-57）上式表明与q应成直线关系，直线的

29、斜率为，截距为。为便于根据测定的数据计算过滤常数，上式左端的可用增量比代替，即 （3-57a）在过滤面积A上对待测的悬浮料浆进行恒压过滤实验，测出一系列时刻上的累计滤液量V，并由此算出一系列值，从而得到一系列相互对应的与q之值。在直角坐标中标绘与q间的函数关系，可得一条直线，由直线的斜率及截距的数值便可求得K与qe，再用式3-49a求出e之值。这样得到的K、qe、e便是此种悬浮料浆在特定的过滤介质及压强差条件下的过滤常数。在过滤实验条件比较困难的情况下，只要能够获得指定条件下的过滤时间与滤液量的两组对应数据，也可计算出三个过滤常数，因为 q2+2qeq=K （3-50a）此式中只有K、qe两个

30、未知量。将已知的两组q对应数据代入该式，便可解出qe及Ko再依式3-49a算出e。但是，如此求得的过滤常数，其准确性完全依赖于这仅有的两组数据，可靠程度往往较差。2压缩指数s的测定为了求得滤饼的压缩指数s及单位压强差下滤饼的比阻r，应对该料浆进行若干不同压差下的试验，求得相应的K和压降p数据，再加以处理，可求得s值。对式3-48两端取对数，得 lnK=（1s）lnp+ln因是常数，故K与p的关系在双对数坐标纸上标绘时应为直线，直线的斜率为1s，截距为。如果测定滤液的和，则还可求出滤饼常数r。值得注意的是，上述求压缩指数的方法是建立在恒定的条件上的，这就要求在过滤压强变化范围内，滤饼的空隙率应没

31、有显著的改变。【例3-6】在25下对每升水中含25g某种颗粒的悬浮液进行了三次过滤实验，所得数据见本例附表1。例3-6 附表1实验序号过滤压强差p105，Pa0.4631.953.39单位面积滤液量q103，m/3m2过滤时间，s000011.3517.36.54.322.7041.414.09.434.0572.024.116.245.40108.437.124.556.75152.351.834.668.10201.669.146.1试求：1）各p下的过滤常数K、qe及e；2）滤饼的压缩性指数s。解：1）求过滤常数（以实验为例）根据实验数据整理各段时间间隔的与相应的q值，列于本例附表2中。

32、例3-6 附表2实验序号q103m/3m2q103m/3m2ss103s/m0011.3511.3517.317.31.52422.7011.3541.424.12.12334.0511.3572.030.62.69645.4011.35108.436.43.20756.7511.35152.343.93.86868.1011.35201.649.34.344在直角坐标纸上以为纵轴、q为横轴，根据表中数据标绘出q的阶梯形函数关系，再经各阶梯水平线段中点作直线，见本例附图1中的直线。由图上求得此直线的斜率为 s/m2又由图上读出此直线的截距为例3-6 附图1 例3-6 附图2 s/m则得到当 p

33、=0.463105Pa时的过滤常数为 m2/s m3/m2 s 实验及的q关系也标绘于本题附图1中。各次实验条件下的过滤常数计算过程及结果列于本题附表3中。例3-6 附表3实验序号Pas/m2s/mKm2/sqem3/m2es0.4634.9010412604.081050.025716.21.951.7641044031.1341040.02284.583.391.1921042591.6781040.02172.812）求滤饼的压缩性指数s 将附表3中三次实验的Kp数据在对数坐标上进行标绘，得到本题附图2中的、三个点。由此三点可得一条直线，在图上测得此直线的斜率为1s=0.7，于是可求得滤

34、饼的压缩性指数为s=10.7=0.3。 五、过滤设备各种生产工艺形成的悬浮液的性质有很大的差异，过滤的目的、原料的处理量也很不相同。长期以来，为适应各种不同要求而发展了多种形式的过滤机，这些过滤机可按产生压差的方式不同而分成两大类。1）压滤和吸滤 如叶滤机、板框压滤机，回转真空过滤机等；2）离心过滤 有各种间歇卸渣和连续卸渣离心机。各种过滤机的规格及主要性能可查阅有关产品样本。 1板框压滤机 板框压滤机（图3-23）是一种具有较长历史但仍沿用不衰的间歇式压滤机，它由多块带棱槽面的滤板和滤框交替排列组装于机架所构成。滤板和滤框的个数在机座长度范围内可自行调节，一般为1060块不等，过滤面积约为2

35、80m2。图3-23 板框压滤机1固定头；2滤板；3滤框；4滤布；5压紧装置滤板和滤框的构造如图3-24。板和框的四角开有圆孔，组装叠合后即分别构成供滤浆、滤液、洗涤液进出的通道（图3-25）。操作开始前，先将四角开孔的滤布盖于板和框的交界面上，藉手动、电动或液压传动使螺旋杆转动压紧板和框。悬浮液从通道1进入滤框，滤液穿过框两边的滤布，从每一滤板的左下角经通道3排出机外。待框内充满滤饼，即停止过滤。此时可根据需要，决定是否对滤饼进行洗涤，可进行洗涤的板框压滤机（可洗式板框压滤机）的滤板有两种结构：洗涤板与非洗涤板，两者应作交替排列。洗涤液由通道2（图3-24c）进入洗涤板的两侧，穿过整块框内的

36、滤饼，在非洗涤板的表面汇集，由右下角小孔流入通道4排出。洗涤完毕后，即停车松开螺旋，卸除滤饼，洗涤滤布，为下一次过滤作好准备。图3-24 滤板和滤框1悬浮液通道；2洗涤液入口通道；3滤液通道；4洗涤液出口通道图3-25 板框压滤机操作简图板框压滤机的优点是结构紧凑，过滤面积大，主要用于过滤含固量多的悬浮液。由于它可承受较高的压差，其操作压强一般为0.31.0MPa，因此可用以过滤细小颗粒或液体粘度较高的物料。它的缺点是装卸、清洗大部分藉手工操作，劳动强度较大。近代各种自动操作板框压滤机的出现，使这一缺点在一定程度上得到克服。2叶滤机 叶滤机的主要构件是矩形或圆形滤叶。滤叶是由金属丝网组成的框架

37、其上覆以滤布所构成（参见图3-26a），多块平行排列的滤叶组装成一体并插入盛有悬浮液的滤槽中。滤槽可以是封闭的，以便加压过滤。图3-26b是叶滤机的示意图。过滤时，滤液穿过滤布进入网状中空部分并汇集于下部总管中流出，滤渣沉积在滤叶外表面。根据滤饼的性质和操作压强的大小，滤饼层厚度可达235mm。每次过滤结束后，可向滤槽内通入洗涤水进行滤饼的洗涤，也可将带有滤饼的滤叶移入专门的洗涤槽中进行洗涤，然后用压缩空气、清水或蒸汽反向吹卸滤渣。叶滤机的操作密封，过滤面积较大（一般为20100m2），劳动条件较好。在需要洗涤时，洗涤液与滤液通过的途径相同，洗涤比较均匀。每次操作时，滤布不用装卸，但一旦破损，

38、更换较困难。对密闭加压的叶滤机，因其结构比较复杂，造价较高。图3-26 叶滤机3回转真空过滤机 图3-27为回转真空过滤机的操作示意图，它是工业上使用较广的一种连续式过滤机。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浮液的滤槽中并以0.13r/min的转速转动。转鼓内分12个扇形格，每格与转鼓端面上的带孔圆盘相通。此转动盘与装于支架上的固定盘藉弹簧压力紧密叠合，这两个互相叠合而又相对转动的圆盘组成一付分配头，如图3-28所示。图3-27 回转真空过滤机操作简图 图3-28 回转真空过滤机的分配头 1转鼓；2分配头；3洗涤水喷嘴； 1，2与滤液贮罐相通的槽； 4刮刀；5悬浮液槽；6搅

39、拌器 3与洗液贮罐相通的槽； 过滤区；洗涤脱水区； 4，5通压缩空气的孔 卸渣区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、再生等操作。例如，当转鼓的某一格转入液面下时，与此格相通的转盘上的小孔即与固定盘上的槽1相通，抽吸滤液。当此格离开液面时，转鼓表面与通道2相通，将滤饼中的液体吸干。当转鼓继续旋转时，可在转鼓表面喷洒洗涤液进行滤饼洗涤，洗涤液通过固定盘的槽3抽往洗液贮槽。转鼓的右边装有卸渣用的刮刀，刮刀与转鼓表面的距离可以调节，且此时该格转鼓内部与固定盘的槽4相通，藉压缩空气吹卸滤渣。卸渣后的转鼓表面在必要时可由固定盘的槽5吹入压缩空气，以再生和清理滤布。转鼓

40、浸入悬浮液的面积约为全部转鼓面积的30%40%。在不需要洗涤滤饼时，浸入面积可增加至60%，脱离吸滤区后转鼓表面形成的滤饼厚度约为340mm。回转真空过滤机的过滤面积不大，压差也不高，但它操作自动连续，对于处理量较大而压差不需很大的物料的过滤比较合适。在过滤细、粘物料时，采用助滤剂予涂的操作也比较方便，此时可将卸料刮刀略微离开转鼓表面一定的距离，以使转鼓表面的助滤剂层不被刮下而在较长的操作时间内发挥助滤作用。 六、滤饼的洗涤洗涤滤饼的目的在于回收滞留在缝隙间的滤液，或净化构成滤饼的颗粒。当滤饼需要洗涤时，单位面积洗涤液的用量qw需由实验决定。然后可以按过滤机的洗涤液流经滤饼的通道不同，决定洗涤

41、速率和洗涤时间。在洗涤过程中滤饼不再增厚，洗涤速率为一常数，从而不再有恒速和恒压的区别。单位时间内消耗的洗水容积称为洗涤速率，以表示。若每次过滤终了以体积为VW的洗水洗涤滤饼，则所需洗涤时间为 （3-58）式中 VW流水用量，m3； W洗涤时间，s。影响洗涤速率的因素可根据过滤基本方程式来分析，即对于一定的悬浮液，r为常数。若洗涤推动力与过滤终了时的压强差相同，并假设洗水粘度与滤液粘度相近，则洗涤速率与过滤终了时的过滤速率有一定关系，这个关系取决于过滤设备上采用的洗涤方式。叶滤机和转筒过滤机所采用的是置换洗涤法，洗水与过滤终了时的滤液流过的路径相同，故 （L+Le）W=（L+Le）E（式中下标

42、E表示过滤终了时刻）而且洗涤面积与过滤面积也相同，故洗涤速率大致等于过滤终了时的过滤速率，即 = （3-59）式中 V过滤终了时所得滤液体积，m3。 板框压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路径的两倍，而供洗水流通的面积又仅为过滤面积的一半，即 （L+Le）W=2（L+Le）E将以上关系代入过滤基本方程式，可得 = （3-60）即板框压滤机上的洗涤速率约为过滤终了时过滤速率的四分之一。 七、过滤机的生产能力过滤机的生产能力通常是指单位时间获得的滤液体积，少数情况下也有按滤饼的产量或滤饼中固相物质的产量来计算的。1间歇过滤机的生产能力间歇过滤

43、机的特点是在整个过滤机上依次进行过滤、洗涤、卸渣、清理、装合等步骤的循环操作。在每一循环周期中，全部过滤面积只有部分时间在进行过滤，而过滤之外的各步操作所占用的时间也必须计入生产时间内。因此在计算生产能力时，应以整个操作周期为基准。操作周期为 T=+W+D式中 T一个操作循环的时间，即操作周期，s； 一个操作循环内的过滤时间，s； W一个操作循环内的洗涤时间，s； D一个操作循环内的卸渣、清理、装合等辅助操作所需时间，s。则生产能力的计算式为 （3-61）式中 V一个操作循环内所获得的滤液体积，m3； Q生产能力，m3/h。【例3-7】对例3-6中的悬浮液用具有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，所用滤布与实验时的相同，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积的8%。每次卸渣、清理、装合等辅助操作时间为15min。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。解：过滤面积A=（0.