化工重修上重学简化课件m

1、化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院重力沉降与离心沉降的基本公式；重力沉降与离心沉降的基本公式；过滤机理和过滤基本参数；过滤机理和过滤基本参数；恒压过滤方程及过滤常数的测定恒压过滤方程及过滤常数的测定化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院均相物系：均相物系：物系内部各处均匀且无相界面，包括溶液、物系内部各处均匀且无相界面，包括溶液、气体混合物等。气体混合物等。非均相物系：非均相物系：物系内部有不同相界面且界面两侧的物料物系内部有不同相界面且界面两侧的物料性质有差异。性质有差异。包括：包括： 气固系统（空气中的尘埃）；气固系统（空气中的尘埃）； 液固系统（液体中的固体颗粒）；液固系

2、统（液体中的固体颗粒）； 气液系统（气体中的液滴）；气液系统（气体中的液滴）； 液液系统（乳浊液中的微滴）。液液系统（乳浊液中的微滴）。化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院沉降：沉降：在重力或离心力作用下，使悬浮在流体中的固体在重力或离心力作用下，使悬浮在流体中的固体 颗粒沿受力方向与流体发生相对运动，与流体颗粒沿受力方向与流体发生相对运动，与流体 分离的过程。分离的过程。 重力沉降重力沉降分离大颗粒分离大颗粒 离心沉降离心沉降分离小颗粒分离小颗粒化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院（一（一 ）沉降速度）沉降速度Fr Fg Ff 球形颗粒的球形颗粒的自由沉降自由沉降： 重力重力

3、Fg 、浮力、浮力Ff 、阻力、阻力Fr 颗粒与流体一定，重力与浮力不变，阻力颗粒与流体一定，重力与浮力不变，阻力随下降速度增加而增大随下降速度增加而增大。 沉降开始阶段，颗粒作加速运动沉降开始阶段，颗粒作加速运动. . 当三力平衡时，加速度为零，颗粒作等速沉降运动，颗粒当三力平衡时，加速度为零，颗粒作等速沉降运动，颗粒 终端速度称为终端速度称为沉降速度沉降速度。 小颗粒的加速阶段很短，可忽略，认为颗粒始终匀速。小颗粒的加速阶段很短，可忽略，认为颗粒始终匀速。一、一、 重力沉降重力沉降单个颗粒在无限大单个颗粒在无限大（D/d100）流体）流体中沉降。中沉降。化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻

4、工业学院Fr Fg Ff 重力沉降速度正重力沉降速度正比于比于 ( s- ) 和和d当密度差、粒径当密度差、粒径不大时，沉降速不大时，沉降速度很小，故低密度很小，故低密度的细颗粒难分度的细颗粒难分离。离。gdVgmgFssg63重力重力浮力浮力gdVgFf63阻力阻力24220220uduAFr重力浮力重力浮力+阻力阻力3)(40gdus-沉降速度公式沉降速度公式化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院（二）阻力系数（二）阻力系数 阻力系数是流体与颗粒发生相对运动时雷诺数的函数阻力系数是流体与颗粒发生相对运动时雷诺数的函数00Redu层流区层流区 0Re2418)(20gdus6 . 00

5、Re5 .183 . 00Re500Re20 湍流区湍流区51020Re50044. 050102Re1 . 0过渡区过渡区gsdu)(74.10Stocks定律化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院气体进口气体出口HBLutVuV气体通过速度为气体通过速度为 u，颗粒沉降速度为，颗粒沉降速度为 u0。颗粒通过长度为颗粒通过长度为 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 ，颗粒以颗粒以u0从高从高H 顶部降至底部时间（顶部降至底部时间（沉降时间沉降时间）为）为 t = 。0uHuL颗粒在降尘室内全部颗粒在降尘室内全部沉降的条件沉降的条件： t t0LuHu化工原理化

6、工原理山东轻工业学院山东轻工业学院讨论：讨论：&设备最大生产能力设备最大生产能力(即最大处理气体流量即最大处理气体流量) 降尘室的生产能力正比于沉降速度和降尘室底面积，而与降尘室的生产能力正比于沉降速度和降尘室底面积，而与降尘室的高度无关。降尘室的高度无关。HLuu0000VsAuLBuuHB&一定结构尺寸的降尘室，当气体处理量一定时，理论上降一定结构尺寸的降尘室，当气体处理量一定时，理论上降 尘室所能分离的最小颗粒粒径尘室所能分离的最小颗粒粒径0Vs18)(20Agsdu0s0minV)(18)(18Agugdss例题例题化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院分离粒度大于分离粒度大于5

7、0m的粗颗粒，作为预除尘使用。的粗颗粒，作为预除尘使用。沉降速度沉降速度u0 应根据完全分离下来的最小颗粒尺寸计算。应根据完全分离下来的最小颗粒尺寸计算。气速气速u 一般应保证气体处于层流流动区，以免干扰颗粒的沉降或一般应保证气体处于层流流动区，以免干扰颗粒的沉降或把已沉降下来的颗粒重新扬起。把已沉降下来的颗粒重新扬起。&工业上降尘设备多为扁平形状或一室多板结构。工业上降尘设备多为扁平形状或一室多板结构。 VsnB L u0 化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院离心沉降速度大，离心沉降速度大，可分离较小的微粒，设备的体积可分离较小的微粒，设备的体积 可缩小。可缩小。每一点每一点径向速度

8、径向速度ur 切向速度切向速度uT 真正产生沉降作用的方向为径向。真正产生沉降作用的方向为径向。（一）离心沉降原理（一）离心沉降原理化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院 分析径向受力分析径向受力三力平衡时，颗粒径向相对于流体的速度三力平衡时，颗粒径向相对于流体的速度ur为颗粒的为颗粒的离心沉降离心沉降速度速度。 ruduTsr23)(4若相对运动属于层流若相对运动属于层流rusdruT218)(2uruTu化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院 离心沉降离心沉降: : 重力沉降重力沉降: :（1 1）离心沉降速度）离心沉降速度u ur r；（2 2）离心沉降方向向外；）离心沉降方

9、向向外；（3）离心力随旋转半径而变，离心沉降速度）离心力随旋转半径而变，离心沉降速度 ur 也随颗粒也随颗粒 的位置而变，的位置而变，颗粒沿着半径逐渐增大的螺旋形轨道沉降。颗粒沿着半径逐渐增大的螺旋形轨道沉降。离心沉降分离设备：旋流离心沉降分离设备：旋流(旋风或旋液旋风或旋液)分离器和沉降离心机。分离器和沉降离心机。 前者前者:设备静止、流体旋转设备静止、流体旋转; 后者后者:机器带动流体一起旋转。机器带动流体一起旋转。 rusdruT218)(218)(20gdus化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院结构和工作原理：结构和工作原理：含尘气体高速切向进入分离含尘气体高速切向进入分离器，

10、在外筒与排气管间呈螺器，在外筒与排气管间呈螺旋形旋转向下，到锥底后以旋形旋转向下，到锥底后以相同的旋向折转向上至上部相同的旋向折转向上至上部排气管流出。夹带的颗粒在排气管流出。夹带的颗粒在螺旋流中均受离心力作用向螺旋流中均受离心力作用向器壁方向抛出，在重力作用器壁方向抛出，在重力作用下沿壁面下落到排灰口。下沿壁面下落到排灰口。评价旋风分离器性能的主要指标：分离性能和气体的压力降评价旋风分离器性能的主要指标：分离性能和气体的压力降化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院假定假定：颗粒与气体在器内的切线速度颗粒与气体在器内的切线速度ut恒定，等于进口处速度恒定，等于进口处速度ui；颗粒沉降中所

11、穿过的最大气层厚度等于进气口宽度颗粒沉降中所穿过的最大气层厚度等于进气口宽度B B；颗粒与气流的相对运动为层流。颗粒与气流的相对运动为层流。22()18srtduur由，颗粒沉降速度由，颗粒沉降速度气体的密度远小于颗粒的密度，气体的密度远小于颗粒的密度，气体进口气体进口ui代替切向代替切向ut ，旋转半径取平均旋转半径取平均rm，沉降速度为：，沉降速度为：misrrudu18221、分离性能、分离性能临界直径和分离效率临界直径和分离效率能分离出的最小颗粒直能分离出的最小颗粒直径径 dc化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院由，沉降时间由，沉降时间22182mmsiicr Br Nduu若

12、气体进入气芯前旋转圈数为若气体进入气芯前旋转圈数为N，运行距离为，运行距离为Nrm2气体的有效停留时间：气体的有效停留时间： iuNrm2t=分离条件：分离条件： t 0 ，等号成立时能分出最小颗粒。等号成立时能分出最小颗粒。9cisBdNu2218ismrudBruB0=化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院原悬浮液原悬浮液滤浆滤浆通过过滤介质的液体通过过滤介质的液体滤液滤液截留在过滤介质上的固体颗粒堆积层截留在过滤介质上的固体颗粒堆积层滤渣滤渣或或滤饼滤饼悬浮液(滤浆)滤饼过滤介质滤液过滤：过滤：在重力、压力或离心力作用下，在重力、压力或离心力作用下，利用多孔过滤介质，使液体通过而将

13、利用多孔过滤介质，使液体通过而将固体颗粒截留，实现悬浮液的固固体颗粒截留，实现悬浮液的固-液分液分离。离。一、概述一、概述化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院（1）深层过滤：深层过滤：颗粒尺寸远小于介质孔道尺寸，颗粒易进入介质孔道。颗粒尺寸远小于介质孔道尺寸，颗粒易进入介质孔道。但由于孔道弯曲细长，颗粒随流体流过曲折孔道时，在表面力和静电力但由于孔道弯曲细长，颗粒随流体流过曲折孔道时，在表面力和静电力的作用下附着在孔道壁上。故深层过滤并不在介质上形成滤饼，固体颗的作用下附着在孔道壁上。故深层过滤并不在介质上形成滤饼，固体颗粒沉积于介质内部。深层过滤适合固体颗粒含量极少的悬浮液。粒沉积于

14、介质内部。深层过滤适合固体颗粒含量极少的悬浮液。如：水的净化，合成纤维纺丝液中除去固体物质。如：水的净化，合成纤维纺丝液中除去固体物质。（2）滤饼过滤：滤饼过滤：颗粒尺寸比介质的孔道大得多。颗粒尺寸比介质的孔道大得多。过滤时悬浮液置于过滤介质的一侧，过滤开始，过滤时悬浮液置于过滤介质的一侧，过滤开始，可能有部分小颗粒进入并穿过孔道而不被截留，可能有部分小颗粒进入并穿过孔道而不被截留，出现滤液混浊，随过滤进行，颗粒的架桥作用出现滤液混浊，随过滤进行，颗粒的架桥作用使介质孔径缩小形成有效的阻挡。颗粒在介质使介质孔径缩小形成有效的阻挡。颗粒在介质上逐步堆积成滤饼层，对其后的颗粒起截留作上逐步堆积成滤

15、饼层，对其后的颗粒起截留作用，不断增厚的滤饼成为真正有效的过滤介质，用，不断增厚的滤饼成为真正有效的过滤介质，穿过滤饼的液体则变为澄清的液体。穿过滤饼的液体则变为澄清的液体。化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院 通过直接给悬浮通过直接给悬浮液加压，迫使液体穿过过滤介质液加压，迫使液体穿过过滤介质来实现过滤。来实现过滤。结构：结构：由交替排列的滤板、滤由交替排列的滤板、滤框与板框间的滤布叠合组装压框与板框间的滤布叠合组装压紧而成。板框数由工艺要求在紧而成。板框数由工艺要求在机座长度范围内灵活调节。机座长度范围内灵活调节。组装后，板框的四角位置形成组装后，板框的四角位置形成连通的通道，由阀

16、门控制悬浮连通的通道，由阀门控制悬浮液、滤液及洗液的进出。液、滤液及洗液的进出。滤液料浆清洗水洗涤液开启关闭阀门浆料清洗水嵌入式滤布的滤板嵌入式滤布的滤板化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院嵌入式滤布的滤板嵌入式滤布的滤板XASL /630-UBXASL /630-UB系列系列XAZ /2000-UBXAZ /2000-UB系列系列XAZ /800-UBXAZ /800-UB系列系列化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院过滤：过滤：悬浮液从通道进入滤框，滤液在压力下穿过滤框两边悬浮液从通道进入滤框，滤液在压力下穿过滤框两边 的滤布、沿滤布与滤板凹凸表面之间形成的沟道流下的滤布、沿

17、滤布与滤板凹凸表面之间形成的沟道流下. 单独由每块滤板上设置的出液旋塞排出，称为单独由每块滤板上设置的出液旋塞排出，称为明流式明流式； 汇总后排出，称为汇总后排出，称为暗流式暗流式。框框 板板 框框 板板洗涤板非洗涤板悬浮液悬浮液滤液滤液板板非洗涤板化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院洗涤：洗涤：洗涤液由洗涤板上的洗涤液由洗涤板上的通道进入其两侧与滤布形成通道进入其两侧与滤布形成的凹凸空间，穿过滤布、滤的凹凸空间，穿过滤布、滤饼和滤框另一侧的滤布后排饼和滤框另一侧的滤布后排出。出。洗涤液的行程（包括滤饼和洗涤液的行程（包括滤饼和滤布）约为过滤终了时滤液滤布）约为过滤终了时滤液行程的行程

18、的2倍，而流通面积却为倍，而流通面积却为其其1/2，故洗涤速率约为过滤，故洗涤速率约为过滤终了速率的终了速率的1/4（横穿洗涤横穿洗涤）。）。洗涤液洗涤液洗出液洗出液框 板板 框框 板板洗涤板非洗涤板板板非洗涤板每个操作循环由组装、过滤、洗涤、卸料、重整五个阶段。每个操作循环由组装、过滤、洗涤、卸料、重整五个阶段。化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院结构与原理：结构与原理：转筒表面开孔，外面覆盖滤布，内部分隔成互不相通的若干扇转筒表面开孔，外面覆盖滤布，内部分隔成互不相通的若干扇形区，各区都有管道通至轴心，轴心处装分配头，分配头由转动盘与固定盘形区，各区都有管道通至轴心，轴心处装分配头

19、，分配头由转动盘与固定盘构成，转动盘小孔与转筒表面的一段相通，固定盘上开三个凹槽，分别与真构成，转动盘小孔与转筒表面的一段相通，固定盘上开三个凹槽，分别与真空抽滤系统、洗水抽吸回收系统和压缩空气反吹系统相通。转动过程借助分空抽滤系统、洗水抽吸回收系统和压缩空气反吹系统相通。转动过程借助分配头作用使各区与各系统连接和断开，每转一周，过滤表面任一部分都顺序配头作用使各区与各系统连接和断开，每转一周，过滤表面任一部分都顺序完成过滤、洗涤、吸干、吹松、刮渣等阶段的连续操作。完成过滤、洗涤、吸干、吹松、刮渣等阶段的连续操作。1 1转筒；转筒；2 2滤饼；滤饼；3 3割刀；割刀；4 4分配头分配头 5 5

20、吸走滤液的真空凹槽；吸走滤液的真空凹槽；6 6吸走洗水的真空凹槽；吸走洗水的真空凹槽；7 7通入压缩空气的凹槽；通入压缩空气的凹槽；I I过滤区；过滤区；II II洗涤脱水区；洗涤脱水区；III III卸渣区卸渣区 5671234IIIIIIa.转动盘b.固定盘化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院式中：式中： V 滤液体积；滤液体积； A 过滤面积；过滤面积； u 瞬时过滤速度。瞬时过滤速度。 q 单位过滤面积所得的滤液量。单位过滤面积所得的滤液量。 过滤时间。过滤时间。q=V/AAddVu 说明说明：随过滤的进行，滤饼逐渐加厚。如果过滤压力不变，过滤速随过滤的进行，滤饼逐渐加厚。如果

21、过滤压力不变，过滤速度将逐渐减小。故定义为瞬时过滤速度。度将逐渐减小。故定义为瞬时过滤速度。过滤过程，若要维持过滤速度不变，必须逐渐增加过滤压力。过滤过程，若要维持过滤速度不变，必须逐渐增加过滤压力。总之，过滤是一个非定态过程。总之，过滤是一个非定态过程。ddq化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院（1）过滤时，滤液在滤饼和过滤介质的微孔中流过，流道形状不）过滤时，滤液在滤饼和过滤介质的微孔中流过，流道形状不规则，将弯曲的真实流动简化成平行细直管内的流动规则，将弯曲的真实流动简化成平行细直管内的流动,假定：假定： 细管的内表面积之和等于滤饼内颗粒的全部表面积；细管的内表面积之和等于滤饼内

22、颗粒的全部表面积； 细管的全部流动空间等于滤饼的全部空隙体积。细管的全部流动空间等于滤饼的全部空隙体积。润湿周边长流通截面积4ed2.过滤基本方程过滤基本方程由假设，虚拟细管的当量直径由假设，虚拟细管的当量直径de细管的全部内表面积细管的流动空间4颗粒表面积空隙体积4LL14空隙率滤饼层体积比表面积空隙率滤饼层体积滤饼层的总体积滤饼层的空隙体积a颗粒比表面积颗粒比表面积 定义滤饼层的空隙率定义滤饼层的空隙率为：为： 14ade化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院滤饼的截面积滤液体积流量u面积滤饼截面中空隙部分的滤液体积流量1uLKel0uu1 孔道的平均长度孔道的平均长度le可以认为与

23、滤饼的厚度可以认为与滤饼的厚度 L L 成正比：成正比：滤饼截面积滤饼空隙率滤液体积流量（2 2）考虑滤液通过滤饼层时的阻力考虑滤液通过滤饼层时的阻力，由，由Poiseuille定律定律：21132edleuppflepdue32112化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院根据以上结论，可导出过滤速度的表达式：根据以上结论，可导出过滤速度的表达式： uAdV康采尼康采尼(Kozeny)式式14adeLrp11uLKpde01232LpKa1220312r 滤饼的比阻，滤饼的比阻，取决于滤饼的性质取决于滤饼的性质（a、）2120231aKr阻力推动力Lrpu1lepdue32112uAdV

24、uu1化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院（1 1）过程的推动力：）过程的推动力：过滤中需维持一定的压力差，克服过滤中需维持一定的压力差，克服滤饼层滤饼层和和过滤介质层过滤介质层阻阻力，过滤才能进行力，过滤才能进行-总推动力，以总推动力，以 表示。表示。这一压差部分消耗在这一压差部分消耗在滤饼层滤饼层，部分消耗在，部分消耗在过滤介质层过滤介质层，p21ppp 通过通过滤饼层滤饼层的压力降的压力降 通过通过介质层介质层的压力降的压力降1p2p（2 2）滤液通过过滤介质时的阻力）滤液通过过滤介质时的阻力 对过滤介质的阻力作近似处理：对过滤介质的阻力作近似处理：阻力相当于厚度为阻力相当于厚度

25、为 的滤饼层的阻力，介质阻力为：的滤饼层的阻力，介质阻力为： 。滤饼层与介质层为两个串联的阻力层，通过两者的过滤速度滤饼层与介质层为两个串联的阻力层，通过两者的过滤速度应该相等：应该相等：eLreL)(eLLrpAddVu rLeprLp21化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院 厚度为厚度为 的滤饼层可获得的滤液体积但这部分滤液并的滤饼层可获得的滤液体积但这部分滤液并不存在，而只是一个虚拟量，其值取决于过滤介质和滤饼不存在，而只是一个虚拟量，其值取决于过滤介质和滤饼的性质。的性质。（3 3）过滤速度）过滤速度具体的表达形式具体的表达形式 滤饼层的体积为滤饼层的体积为AL，与获得的滤液量

26、成正比，与获得的滤液量成正比， 设比例系数为设比例系数为 c ，则，则AL = cV。 c c的物理意义：的物理意义：获得单位体积滤液时，过滤介质上得到的滤饼获得单位体积滤液时，过滤介质上得到的滤饼体积。体积。 由上可知：由上可知： 对于过滤介质对于过滤介质AcVL AcVeLeeVeLeeVVrcpALLrpAddVuALcV 化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院 式中：式中： 取决于流体的性质；取决于流体的性质； 取决于滤饼的性质；取决于滤饼的性质； c取决于滤浆的浓度和颗粒的性质。取决于滤浆的浓度和颗粒的性质。 分离变量：分离变量： 积分得：积分得： r02)()(drcpAVV

27、dVVeeVVVee222KAVVVercpK23恒压过滤方程恒压过滤方程-恒压过滤方程恒压过滤方程K 称为过滤常数称为过滤常数，m2/s。eVVrcpAddV2化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院AVq/AVqee/Kqqqe22上式可写成如下上式可写成如下-恒压过滤方程恒压过滤方程q、qe单位过滤面积得到的滤液体积单位过滤面积得到的滤液体积；讨论：讨论： 平均比阻平均比阻 r r 与压力之间有如下经验关系：与压力之间有如下经验关系：sprr0其中：其中：s s称为称为压缩性指数压缩性指数，其值取决于滤饼的压缩性，其值取决于滤饼的压缩性， 为单位压差下滤饼比阻，不随压力而变的常数。为

28、单位压差下滤饼比阻，不随压力而变的常数。0r化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院代入过滤常数的定义式可得：代入过滤常数的定义式可得： 不可压缩滤饼：不可压缩滤饼：s=0，Kp 可压缩滤饼：可压缩滤饼：s0，Kp1-s crspK012sprr0rcpK2化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院222KAVVVe22KAVKqqqe 22Kq 2spcrspK1120过滤介质阻力忽略过滤介质阻力忽略化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院 洗涤过程滤饼厚度不变，流动阻力不变，恒压洗涤为洗涤过程滤饼厚度不变，流动阻力不变，恒压洗涤为定定态过程，态过程，洗涤速率为一常数。洗涤速率为一

29、常数。 以以 或或 表示。表示。 式中式中 qW洗水用量，洗水用量，m； W洗涤时间，洗涤时间，s。WddqWWWWWddqqddVVWAddV洗水量为洗水量为Vw , 则洗涤时间：则洗涤时间：化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院2()WeedqdqKddqq横穿洗涤横穿洗涤：洗水穿过的滤饼厚度约为过滤终了时滤液流过滤：洗水穿过的滤饼厚度约为过滤终了时滤液流过滤饼厚度的两倍，洗水流通的面积为过滤面积一半，则洗涤速饼厚度的两倍，洗水流通的面积为过滤面积一半，则洗涤速率约为过滤终了时过滤速率的四分之一。率约为过滤终了时过滤速率的四分之一。 148()WeedqdqKddqq洗涤压力洗涤压力

30、过滤终了时压力，洗水粘度与滤液粘度相近。过滤终了时压力，洗水粘度与滤液粘度相近。置换洗涤置换洗涤：洗涤液路线最终过滤时滤液的路线相同，：洗涤液路线最终过滤时滤液的路线相同， 洗涤速率过滤速率洗涤速率过滤速率化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院过滤机的生产能力：单位时间内获得的滤液量或滤饼量。过滤机的生产能力：单位时间内获得的滤液量或滤饼量。1 1间歇过滤机的生产能力间歇过滤机的生产能力 间歇过滤机的整个间歇过滤机的整个操作周期操作周期c 为为 一个操作循环内的过滤时间，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，一个操作循环内的洗涤时间，s； R一个操作循环内辅助操作所

31、需时间，一个操作循环内辅助操作所需时间，s。若一个操作周期内获得滤液若一个操作周期内获得滤液 V，则生产能力，则生产能力 Q 为为RWcQVVRWc化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院最佳操作周期最佳操作周期，生产能力最大。，生产能力最大。RKAJVKAVVV2222RW2Q求函数的最大值：求函数的最大值：R2RWc0dVdQcW22222RKAJVKAV最佳操作周期最佳操作周期化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院2. 连续过滤机的生产能力连续过滤机的生产能力（一）操作周期：以转筒真空过滤机为例。（一）操作周期：以转筒真空过滤机为例。 浸没分数浸没分数：转筒表面浸入滤浆中的分数

32、转筒表面浸入滤浆中的分数操作周期操作周期c ：转筒回转一周所用时间转筒回转一周所用时间 n 转筒转速转筒转速ncnc1 其中过滤时间为：其中过滤时间为：过滤部分的面积为：过滤部分的面积为：0360浸没角度A化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院当忽略滤布阻力，当忽略滤布阻力，e=0、Ve=0，则，则转筒每转一周单位过滤面积所得的滤液体积为转筒每转一周单位过滤面积所得的滤液体积为nKAKAV生产能力：生产能力：单位时间所得的滤液体积。单位时间所得的滤液体积。nKAnVcVQ22KAV提高生产能力的途径：提高生产能力的途径：提高转速；提高浸没分数提高转速；提高浸没分数.（二）生产能力：（二）

33、生产能力：化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院 离心机按离心机按分离的方式分为：分离的方式分为： 沉降式离心机：浓度不大的小颗粒悬浮液；沉降式离心机：浓度不大的小颗粒悬浮液； 过滤式离心机：鼓壁开孔，覆盖滤布，将固体颗粒截留在过滤式离心机：鼓壁开孔，覆盖滤布，将固体颗粒截留在滤布上；滤布上； 分离式离心机：分离乳浊液，利用两液体的密度差。分离式离心机：分离乳浊液，利用两液体的密度差。22rTaruKcggrg分离因数：分离因数：同一质量的流体所受的离心力与重力之比同一质量的流体所受的离心力与重力之比分离因数与转速的平方成正比。分离因数与转速的平方成正比。化工原理化工原理山东轻工业学院山

34、东轻工业学院用板框压滤机过滤某悬浮液，过滤用板框压滤机过滤某悬浮液，过滤0.8h滤渣充满滤框，获得滤渣充满滤框，获得滤液滤液20m3,已知介质阻力已知介质阻力Ve=1m3，共用，共用20个滤框，滤框的个滤框，滤框的长和宽均为长和宽均为810mm。试求：试求：(1) 过滤常数过滤常数K (2) 最终过滤速率最终过滤速率 (3) 过滤完成后保持压力不变，用过滤完成后保持压力不变，用2m3清水进行横穿洗清水进行横穿洗涤，设清水粘度与滤液粘度相同，辅助时间为涤，设清水粘度与滤液粘度相同，辅助时间为1.4h，求生，求生产能力。产能力。化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院用板框压滤机在用板框压滤机

35、在200kPa（表压）下，恒压过滤（表压）下，恒压过滤1h，滤框充满，滤框充满滤饼，得滤液滤饼，得滤液4 m3，过滤完成用过滤完成用0.50.5 m3水（与滤液粘度相水（与滤液粘度相同）在同样压力下进行横穿洗涤，辅助时间同）在同样压力下进行横穿洗涤，辅助时间1.5h1.5h，过滤介过滤介质阻力忽略不计。质阻力忽略不计。试计算：试计算：1 1、洗涤速率、洗涤速率；2 2、操作周期；、操作周期；3 3、若过滤、若过滤压力增加到压力增加到300 kPa（表压），其他条件不变，滤（表压），其他条件不变，滤渣压缩性指数渣压缩性指数s=0.2，使滤框充满滤渣需多长过滤时间。，使滤框充满滤渣需多长过滤时间。

36、化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院流态化：流态化：固体颗粒层与运动的流体接触后具有流体某些表观特征的过程。固体颗粒层与运动的流体接触后具有流体某些表观特征的过程。优点：优点：能够强化传热、传质和化学反应过程。能够强化传热、传质和化学反应过程。缺点：缺点：动力消耗大，设备磨损，颗粒破碎。动力消耗大，设备磨损，颗粒破碎。一、基本概念一、基本概念固定床阶段：固定床阶段：流体通过颗粒床层的表观速度流体通过颗粒床层的表观速度 u 较低，空隙中流体的真实较低，空隙中流体的真实速度速度 u1 小于颗粒沉降速度小于颗粒沉降速度 u0 0 ，颗粒静止，颗粒层成为固定床。，颗粒静止，颗粒层成为固定床。流

37、化床阶段：流化床阶段：表观速度表观速度 u 增大，增大，u1 1 比颗粒沉降速度比颗粒沉降速度 u0 0 稍大，床层内小颗稍大，床层内小颗粒松动浮起，床层升高，空隙率粒松动浮起，床层升高，空隙率 增大，增大， 减小，至减小，至 u1 1 = u0 0 。此时此时床层膨胀至一定程度，颗粒悬浮于流体中，床层有明显上界面。床层膨胀至一定程度，颗粒悬浮于流体中，床层有明显上界面。1uu颗粒输送阶段：颗粒输送阶段：继续提高流体的继续提高流体的表观速度表观速度 u， u1u0。颗粒被流体带走，床层界面消失，可以。颗粒被流体带走，床层界面消失，可以实现固体颗粒的气力输送或液力输送。实现固体颗粒的气力输送或液

38、力输送。化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院二、流化床的两种状态：二、流化床的两种状态：散式流态化：散式流态化：对于液固系统，对于液固系统， 床层颗粒均匀分散在流体中，床层颗粒均匀分散在流体中，流量增加，床层从膨胀至带走颗粒，颗粒分散和扰动程度平流量增加，床层从膨胀至带走颗粒，颗粒分散和扰动程度平缓加大，床层的上界面较清晰。缓加大，床层的上界面较清晰。聚式流态化：聚式流态化：对于气固系统，床层存在两个相：对于气固系统，床层存在两个相： 乳化相：颗粒浓度大、分布均匀的相；乳化相：颗粒浓度大、分布均匀的相； 气泡相：夹带少量颗粒、以气泡形式通过的相。气泡相：夹带少量颗粒、以气泡形式通过的相

39、。当气泡穿过床层时床层波动，到达床层顶部时气当气泡穿过床层时床层波动，到达床层顶部时气泡破裂而将该处的颗粒溅散，使床层界面起伏。泡破裂而将该处的颗粒溅散，使床层界面起伏。当气量增加时，乳化相仍基本保持流化初始的空隙率和气速当气量增加时，乳化相仍基本保持流化初始的空隙率和气速，大量气体以更大的气泡通过床层。整个过程，床层波动加，大量气体以更大的气泡通过床层。整个过程，床层波动加剧，但膨胀并不大。剧，但膨胀并不大。聚聚式式流流化化床床化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院 腾涌：腾涌：床层高度与直径的比值大、气速高时，气泡容易聚床层高度与直径的比值大、气速高时，气泡容易聚合成大气泡，当大气泡

40、直径与床径相等时，会将床层分割合成大气泡，当大气泡直径与床径相等时，会将床层分割成几段，每一段床层内颗粒群以活塞推进的方式向上运动成几段，每一段床层内颗粒群以活塞推进的方式向上运动，当达到上部后气泡破裂，颗粒重新回落，即腾涌。，当达到上部后气泡破裂，颗粒重新回落，即腾涌。 后果：后果：气固接触状况恶化，颗粒磨损或带出，同时床层受气固接触状况恶化，颗粒磨损或带出，同时床层受冲击，发生震动。冲击，发生震动。 沟流：沟流：大直径床层内，颗粒堆积不均匀，造成气体分布不大直径床层内，颗粒堆积不均匀，造成气体分布不均匀，会在床内的局部地区形成沟流。均匀，会在床内的局部地区形成沟流。 后果后果: 大量气体走

41、捷径，床层的其余部分仍处于固定床状态大量气体走捷径，床层的其余部分仍处于固定床状态（死床），气体与颗粒接触不良，工艺过程恶化。（死床），气体与颗粒接触不良，工艺过程恶化。化工原理化工原理山东轻工业学院山东轻工业学院 1、类似液体的特性：、类似液体的特性： 2、几乎恒定的压力损失：、几乎恒定的压力损失： 不考虑流体与容器间的摩擦力，则不考虑流体与容器间的摩擦力，则12ppp p2p1L1ppAm gm g床层表面保持水平；床层表面保持水平；连通的两床层表面水平等高；连通的两床层表面水平等高；床层任意点的压力可用压差计测量；床层任意点的压力可用压差计测量；流化床层具有流动性；流化床层具有流动性；化工原理化工原理山东轻工业学