制药工程原理与设备沉降与过滤

1、化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章1第二章第二章 沉降与过滤沉降与过滤 非均相物系非均相物系均相物系均相物系分离分离 悬浮液悬浮液-固固-液混合物液混合物乳浊液乳浊液-液液-液混合物液混合物含尘气体含尘气体-气气-固混合物固混合物 含雾气体含雾气体-气气-液混合物液混合物-筛分、沉降、过滤筛分、沉降、过滤化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章2按形成过程的不同，气态非均相物系可分成：按形成过程的不同，气态非均相物系可分成： v机械分散系：机械分散系： v凝结分散系：凝结分散系： 按形成过程的不同，液态非均相物系可分成：按形成过程的不同，液态非均相物系可分成： v悬浮

2、液悬浮液v乳浊液乳浊液 v泡沫液泡沫液 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章3v工业上常需要对非均相物系进行分离目的工业上常需要对非均相物系进行分离目的 1 1）回收有用的分散物质）回收有用的分散物质2 2）净化（精制）分散介质）净化（精制）分散介质3 3）劳动保护和环境卫生的需要为了保护人类生态环境，）劳动保护和环境卫生的需要为了保护人类生态环境，要求排放的废气或废液浓度达到排放标准；很多含碳物质要求排放的废气或废液浓度达到排放标准；很多含碳物质及金属细粉与空气形成爆炸物，必须除去这些物质以消除及金属细粉与空气形成爆炸物，必须除去这些物质以消除隐患。要求其含固量达到排放标准，以

3、防止对大气、河流隐患。要求其含固量达到排放标准，以防止对大气、河流湖泊等水体的污染。湖泊等水体的污染。 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章4第二节第二节 颗粒沉降的阻力颗粒沉降的阻力v颗粒是指用有一定质量和形状、和环境具有明显边界的颗粒是指用有一定质量和形状、和环境具有明显边界的独立物系。可分微观颗粒和宏观颗粒颗粒，即使宏观意独立物系。可分微观颗粒和宏观颗粒颗粒，即使宏观意义上的亦种类繁多。本章所涉及的颗粒主要指宏观上的义上的亦种类繁多。本章所涉及的颗粒主要指宏观上的固体颗粒和液体颗粒。固体颗粒和液体颗粒。颗粒及颗粒（群）的性质颗粒及颗粒（群）的性质化工原理化工原理电子教案电子

4、教案/ /第三章第三章5一、颗粒的特性一、颗粒的特性大小（粒径）大小（粒径）形状形状表面积表面积球形颗粒球形颗粒 非球形颗粒非球形颗粒 直径直径d当量直径，如体积当量直径当量直径，如体积当量直径 de颗粒的表面积表面积与颗粒体积相等的球的 球形度球形度 1 dVSa6球eda6化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章6 非非球形颗粒：工业上遇到的固体颗粒大多是非球形颗粒，常用球形颗粒：工业上遇到的固体颗粒大多是非球形颗粒，常用颗粒的当量直径和球形度表示其特性。颗粒的当量直径和球形度表示其特性。(1)(1)体积当量直径：与实际颗粒体积相等的球形颗粒的直径定义为非球形体积当量直径：与实际

5、颗粒体积相等的球形颗粒的直径定义为非球形颗粒的当量直径。即：颗粒的当量直径。即：(2)(2)表面积当量直径：表面积等于实际颗粒表面积的球形颗粒的直径定义表面积当量直径：表面积等于实际颗粒表面积的球形颗粒的直径定义为非球形颗粒的表面积当量直径。即：为非球形颗粒的表面积当量直径。即： (3)(3)比表面积当量直径比表面积当量直径: :比表面积等于实际颗料比表面积的球形颗粒的直比表面积等于实际颗料比表面积的球形颗粒的直径定义为非球形颗粒的比表面积当量直径。即：径定义为非球形颗粒的比表面积当量直径。即： (4)(4)形状系数：亦称球形度，用于表征颗粒的形状与球形的差异程度。它形状系数：亦称球形度，用于

6、表征颗粒的形状与球形的差异程度。它定义为体积与实际颗粒相等时球形颗粒表面积与实际颗粒的表面积定义为体积与实际颗粒相等时球形颗粒表面积与实际颗粒的表面积之比，即：之比，即：36peVd psSd paad6psSS化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章7第二节第二节 颗粒沉降的阻力颗粒沉降的阻力二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性粒度分布粒度分布-频率分布曲线（见下图）、累计分布曲线频率分布曲线（见下图）、累计分布曲线(如图如图3-1所示所示)。频率分布曲线频率分布曲线化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章8二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性平均直径平均直径 kiikiiikk

7、kLmndnnnnndndndndnd11321332211表面积平均直径表面积平均直径 kiikiiiAmndnd112-每个颗粒平均表面积每个颗粒平均表面积等于全部颗粒的表面积之等于全部颗粒的表面积之 和除以颗粒的总数和除以颗粒的总数长度平均直径长度平均直径3131 kiiiVmdad体积平均直径体积平均直径 -每个颗粒平均体积每个颗粒平均体积等于全部颗粒的体积之等于全部颗粒的体积之 和除以颗粒的总数和除以颗粒的总数体积表面积平均直径体积表面积平均直径 -每个颗粒的平均比表面积每个颗粒的平均比表面积等于全部颗粒的等于全部颗粒的 比表面积平均值比表面积平均值 kiiikiiiVAmVAmdn

8、dndd13123266 比比表表面面积积 kiiiVmdad11化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章9二、颗粒群的特性二、颗粒群的特性 颗粒的密度颗粒的密度 单位体积内粒子的质量称为密度，单位体积内粒子的质量称为密度，kg/mkg/m3 3。若粒子体。若粒子体积不包括颗粒之间的空隙，称为积不包括颗粒之间的空隙，称为粒子的真密度，粒子的真密度，以以 表表示。若粒子体积包括颗粒之间的空隙，称为粒子的示。若粒子体积包括颗粒之间的空隙，称为粒子的堆积堆积密度或表观密度密度或表观密度，以，以 表示。表示。 颗粒的空隙率和相互影响颗粒的空隙率和相互影响 将颗粒群中的空隙所占的比率称为空隙率

9、。将颗粒群中的空隙所占的比率称为空隙率。pa化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章10颗粒与流体相对运动的阻力颗粒与流体相对运动的阻力流体流过颗粒时的运动阻力流体流过颗粒时的运动阻力 流体的流动方向和流体的流动方向和速度都沿圆柱周边速度都沿圆柱周边而变化，流体在而变化，流体在A A 点受壁面阻滞，速点受壁面阻滞，速度为为零度为为零 全部动能变为压力能，因而此周围压力高而使流体沿圆全部动能变为压力能，因而此周围压力高而使流体沿圆柱表面流过，在柱表面流过，在ABAB范围，水流收缩，流线渐密，即从范围，水流收缩，流线渐密，即从A A到到B B流速逐渐增加，压力逐渐减小，在流速逐渐增加，压

10、力逐渐减小，在B B点处压力最低，点处压力最低，流速达到最大，过流速达到最大，过B B 点后，水流扩散，流线渐稀而流速点后，水流扩散，流线渐稀而流速渐减，压力又逐渐增加。渐减，压力又逐渐增加。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章11颗粒与流体相对运动的阻力颗粒与流体相对运动的阻力边界层分离边界层分离 -如图，当流体流过非流线型物体时会发 生边界层脱离壁面的现象，称为化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章12颗粒与流体相对运动的阻力颗粒与流体相对运动的阻力uS点下游的流体在逆压作用点下游的流体在逆压作用下将倒流回来，它们在来流下将倒流回来，它们在来流的冲击下，就在点的冲

11、击下，就在点S附近形成附近形成明显的旋涡，这旋涡象楔子明显的旋涡，这旋涡象楔子一样将边界层与物面分离开一样将边界层与物面分离开来，就是边界层分离来，就是边界层分离 。分离点ADS压力逐渐减小压力逐渐减小压力逐渐增大压力逐渐增大边界层u当流到点当流到点S时，速度减为零。时，速度减为零。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章13第三节第三节 重力沉降重力沉降一、沉降原理一、沉降原理mgggmptAu220dbgFFF合外力042122dumgts1 1、自由沉降、自由沉降极短，通常可以忽略极短，通常可以忽略该段的颗粒运动速度称为该段的颗粒运动速度称为沉降速度，沉降速度，用用u0表示。表

12、示。加速段：加速段：等速段：等速段：浮力浮力Fb 曳力曳力Fd质量力质量力Fc颗粒在流体中沉降时受力-单个颗粒在无限流体单个颗粒在无限流体 中的降落过程中的降落过程重力沉降速度：重力沉降速度：以球形颗粒为例以球形颗粒为例 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章141 1、自由沉降、自由沉降10-475 m以上颗粒以上颗粒-用于除去用于除去510 m 颗粒颗粒化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章201 1重力沉降设备重力沉降设备 气气体体 气气体体 进进口口 出出口口 集集灰灰斗斗 L B 含尘气体含尘气体 V H Ut 颗粒在降尘室中的运动颗粒在降尘室中的运动 t停留

13、时间2t沉降时间21若VLtu高度降尘室降尘室则表明，该颗粒能在降尘室中则表明，该颗粒能在降尘室中除去。除去。思考思考1：为什么气体进入降尘为什么气体进入降尘室后，流通截面积要扩大？室后，流通截面积要扩大？思考思考2 2：为什么降尘室要做成扁平的？为什么降尘室要做成扁平的？结构：结构：除尘原理：除尘原理：为了增大停留时间。为了增大停留时间。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章21降尘室降尘室tuHVL即思考思考3：要想使某一粒度的颗粒在降尘室要想使某一粒度的颗粒在降尘室中被中被100%除去，必须满足什么条件？除去，必须满足什么条件？tuH21思考思考4：能够被能够被100%除去的

14、最小颗粒，除去的最小颗粒，必须满足什么条件？必须满足什么条件？21182gduptAQgLgHudps1818min L u B 气体气体 u0 H 颗粒在降尘室中的运动颗粒在降尘室中的运动 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章22降尘室降尘室思考思考5 5：为什么降尘室要做成扁平的？为什么降尘室要做成扁平的？L u B气体气体 ut H 颗粒在降尘室中的运动颗粒在降尘室中的运动000uABLuBHuVs tuHuL多多层层降降尘尘室室 可见，降尘室最可见，降尘室最大处理量与底面积、大处理量与底面积、沉降速度有关沉降速度有关, ,而而与降尘室高度无关。与降尘室高度无关。 故降尘室

15、多做成故降尘室多做成扁平的。扁平的。 注意注意! 降尘室内气体流速不应过高，以免将降尘室内气体流速不应过高，以免将已沉降下来的颗粒重新扬起。根据经验，已沉降下来的颗粒重新扬起。根据经验，多数灰尘的分离，可取多数灰尘的分离，可取u3m/s，较易扬，较易扬起灰尘的，可取起灰尘的，可取u1.5m/s。最大处理量最大处理量-能够除去最小颗粒时的气体流量能够除去最小颗粒时的气体流量Vs化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章23降尘室降尘室降尘室优、缺点降尘室优、缺点v结构简单，结构简单，v设备庞大、效率低设备庞大、效率低v只适用于分离粗颗粒只适用于分离粗颗粒(直径直径75 m以上以上)，或作

16、为，或作为预分离设备。预分离设备。 作业：作业：54页页4题题化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章24增稠器（沉降槽）增稠器（沉降槽） 加料加料清液溢流清液溢流水平水平清液清液挡板挡板 耙耙 稠浆稠浆 连续式沉降槽请点击观看动画请点击观看动画结构：结构：除尘原理：除尘原理：用于分离出液用于分离出液- -固混合物固混合物与降尘室一样，与降尘室一样，沉降槽的生产能沉降槽的生产能力是由截面积来力是由截面积来保证的，与其高保证的，与其高度无关。故沉降度无关。故沉降槽多为扁平状。槽多为扁平状。 与降尘室相同与降尘室相同化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章25增稠器（沉降槽）增

17、稠器（沉降槽）u属于干扰沉降属于干扰沉降u愈往下沉降速度愈慢愈往下沉降速度愈慢-愈往下颗粒浓度愈高，其表观粘愈往下颗粒浓度愈高，其表观粘度愈大，对沉降的干扰、阻力便愈大；度愈大，对沉降的干扰、阻力便愈大；u沉降很快的大颗粒又会把沉降慢的小颗粒向下拉，结果小颗沉降很快的大颗粒又会把沉降慢的小颗粒向下拉，结果小颗粒被加速而大颗粒则变慢。粒被加速而大颗粒则变慢。u有时颗粒又会相互聚结成棉絮状整团往下沉，这称为絮凝现有时颗粒又会相互聚结成棉絮状整团往下沉，这称为絮凝现象，使沉降加快。象，使沉降加快。u这种过程中的沉降速度难以进行理论计算，通常要由实验决这种过程中的沉降速度难以进行理论计算，通常要由实验

18、决定。定。u因固因固- -液密度相差不是很悬殊，故较难分离，因此，连续沉液密度相差不是很悬殊，故较难分离，因此，连续沉降槽的直径可以大到降槽的直径可以大到100 m100 m以上，高度却都在几米以内。以上，高度却都在几米以内。 特点：特点：请点击观看动画请点击观看动画化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章26第四节第四节 离心沉降离心沉降离心沉降速度离心沉降速度 A B ur r1 O C r2 r ut 颗粒在旋转流场中的运动 u 2rmmaFrc离心力prbamF浮力242222ddrdAuFprd曳力34rppradddru对照重力场对照重力场v 离心加速度离心加速度ar=

19、2r=ur2/r不是常量不是常量v 沉降过程没有匀速段，但在小颗粒沉降过程没有匀速段，但在小颗粒沉降时，加速度很小，可近似作为匀速沉降时，加速度很小，可近似作为匀速沉降处理沉降处理颗粒受力：颗粒受力：类似重力沉降速度推导，得：类似重力沉降速度推导，得： 340gdus 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章27 A B ur r1 O C r2 r ut 颗粒在旋转流场中的运动 u rRe24 rudrdadupppprppr181818202222gaKrCRer=dur / 1或或2 层流区层流区对照重力场数值约为几千几万数值约为几千几万1820gdup-离心分离因数离心分离因

20、数化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章282 2离心沉降设备离心沉降设备旋风分离器：旋风分离器： B 净化气体净化气体 含尘含尘 气体气体 A D 尘粒尘粒 标准型旋风分离器请点击观看动画请点击观看动画结构：结构：除尘原理：除尘原理： 含尘气体以切线方向进入，速度为含尘气体以切线方向进入，速度为1225 m s-1，按螺旋形路线向器底旋转，按螺旋形路线向器底旋转，接近底部后转而向上，成为气芯，然后接近底部后转而向上，成为气芯，然后从顶部的中央排气管排出。气流中所夹从顶部的中央排气管排出。气流中所夹带的尘粒在随气流旋转的过程中逐渐趋带的尘粒在随气流旋转的过程中逐渐趋向器壁，碰到器壁

21、后落下，自锥形底落向器壁，碰到器壁后落下，自锥形底落入灰斗（未绘出）。入灰斗（未绘出）。上部为圆筒形，下部为圆锥形。上部为圆筒形，下部为圆锥形。 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章29旋风分离器旋风分离器v 旋风除尘器内的气流及颗粒运动十分复杂，旋风除尘器内的气流及颗粒运动十分复杂，对于颗粒的分离捕集机理不得不作出许多简化假对于颗粒的分离捕集机理不得不作出许多简化假设，从而形成各种不同的分离机理模型。主要有设，从而形成各种不同的分离机理模型。主要有转圈理论、平衡归理论和边界层理论。转圈理论、平衡归理论和边界层理论。 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章30旋风分离

22、器旋风分离器02unrm停留时间停停留留时时间间 = 沉沉降降时时间间 r B 净化气体净化气体 含尘含尘 气体气体 A D 尘粒尘粒 标准型旋风分离器 能够从分离器内能够从分离器内100%分离出来的最小颗分离出来的最小颗粒的直径，用粒的直径，用d表示。其满足：表示。其满足：几点假设：几点假设：v假设器内气体速度恒定，且等于进口气速假设器内气体速度恒定，且等于进口气速ui；v假设颗粒沉降过程中所穿过的气流的最大假设颗粒沉降过程中所穿过的气流的最大 厚度等于进气口宽度厚度等于进气口宽度B；v假设颗粒沉降服从斯托克斯公式。假设颗粒沉降服从斯托克斯公式。uiui临界粒径临界粒径mpmprrudrud

23、u1818)(202202化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章31旋风分离器旋风分离器2020182udbrunrpmmpnubd09 B 净化气体净化气体 含尘含尘 气体气体 A D 尘粒尘粒 标准型旋风分离器结论：结论：旋风分离器越细、越长，旋风分离器越细、越长，d越小越小 n值与进口气速有关，对常用形式的旋风分离器，风速值与进口气速有关，对常用形式的旋风分离器，风速12 25 m s-1范围内，一般可取范围内，一般可取N =3 4.5，风速愈大，风速愈大，N也也愈大。愈大。 思考：思考：从上式可见，气体从上式可见，气体 ，入口，入口b ，气旋圈数，气旋圈数n ，进口气速，进

24、口气速u0 ，临界粒径越小，临界粒径越小，why？化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章32旋风分离器旋风分离器评价旋风分离器性能的两个主要指标：评价旋风分离器性能的两个主要指标：分离性能：压降：用临界粒径和分离效率来表示 %100%100的颗粒，粒级效率均；的颗粒，粒级效率均为被分离出来的百分率。粒级效率：每一种颗粒ddddpp总效率：被分离出来的颗粒占全部颗粒的质量分率小好，一般在小好，一般在500500 2000Pa2000Pa左右左右化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章33v气流通过旋风分离器时要有能量损失，压力损失可气流通过旋风分离器时要有能量损失，压力损失

25、可用下式计算：用下式计算：式中，式中，为阻力系数，可按下式计算：为阻力系数，可按下式计算：2/20upHLdDbh230化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章34旋液分离器旋液分离器 B 净化气体净化气体 含尘含尘 气体气体 A D 尘粒尘粒 标准型旋风分离器Why?特点：特点： 与旋风分离器相比，直径小、锥形部分长。与旋风分离器相比，直径小、锥形部分长。请点击观看动画请点击观看动画结构：结构：返回目录返回目录化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章35第五节第五节 过滤过滤一、概述一、概述 过滤按其流体的性质分为含尘气体的过滤操作和悬浮液的过滤按其流体的性质分为含尘气体

26、的过滤操作和悬浮液的过滤操作。过滤操作。 含尘气体的过滤操作是指通过含固体颗粒的气体与多孔性含尘气体的过滤操作是指通过含固体颗粒的气体与多孔性过滤介质的接触，固体颗粒被截留在过滤介质上而气体，过滤介质的接触，固体颗粒被截留在过滤介质上而气体，从而实现固气分离的操作。主要用于产品精制、空气净化，从而实现固气分离的操作。主要用于产品精制、空气净化，如布袋式过滤器。如布袋式过滤器。 悬浮液的过滤操作是使悬浮液与多孔性过滤介质接触，并悬浮液的过滤操作是使悬浮液与多孔性过滤介质接触，并使得固体颗粒被截留在过滤介质表面或内部而实现分离的使得固体颗粒被截留在过滤介质表面或内部而实现分离的操作。操作。 化工原

27、理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章36第五节第五节 过滤过滤 滤滤饼饼过过滤滤深深层层过过滤滤两两种种过过滤滤方方式式一、概述一、概述深层过滤深层过滤 这种过滤是在过这种过滤是在过滤介质内部进行的滤介质内部进行的，介质表面无滤饼，介质表面无滤饼形成。过滤用的介形成。过滤用的介质为粒状床层或素质为粒状床层或素烧（不上釉的）陶烧（不上釉的）陶瓷筒或板。瓷筒或板。 此法适用于从液此法适用于从液体中除去很小量的体中除去很小量的固体微粒，例如饮固体微粒，例如饮用水的净化。用水的净化。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章37一、概述一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液-推动力：重力、压力、

28、离心力推动力：重力、压力、离心力 滤饼过滤滤饼过滤深层过滤深层过滤两种过滤方式两种过滤方式滤饼过滤滤饼过滤化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章38一、概述一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼过滤工业用过滤介质主要有：工业用过滤介质主要有： 棉、麻、丝、毛、合成纤维、金棉、麻、丝、毛、合成纤维、金属丝等编织成的滤布。属丝等编织成的滤布。过滤介质：过滤介质：多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章39一、概述一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼过滤滤饼的压缩性：滤饼的压缩性：

29、 空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章40一、概述一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼过滤 使用时，可预涂，也可以混使用时，可预涂，也可以混入待滤的滤浆中一起过滤。入待滤的滤浆中一起过滤。 助滤剂能形成结构疏松、而助滤剂能形成结构疏松、而且几乎是不可压缩的滤饼。可改且几乎是不可压缩的滤饼。可改善原滤饼的可压缩性和过于致密善原滤饼的可压缩性和过于致密的缺点。的缺点。 助滤剂：助滤剂：-是颗粒细小、粒度分布范围较窄、坚硬而悬浮性好是颗粒细小、粒度分布范围较窄、坚硬而悬浮性好 的颗粒状或纤维固体，如硅藻土、纤维粉

30、末、活性的颗粒状或纤维固体，如硅藻土、纤维粉末、活性 炭、石棉。炭、石棉。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章41v滤饼过滤的固体量、滤液量、滤渣量的关系滤饼过滤的固体量、滤液量、滤渣量的关系 滤饼过滤操作是使悬浮液通过过滤介质，得到含水滤饼过滤操作是使悬浮液通过过滤介质，得到含水很低的滤渣和几乎不含固体的滤液。很低的滤渣和几乎不含固体的滤液。悬浮液的质量悬浮液的质量= =湿滤渣的质量湿滤渣的质量+ +滤液的质量滤液的质量 湿滤渣的质量湿滤渣的质量= =干固体的质量干固体的质量+ +水份的质量水份的质量 若干固体密度为 ， p湿渣密度为 ， c滤液密度为 ， 设悬浮液所含有的干固

31、体质量为m，湿滤渣与干固体质量之比为C，单位质量悬浮液所含的固体质量为X，单位体积滤液所相对应的固体量为w 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章42v由上面的条件，对湿滤渣和湿滤渣中的干固体及湿滤渣由上面的条件，对湿滤渣和湿滤渣中的干固体及湿滤渣中含有的水而言，有：中含有的水而言，有： mCmmCmpc11CCpc如果知道湿滤渣、干固体、滤液的密度，通过上式，可确如果知道湿滤渣、干固体、滤液的密度，通过上式，可确定湿干渣质量之比。定湿干渣质量之比。单位质量悬浮液具有的湿渣量为：CX单位质量悬浮液具有的滤液量为：CX1化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章43v 因此，

32、单位体积滤液所对应的干滤渣量为：因此，单位体积滤液所对应的干滤渣量为： )/(/13mkgCXXw化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章44二、过滤基本方程二、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 其其中中dddqAVu 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 A化工原理化工原理电子教案电子

33、教案/ /第三章第三章45二、过滤基本方程二、过滤基本方程-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系 L l u de u 流体在固定床内流动的简化模型 (1)细管长度细管长度l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：LKl0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

34、真实速度真实速度 u u 1aaB滤饼体积滤饼体积滤饼的比表面积滤饼的比表面积颗粒的比颗粒的比表面积表面积化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章46二、过滤基本方程二、过滤基本方程-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系22udlpwecf L le 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 eR232dlpuc1p -哈根哈根-泊谡叶方程泊谡叶方程l、de表达式（见上页）表达式（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A化工原理化工原理电子教案电子教案

35、/ /第三章第三章47二、过滤基本方程二、过滤基本方程LpaKuc220312Lrp 1 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 p1u-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系2322012maKr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？化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章48二、过滤基本方程二、过滤基本方程-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系eVVwr

36、pAAddV 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w（m3滤饼滤饼/m3滤液），则滤液），则 prr0令令AddVeeVVwrApVVwrpA01AwVL AwVLee 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0a1（可压缩滤饼）（可压缩滤饼）a=0（不可压缩滤饼）（不可压缩滤饼）化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章49二、过滤基本方程二、过滤基本方程crpK012令eVVKAddV22eqqKddq2-过滤基本方程过滤基本方程过滤常数，过滤常数，

37、由实验测定由实验测定 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？-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章50二、过滤基本方程二、过滤基本方程-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系wrpK012322012akr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（a、 ）滤浆性质（滤浆性质（w、 ）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、 、r0、厚度）、厚度） pu化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第

38、三章第三章51二、过滤基本方程二、过滤基本方程-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系222KAVVVe2、恒压过滤、恒压过滤crpK012过滤阻力过滤推动力AddVu eVVKA 2 pu 表观速度表观速度特点：特点： K为常数为常数 积分得：积分得： 或或Kqqqe 22若过滤介质阻力可忽略不计，则若过滤介质阻力可忽略不计，则 22KAV或或Kq 2，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化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章52三、过滤常数的测定三、过滤常数的测定eqKqKq21 1500 1000 q 500 0 0 0.025 0.05 0.

39、075 q 斜率1/K截距2qe/KCpsK log)1(logcrpK012恒压时：恒压时：Kqqqe22log plogK作图求出压作图求出压缩指数缩指数s /qq图化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章53四、滤饼洗涤四、滤饼洗涤 洗涤液 w p Lw u 表观速度 洗洗涤涤速速度度洗涤阻力洗涤推动力wAddV洗涤阻力与哪些因洗涤阻力与哪些因素有关？素有关？与滤饼厚度、滤饼性质、洗涤液粘度、介质阻力有关 v推动力、阻力不变推动力、阻力不变v洗涤速度为常数。洗涤速度为常数。wwwddVV洗涤液量思考：思考：洗涤过程与过滤过程的有何异同？洗涤过程与过滤过程的有何异同？wwLrp

40、wAwV 常数化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章54四、滤饼洗涤四、滤饼洗涤 洗涤液 p u 表观速度 eeVVKAAddV 2 其其中中若推动力相同，则：若推动力相同，则：v洗涤速度与过滤终了速度的关系洗涤速度与过滤终了速度的关系? ?wwewLLAddVAddV 过过滤滤终终了了阻阻力力洗洗涤涤阻阻力力 LrpAddVe wAddV wwLrp 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章55五、过滤设备及过滤计算五、过滤设备及过滤计算 以以压压力力差差为为推推动动力力：如如板板框框压压滤滤机机、叶叶滤滤机机、 回回转转真真空空过过滤滤机机等等； 以以离离心心力力为为

41、推推动动力力：如如各各种种离离心心机机。 过滤过滤设备设备 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章56五、过滤设备及过滤计算五、过滤设备及过滤计算1 1、板框压滤机、板框压滤机滤框、滤板滤框、滤板 非非洗洗板板洗洗板板结构：结构：洗洗板板板框压滤机板框压滤机框框非非洗洗板板洗洗板板10 60块不等，块不等，过滤面积约为过滤面积约为2 80m2 请点击观看动画请点击观看动画滤框和滤板的左上角与右上滤框和滤板的左上角与右上角均有孔。角均有孔。 请点击观看动画请点击观看动画化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章571 1、板框压滤机、板框压滤机洗洗板板板框压滤机板框压滤机框框

42、非非洗洗板板洗洗板板一个操作循环：一个操作循环：过滤过滤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222KAVVVe洗涤洗涤卸渣、整理重装卸渣、整理重装思考：思考：对板框压滤机，下式中对板框压滤机，下式中V、Ve、A怎么取值？半个框的？一个怎么取值？半个框的？一个框的？还是框的？还是N个框的？个框的？均可。均可。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章581 1、板框压滤机、板框压滤机属间歇式属间歇式特点：特点：横穿洗涤：横穿洗涤：Lw=2L， Aw=A/2wwewLLAddVAddV洗洗板板板框压滤机板框压滤机框框非非洗洗板板洗洗板板洗涤液流出洗涤

43、液流出洗洗涤涤液液入入口口21ewAddVAddVw 若若41wwwewLALAddVddV化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章591 1、板框压滤机、板框压滤机 板板 框框 悬浮液悬浮液 入口入口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 生产能力：生产能力： 操作周期：操作周期： 单位时间内获得的滤液量或滤饼量单位时间内获得的滤液量或滤饼量 。222KAVVVe其中：其中：wwwddVVRwcRwcVVQ化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章602 2、叶滤机、叶滤机属间歇式属间歇式置换洗涤：置换洗涤：Lw=L ，Aw=A滤叶滤叶一个操作循环

44、：一个操作循环：过滤、洗涤、卸渣、整理重装过滤、洗涤、卸渣、整理重装 特点：特点： 滤 浆 滤 液 滤 叶 的 构 造结构：结构：请点击观看动画请点击观看动画222KAVVVe思考：思考：对叶滤机，下式中对叶滤机，下式中V、Ve、A怎么取值怎么取值？一个滤叶的？还是？一个滤叶的？还是N个的？个的？均可。均可。?ewAddVAddV?ewddVddV化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章612 2、叶滤机、叶滤机Rwc操作周期：操作周期： 滤 浆 滤 液 滤 叶 的 构 造与板框机相同与板框机相同生产能力：生产能力： 与板框机类似与板框机类似RwcVVQ化工原理化工原理电子教案电子教

45、案/ /第三章第三章623 3、转筒真空过滤机、转筒真空过滤机置换洗涤：置换洗涤：Lw=L ，Aw=A属连续式属连续式过滤、洗涤、吹松、刮渣过滤、洗涤、吹松、刮渣转筒转筒-筒的侧壁上覆盖有金属网，长、径之比约为筒的侧壁上覆盖有金属网，长、径之比约为1/2 2，滤布滤布-蒙在筒外壁上。蒙在筒外壁上。分配头分配头-转动盘、固定盘转动盘、固定盘 浸没于滤浆中的过滤面积约占全部面积的浸没于滤浆中的过滤面积约占全部面积的30 40%转速为转速为0.1至至2 3（转（转/分）分） 一个操作循环：一个操作循环：特点：特点：结构：结构：请点击观看动画请点击观看动画化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第

46、三章633 3、转筒真空过滤机、转筒真空过滤机 回转真空过滤机上的转筒过滤区过滤区洗涤区洗涤区吹干区吹干区卸渣区卸渣区Tn 1操操作作周周期期nVTVQ 222KAVVVe其中：其中：操作周期：操作周期： 生产能力：生产能力： 思考：思考：对转筒真空过滤机，上式中对转筒真空过滤机，上式中V、Ve、A、 怎么取值？按过滤区？还是按怎么取值？按过滤区？还是按整个转筒？整个转筒？均可。均可。按整个转筒取：按整个转筒取：V，Ve，A， = T按过滤区取：按过滤区取： V， Ve， A， = TT式中， n 浸没分数浸没分数（转筒（转筒浸入面积占全部浸入面积占全部转筒面积的分率）转筒面积的分率）化工原理

47、化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章643 3、转筒真空过滤机、转筒真空过滤机 回转真空过滤机上的转筒过滤区过滤区洗涤区洗涤区吹干区吹干区卸渣区卸渣区nKAV 22 若介质阻力忽略不计，则若介质阻力忽略不计，则 nKAnKnAQ Qn, 可见：可见：但这类方法受到一定的限制但这类方法受到一定的限制 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章65化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章66化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第三章第三章67习题课习题课【例例】 某板框过滤机有某板框过滤机有5个滤框，框的尺寸为个滤框，框的尺寸为635 635 25mm。过滤操作在。过滤操作在20、恒定压差下进行，过滤常数、恒定压差下进行，过滤常数K=4.24 10-5m2/s，qe=0.0201m3/m2，滤饼体积与滤液体积之，滤饼体积与滤液体积之比比=0.08 m3/m3，滤饼不洗涤，卸渣、重整等辅助时间为，滤饼不洗涤，卸渣、重整等辅助时间为10分钟。试求框全充满所需时间。分钟。试求框全充满所需时间。 现改用一台回转真空过滤机过滤滤浆，所用滤布与前相现改用一台回转真空过滤机过滤滤浆，所用滤布与前相同，过滤压差也相同。转筒直径为同，过滤压差也相同。转筒直径为1m，长度为，长度为1m，浸入角，浸入角度为度为120 。问转鼓每分钟多少转才能维