第三章 非均相物系的分離

1、 p均相物系均相物系(honogeneous system): 均相混合物。物系內(nèi)均相混合物。物系內(nèi)部各處均勻且無(wú)相界面。如溶液和混合氣體都是均相物系。部各處均勻且無(wú)相界面。如溶液和混合氣體都是均相物系。自然界的混合物分為兩大類(lèi)：自然界的混合物分為兩大類(lèi)：p非均相物系非均相物系(non-honogeneous system): 非均相混合物。非均相混合物。物系內(nèi)部有隔開(kāi)不同相的界面存在，且界面兩側(cè)的物料性質(zhì)有物系內(nèi)部有隔開(kāi)不同相的界面存在，且界面兩側(cè)的物料性質(zhì)有顯著差異。如：懸浮液、乳濁液、泡沫液屬于液態(tài)非均相物系，顯著差異。如：懸浮液、乳濁液、泡沫液屬于液態(tài)非均相物系，含塵氣體、含霧氣體屬于

2、氣態(tài)非均相物系。含塵氣體、含霧氣體屬于氣態(tài)非均相物系。p分散相分散相： 分散物質(zhì)。在非均相物系中，處于分散分散物質(zhì)。在非均相物系中，處于分散狀態(tài)的物質(zhì)。狀態(tài)的物質(zhì)。p連續(xù)相連續(xù)相： 分散介質(zhì)。包圍著分散物質(zhì)而處于連續(xù)分散介質(zhì)。包圍著分散物質(zhì)而處于連續(xù)狀態(tài)的流體。狀態(tài)的流體。 要實(shí)現(xiàn)分離，必須使分散相和連續(xù)相之間發(fā)生相要實(shí)現(xiàn)分離，必須使分散相和連續(xù)相之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此，非均相物系的分離操作遵循流體力學(xué)對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此，非均相物系的分離操作遵循流體力學(xué)的基本規(guī)律。的基本規(guī)律。p非均相物系的分離原理：非均相物系的分離原理： p非均相物系分離的理論基礎(chǔ)：非均相物系分離的理論基礎(chǔ)：根據(jù)兩相物理性質(zhì)根據(jù)兩

3、相物理性質(zhì)( (如密度等如密度等) )的不同而進(jìn)行的分離。的不同而進(jìn)行的分離。 由于非均相物的兩相間的密度等物理特性差異較由于非均相物的兩相間的密度等物理特性差異較大，因此常采用大，因此常采用機(jī)械方法機(jī)械方法進(jìn)行分離。按兩相運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行分離。按兩相運(yùn)動(dòng)方式的不同，機(jī)械分離大致分為的不同，機(jī)械分離大致分為沉降沉降(顆粒相對(duì)于流體運(yùn)顆粒相對(duì)于流體運(yùn)動(dòng)動(dòng))和和過(guò)濾過(guò)濾(液體相對(duì)于固體床層運(yùn)動(dòng)液體相對(duì)于固體床層運(yùn)動(dòng))兩種操作。兩種操作。 通常先造成一個(gè)兩相物系，再用機(jī)械分離的方法分通常先造成一個(gè)兩相物系，再用機(jī)械分離的方法分離，如蒸餾，萃取等。離，如蒸餾，萃取等。p非均相物系的分離方法：非均相物系的分

4、離方法：p均相物系的分離均相物系的分離：非均相混合物分離在食品工業(yè)上的意義作為生產(chǎn)的主要手段;提高制品純度;回收有價(jià)值物質(zhì);為了安全生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)pdVSa6球36VdevsdesSVadea66顆粒的表面積顆粒表面積體積與顆粒相等的球形s22uAFpD流速大時(shí)udFpD3圖圖 流體繞過(guò)顆粒的流動(dòng)流體繞過(guò)顆粒的流動(dòng)uFdFd與顆粒運(yùn)動(dòng)的方向相反與顆粒運(yùn)動(dòng)的方向相反 當(dāng)流體相對(duì)于靜止的固體顆粒流動(dòng)時(shí)，或者固體顆粒在靜止當(dāng)流體相對(duì)于靜止的固體顆粒流動(dòng)時(shí)，或者固體顆粒在靜止流體中移動(dòng)時(shí)，由于流體的粘性，兩者之間會(huì)產(chǎn)生作用力，這流體中移動(dòng)時(shí)，由于流體的粘性，兩者之間會(huì)產(chǎn)生作用力，這種作用力通常稱(chēng)為曳力

5、種作用力通常稱(chēng)為曳力（drag force)drag force)或阻力?；蜃枇?。只要顆粒與流體之間有相只要顆粒與流體之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生阻力。對(duì)運(yùn)動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生阻力。對(duì)于一定的顆粒和流體，對(duì)于一定的顆粒和流體，只要相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度相同，流只要相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度相同，流體對(duì)顆粒的阻力就一樣。體對(duì)顆粒的阻力就一樣。 流體密度；流體密度； 流體粘度；流體粘度； d dp p顆粒的當(dāng)量直徑；顆粒的當(dāng)量直徑； A A 顆粒在運(yùn)動(dòng)方向上的投影面積；顆粒在運(yùn)動(dòng)方向上的投影面積； u u 顆粒與流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。顆粒與流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。 阻力（曳力）系數(shù)，是雷諾數(shù)阻力（曳力）系數(shù)，是雷諾數(shù)ReRe的函數(shù)，由實(shí)的函數(shù)

6、，由實(shí)驗(yàn)確定。驗(yàn)確定。22uAFpD)()(udfRfpe顆粒所受的阻力顆粒所受的阻力Fd可用可用下式計(jì)算下式計(jì)算 tRe/246 . 0Re/5 .18t44.0層流區(qū)（斯托克斯層流區(qū)（斯托克斯StokesStokes區(qū)，區(qū)，1010-4-4 Re1Re1） 注意：其中斯托克斯區(qū)的計(jì)算式是準(zhǔn)確的，其它兩個(gè)區(qū)域注意：其中斯托克斯區(qū)的計(jì)算式是準(zhǔn)確的，其它兩個(gè)區(qū)域的計(jì)算式是近似的。的計(jì)算式是近似的。過(guò)渡區(qū)（艾侖過(guò)渡區(qū)（艾侖AllenAllen區(qū)，區(qū)，11Re500Re500）湍流區(qū)（牛頓湍流區(qū)（牛頓NewtonNewton區(qū)，區(qū)，500Re2500Re210105 5）p 定義：定義：p沉降力場(chǎng)：

7、重力、離心力。沉降力場(chǎng)：重力、離心力。 在某種力場(chǎng)的作用下，利用分散物質(zhì)與分散介質(zhì)的在某種力場(chǎng)的作用下，利用分散物質(zhì)與分散介質(zhì)的密度差異，使之發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而分離的單元操作。密度差異，使之發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而分離的單元操作。p 沉降操作分類(lèi)：重力沉降、離心沉降。沉降操作分類(lèi)：重力沉降、離心沉降。第三節(jié)第三節(jié) 沉降沉降 自由沉降自由沉降（free settling）： 單個(gè)顆粒在流體中沉降，或單個(gè)顆粒在流體中沉降，或者顆粒群在流體中分散得較好而顆粒之間互不接觸互不碰撞的者顆粒群在流體中分散得較好而顆粒之間互不接觸互不碰撞的條件下沉降。條件下沉降。 ddumFFFdbg243)(udgddupppp根據(jù)牛

8、頓第二定律，顆粒的重力沉降運(yùn)動(dòng)基本方程式應(yīng)為根據(jù)牛頓第二定律，顆粒的重力沉降運(yùn)動(dòng)基本方程式應(yīng)為:u重力重力 Fg阻力阻力 Fd浮力浮力 Fb2422udFpdgdFppg36gdFpb36 p p為顆粒密度為顆粒密度 隨著顆粒向下沉降，隨著顆粒向下沉降，u逐漸增大，逐漸增大，du/d 逐漸減少。逐漸減少。 當(dāng)當(dāng)u增到一定數(shù)值增到一定數(shù)值ut時(shí)，時(shí)，du/d =0。顆粒開(kāi)始作勻速沉降運(yùn)動(dòng)。顆粒開(kāi)始作勻速沉降運(yùn)動(dòng)。3)(4pptgdu上式表明：上式表明：顆粒的沉降過(guò)程分為兩個(gè)階段：顆粒的沉降過(guò)程分為兩個(gè)階段：沉降速度沉降速度（terminal velocity） ：也稱(chēng)為終端速度，勻速階段顆也稱(chēng)為

9、終端速度，勻速階段顆粒相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度。粒相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度。 當(dāng)當(dāng)du/d =0時(shí)，令時(shí)，令u= ut，則可得沉降速度計(jì)算式則可得沉降速度計(jì)算式加速階段；加速階段；勻速階段。勻速階段。 將不同流動(dòng)區(qū)域的阻力系數(shù)分別代入上式，得球形顆粒在各將不同流動(dòng)區(qū)域的阻力系數(shù)分別代入上式，得球形顆粒在各區(qū)相應(yīng)的沉降速度分別為：區(qū)相應(yīng)的沉降速度分別為： 層流區(qū)（層流區(qū)（Re1）18)(2ppgdtu754.06.06.1)(154.0gdupptppdgtu)(74. 1過(guò)渡區(qū)（過(guò)渡區(qū)（11Re500Re500）湍流區(qū)（湍流區(qū)（500500Re2Re210105 5）u ut t與與d dp p有關(guān)。

10、有關(guān)。d dp p愈大，愈大，u ut t則愈大。則愈大。層流區(qū)與過(guò)渡區(qū)中，層流區(qū)與過(guò)渡區(qū)中，u ut t還與流體粘度有關(guān)。還與流體粘度有關(guān)。液體粘度約為氣體粘度的液體粘度約為氣體粘度的5050倍，故顆粒在液體中的沉降速倍，故顆粒在液體中的沉降速度比在氣體中的小很多。度比在氣體中的小很多。2 2、復(fù)驗(yàn)法（最多、復(fù)驗(yàn)法（最多3 3次）次） 假設(shè)流體流動(dòng)類(lèi)型；假設(shè)流體流動(dòng)類(lèi)型； 計(jì)算沉降速度；計(jì)算沉降速度； 計(jì)算計(jì)算ReRe，驗(yàn)證與假設(shè)是否相符；驗(yàn)證與假設(shè)是否相符； 如果不相符，則轉(zhuǎn)。如果相符，如果不相符，則轉(zhuǎn)。如果相符，OK !OK !3 3、圖解法（摩擦因數(shù)群法）、圖解法（摩擦因數(shù)群法）P28

11、5P285求沉降速度通常采用求沉降速度通常采用1、試差法。假定、試差法。假定utReRe查查計(jì)算計(jì)算u ut t計(jì)算計(jì)算Re查查計(jì)算計(jì)算ut例：計(jì)算直徑為例：計(jì)算直徑為9595 m m，密度為密度為30003000kg/mkg/m3 3的固體顆粒的固體顆粒分別在分別在20 20 的空氣和水中的自由沉降速度。的空氣和水中的自由沉降速度。smugdtpp/10797. 9310005. 11881. 9)2 .9983000()1098(18)(362計(jì)算計(jì)算Re，核算流型：核算流型：19244. 0Re33610005. 12 .99810797. 91095udp假設(shè)正確，計(jì)算有效。假設(shè)正確，

12、計(jì)算有效。顆粒在空氣中沉降同樣也采用這樣方法計(jì)算顆粒在空氣中沉降同樣也采用這樣方法計(jì)算解：在解：在20 20 的水中：的水中： 20 20 水的密度為水的密度為998.2998.2kg/mkg/m3 3，粘度為粘度為1.0051.0051010-3 -3 PaPa s s先設(shè)為層流區(qū)。先設(shè)為層流區(qū)。 18)(2ppgdtu1) 1) 顆粒直徑顆粒直徑d dp p: :應(yīng)用：應(yīng)用：啤酒生產(chǎn)，采用絮狀酵母，啤酒生產(chǎn)，采用絮狀酵母，dpu ut t，使啤酒易于分離和澄清。使啤酒易于分離和澄清。均質(zhì)乳化，均質(zhì)乳化， dput，使飲料不易分層。使飲料不易分層。加絮凝劑，如水中加明礬。加絮凝劑，如水中加明

13、礬。2) 2) 連續(xù)相的粘度連續(xù)相的粘度 ：應(yīng)用：應(yīng)用：加酶：清飲料中添加果膠酶，使加酶：清飲料中添加果膠酶，使 ut，易于分離。易于分離。增稠：濃飲料中添加增稠劑，使增稠：濃飲料中添加增稠劑，使 ut，不易分層。不易分層。加熱：加熱：3) 兩相密度差兩相密度差( p- )：4) 顆粒形狀顆粒形狀在實(shí)際沉降中：非球形、器壁、顆粒之間對(duì)沉降速度均有影響在實(shí)際沉降中：非球形、器壁、顆粒之間對(duì)沉降速度均有影響非球形顆粒的形狀可用球形度非球形顆粒的形狀可用球形度 s 來(lái)描述。來(lái)描述。SSsp s 球形度；球形度；S 顆粒的表面積，顆粒的表面積，m2；Sp 與顆粒體積相等的圓球的表面積，與顆粒體積相等的

14、圓球的表面積，m2。 不同球形度下阻力系數(shù)與不同球形度下阻力系數(shù)與ReRe的關(guān)系見(jiàn)課本圖示，的關(guān)系見(jiàn)課本圖示，ReRe中的中的d dp p用當(dāng)量直徑用當(dāng)量直徑d de e代替。代替。球形度球形度 s s越小，阻力系數(shù)越小，阻力系數(shù) 越大，但在層流區(qū)不明顯。越大，但在層流區(qū)不明顯。u ut t非球非球 u ut t球球 。對(duì)于細(xì)微顆粒對(duì)于細(xì)微顆粒( (d d0.55 m，dpc50=12 m 。例：溫度為例：溫度為20，壓力為，壓力為0.1010.101Mpa，流量為流量為2.52.5m m3 3/s/s的含塵的含塵空氣，用標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器除塵。粉塵密度為空氣，用標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器除塵。粉塵密度為25

15、002500kg/mkg/m3 3，試試計(jì)算臨界粒徑。選擇合適的旋風(fēng)分離器，使之能計(jì)算臨界粒徑。選擇合適的旋風(fēng)分離器，使之能100%100%的分的分離出離出6.56.5 m以上的粉塵。并計(jì)算壓力損失。以上的粉塵。并計(jì)算壓力損失。解：解： 20，0.101Mpa時(shí)空氣的：時(shí)空氣的： =1.21kg/m3， =1.811010-5-5PaPa s s1 1、確定進(jìn)口氣速：、確定進(jìn)口氣速：u ui i=20m/s (15-20m/s)=20m/s (15-20m/s)2 2、計(jì)算、計(jì)算D D和和b b：流量流量 V=AuV=Aui=Bhu=Bhu B=D/4,h=D/2 B=D/4,h=D/2 2.

16、5=(D/4)2.5=(D/4)(D/2)(D/2)20 20 D=1.0m D=1.0m 取取 D=1000 mmD=1000 mm此時(shí)此時(shí)500,500,250,2000,20002121DhBHDHsmui/203、 求求dpcmuNBdippc2 . 73)(3202500514. 325. 01081. 15kPaupi815.121.15 .72/220225.7302121HHDDBh4、求、求 p5、 求求D，使使dpc=6.5 mmuNBdBippc5 . 63)(3202500514. 31081. 15B=0.204，D=4B ，h=D/2=2B=0.408，取取ui=2

17、0m/s 20408. 0204. 05 . 2xx=1.5，取取x=2D=4B=0.816，取取D=800mm6、 校核校核)/2015(/625.15)2/8 . 0()4/8 . 0(2/5 . 2smsmuhBVi所以，所選分離器適用。所以，所選分離器適用。由由 V=bhu，b=D/4，h=D/2，得得 用標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器出去氣流中所含的固體顆粒。已知固體密度用標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器出去氣流中所含的固體顆粒。已知固體密度為為1100kg/m3，粒徑為粒徑為4.5 m，氣體密度為氣體密度為1.2kg/m3，粘度為粘度為1.81010-5-5PaPa s s，流量為流量為4040m m3 3/s/s

18、，允許壓強(qiáng)降為允許壓強(qiáng)降為17801780PaPa。試選擇合試選擇合適的分離器。適的分離器。由于分離器各部分的尺寸都是由于分離器各部分的尺寸都是D D的倍數(shù)，所以只要進(jìn)口氣速的倍數(shù)，所以只要進(jìn)口氣速u(mài) ui i相同，不管多大的旋風(fēng)分離器，其壓力損失都相同。相同，不管多大的旋風(fēng)分離器，其壓力損失都相同。ippcuNBd)(3壓力損失相同時(shí)，小型分離器的壓力損失相同時(shí)，小型分離器的B=D/4B=D/4值較小，則小型分離值較小，則小型分離器的臨界粒徑較小。器的臨界粒徑較小。雙聯(lián)雙聯(lián)四聯(lián)四聯(lián) 用若干個(gè)小旋風(fēng)分離器并聯(lián)來(lái)代替一個(gè)大旋風(fēng)分用若干個(gè)小旋風(fēng)分離器并聯(lián)來(lái)代替一個(gè)大旋風(fēng)分離器，可以提高分離效率。離

19、器，可以提高分離效率?；覊m灰塵凈化氣體凈化氣體含塵氣體含塵氣體 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 濾袋、骨架、機(jī)殼、清濾袋、骨架、機(jī)殼、清灰裝置、灰斗、排灰閥?；已b置、灰斗、排灰閥。2. 工作過(guò)程工作過(guò)程含塵氣體進(jìn)入袋濾器；含塵氣體進(jìn)入袋濾器；氣體通過(guò)濾袋，經(jīng)頂部氣體通過(guò)濾袋，經(jīng)頂部排出；排出；灰塵被截留；灰塵被截留；聚集一定厚度灰塵后，聚集一定厚度灰塵后，壓縮空氣通入，濾袋振動(dòng)，壓縮空氣通入，濾袋振動(dòng)，灰塵落下；灰塵落下；灰塵經(jīng)過(guò)排灰閥排除?；覊m經(jīng)過(guò)排灰閥排除。壓縮空氣壓縮空氣骨架骨架濾袋濾袋機(jī)殼機(jī)殼清灰裝置清灰裝置排灰閥排灰閥灰斗灰斗清灰原則清灰原則及時(shí)清灰；及時(shí)清灰；不徹底清灰。不徹底清灰。 含塵氣體的分離系統(tǒng)

20、含塵氣體的分離系統(tǒng)4050 m 5 m，dpc50=12 m 0.5 m達(dá)達(dá)90%灰塵灰塵含塵氣體含塵氣體凈化氣體凈化氣體灰塵灰塵灰塵灰塵重力沉降室重力沉降室旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器袋濾器袋濾器離心風(fēng)機(jī)離心風(fēng)機(jī) p特點(diǎn)：特點(diǎn)：離心分離因數(shù)可達(dá)離心分離因數(shù)可達(dá)1300013000，也有高達(dá)，也有高達(dá)10105 5的超速離心機(jī)。的超速離心機(jī)。轉(zhuǎn)鼓內(nèi)裝有三個(gè)縱向平板，以使料液迅速達(dá)到與轉(zhuǎn)鼓相同的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)裝有三個(gè)縱向平板，以使料液迅速達(dá)到與轉(zhuǎn)鼓相同的角速度。角速度。適用于分離乳濁液及含細(xì)顆粒的稀懸浮液。適用于分離乳濁液及含細(xì)顆粒的稀懸浮液。p分離乳濁液的管式離心機(jī)操作原理分離乳濁液的管式離心機(jī)操作原理 轉(zhuǎn)鼓

21、由轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。乳濁液由底部進(jìn)入，在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)從下轉(zhuǎn)鼓由轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。乳濁液由底部進(jìn)入，在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)從下向上流動(dòng)過(guò)程中，由于兩種液體的密度不同而分成內(nèi)、外兩液向上流動(dòng)過(guò)程中，由于兩種液體的密度不同而分成內(nèi)、外兩液層。外層為重液層，內(nèi)層為輕液層。到達(dá)頂部后，輕液與重液層。外層為重液層，內(nèi)層為輕液層。到達(dá)頂部后，輕液與重液分別從各自的溢流口排出。分別從各自的溢流口排出。p分離懸浮液的管式離心機(jī)操作原理分離懸浮液的管式離心機(jī)操作原理 流量流量Vs為懸浮液從底部進(jìn)入，懸浮液是由密度為為懸浮液從底部進(jìn)入，懸浮液是由密度為的與密度的與密度為為p的少量顆粒形成的。假設(shè)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的液體以轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)角速的少量顆粒形成的。假

22、設(shè)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的液體以轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)角速度度隨著轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)。液體由下向上流動(dòng)過(guò)程中，顆粒由液面隨著轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)。液體由下向上流動(dòng)過(guò)程中，顆粒由液面r1處沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面處沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面r2處。凡沉降所需時(shí)間小于或等于在轉(zhuǎn)鼓處。凡沉降所需時(shí)間小于或等于在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)停留時(shí)間的顆粒，均能沉降除去。內(nèi)停留時(shí)間的顆粒，均能沉降除去。當(dāng)顆粒的沉降處于斯托克斯區(qū)時(shí)，其沉降速度（徑向）為當(dāng)顆粒的沉降處于斯托克斯區(qū)時(shí)，其沉降速度（徑向）為2218)(rdddrpp18)(2pptgdu斯托克斯區(qū)的重力沉降速度為斯托克斯區(qū)的重力沉降速度為rdrugdt2積分邊界積分邊界邊界條件：邊界條件：=0=0時(shí)，時(shí)，r=rr=r1 1；=t

23、t時(shí)，時(shí)， r=rr=r2 2。122lnrrugttsVhrr)(2122轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的液體流量轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的持液量取顆粒的停留時(shí)間等于流體在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時(shí)間，即取顆粒的停留時(shí)間等于流體在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時(shí)間，即對(duì)上式積分，得沉降時(shí)間對(duì)上式積分，得沉降時(shí)間 對(duì)于一定的懸浮液處理量對(duì)于一定的懸浮液處理量Vs，只有粒徑只有粒徑dp滿(mǎn)足條件滿(mǎn)足條件t的的顆粒，才能全部除去。根據(jù)顆粒，才能全部除去。根據(jù)t=，可得可得12212222ln18)(rrrrdhVpcps1221222lnrrrrguhVts式中式中ut為重力沉降速度。為重力沉降速度。所以當(dāng)顆粒為臨界粒徑所以當(dāng)顆粒為臨界粒徑dpc時(shí)，懸浮液的處理量為時(shí)，

24、懸浮液的處理量為 以上兩式表示懸浮液處理量以上兩式表示懸浮液處理量Vs與轉(zhuǎn)鼓尺寸（與轉(zhuǎn)鼓尺寸（r1、r2及及h）、）、轉(zhuǎn)鼓角速度轉(zhuǎn)鼓角速度及顆粒臨界直徑及顆粒臨界直徑dpc之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。例：水中含有極少量細(xì)小顆粒的懸浮液，想用管式例：水中含有極少量細(xì)小顆粒的懸浮液，想用管式高速離心機(jī)分離，使其中高速離心機(jī)分離，使其中1 1mm以上的顆粒全部除去。以上的顆粒全部除去。試求最大的懸浮液進(jìn)料量為多少。離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓尺寸試求最大的懸浮液進(jìn)料量為多少。離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓尺寸為：為：r r1 1=5cm=5cm、r r2 2=8cm=8cm，h=60cmh=60cm。轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)數(shù)為轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)數(shù)為12000120

25、00rpmrpm。懸浮液溫度為懸浮液溫度為2020，顆粒的密度為，顆粒的密度為2300023000kg/mkg/m3 3。解：查得水在解：查得水在20時(shí)的時(shí)的 =10-3Pas，=1000kg/m3，hmsmrrrrguhVts/44.6/1079.105.008.0ln05.008.081.9)1009.7()1257)(6 .0(ln33322721221222轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)角速度轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)角速度 =2N/60=2(12000)/60=1257rad/s重力沉降速度重力沉降速度 ut=gdp2(p-)/18 =9.81(10-6)2(2300-1000)/(1810-3) =7.0910-7m

26、/s懸浮液的進(jìn)料量為懸浮液的進(jìn)料量為 分離乳濁液的碟式離心機(jī)分離乳濁液的碟式離心機(jī)：碟片上開(kāi)有小孔。乳濁液通過(guò)小：碟片上開(kāi)有小孔。乳濁液通過(guò)小孔流到碟片的間隙。在離心力作用下，重液沿著每個(gè)碟片的斜面孔流到碟片的間隙。在離心力作用下，重液沿著每個(gè)碟片的斜面沉降，并向轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁移動(dòng)，由重液出口連續(xù)排出。而輕液沿著每沉降，并向轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁移動(dòng)，由重液出口連續(xù)排出。而輕液沿著每個(gè)碟片的斜面向上移動(dòng)，匯集后由輕液出口排出。個(gè)碟片的斜面向上移動(dòng)，匯集后由輕液出口排出。 主要分離乳濁液中輕、重兩液相，例如油類(lèi)脫水、牛乳脫主要分離乳濁液中輕、重兩液相，例如油類(lèi)脫水、牛乳脫脂等；也可以澄清含少量細(xì)小顆粒固體的懸浮液。

27、脂等；也可以澄清含少量細(xì)小顆粒固體的懸浮液。 澄清懸浮液用的碟式離心沉降機(jī)澄清懸浮液用的碟式離心沉降機(jī)：碟片上不開(kāi)孔。只有一個(gè)：碟片上不開(kāi)孔。只有一個(gè)清液排出口。沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上的沉渣，間歇排出。只適用于清液排出口。沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上的沉渣，間歇排出。只適用于固體顆粒含量很少的懸浮液。當(dāng)固體顆粒含量較多時(shí)，可采用固體顆粒含量很少的懸浮液。當(dāng)固體顆粒含量較多時(shí)，可采用具有噴嘴排渣的碟式離心沉降機(jī)，例如淀粉的分離。具有噴嘴排渣的碟式離心沉降機(jī)，例如淀粉的分離。工作原理：見(jiàn)圖工作原理：見(jiàn)圖4-45 P331 轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有可旋轉(zhuǎn)的螺旋輸送器，其轉(zhuǎn)數(shù)比轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)數(shù)稍轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有可旋轉(zhuǎn)的螺旋輸送器，其轉(zhuǎn)數(shù)比轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)數(shù)

28、稍低。懸浮液通過(guò)螺旋輸送器的空心軸進(jìn)入機(jī)內(nèi)中部。沉積在低。懸浮液通過(guò)螺旋輸送器的空心軸進(jìn)入機(jī)內(nèi)中部。沉積在轉(zhuǎn)鼓壁面渣，被螺旋輸送器沿斜面向上推到排出口而排出。轉(zhuǎn)鼓壁面渣，被螺旋輸送器沿斜面向上推到排出口而排出。澄清液從轉(zhuǎn)鼓另一端溢流出去。澄清液從轉(zhuǎn)鼓另一端溢流出去。用途：用途： 用于分離固體顆粒含量較多的懸浮液，其生產(chǎn)能力較大。用于分離固體顆粒含量較多的懸浮液，其生產(chǎn)能力較大。也可以在高溫、高壓下操作，例如催化劑回收。也可以在高溫、高壓下操作，例如催化劑回收。過(guò)濾介質(zhì)過(guò)濾介質(zhì): 過(guò)濾采用的多孔物質(zhì)；過(guò)濾采用的多孔物質(zhì)；濾漿濾漿: 所處理的懸浮液；所處理的懸浮液；濾液濾液: 通過(guò)多孔通道的液體；

29、通過(guò)多孔通道的液體；濾餅或?yàn)V渣濾餅或?yàn)V渣: 被截留的固體物質(zhì)。被截留的固體物質(zhì)。 以某種多孔物質(zhì)為介質(zhì)，在外力的作用下，使懸浮液中以某種多孔物質(zhì)為介質(zhì)，在外力的作用下，使懸浮液中的液體通過(guò)介質(zhì)的孔道，而固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而的液體通過(guò)介質(zhì)的孔道，而固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而實(shí)現(xiàn)固液分離的單元操作。實(shí)現(xiàn)固液分離的單元操作。濾漿濾漿(slurry)：原懸浮液。原懸浮液。濾餅濾餅(filter cake)：截留的固體物質(zhì)。截留的固體物質(zhì)。過(guò)濾介質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)(filtering medium)：多孔物質(zhì)。多孔物質(zhì)。濾液濾液(filterate)：通過(guò)多孔通道的液體。通過(guò)多孔通道的液體。過(guò)濾操作示

30、意圖過(guò)濾操作示意圖( (濾餅過(guò)濾濾餅過(guò)濾) ) 濾餅過(guò)濾過(guò)程：濾餅過(guò)濾過(guò)程： 剛開(kāi)始：有細(xì)小顆粒通過(guò)孔道，濾液混濁。剛開(kāi)始：有細(xì)小顆粒通過(guò)孔道，濾液混濁。 開(kāi)始后：迅速發(fā)生開(kāi)始后：迅速發(fā)生“架橋現(xiàn)象架橋現(xiàn)象”，顆粒被攔截，顆粒被攔截，濾液澄清。濾液澄清。 所以，在濾餅過(guò)濾時(shí)真正起過(guò)濾作用的是濾餅本所以，在濾餅過(guò)濾時(shí)真正起過(guò)濾作用的是濾餅本身，而非過(guò)濾介質(zhì)。身，而非過(guò)濾介質(zhì)。架橋現(xiàn)象架橋現(xiàn)象注意注意：所選過(guò)濾介質(zhì)的孔道尺寸一定要使：所選過(guò)濾介質(zhì)的孔道尺寸一定要使“架橋現(xiàn)象架橋現(xiàn)象”能夠能夠通過(guò)發(fā)生。通過(guò)發(fā)生。餅層過(guò)濾適于處理固體含量較高的懸浮液。餅層過(guò)濾適于處理固體含量較高的懸浮液。特點(diǎn)：顆粒特

31、點(diǎn)：顆粒( (粒子粒子) )沉積于介質(zhì)內(nèi)部。沉積于介質(zhì)內(nèi)部。深層過(guò)濾深層過(guò)濾過(guò)濾對(duì)象：懸浮液中的固體顆粒小而少。過(guò)濾對(duì)象：懸浮液中的固體顆粒小而少。過(guò)濾介質(zhì)：堆積較厚的粒狀床層。過(guò)濾介質(zhì)：堆積較厚的粒狀床層。過(guò)濾原理：顆粒尺寸過(guò)濾原理：顆粒尺寸 介質(zhì)通道尺寸，介質(zhì)通道尺寸，顆粒通過(guò)細(xì)長(zhǎng)而彎曲的孔道，靠靜電和分顆粒通過(guò)細(xì)長(zhǎng)而彎曲的孔道，靠靜電和分子的作用力附著在介質(zhì)孔道上。子的作用力附著在介質(zhì)孔道上。應(yīng)用：適于處理生產(chǎn)能力大而懸浮液中應(yīng)用：適于處理生產(chǎn)能力大而懸浮液中顆粒小而且含量少的場(chǎng)合，如水處理和酒顆粒小而且含量少的場(chǎng)合，如水處理和酒的過(guò)濾。的過(guò)濾?？椢锝橘|(zhì)織物介質(zhì)(又稱(chēng)濾布又稱(chēng)濾布) 由棉

32、、毛、麻、絲等天然纖維及合成纖維制成的織物，以由棉、毛、麻、絲等天然纖維及合成纖維制成的織物，以及玻璃絲、金屬絲等織成的網(wǎng)；及玻璃絲、金屬絲等織成的網(wǎng)；過(guò)濾介質(zhì)的分類(lèi)：過(guò)濾介質(zhì)的分類(lèi)：堆積介質(zhì)堆積介質(zhì) 由各種固體顆粒（細(xì)砂、硅藻土等）堆積而成，由各種固體顆粒（細(xì)砂、硅藻土等）堆積而成， 多用于多用于深床過(guò)濾；深床過(guò)濾；多孔固體介質(zhì)多孔固體介質(zhì) 這類(lèi)介質(zhì)具有很多細(xì)微孔道，如多孔陶瓷、多孔塑料等。這類(lèi)介質(zhì)具有很多細(xì)微孔道，如多孔陶瓷、多孔塑料等。多用于含少量細(xì)微顆粒的懸浮液，如白酒等的精濾。多用于含少量細(xì)微顆粒的懸浮液，如白酒等的精濾。過(guò)濾介質(zhì)應(yīng)具有如下性質(zhì)：過(guò)濾介質(zhì)應(yīng)具有如下性質(zhì)： 過(guò)濾介質(zhì)的作

33、用過(guò)濾介質(zhì)的作用( (濾餅過(guò)濾濾餅過(guò)濾) )：促使濾餅的形成，：促使濾餅的形成，并支承濾餅。并支承濾餅。（1 1）多孔性，液體流過(guò)的阻力??；）多孔性，液體流過(guò)的阻力??；（2 2）有足夠的強(qiáng)度；）有足夠的強(qiáng)度；（3 3）耐腐蝕性和耐熱性；）耐腐蝕性和耐熱性；（4 4）孔道大小適當(dāng)，能發(fā)生架橋現(xiàn)象。）孔道大小適當(dāng)，能發(fā)生架橋現(xiàn)象。不可壓縮濾餅不可壓縮濾餅：若顆粒由不易變形的堅(jiān)硬固體組成，則當(dāng)：若顆粒由不易變形的堅(jiān)硬固體組成，則當(dāng)壓強(qiáng)差增大時(shí)，濾餅的結(jié)構(gòu)不發(fā)生明顯變化，單位厚度濾餅壓強(qiáng)差增大時(shí)，濾餅的結(jié)構(gòu)不發(fā)生明顯變化，單位厚度濾餅的流動(dòng)阻力可視作恒定，這類(lèi)濾餅稱(chēng)為不可壓縮濾餅。的流動(dòng)阻力可視作恒定

34、，這類(lèi)濾餅稱(chēng)為不可壓縮濾餅。 隨著過(guò)濾的進(jìn)行，濾餅的厚度增大，濾液的流動(dòng)阻力亦逐隨著過(guò)濾的進(jìn)行，濾餅的厚度增大，濾液的流動(dòng)阻力亦逐漸增大，導(dǎo)致濾餅兩側(cè)的壓強(qiáng)差增大。濾餅的壓縮性對(duì)壓強(qiáng)差漸增大，導(dǎo)致濾餅兩側(cè)的壓強(qiáng)差增大。濾餅的壓縮性對(duì)壓強(qiáng)差有較大影響。有較大影響?？蓧嚎s濾餅可壓縮濾餅：若濾餅為膠體物質(zhì)時(shí)，當(dāng)壓強(qiáng)差增大時(shí)，濾：若濾餅為膠體物質(zhì)時(shí)，當(dāng)壓強(qiáng)差增大時(shí)，濾餅則被壓緊，使單位厚度濾餅的流動(dòng)阻力增大，此類(lèi)濾餅稱(chēng)餅則被壓緊，使單位厚度濾餅的流動(dòng)阻力增大，此類(lèi)濾餅稱(chēng)為可壓縮濾餅。為可壓縮濾餅。助濾劑助濾劑：對(duì)于可壓縮濾餅，為了使過(guò)濾順利進(jìn)行，可以將：對(duì)于可壓縮濾餅，為了使過(guò)濾順利進(jìn)行，可以將質(zhì)地堅(jiān)

35、硬而能形成疏松濾餅的另一種固體顆粒混入懸浮液或質(zhì)地堅(jiān)硬而能形成疏松濾餅的另一種固體顆?；烊霊腋∫夯蝾A(yù)涂于過(guò)濾介質(zhì)上，以形成疏松餅層，使得濾液暢流，該種預(yù)涂于過(guò)濾介質(zhì)上，以形成疏松餅層，使得濾液暢流，該種顆粒狀物質(zhì)就稱(chēng)為助濾劑。顆粒狀物質(zhì)就稱(chēng)為助濾劑。常用的助濾劑：常用的助濾劑：硅藻土、珍珠巖、石棉、炭粉等。硅藻土、珍珠巖、石棉、炭粉等。助濾劑的基本要求：助濾劑的基本要求：1 1、能形成多孔餅層的剛性顆粒，使濾餅有良好的滲透性及、能形成多孔餅層的剛性顆粒，使濾餅有良好的滲透性及較低的流體阻力。較低的流體阻力。2 2、具有化學(xué)穩(wěn)定性。、具有化學(xué)穩(wěn)定性。3 3、在操作壓強(qiáng)范圍內(nèi)具有不可壓縮性。、在操

36、作壓強(qiáng)范圍內(nèi)具有不可壓縮性。 dpde 對(duì)于顆粒層中不規(guī)則的通道，可以簡(jiǎn)化成由一組當(dāng)量直徑對(duì)于顆粒層中不規(guī)則的通道，可以簡(jiǎn)化成由一組當(dāng)量直徑為為d de e的細(xì)管，而細(xì)管的當(dāng)量直徑可由床層的空隙率和顆粒的的細(xì)管，而細(xì)管的當(dāng)量直徑可由床層的空隙率和顆粒的比表面積來(lái)計(jì)算。比表面積來(lái)計(jì)算。顆粒床層的特性可用顆粒床層的特性可用空隙率空隙率、當(dāng)量直徑當(dāng)量直徑等物理量來(lái)描述。等物理量來(lái)描述?？障堵士障堵剩?jiǎn)挝惑w積床層中的空隙體積稱(chēng)為空隙率。單位體積床層中的空隙體積稱(chēng)為空隙率。式中式中 床層的空隙率，床層的空隙率，m3/m3。床層總體積床層空隙體積式中式中 顆粒的比表面，顆粒的比表面，m2/m3。顆粒體積顆

37、粒表面積a比表面積比表面積：?jiǎn)挝惑w積顆粒所具有的表面積稱(chēng)為比表面積。單位體積顆粒所具有的表面積稱(chēng)為比表面積。依照第一章中非圓形管的當(dāng)量直徑定義，當(dāng)量直徑為：依照第一章中非圓形管的當(dāng)量直徑定義，當(dāng)量直徑為：流道長(zhǎng)度潤(rùn)濕周邊長(zhǎng)流道長(zhǎng)度流道截面積edade)1 (流道表面積流道容積潤(rùn)濕周邊長(zhǎng)管道截面積水力直徑44ed式中式中 de床層流道的當(dāng)量直徑，床層流道的當(dāng)量直徑，m故對(duì)顆粒床層直徑應(yīng)可寫(xiě)出：故對(duì)顆粒床層直徑應(yīng)可寫(xiě)出：Lpduce)(21232dlupAF、 濾液通過(guò)餅層的流動(dòng)常屬于滯流流型，可以仿照?qǐng)A管內(nèi)滯流濾液通過(guò)餅層的流動(dòng)常屬于滯流流型，可以仿照?qǐng)A管內(nèi)滯流流動(dòng)的泊稷葉公式流動(dòng)的泊稷葉公式(

38、哈根方程哈根方程)來(lái)描述濾液通過(guò)濾餅的流動(dòng)，則來(lái)描述濾液通過(guò)濾餅的流動(dòng)，則濾液通過(guò)餅床層的流速與壓強(qiáng)降的關(guān)系為：濾液通過(guò)餅床層的流速與壓強(qiáng)降的關(guān)系為：式中式中 u u1 1 濾液在床層孔道中的流速，濾液在床層孔道中的流速，m/sm/s； L L 床層厚度，床層厚度，m, m, ppc c 濾液通過(guò)濾餅層的壓強(qiáng)降，濾液通過(guò)濾餅層的壓強(qiáng)降，papa； 阻力與壓強(qiáng)降成正比，因此可認(rèn)為上式表達(dá)了過(guò)濾操作中阻力與壓強(qiáng)降成正比，因此可認(rèn)為上式表達(dá)了過(guò)濾操作中濾液流速與阻力的關(guān)系。濾液流速與阻力的關(guān)系。 在與過(guò)濾介質(zhì)相垂直的方向上，床層空隙中的濾液流速在與過(guò)濾介質(zhì)相垂直的方向上，床層空隙中的濾液流速u(mài) u1

39、 1與按整個(gè)床層截面積計(jì)算的濾液平均流速與按整個(gè)床層截面積計(jì)算的濾液平均流速u(mài) u之間的關(guān)系為：之間的關(guān)系為：uu1)()1 (1223LpaKuc 上式中的比例常數(shù)上式中的比例常數(shù)KK與濾餅的空隙率、顆粒形狀、排列及與濾餅的空隙率、顆粒形狀、排列及粒度范圍諸因素有關(guān)。對(duì)于顆粒床層內(nèi)的滯流流動(dòng)，粒度范圍諸因素有關(guān)。對(duì)于顆粒床層內(nèi)的滯流流動(dòng)，KK值可值可取為取為5 5。ade)1(Lpduce)(21)()1 (5223LpaAddVuc)()1 (5223LpAaddVc式中式中 V 濾液量，濾液量，m3； 過(guò)濾時(shí)間，過(guò)濾時(shí)間，s； A 過(guò)濾面積，過(guò)濾面積，m2。過(guò)濾速率為：過(guò)濾速率為：任一瞬

40、間的過(guò)濾速度為：任一瞬間的過(guò)濾速度為：過(guò)濾速度過(guò)濾速度: : 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位過(guò)濾面積的濾液體積，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位過(guò)濾面積的濾液體積， m3/m2 s。過(guò)濾速率過(guò)濾速率: : 單位時(shí)間內(nèi)獲得的濾液體積，單位時(shí)間內(nèi)獲得的濾液體積，m3/s。R R濾餅阻力，濾餅阻力，1/1/m, m, 其計(jì)算式為：其計(jì)算式為：RprLpAddVcc322)1(5ar)()1 (5223LpaAddVuc 對(duì)于不可壓縮濾餅，濾餅層中的空隙率對(duì)于不可壓縮濾餅，濾餅層中的空隙率可視為常數(shù)，顆可視為常數(shù)，顆粒的形狀、尺寸也不改變，因而比表面粒的形狀、尺寸也不改變，因而比表面a 亦為常數(shù)，則有亦為常數(shù)，則有式中式中 r

41、 r濾餅的比阻，濾餅的比阻，1/1/m m2 2, , 其計(jì)算式為：其計(jì)算式為：R=rL比阻比阻r r單位厚度濾餅的阻力；單位厚度濾餅的阻力；在數(shù)值上等于粘度為在數(shù)值上等于粘度為1 1PasPas的濾液以的濾液以1 1m/sm/s的平均流速通過(guò)的平均流速通過(guò)厚度為厚度為1 1m m 的濾餅層時(shí)所產(chǎn)生的壓強(qiáng)降；的濾餅層時(shí)所產(chǎn)生的壓強(qiáng)降；比阻反映了顆粒特性比阻反映了顆粒特性( (形狀、尺寸及床層空隙率形狀、尺寸及床層空隙率) )對(duì)濾液流對(duì)濾液流動(dòng)的影響；動(dòng)的影響；床層空隙率床層空隙率愈小及顆粒比表面愈小及顆粒比表面a a愈大，則床層愈致密，愈大，則床層愈致密，對(duì)流體流動(dòng)的阻滯作用也愈大。對(duì)流體流動(dòng)

42、的阻滯作用也愈大。 通常把過(guò)濾介質(zhì)的阻力視為常數(shù)，仿照濾液穿過(guò)濾餅層的速通常把過(guò)濾介質(zhì)的阻力視為常數(shù)，仿照濾液穿過(guò)濾餅層的速度方程則可寫(xiě)出濾液穿過(guò)過(guò)濾介質(zhì)層的速度關(guān)系式：度方程則可寫(xiě)出濾液穿過(guò)過(guò)濾介質(zhì)層的速度關(guān)系式：mmRpAddV式中式中 pm 過(guò)濾介質(zhì)上、下游兩側(cè)的壓強(qiáng)差，過(guò)濾介質(zhì)上、下游兩側(cè)的壓強(qiáng)差，Pa； Rm 過(guò)濾介質(zhì)阻力，過(guò)濾介質(zhì)阻力，l/m 由于很難劃定過(guò)濾介質(zhì)與濾餅之間的分界面，更難測(cè)定分由于很難劃定過(guò)濾介質(zhì)與濾餅之間的分界面，更難測(cè)定分界面處的壓強(qiáng)，在操作過(guò)程中總是把過(guò)濾介質(zhì)與濾餅聯(lián)合起來(lái)界面處的壓強(qiáng)，在操作過(guò)程中總是把過(guò)濾介質(zhì)與濾餅聯(lián)合起來(lái)考慮。考慮。 通常，濾餅與濾布的面

43、積相同。所以?xún)蓪又械倪^(guò)濾速度應(yīng)通常，濾餅與濾布的面積相同。所以?xún)蓪又械倪^(guò)濾速度應(yīng)相等，則：相等，則：)()(mmmcRRpRRppAddV 上式表明，可用濾液通過(guò)串聯(lián)的濾餅與濾布的總壓強(qiáng)降來(lái)上式表明，可用濾液通過(guò)串聯(lián)的濾餅與濾布的總壓強(qiáng)降來(lái)表示過(guò)濾推動(dòng)力，用兩層的阻力之和來(lái)表示總阻力。表示過(guò)濾推動(dòng)力，用兩層的阻力之和來(lái)表示總阻力。式中：式中：p 濾餅與濾布兩側(cè)的總壓強(qiáng)差，稱(chēng)為過(guò)濾壓強(qiáng)差。濾餅與濾布兩側(cè)的總壓強(qiáng)差，稱(chēng)為過(guò)濾壓強(qiáng)差。 假設(shè)：厚度為假設(shè)：厚度為L(zhǎng)e的濾餅產(chǎn)生的阻力與濾布相同，而過(guò)程仍的濾餅產(chǎn)生的阻力與濾布相同，而過(guò)程仍能完全按照原來(lái)的速率進(jìn)行，則：能完全按照原來(lái)的速率進(jìn)行，則：rLe

44、=Rm 在一定的操作條件下，以一定介質(zhì)過(guò)濾一定懸浮液時(shí)，在一定的操作條件下，以一定介質(zhì)過(guò)濾一定懸浮液時(shí)，Le為定值；但同一介質(zhì)在不同的過(guò)濾操作中，為定值；但同一介質(zhì)在不同的過(guò)濾操作中，Le值不同值不同。)()(eeLLrprLrLpAddV式中式中Le過(guò)濾介質(zhì)的當(dāng)量濾餅厚度，或稱(chēng)虛擬濾餅厚度，過(guò)濾介質(zhì)的當(dāng)量濾餅厚度，或稱(chēng)虛擬濾餅厚度，m。 式中：式中：v 濾餅體積與相應(yīng)的濾液體積之比，無(wú)因次。濾餅體積與相應(yīng)的濾液體積之比，無(wú)因次。AvVL LA=vV 若每獲得若每獲得1 1m m3 3濾液所形成的濾餅體積為濾液所形成的濾餅體積為v vm m3 3，則任一瞬間的濾則任一瞬間的濾餅厚度餅厚度L L

45、與當(dāng)時(shí)已經(jīng)獲得的濾液體積與當(dāng)時(shí)已經(jīng)獲得的濾液體積V V之間的關(guān)系為：之間的關(guān)系為：AvVLee 同理，如生成厚度為同理，如生成厚度為L(zhǎng)e的濾餅所應(yīng)獲得的濾液體積以的濾餅所應(yīng)獲得的濾液體積以Ve來(lái)表來(lái)表示，則示，則式中式中Ve過(guò)濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液體積，或稱(chēng)虛擬濾液體積，過(guò)濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液體積，或稱(chēng)虛擬濾液體積，m3。 注意注意：在一定的操作條件下，以一定介質(zhì)過(guò)濾一定的懸浮在一定的操作條件下，以一定介質(zhì)過(guò)濾一定的懸浮液時(shí)，液時(shí)，Ve為定值，但同一介質(zhì)在不同的過(guò)濾操作中，為定值，但同一介質(zhì)在不同的過(guò)濾操作中，Ve不同。不同。AVVrvpAddVe過(guò)濾阻力過(guò)濾推動(dòng)力2)(2)(AVVrveepVVrvp

46、AddV上式適用于上式適用于不可壓縮濾餅不可壓縮濾餅。 對(duì)于對(duì)于可壓縮濾餅可壓縮濾餅其比阻其比阻r r與壓強(qiáng)差有關(guān)。與壓強(qiáng)差有關(guān)。上式稱(chēng)為上式稱(chēng)為過(guò)濾基本方程式過(guò)濾基本方程式，它對(duì)各種過(guò)濾情況均適用。，它對(duì)各種過(guò)濾情況均適用。式中式中 r單位壓強(qiáng)下濾餅的比阻，單位壓強(qiáng)下濾餅的比阻，1/m2 p過(guò)濾壓強(qiáng)差，過(guò)濾壓強(qiáng)差，pa s 濾餅的壓縮性指數(shù)，無(wú)因此。一般情況下，濾餅的壓縮性指數(shù)，無(wú)因此。一般情況下， s=01。對(duì)于不可壓縮濾餅，對(duì)于不可壓縮濾餅，s=0。)(12esVVvrpAddV根據(jù)上兩式可得根據(jù)上兩式可得r=r(p)sp定義：過(guò)濾操作在恒定壓強(qiáng)下進(jìn)行時(shí)稱(chēng)為恒壓過(guò)濾。定義：過(guò)濾操作在恒定

47、壓強(qiáng)下進(jìn)行時(shí)稱(chēng)為恒壓過(guò)濾。濾餅不斷變厚；濾餅不斷變厚；阻力逐漸增加；阻力逐漸增加；推動(dòng)力推動(dòng)力p p 恒定；恒定；過(guò)濾速率逐漸變小。過(guò)濾速率逐漸變小。過(guò)濾操作的兩種典型方式：恒壓過(guò)濾和恒速過(guò)濾過(guò)濾操作的兩種典型方式：恒壓過(guò)濾和恒速過(guò)濾。p特點(diǎn)：特點(diǎn)：對(duì)于一定的懸浮液，若對(duì)于一定的懸浮液，若、rr及及v v可視為常數(shù)，令可視為常數(shù)，令vrk1)(12esVVvrpAddV( (V+VV+Ve e )dV=kA )dV=kA2 2pp1-s1-sd d式中：式中：k k 表征過(guò)濾物料特性的常數(shù)，表征過(guò)濾物料特性的常數(shù)，m m4 4/ /（N N s s）。）。過(guò)濾基本方程可寫(xiě)成：過(guò)濾基本方程可寫(xiě)成

48、：積分條件積分條件 =0, V=0; = e ,V=Ve; = ,V=V eeeseVVedpkAVVdVV0120令令K=2kpK=2kp1-s1-s當(dāng)當(dāng) =0 =0 時(shí)，則時(shí)，則V V=0=0(V+Ve )2=KA2( + e )（1 1）(1)(1)和和(2)(2)式都稱(chēng)為式都稱(chēng)為恒壓過(guò)濾方程式恒壓過(guò)濾方程式。Ve2=KA2 eV2+2VVe=KA2 （2 2）又令又令 q=V/A，qe=Ve/A 恒壓過(guò)濾方程式中的恒壓過(guò)濾方程式中的K K 稱(chēng)為稱(chēng)為過(guò)濾常數(shù)過(guò)濾常數(shù)，由物料特性及過(guò)濾，由物料特性及過(guò)濾壓強(qiáng)差決定。壓強(qiáng)差決定。 恒壓過(guò)濾時(shí)恒壓過(guò)濾時(shí)V 的關(guān)系的關(guān)系 + eooe e + e

49、bV+VeVV+VeVVe (q+qe )2=K( + e) q2+2qqe=K 上兩式也稱(chēng)為恒壓過(guò)濾方程式。上兩式也稱(chēng)為恒壓過(guò)濾方程式。 若維持過(guò)濾速率恒定，這樣的過(guò)濾操作方式稱(chēng)為恒速過(guò)濾。若維持過(guò)濾速率恒定，這樣的過(guò)濾操作方式稱(chēng)為恒速過(guò)濾。常數(shù)RuqAVAddV恒速過(guò)濾時(shí)恒速過(guò)濾時(shí)q- q- （或或V- V- ）關(guān)系為一直線關(guān)系為一直線。 q=uR V=uRA 恒速過(guò)濾時(shí)的過(guò)濾速度為：恒速過(guò)濾時(shí)的過(guò)濾速度為： 在一定的操作條件下，在一定的操作條件下，、r、v、uR、qe均為常數(shù)，故有：均為常數(shù)，故有：Reuqqrvpddq常數(shù))(對(duì)不可壓縮濾餅，由過(guò)濾基本方程可寫(xiě)出：對(duì)不可壓縮濾餅，由過(guò)濾

50、基本方程可寫(xiě)出： 上式表明：對(duì)于不可壓縮濾餅進(jìn)行恒速過(guò)濾時(shí)，其壓強(qiáng)差隨上式表明：對(duì)于不可壓縮濾餅進(jìn)行恒速過(guò)濾時(shí)，其壓強(qiáng)差隨過(guò)濾時(shí)間成直線增加。所以，在實(shí)踐中很少采用完全恒速過(guò)濾過(guò)濾時(shí)間成直線增加。所以，在實(shí)踐中很少采用完全恒速過(guò)濾的方法。的方法。 p=rvuR2 +rvuRqe=a +b 先恒速后恒壓過(guò)濾是工業(yè)中常用的一種過(guò)濾方法。先恒速后恒壓過(guò)濾是工業(yè)中常用的一種過(guò)濾方法。RRdpkAdVVVsVVe12 在過(guò)濾時(shí)間從在過(guò)濾時(shí)間從0 0到到R R 時(shí)，計(jì)算方法與恒速過(guò)濾相同。而從時(shí)時(shí)，計(jì)算方法與恒速過(guò)濾相同。而從時(shí)間間R R 到到時(shí)，得到的濾液量從時(shí)，得到的濾液量從V VR R到到V V，故

51、積分式為：故積分式為：操作過(guò)程：操作過(guò)程：開(kāi)始，從開(kāi)始，從0到到 R 時(shí)，時(shí)，采用恒速過(guò)濾，可在阻力還不太高采用恒速過(guò)濾，可在阻力還不太高時(shí)獲得較多的濾液。時(shí)獲得較多的濾液。從從R到到時(shí)，改為恒壓過(guò)濾，以免壓強(qiáng)過(guò)高。時(shí)，改為恒壓過(guò)濾，以免壓強(qiáng)過(guò)高。 積分并將積分并將K=2kpK=2kp1-s 1-s 代入得代入得 )()(2)(222RReRKAVVVVV)()(2)(22RReRKqqqqq 特別注意特別注意：上兩式中：上兩式中V V為獲得的總濾液量，而不是為獲得的總濾液量，而不是恒壓階段獲得的濾液量。恒壓階段獲得的濾液量。幾種操作方式下的過(guò)濾方程幾種操作方式下的過(guò)濾方程AVq322)1 (

52、5arspkK12vrk1sprr)(12esVVvrpAddVeqKqKdqd22上式表明：上式表明：d/ dq與與q成直線關(guān)系，直線斜率為成直線關(guān)系，直線斜率為2/K，截距為截距為2qe/K2(q+qe )dq=Kd (q+qe )2=K ( + e )微分上式得微分上式得qd /dq2qe/K由斜率由斜率=2/K，求出求出K;由截距由截距=2qe/K ，求出求出qe；由由q2+2qqe=K ， =0，q=0，求出求出 e= qe2/K。測(cè)定時(shí)采用恒壓試驗(yàn)，恒壓過(guò)濾方程為：測(cè)定時(shí)采用恒壓試驗(yàn)，恒壓過(guò)濾方程為： 采用采用/q/q代替代替d d/dq/dq，在過(guò)濾面積一定時(shí)，記在過(guò)濾面積一定時(shí)

53、，記錄下時(shí)間錄下時(shí)間和累計(jì)的濾液量和累計(jì)的濾液量V V，并由此計(jì)算一系列并由此計(jì)算一系列q q值，值，然后作圖，求出直線斜率和截距。最后算出過(guò)濾常數(shù)然后作圖，求出直線斜率和截距。最后算出過(guò)濾常數(shù)K K和和q qe e。q / q2qe/K注意：橫坐標(biāo)注意：橫坐標(biāo)q的取值。的取值。lgK=(1-s)lg(p)+lg(2k) 以以lg(lg(pp) )為橫坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，lg(lg(K K) )為為縱坐標(biāo)作直線，從而求出斜率縱坐標(biāo)作直線，從而求出斜率(1-(1-s s) )，截距截距l(xiāng)g(2lg(2k k) )，進(jìn)而算出進(jìn)而算出s s和和k k。K=2kp1-s 濾餅的壓縮性指數(shù)濾餅的壓縮性指數(shù)s

54、 s及物料特性常數(shù)及物料特性常數(shù)k k需在不同壓強(qiáng)差下對(duì)指需在不同壓強(qiáng)差下對(duì)指定物料進(jìn)行試驗(yàn)，求得若干過(guò)濾壓強(qiáng)差下的定物料進(jìn)行試驗(yàn)，求得若干過(guò)濾壓強(qiáng)差下的K K，然后對(duì)然后對(duì)K-pK-p數(shù)數(shù)據(jù)加以處理，即可求得據(jù)加以處理，即可求得s s 值。值。lg(p)lg(K)lg(2k)q / q2qe/K 工業(yè)上使用的典型過(guò)濾設(shè)備：工業(yè)上使用的典型過(guò)濾設(shè)備：按操作方式分類(lèi)：間歇過(guò)濾機(jī)、連續(xù)過(guò)濾機(jī)按操作方式分類(lèi)：間歇過(guò)濾機(jī)、連續(xù)過(guò)濾機(jī)按操作壓強(qiáng)差分類(lèi)：壓濾、吸濾和離心過(guò)濾按操作壓強(qiáng)差分類(lèi)：壓濾、吸濾和離心過(guò)濾板框壓濾機(jī)（間歇操作）板框壓濾機(jī)（間歇操作）轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)（連續(xù)操作）轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)（連續(xù)操作）

55、過(guò)濾式離心機(jī)過(guò)濾式離心機(jī)結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：濾板、濾框、夾緊機(jī)構(gòu)、機(jī)架等組成。濾板、濾框、夾緊機(jī)構(gòu)、機(jī)架等組成。濾板：凹凸不平的表面，凸部用來(lái)支撐濾布，凹槽是濾濾板：凹凸不平的表面，凸部用來(lái)支撐濾布，凹槽是濾液的流道。液的流道。濾板右上角的圓孔，是濾漿通道；左上角的圓濾板右上角的圓孔，是濾漿通道；左上角的圓孔，是洗水通道?？祝窍此ǖ?。洗滌板洗滌板：左上角的洗水通道與兩側(cè)表面的凹槽相通，左上角的洗水通道與兩側(cè)表面的凹槽相通， 使洗水流進(jìn)凹槽；使洗水流進(jìn)凹槽；非洗滌板：非洗滌板：洗水通道與兩側(cè)表面的凹槽不相通。洗水通道與兩側(cè)表面的凹槽不相通。 為了避免這兩種板和框的安裝次序有錯(cuò)，在鑄造時(shí)常在板為了避免

56、這兩種板和框的安裝次序有錯(cuò)，在鑄造時(shí)常在板與框的外側(cè)面分別鑄有一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)小鈕。非洗滌板為一與框的外側(cè)面分別鑄有一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)小鈕。非洗滌板為一鈕板，框帶兩個(gè)鈕板，框帶兩個(gè)鈕，洗滌板為三鈕板。鈕板，框帶兩個(gè)鈕板，框帶兩個(gè)鈕，洗滌板為三鈕板。濾框：濾框：濾漿通道：濾漿通道：濾框右上角的圓孔濾框右上角的圓孔洗水通道：洗水通道：濾框左上角的圓孔濾框左上角的圓孔濾漿濾漿洗水洗水濾板濾板濾框?yàn)V框洗板洗板濾布濾布板框過(guò)濾機(jī)板框過(guò)濾機(jī) 板框過(guò)濾機(jī)的操作是間歇式的，每個(gè)操作循環(huán)由裝合、過(guò)濾、板框過(guò)濾機(jī)的操作是間歇式的，每個(gè)操作循環(huán)由裝合、過(guò)濾、洗滌、卸渣、整理五個(gè)階段洗滌、卸渣、整理五個(gè)階段。過(guò)濾過(guò)程過(guò)

57、濾過(guò)程1)1)、裝合：、裝合： 將板與框按將板與框按 1-2-3-2-1-2-3 1-2-3-2-1-2-3的順序，濾板的兩側(cè)表面放上濾的順序，濾板的兩側(cè)表面放上濾布，然后用手動(dòng)的或機(jī)動(dòng)的壓緊裝置固定，使板與框緊密接觸。布，然后用手動(dòng)的或機(jī)動(dòng)的壓緊裝置固定，使板與框緊密接觸。 2)2)、過(guò)濾：、過(guò)濾： 用泵把濾漿送進(jìn)右上角的濾漿通道，由通道流進(jìn)每個(gè)濾框里。用泵把濾漿送進(jìn)右上角的濾漿通道，由通道流進(jìn)每個(gè)濾框里。濾液穿過(guò)濾布沿濾板的凹槽流至每個(gè)濾板下角的閥門(mén)排出。固體濾液穿過(guò)濾布沿濾板的凹槽流至每個(gè)濾板下角的閥門(mén)排出。固體顆粒積存在濾框內(nèi)形成濾餅，直到框內(nèi)充滿(mǎn)濾餅為止。顆粒積存在濾框內(nèi)形成濾餅，直

58、到框內(nèi)充滿(mǎn)濾餅為止。3)3)、洗滌：、洗滌： 將洗水送入洗水通道，經(jīng)洗滌板左上角的洗水進(jìn)口，進(jìn)入板將洗水送入洗水通道，經(jīng)洗滌板左上角的洗水進(jìn)口，進(jìn)入板的兩側(cè)表面的凹槽中。然后，洗水橫穿濾布和濾餅，最后由非的兩側(cè)表面的凹槽中。然后，洗水橫穿濾布和濾餅，最后由非洗滌板下角的濾液出口排出。在此階段中，洗滌板下角的濾液洗滌板下角的濾液出口排出。在此階段中，洗滌板下角的濾液出口閥門(mén)關(guān)閉。出口閥門(mén)關(guān)閉。4)4)、卸渣、整理、卸渣、整理 打開(kāi)板框，卸出濾餅，洗滌濾布及板、框。打開(kāi)板框，卸出濾餅，洗滌濾布及板、框。 在洗液粘度與濾液粘度相近的情況下，且在壓差相同時(shí)，在洗液粘度與濾液粘度相近的情況下，且在壓差相

59、同時(shí)，洗滌速率約為過(guò)濾終了速率的洗滌速率約為過(guò)濾終了速率的1/41/4。為什么？結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，占地面積小，過(guò)濾面積大。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，占地面積小，過(guò)濾面積大?？筛鶕?jù)需要增減濾板的數(shù)量，調(diào)節(jié)過(guò)濾能力?？筛鶕?jù)需要增減濾板的數(shù)量，調(diào)節(jié)過(guò)濾能力。對(duì)物料的適應(yīng)能力較強(qiáng)，由于操作壓力較高對(duì)物料的適應(yīng)能力較強(qiáng)，由于操作壓力較高（310kg/cm2 ），），對(duì)顆粒細(xì)小而液體粘度較大的濾漿，也能對(duì)顆粒細(xì)小而液體粘度較大的濾漿，也能適用。適用。間歇操作，生產(chǎn)能力低，卸渣清洗和組裝階段需用人力操作，間歇操作，生產(chǎn)能力低，卸渣清洗和組裝階段需用人力操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，所以它只適用于小規(guī)模生產(chǎn)。勞動(dòng)強(qiáng)度大，所以

60、它只適用于小規(guī)模生產(chǎn)。近年出現(xiàn)了各種自動(dòng)操作的板框壓濾機(jī)，使勞動(dòng)強(qiáng)度得到減近年出現(xiàn)了各種自動(dòng)操作的板框壓濾機(jī)，使勞動(dòng)強(qiáng)度得到減輕。輕。板框壓濾機(jī)的特點(diǎn)：板框壓濾機(jī)的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：p轉(zhuǎn)筒，扇形格轉(zhuǎn)筒，扇形格(18格格)； 濾室；濾室；分配頭；分配頭；動(dòng)盤(pán)動(dòng)盤(pán)(18個(gè)孔，分別與扇形個(gè)孔，分別與扇形格的格的18個(gè)通道相連個(gè)通道相連)；定盤(pán)定盤(pán)(三個(gè)凹槽：濾液真空三個(gè)凹槽：濾液真空凹槽、洗水真空凹槽、壓縮凹槽、洗水真空凹槽、壓縮空氣凹槽，分別將動(dòng)盤(pán)的空氣凹槽，分別將動(dòng)盤(pán)的18個(gè)孔道分成三個(gè)通道個(gè)孔道分成三個(gè)通道)；p金屬網(wǎng)；金屬網(wǎng)；p濾布；濾布；p濾漿槽濾漿槽。工作過(guò)程工作過(guò)程轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)結(jié)構(gòu)示