環(huán)工原理第七章過濾

1、2022-2-25第第第第第第七七七七七七章章章章章章 非均相物系分離非均相物系分離非均相物系分離非均相物系分離非均相物系分離非均相物系分離一、過濾操作的基本概念二、表面過濾基本理論1、過濾基本方程2、過濾過程的計算3、過濾常數(shù)的測定4、濾餅的洗滌5、過濾機的生產(chǎn)能力三、深層過濾的基本理論過過過過過過 濾濾濾濾濾濾2022-2-25第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié) 過濾操作的基本概念過濾操作的基本概念過濾操作的基本概念過濾操作的基本概念過濾操作的基本概念過濾操作的基本概念1、過濾的概念過濾是分離液體和氣體非均相混合物的常用方法。過濾是分離液體和氣體非均相混合物的常用方法。過濾過濾 ： 混合

2、物中的流體在混合物中的流體在推動力（重力、壓力、推動力（重力、壓力、離心力離心力)作用下作用下,通過能讓液體流過而截留固體顆粒通過能讓液體流過而截留固體顆粒的的多孔介質(zhì)（過濾介質(zhì)），多孔介質(zhì)（過濾介質(zhì)），使懸浮液中固液得到使懸浮液中固液得到分離的單元操作。分離的單元操作。 濾漿：濾漿： 通過多孔介質(zhì)的液體。通過多孔介質(zhì)的液體。 濾液：濾液： 被截留住的固體物質(zhì)。被截留住的固體物質(zhì)。 濾渣（濾餅）：濾渣（濾餅）： 過濾操作中所處理的懸浮液。過濾操作中所處理的懸浮液。 2022-2-25 2、過濾介質(zhì)、過濾介質(zhì) 過濾介質(zhì)是濾餅的支承物過濾介質(zhì)是濾餅的支承物，應(yīng)具有下列條件：，應(yīng)具有下列條件： a)

3、 多孔性多孔性，孔道適當(dāng)?shù)男?，對流體的阻力小，又，孔道適當(dāng)?shù)男。瑢α黧w的阻力小，又能截住要分離的顆粒。能截住要分離的顆粒。 b) 物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐熱，耐化學(xué)腐蝕。耐熱，耐化學(xué)腐蝕。 c)足夠的機械強度足夠的機械強度，使用壽命長，使用壽命長 d) 價格便宜價格便宜工業(yè)常用的過濾介質(zhì)主要有：工業(yè)常用的過濾介質(zhì)主要有： a) 織物介質(zhì)：織物介質(zhì)：又稱又稱濾布濾布，包括有棉、毛、絲等天，包括有棉、毛、絲等天然纖維，玻璃絲和各種合成纖維制成的織物，以然纖維，玻璃絲和各種合成纖維制成的織物，以及金屬絲織成的網(wǎng)及金屬絲織成的網(wǎng)能截留的粒徑的范圍較寬，從能截留的粒徑的范圍較寬，從幾十幾十

4、m到到1m2022-2-25優(yōu)點：優(yōu)點：織物介質(zhì)薄，阻力小，清洗與更新方便，價織物介質(zhì)薄，阻力小，清洗與更新方便，價格比較便宜，是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的過濾介質(zhì)。格比較便宜，是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的過濾介質(zhì)。b)多孔固體介質(zhì)多孔固體介質(zhì)：如素?zé)沾?，燒結(jié)金屬塑料細：如素?zé)沾桑瑹Y(jié)金屬塑料細粉粘成的多孔塑料，棉花餅等粉粘成的多孔塑料，棉花餅等 這類介質(zhì)較厚，孔道細，阻力大，這類介質(zhì)較厚，孔道細，阻力大，能截留能截留13m的顆粒的顆粒c) 堆積介質(zhì)：堆積介質(zhì)：由各種固體顆粒（砂、木炭、石棉粉由各種固體顆粒（砂、木炭、石棉粉等）或非編織的纖維（玻璃棉等）堆積而成，層較等）或非編織的纖維（玻璃棉等）堆積而成

5、，層較厚。厚。d) 多孔膜多孔膜：由高分子材料制成，膜很?。◣资河筛叻肿硬牧现瞥?，膜很?。◣资甿到到200m），），孔很小，可以分離小到孔很小，可以分離小到0.05m的顆粒的顆粒,應(yīng)用多孔膜的過濾有超濾和微濾。應(yīng)用多孔膜的過濾有超濾和微濾。2022-2-25表面過濾（濾餅過濾）表面過濾（濾餅過濾）（見圖（見圖4-7a）過濾時懸浮液置于過濾介質(zhì)的一側(cè)。過濾介質(zhì)過濾時懸浮液置于過濾介質(zhì)的一側(cè)。過濾介質(zhì)常用多孔織物，其網(wǎng)孔尺寸未必一定須小于被截留的顆粒常用多孔織物，其網(wǎng)孔尺寸未必一定須小于被截留的顆粒直徑。在過濾操作開始階段，會有部分顆粒進入過濾介質(zhì)直徑。在過濾操作開始階段，會有部分顆粒進入過濾介

6、質(zhì)網(wǎng)孔中發(fā)生架橋現(xiàn)象（圖網(wǎng)孔中發(fā)生架橋現(xiàn)象（圖4-7b），），也有少量顆粒穿過介質(zhì)也有少量顆粒穿過介質(zhì)而混與濾液中。隨著濾渣的逐步堆積，在介質(zhì)上形成一個而混與濾液中。隨著濾渣的逐步堆積，在介質(zhì)上形成一個濾渣層，稱為濾渣層，稱為濾餅濾餅。不斷增厚的濾餅才是真正有效的過濾。不斷增厚的濾餅才是真正有效的過濾介質(zhì)，而穿過濾餅的液體則變?yōu)榍鍍舻慕橘|(zhì)，而穿過濾餅的液體則變?yōu)榍鍍舻臑V液濾液。通常，在操。通常，在操作開始階段所得到濾液是渾濁的，須經(jīng)過濾餅形成之后返作開始階段所得到濾液是渾濁的，須經(jīng)過濾餅形成之后返回重濾?；刂貫V。 3、過濾方式、過濾方式2022-2-25深層過濾深層過濾 顆粒尺寸比介質(zhì)孔道小的

7、多，孔道彎曲細長，顆顆粒尺寸比介質(zhì)孔道小的多，孔道彎曲細長，顆粒進入孔道后容易被截留。同時由于流體流過時粒進入孔道后容易被截留。同時由于流體流過時所引起的擠壓和沖撞作用。顆粒緊附在孔道的壁所引起的擠壓和沖撞作用。顆粒緊附在孔道的壁面上。介質(zhì)表面無濾餅形成，過濾是在介質(zhì)內(nèi)部面上。介質(zhì)表面無濾餅形成，過濾是在介質(zhì)內(nèi)部進行的。進行的。2022-2-25 3、過濾方式、過濾方式過濾過濾 深層過濾深層過濾 表面過濾（濾餅過濾）表面過濾（濾餅過濾） 適用于懸浮液中顆粒甚小且含量甚微（固適用于懸浮液中顆粒甚小且含量甚微（固相體積分率在相體積分率在0.1%以下）的場合以下）的場合 。 如水的如水的凈化，煙氣除

8、塵等。凈化，煙氣除塵等。適用于處理固相含量稍高（固相體積分率適用于處理固相含量稍高（固相體積分率在在1%以上）的懸浮液?；蛴糜谶^濾速度以上）的懸浮液?；蛴糜谶^濾速度較慢、濾餅容易形成的情況。較慢、濾餅容易形成的情況。 2022-2-25 1）重力過濾 2）真空過濾 3）壓力差過濾 4）離心過濾 4、按促使流體流動的推動力分類、按促使流體流動的推動力分類2022-2-255、助濾劑、助濾劑 濾餅濾餅不可壓縮濾餅不可壓縮濾餅: 顆粒有一定的剛性，所形成的濾餅顆粒有一定的剛性，所形成的濾餅并不因所受的壓力差而變形并不因所受的壓力差而變形 ?？蓧嚎s濾餅可壓縮濾餅: 顆粒比較軟，所形成的濾餅在壓差的作顆

9、粒比較軟，所形成的濾餅在壓差的作用下變形，使濾餅中的流動通道變小，用下變形，使濾餅中的流動通道變小，阻力增大。阻力增大。加入助濾劑：可減少可壓縮濾餅的流動阻力加入助濾劑：可減少可壓縮濾餅的流動阻力,增加過濾速率。增加過濾速率。助濾劑助濾劑是一種堅硬而形狀不規(guī)則的小顆粒，能形成結(jié)構(gòu)疏松是一種堅硬而形狀不規(guī)則的小顆粒，能形成結(jié)構(gòu)疏松而且?guī)缀跏遣豢蓧嚎s的濾餅。常用作助濾劑的物質(zhì)有：硅藻而且?guī)缀跏遣豢蓧嚎s的濾餅。常用作助濾劑的物質(zhì)有：硅藻土、珍珠巖、炭粉、石棉粉等。土、珍珠巖、炭粉、石棉粉等。 加入方法加入方法預(yù)涂：預(yù)涂： 將助濾劑混在濾漿中一起過濾將助濾劑混在濾漿中一起過濾 用助濾劑配成懸浮液，在正

10、式過濾前用它進用助濾劑配成懸浮液，在正式過濾前用它進行過濾，在過濾介質(zhì)上形成一層由助濾劑組行過濾，在過濾介質(zhì)上形成一層由助濾劑組成的濾餅。成的濾餅。 2022-2-25 第二節(jié)第二節(jié)第二節(jié)第二節(jié)第二節(jié)第二節(jié) 表面過濾的基本理論表面過濾的基本理論表面過濾的基本理論表面過濾的基本理論表面過濾的基本理論表面過濾的基本理論一、過濾基本方程式一、過濾基本方程式一、過濾基本方程式一、過濾基本方程式一、過濾基本方程式一、過濾基本方程式1、濾液通過餅層的流動的過濾速度過濾速度：過濾速度：單位時間通過單位過濾面積的濾液體積。單位時間通過單位過濾面積的濾液體積。AdtdVu 濾液濾液懸浮液懸浮液過濾介質(zhì)過濾介質(zhì)濾

11、濾餅餅p 濾液濾液懸浮液懸浮液過濾介質(zhì)過濾介質(zhì)濾餅濾餅Lp 濾液濾液懸浮液懸浮液過濾介質(zhì)過濾介質(zhì)濾餅濾餅Lp 濾液濾液懸浮液懸浮液過濾介質(zhì)過濾介質(zhì)濾餅濾餅L2022-2-252、過濾速度與推動力的關(guān)系為、過濾速度與推動力的關(guān)系為：(Darcy定律）定律） )(cmRRpu Rm：過濾介質(zhì)的過濾阻力，過濾介質(zhì)的過濾阻力，m-1Rc：濾餅層的過濾阻力，濾餅層的過濾阻力， m-1： 濾液黏度，濾液黏度，Pas2022-2-253、過濾介質(zhì)及濾餅的阻力、過濾介質(zhì)及濾餅的阻力 設(shè)過濾介質(zhì)和濾餅的厚度分別為設(shè)過濾介質(zhì)和濾餅的厚度分別為 、L ，單位單位m；單位厚度的過濾介質(zhì)或濾餅的阻力單位厚度的過濾介質(zhì)或

12、濾餅的阻力用用rm、r表示，表示，稱之為稱之為過濾比阻過濾比阻。則：則：Rm=rmLm; Rc=rL )(rLLrpumm mL2022-2-25設(shè)想設(shè)想以一層厚度為以一層厚度為 的濾餅來代替過濾介質(zhì)，的濾餅來代替過濾介質(zhì)， memmRrLLr 故上式可寫為故上式可寫為 )()(eeLLrPrLrLPu 式中：式中： 過濾介質(zhì)的當(dāng)量濾餅厚度，或稱為虛擬濾餅厚度，過濾介質(zhì)的當(dāng)量濾餅厚度，或稱為虛擬濾餅厚度，m; 在一定的操作條件下，以一定介質(zhì)過濾一定懸浮液時，在一定的操作條件下，以一定介質(zhì)過濾一定懸浮液時，Le為定值，但同一介質(zhì)在不同的過濾操作中，為定值，但同一介質(zhì)在不同的過濾操作中，Le值不同

13、。值不同。eLeL2022-2-254、過濾基本方程式、過濾基本方程式 濾餅厚度濾餅厚度L與當(dāng)時已經(jīng)獲得的與當(dāng)時已經(jīng)獲得的濾液體積濾液體積V之間的關(guān)系為：之間的關(guān)系為： fVLA AfVL f濾餅體積與相應(yīng)的濾液體積之比，無因次，濾餅體積與相應(yīng)的濾液體積之比，無因次，m3/m3 。 即每過濾得到即每過濾得到1m3的濾液，產(chǎn)生的濾餅量為的濾液，產(chǎn)生的濾餅量為f m3。 同理同理 ：AfVLee Ve過濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液體積，或稱虛擬濾液體積，過濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液體積，或稱虛擬濾液體積，m3 在一定的操作條件下，以一定介質(zhì)過濾一定的懸浮液時，在一定的操作條件下，以一定介質(zhì)過濾一定的懸浮液時，Ve為定值

14、，但同一介質(zhì)在不同的過濾操作中，為定值，但同一介質(zhì)在不同的過濾操作中，Ve值不同。值不同。2022-2-25上式就可以寫成：上式就可以寫成：得：得： )(AVVrfPAdtdVue )(eVVrfPAAdtdV 過濾速率的一般關(guān)系式過濾速率的一般關(guān)系式 可壓縮濾餅的情況比較復(fù)雜，它的比阻是兩側(cè)壓強差的函數(shù)，可壓縮濾餅的情況比較復(fù)雜，它的比阻是兩側(cè)壓強差的函數(shù)， sPrr)(0 s濾餅的壓縮性指數(shù)濾餅的壓縮性指數(shù)，無因次。，無因次。s=01,對于不對于不可壓縮濾餅，可壓縮濾餅，s=0。2022-2-25 代入上式，過濾速率代入上式，過濾速率 )(01esVVfrPAAdtdV 過濾基本方程式過濾

15、基本方程式適用于可壓縮濾餅及不可壓縮濾餅。適用于可壓縮濾餅及不可壓縮濾餅。 對于不可壓縮濾餅，對于不可壓縮濾餅，s=0。2022-2-25smfrsp/,012K2過濾常數(shù)，過濾常數(shù)，令令 )(2VeVKAAdtdV 再用再用q、qe分別表示分別表示單位過濾面積的的濾液量和過單位過濾面積的的濾液量和過濾介質(zhì)的虛擬濾液量濾介質(zhì)的虛擬濾液量，即：，即：q=V/A,qe=Ve/A得：得：)(2eqqKdtdq )(01esVVfrPAAdtdV 則有：則有：過濾基本方程式過濾基本方程式表面過濾基本方程表面過濾基本方程表面過濾基本方程表面過濾基本方程2022-2-25二、過濾過程的計算二、過濾過程的計

16、算二、過濾過程的計算二、過濾過程的計算二、過濾過程的計算二、過濾過程的計算 （一）恒壓過濾：在恒定壓強差下進行的過濾操作。 恒壓過濾時，濾餅不斷變厚致使阻力逐漸增加。但推動力P恒定，過濾速率逐漸變小。 對于一定的懸浮液，K可視為常數(shù)。 )(22eVVKAdtdV 2022-2-25積分得積分得 ： dtKAdVVVteV020)(2積分的積分的邊界條件邊界條件為：為： 過濾時間過濾時間 濾液體積濾液體積 0 t 0V tKAVVVe222 tKAqqqe222 恒壓過濾方程式恒壓過濾方程式 同理可得：同理可得：2022-2-25表明：表明：恒壓過濾時，濾液體積與過濾時間的關(guān)恒壓過濾時，濾液體積

17、與過濾時間的關(guān)系為拋物線方程系為拋物線方程 tKAV22 討論：討論：1、當(dāng)過濾介質(zhì)阻力可忽略時、當(dāng)過濾介質(zhì)阻力可忽略時Ktq 22、當(dāng)積分區(qū)域為、當(dāng)積分區(qū)域為t0t,V0V，則有：則有：)()(2)(020202ttKAVVVVVe tKAVVVe222 tKAqqqe222 2022-2-25例：例：過濾一種固體顆粒體積分數(shù)為過濾一種固體顆粒體積分數(shù)為0.1的懸浮液的懸浮液,濾餅含濾餅含水的體積分數(shù)為水的體積分數(shù)為0.5,顆粒不可壓縮顆粒不可壓縮,經(jīng)實驗測定濾餅比阻經(jīng)實驗測定濾餅比阻為為1.310-11m-2,水的粘度為水的粘度為1.010-3Pa.s。在壓強差恒為在壓強差恒為9.8104

18、Pa的條件下過濾的條件下過濾,假設(shè)濾布阻力可以忽略假設(shè)濾布阻力可以忽略,試求：試求：1）每）每1m2過濾面積上獲得過濾面積上獲得1.5m3濾液所需的過濾時間。濾液所需的過濾時間。2）如將此過濾時間延長一倍）如將此過濾時間延長一倍,可再得濾液多少？可再得濾液多少？解：解：1）過濾時間）過濾時間33/25. 05 . 0/1 . 0115 . 0/1 . 01mmf 2022-2-25smfrPKs/10625. 0103 . 1100 . 11081. 92223113401 濾布阻力可忽略濾布阻力可忽略 Ktq 2sKqt3221065 . 1 s375 2)求過濾時間加倍時的濾液量求過濾時間

19、加倍時的濾液量stt75037522 tKq 3312. 2750106m 5 . 112. 2 qq23/62. 0mm 2022-2-25（二）恒速過濾二）恒速過濾常數(shù)常數(shù) )(2eqqKdtdq常數(shù)常數(shù) )(2eVVKAAdtdVtAKVVeVtKeqqq22222 得：得：值得注意的是：恒速過濾過程中壓力降是變化的，值得注意的是：恒速過濾過程中壓力降是變化的，因此過濾系數(shù)因此過濾系數(shù)K隨時間而變化，式中的隨時間而變化，式中的K應(yīng)是近似平應(yīng)是近似平均值。均值。2022-2-25四、過濾常數(shù)的測定四、過濾常數(shù)的測定四、過濾常數(shù)的測定四、過濾常數(shù)的測定四、過濾常數(shù)的測定四、過濾常數(shù)的測定 1

20、、恒壓下K、qe的測定 實驗原理： eqKqKqt21 對于一定恒壓下過濾的懸浮液，測出延續(xù)的時間及對于一定恒壓下過濾的懸浮液，測出延續(xù)的時間及濾液的累計量濾液的累計量q（按單位面積計）的數(shù)據(jù)，然后算出一按單位面積計）的數(shù)據(jù)，然后算出一系列的系列的t與與q的對應(yīng)值的對應(yīng)值,作直線的斜率和截距可求。作直線的斜率和截距可求。2022-2-252022-2-252、壓縮性指數(shù)、壓縮性指數(shù)s的測定的測定 BpsK )lg()1(lglgk與與lg(p)的關(guān)系在對數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪時應(yīng)是的關(guān)系在對數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪時應(yīng)是直線直線,直線的斜率為直線的斜率為1-s。由此可得到濾餅的壓縮性由此可得到濾餅的壓縮性指數(shù)指

21、數(shù)s。 兩邊求對數(shù)兩邊求對數(shù)對對frsp012K 2022-2-25五、濾餅的洗滌五、濾餅的洗滌 濾餅洗滌的目的：濾餅洗滌的目的：為了回收濾餅里存留的濾液，或為了回收濾餅里存留的濾液，或者凈化構(gòu)成濾餅顆粒。者凈化構(gòu)成濾餅顆粒。1、洗滌速度、洗滌速度 洗滌速度：洗滌速度： 洗滌速率與洗滌速率與過濾終了時的過濾速率過濾終了時的過濾速率有關(guān)，這個關(guān)有關(guān)，這個關(guān)系取決于濾液設(shè)備上采用的系取決于濾液設(shè)備上采用的洗滌方式洗滌方式。單位時間單位洗滌面積消耗的洗滌液單位時間單位洗滌面積消耗的洗滌液容積容積 ，以，以 表示。表示。 wAdtdVWwFwLLAdtdVAdtdV 終終,)()(2022-2-25

22、葉濾機葉濾機采用的采用的置換洗滌法置換洗滌法，洗水與過濾終了時的濾液流，洗水與過濾終了時的濾液流過的路徑就完全相同。過的路徑就完全相同。 當(dāng)操作壓強差和洗水與濾液粘度相同時當(dāng)操作壓強差和洗水與濾液粘度相同時 )()(2)()(01,eseFwVVfrPAVVKAAdtdVAdtdV 終終 板框過濾機板框過濾機采用的是采用的是橫穿洗滌法橫穿洗滌法，洗水橫穿兩層濾布，洗水橫穿兩層濾布及整個厚度的濾餅，流徑長度約為過濾終了時濾液流動的及整個厚度的濾餅，流徑長度約為過濾終了時濾液流動的兩倍。而供洗水流通的面積僅為過濾面積的一半。兩倍。而供洗水流通的面積僅為過濾面積的一半。 EeweLLLL)(2)(

23、AAw21 2022-2-25當(dāng)操作壓強差和洗水與濾液粘度相同時當(dāng)操作壓強差和洗水與濾液粘度相同時 )(8)(41)(221)(2,01eFeswVVKAdtdVLLrPAdtdV 終終 當(dāng)洗水粘度、洗水表壓與濾液粘度、過濾壓強差當(dāng)洗水粘度、洗水表壓與濾液粘度、過濾壓強差有明顯差異時，所需的過濾時間可進行校正。有明顯差異時，所需的過濾時間可進行校正。2022-2-252、洗滌時間、洗滌時間為洗滌液用量。為洗滌液用量。wVwdtdVwVwt,)( 2022-2-25六、過濾機生產(chǎn)能力的計算六、過濾機生產(chǎn)能力的計算六、過濾機生產(chǎn)能力的計算六、過濾機生產(chǎn)能力的計算六、過濾機生產(chǎn)能力的計算六、過濾機生

24、產(chǎn)能力的計算過濾機的生產(chǎn)能力過濾機的生產(chǎn)能力 ：單位時間的濾液體積或濾渣體積，單位時間的濾液體積或濾渣體積，m3/s 1、間歇過濾機的生產(chǎn)能力、間歇過濾機的生產(chǎn)能力 一個操作周期時間為：一個操作周期時間為：DWFTtttt 生產(chǎn)能力為：生產(chǎn)能力為：DWFVtttVq 在間歇過濾機的生產(chǎn)中，總是力求獲得最大的生產(chǎn)在間歇過濾機的生產(chǎn)中，總是力求獲得最大的生產(chǎn)能力，因此，對于間歇過濾過程來說，合理選擇每能力，因此，對于間歇過濾過程來說，合理選擇每個循環(huán)中的過濾時間，可以得到最大的生產(chǎn)能力。個循環(huán)中的過濾時間，可以得到最大的生產(chǎn)能力。2022-2-25 。V由生產(chǎn)任務(wù)所定由生產(chǎn)任務(wù)所定若若 但濾餅厚度

25、但濾餅厚度 ，平均過濾速率，平均過濾速率 ， 一定，一定， 的幅度，的幅度， 。平均過濾速率平均過濾速率 ， ，但，但 ，而，而 一定一定且在一個周期內(nèi)所占比例且在一個周期內(nèi)所占比例 ， 幅度小于幅度小于 的幅度，的幅度， 從上面的分析可知，對恒定過濾每一操作周期中必定存從上面的分析可知，對恒定過濾每一操作周期中必定存在一最佳的過濾時間在一最佳的過濾時間 使使 最大。因此存在一個最佳最大。因此存在一個最佳操作周期操作周期 。 WWVV、與 有關(guān)，V，L WD，V的幅度小于Q L，WV DV Q optQQ 1、間歇過濾機的生產(chǎn)能力、間歇過濾機的生產(chǎn)能力2022-2-25例：例：用一臺裝有用一臺

26、裝有26個個BMS/625mm625mm26mm板框的板框的壓濾機過濾一種含固體顆粒為壓濾機過濾一種含固體顆粒為25kg/m3的懸浮液，在過濾機的懸浮液，在過濾機入口處濾漿的表壓為入口處濾漿的表壓為3.39105Pa,已測得在此壓力下已測得在此壓力下K=1.8610-4，qe=0.0282，所用濾布與實驗時的相同，料漿所用濾布與實驗時的相同，料漿溫度為溫度為25， 每次過濾到濾餅充滿濾框為止，然后用清水每次過濾到濾餅充滿濾框為止，然后用清水洗滌濾餅，洗水溫度及表壓與濾漿相同，體積為濾液體積洗滌濾餅，洗水溫度及表壓與濾漿相同，體積為濾液體積的的8%，每次卸渣，清理，裝合等輔助操作時間為，每次卸渣

27、，清理，裝合等輔助操作時間為15min。已知固相顆粒密度為已知固相顆粒密度為2930kg/m3，又測得濕濾餅的密度為又測得濕濾餅的密度為1930kg/m3。求此板框壓濾機的生產(chǎn)能力，并討論此板框壓求此板框壓濾機的生產(chǎn)能力，并討論此板框壓濾機是否在最佳操作狀態(tài)下操作。濾機是否在最佳操作狀態(tài)下操作。2022-2-25解：解： 總過濾面積總過濾面積 228 .20262625. 0mA 濾框總?cè)莘e濾框總?cè)莘e 3262. 026025. 0625. 0Vm 已知已知1m3濾餅的質(zhì)量為濾餅的質(zhì)量為1930kg，其中含水其中含水x kg,水的密度水的密度按按1000kg/m3考慮?？紤]。 11000293

28、01930 xxx=518kg2022-2-251m3濾餅中固相顆粒質(zhì)量為濾餅中固相顆粒質(zhì)量為1930-518=1412 kg設(shè)每設(shè)每1m3濾液中含水濾液中含水ykg 12930251000 y y=991.5 kg 生成生成1m3濾餅所需的濾漿質(zhì)量為濾餅所需的濾漿質(zhì)量為 kg5741225255 .9911412 生成生成1m3濾餅濾餅的濾液的質(zhì)量為：（的濾液的質(zhì)量為：（57412-1930）=55482kg濾液體積為濾液體積為: 348.55100055482m 2022-2-25濾框全部充滿濾餅時的濾液體積為濾框全部充滿濾餅時的濾液體積為354.14262. 048.55mV 過濾終了時

29、單位面積濾液量為過濾終了時單位面積濾液量為 23/699. 08 .2054.14mmAVq 代入代入 Kqqqe 22tqq421086. 10282. 02 stF2835 過濾終了時濾液的速率過濾終了時濾液的速率 669. 0669. 0)(2 qeqqqKdtdqsm/1028. 10282. 0669. 0121086. 144 2022-2-25洗滌液體積洗滌液體積 3163. 154.1408. 008. 0mVVW 4106 . 6163. 1)/(8 .2041163. 1)(41 EWWddqdtdVVt s1746 生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力 90017462836360054.1

30、4 Vqhm /1 .103 2022-2-25)08. 081(82.201086. 154.14242 2222281VKAaVKAtD 根據(jù)獲得最大生產(chǎn)能力的要求，輔助操作時間應(yīng)為根據(jù)獲得最大生產(chǎn)能力的要求，輔助操作時間應(yīng)為s4308 這就是說實際所用過濾時間太長，對這種懸浮液，為提高這就是說實際所用過濾時間太長，對這種懸浮液，為提高生產(chǎn)能力。過濾時間應(yīng)短些。生產(chǎn)能力。過濾時間應(yīng)短些。2022-2-25若轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速為若轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速為n r/s,轉(zhuǎn)筒回轉(zhuǎn)一周所用時間：轉(zhuǎn)筒回轉(zhuǎn)一周所用時間： 整個轉(zhuǎn)筒表面上任何一小塊過濾面積所經(jīng)歷的過濾時間為：整個轉(zhuǎn)筒表面上任何一小塊過濾面積所經(jīng)歷的過濾時間為：

31、nTtF/ 從生產(chǎn)能力的角度來看從生產(chǎn)能力的角度來看,一臺總過濾面積為一臺總過濾面積為A，浸沒角度浸沒角度為為，轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速為n r/s的連續(xù)式轉(zhuǎn)筒真空過濾機，與一臺同樣的連續(xù)式轉(zhuǎn)筒真空過濾機，與一臺同樣條件下操作的過濾面積為條件下操作的過濾面積為A，操作周期為操作周期為T=1/n，每次過每次過濾時間濾時間 的間歇式板框壓濾機是等效的。的間歇式板框壓濾機是等效的。 ntF/ 2、連續(xù)過濾機的生產(chǎn)能力、連續(xù)過濾機的生產(chǎn)能力 浸沒度浸沒度: 轉(zhuǎn)筒表面浸入濾漿中的分數(shù)，以轉(zhuǎn)筒表面浸入濾漿中的分數(shù)，以表示。表示。 浸沒角度浸沒角度/360 )(1snT 2022-2-25eeeeFVVnKAVVtKAV

32、 2222 生產(chǎn)能力：生產(chǎn)能力： eVVVenKAnnVq 22/ 當(dāng)濾布阻力可以忽略不計時當(dāng)濾布阻力可以忽略不計時 min/ 32mnKAnKAnqV 其中：其中： DLA D-轉(zhuǎn)筒直徑轉(zhuǎn)筒直徑 L-轉(zhuǎn)筒的長度轉(zhuǎn)筒的長度轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n愈高，浸沒度愈大，生產(chǎn)能力愈大。愈高，浸沒度愈大，生產(chǎn)能力愈大。轉(zhuǎn)筒每轉(zhuǎn)一周所得濾液的體積為：轉(zhuǎn)筒每轉(zhuǎn)一周所得濾液的體積為： 2022-2-25 例：例：用轉(zhuǎn)筒真空過濾機于用轉(zhuǎn)筒真空過濾機于50kPa真空度下過濾密度為真空度下過濾密度為1220kg/m3的某種水懸浮液，操作條件下的過濾常數(shù)的某種水懸浮液，操作條件下的過濾常數(shù)K=5.210-6m2/s，過濾介質(zhì)的阻力

33、可忽略不計。已知，每次過濾介質(zhì)的阻力可忽略不計。已知，每次獲得獲得1m3濾液生成的濾渣中含有固相濾液生成的濾渣中含有固相590kg，固相密度為固相密度為2200kg/m3，轉(zhuǎn)筒直徑為轉(zhuǎn)筒直徑為1.75m，寬度為寬度為0.92m，轉(zhuǎn)筒浸沒度轉(zhuǎn)筒浸沒度1/3，其轉(zhuǎn)速為，其轉(zhuǎn)速為0.5r/min，試求：試求：1) 過濾機的生產(chǎn)能力。過濾機的生產(chǎn)能力。2) 轉(zhuǎn)筒表面最終濾餅厚度轉(zhuǎn)筒表面最終濾餅厚度。 2022-2-25 KnAnKAnnVQ4656060602 解：解：2206. 592. 075. 1mLDA 5 . 031102 . 506. 54656 Qhm /19. 23 1）每小時所得濾液

34、體積，即生產(chǎn)能力為：）每小時所得濾液體積，即生產(chǎn)能力為：2）要求濾餅厚度，應(yīng)先通過物量衡算求得濾餅體積與濾液）要求濾餅厚度，應(yīng)先通過物量衡算求得濾餅體積與濾液體積之比體積之比以以1m3懸浮液為準(zhǔn)，設(shè)其中固相質(zhì)量分數(shù)為懸浮液為準(zhǔn)，設(shè)其中固相質(zhì)量分數(shù)為xw10001220)1(220012201 wwxx33. 0 wx2022-2-25 所以過濾所以過濾1m3懸浮液所得濾餅的固相質(zhì)量：懸浮液所得濾餅的固相質(zhì)量： kgG6 .40233. 01220 可得濾液體積為可得濾液體積為 36823. 015906 .402m 濾餅體積為濾餅體積為 1-0.6823=0.3177m3 33/m 4656.

35、 06823. 0/3177. 0mf 每小時所得濾液體積為每小時所得濾液體積為Q,則轉(zhuǎn)筒每轉(zhuǎn)一周得濾餅體積則轉(zhuǎn)筒每轉(zhuǎn)一周得濾餅體積 5 . 060465. 019. 260 fnQVc濾餅厚度濾餅厚度 AVC 06. 55 . 0604656. 019. 2 m31072. 6 2022-2-25第三節(jié)第三節(jié)第三節(jié). . .流體通過顆粒層的流動流體通過顆粒層的流動流體通過顆粒層的流動 3.1概述概述 3.2顆粒床層的特性顆粒床層的特性 3.3流體通過固定床的壓降流體通過固定床的壓降3.4過濾原理及設(shè)備過濾原理及設(shè)備3.5 過濾過程計算過濾過程計算2022-2-253.13.13.1概述概述概

36、述 由眾多固體顆粒堆積而成的靜止的顆粒床層稱由眾多固體顆粒堆積而成的靜止的顆粒床層稱為固定床。許多化工操作都與流體通過固定床為固定床。許多化工操作都與流體通過固定床的流動有關(guān)，其中最常見的有：的流動有關(guān)，其中最常見的有：（1）固定床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器（組成固定床的是粒狀或片（組成固定床的是粒狀或片狀催化劑）狀催化劑）（2）懸浮液的過濾懸浮液的過濾（組成固定床的是懸浮液中（組成固定床的是懸浮液中的固定顆粒堆積而成的濾餅看作是固定床）的固定顆粒堆積而成的濾餅看作是固定床）2022-2-253.23.23.2顆粒床層的特性顆粒床層的特性顆粒床層的特性 （1）床層空隙率）床層空隙率固定床層中顆粒堆積的

37、疏密程度可用空隙率來表固定床層中顆粒堆積的疏密程度可用空隙率來表示，其定義如下：示，其定義如下： 的大小反映了床層顆粒的緊密程度，的大小反映了床層顆粒的緊密程度，對流體流對流體流動的阻力有極大的影響。動的阻力有極大的影響。 1VvvV 空隙體積床層體積顆粒所占體積床層體積床層體積V,1fh。2022-2-253.23.23.2顆粒床層的特性顆粒床層的特性顆粒床層的特性(2)床層比表面床層比表面 床層比表面床層比表面 顆粒比表面顆粒比表面取取 的床層考慮，的床層考慮， ，所以所以 此式是近似的，在忽略床層中固體顆粒相互接觸而此式是近似的，在忽略床層中固體顆粒相互接觸而彼此覆蓋使裸露的顆粒表面積減

38、少時成立。彼此覆蓋使裸露的顆粒表面積減少時成立。 BaV顆粒表面積S床層體積SaV顆粒表面積顆粒體積31VmB1Sa 1SSavB(1)aa2022-2-253.33.33.3流體通過固定床的壓降流體通過固定床的壓降流體通過固定床的壓降 流體通過復(fù)雜的通道時的阻力（壓降）難以進行流體通過復(fù)雜的通道時的阻力（壓降）難以進行理論計算，必須依靠實驗來解決問題。因此，在理論計算，必須依靠實驗來解決問題。因此，在研究顆粒床層空隙中流體的流動過程時，通常采研究顆粒床層空隙中流體的流動過程時，通常采用用簡化的流動模型簡化的流動模型來代替床層內(nèi)真實的流動過程。來代替床層內(nèi)真實的流動過程。2022-2-253.

39、3.13.3.13.3.1顆粒床層的簡化模型顆粒床層的簡化模型顆粒床層的簡化模型 如圖，可以將如圖，可以將實際的顆粒床層實際的顆粒床層簡化為簡化為由許多相互由許多相互平行的小孔道組成的管束平行的小孔道組成的管束，認為流體流過顆粒床，認為流體流過顆粒床層的阻力與通過這些小孔道管束時的阻力相等。層的阻力與通過這些小孔道管束時的阻力相等。2022-2-253.33.33.3流體通過固定床的壓降流體通過固定床的壓降流體通過固定床的壓降 3.3.1顆粒床層的簡化模型顆粒床層的簡化模型（1）床層的簡化物理模型）床層的簡化物理模型 單位體積床層所具有的顆粒表面積單位體積床層所具有的顆粒表面積 和和床層空隙率

40、床層空隙率 對流動阻力有決定性的作用。對流動阻力有決定性的作用。 規(guī)定：規(guī)定： 細管的內(nèi)表面積等于床層顆粒的全部表面；細管的內(nèi)表面積等于床層顆粒的全部表面； 細管的全部流動空間等于顆粒床層的空隙體積。細管的全部流動空間等于顆粒床層的空隙體積。Ba2022-2-253.3.13.3.13.3.1顆粒床層的簡化模型顆粒床層的簡化模型顆粒床層的簡化模型 （2）流體壓降的數(shù)學(xué)模型）流體壓降的數(shù)學(xué)模型流體流過圓管的阻力損失數(shù)學(xué)描述：流體流過圓管的阻力損失數(shù)學(xué)描述：體積流量體積流量流體通過顆粒床層的空床流速為：流體通過顆粒床層的空床流速為： 實際流速：實際流速： e1fe2L uhdp1101u Au A

41、Au AAu流動1uu22ee3( )(1)(1)()()428uLLaauLLLp23(1)auLpAdtdVu 2022-2-253.3.13.3.13.3.1顆粒床層的簡化模型顆粒床層的簡化模型顆粒床層的簡化模型 （ 2）流體壓降的數(shù)學(xué)模型）流體壓降的數(shù)學(xué)模型式中式中 為單位床層高度的虛擬壓強差為單位床層高度的虛擬壓強差當(dāng)床層不高，重力的影響可以忽略時當(dāng)床層不高，重力的影響可以忽略時 上式為流體通過固定床壓降的數(shù)學(xué)模型上式為流體通過固定床壓降的數(shù)學(xué)模型 ，未，未知的待定系數(shù)知的待定系數(shù) 稱為模型參數(shù)稱為模型參數(shù) ，就其物理意義，就其物理意義而言稱為固定床的流動摩擦系數(shù)。而言稱為固定床的流

42、動摩擦系數(shù)。 LppLLp23(1)auLp2022-2-253.3.13.3.13.3.1顆粒床層的簡化模型顆粒床層的簡化模型顆粒床層的簡化模型（3）模型的檢驗和模型參數(shù)的估值）模型的檢驗和模型參數(shù)的估值當(dāng)床層雷諾數(shù)當(dāng)床層雷諾數(shù) 時時 ，實驗數(shù)據(jù)符合下式實驗數(shù)據(jù)符合下式式中式中 稱為康采尼常數(shù)稱為康采尼常數(shù) ，其值為，其值為5.0 。 的可能的可能誤差不超過誤差不超過10%。合理簡化得到合理簡化得到康采尼方程康采尼方程 e1Re24(1)d uua (1)ReKK a KK223(1)aKuLp2022-2-253.3.13.3.13.3.1顆粒床層的簡化模型顆粒床層的簡化模型顆粒床層的簡化

43、模型 從康采尼方程或歐根方程可看出，影響床層壓降的變量從康采尼方程或歐根方程可看出，影響床層壓降的變量有三類：有三類： 操作變量操作變量 流體物性流體物性 和和 床層特性床層特性 和和 在上述因素中，影響最大的是空隙率在上述因素中，影響最大的是空隙率ua223(1)aKuLp康采尼方程康采尼方程2022-2-25LpaKAdtdVu 223)1(4)流體在顆粒床層的流體在顆粒床層的流動速度流動速度符合康采尼方程符合康采尼方程若令若令r顆粒床層的比阻，即單位厚度床層的阻力。顆粒床層的比阻，即單位厚度床層的阻力。則流動速度為：則流動速度為：rLRaKr ,)1(322 RpLrpLpaKAdtdV

44、u 223)1(2022-2-253.4 3.4 3.4 過濾設(shè)備過濾設(shè)備過濾設(shè)備 （1 1）結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)與工作原理：由多塊帶凸凹紋路的濾板：由多塊帶凸凹紋路的濾板和濾框交替排列于機架而構(gòu)成。板和框一般制和濾框交替排列于機架而構(gòu)成。板和框一般制成方形，其角端均開有圓孔，這樣板、框裝合，成方形，其角端均開有圓孔，這樣板、框裝合，壓緊后即構(gòu)成供濾漿、濾液或洗滌液流動的通壓緊后即構(gòu)成供濾漿、濾液或洗滌液流動的通道。框的兩側(cè)覆以濾布，空框與濾布圍成了容道?？虻膬蓚?cè)覆以濾布，空框與濾布圍成了容納濾漿和濾餅的空間。納濾漿和濾餅的空間。 3.4.1板框過濾機板框過濾機2022-2-253.4.13.4

45、.13.4.1板框過濾機板框過濾機板框過濾機板和框的結(jié)構(gòu)如圖所示。懸浮液板和框的結(jié)構(gòu)如圖所示。懸浮液從框右上角的通道從框右上角的通道1 1（位于框內(nèi)）（位于框內(nèi)）進入濾框，固體顆粒被截留在進入濾框，固體顆粒被截留在框內(nèi)形成濾餅，濾液穿過濾餅框內(nèi)形成濾餅，濾液穿過濾餅和濾布到達兩側(cè)的板，經(jīng)板面和濾布到達兩側(cè)的板，經(jīng)板面從板的左下角旋塞排出。待框從板的左下角旋塞排出。待框內(nèi)充滿濾餅，即停止過濾。如內(nèi)充滿濾餅，即停止過濾。如果濾餅需要洗滌，先關(guān)閉洗滌果濾餅需要洗滌，先關(guān)閉洗滌板下方的旋塞，洗液從洗板左板下方的旋塞，洗液從洗板左上角的通道上角的通道2 2（位于框內(nèi)）進入，（位于框內(nèi)）進入，依次穿過濾布

46、、濾餅、濾布，依次穿過濾布、濾餅、濾布，到達非洗滌板，從其下角的旋到達非洗滌板，從其下角的旋塞排出。塞排出。 2022-2-253.4.13.4.13.4.1板框過濾機板框過濾機板框過濾機如果將如果將非洗滌板編號為非洗滌板編號為1 1、框為框為2 2、洗滌板為、洗滌板為3 3，則，則板框的組合方式服從板框的組合方式服從1 12 23 32 21 12 23 3之規(guī)之規(guī)律。組裝之后的過濾和洗滌原理如圖所示。律。組裝之后的過濾和洗滌原理如圖所示。 2022-2-253.4.1 3.4.1 3.4.1 板框過濾機板框過濾機板框過濾機 濾液的排出方式有濾液的排出方式有明流明流和和暗流暗流之分，若濾液經(jīng)

47、由每之分，若濾液經(jīng)由每塊板底部旋塞直接排出，則稱為明流（顯然，以上討塊板底部旋塞直接排出，則稱為明流（顯然，以上討論以明流為例）；若濾液不宜暴露于空氣中，則需要論以明流為例）；若濾液不宜暴露于空氣中，則需要將各板流出的濾液匯集于總管后送走，稱為暗流。將各板流出的濾液匯集于總管后送走，稱為暗流。說明：說明： 板框壓濾機的操作是間歇的板框壓濾機的操作是間歇的，每個操作循環(huán)由裝，每個操作循環(huán)由裝合、過濾、洗滌、卸渣、整理五個階段組成。合、過濾、洗滌、卸渣、整理五個階段組成。 上面介紹的洗滌方法稱為上面介紹的洗滌方法稱為橫穿洗滌法橫穿洗滌法，其洗滌面積，其洗滌面積為過濾面積的為過濾面積的1/21/2，

48、洗滌液穿過的濾餅厚度為過濾終，洗滌液穿過的濾餅厚度為過濾終了時濾液穿過厚度的了時濾液穿過厚度的2 2倍。若采用倍。若采用置換洗滌法置換洗滌法，則洗，則洗滌液的行程和洗滌面積與濾液完全相同。滌液的行程和洗滌面積與濾液完全相同。 2022-2-253.4.1 3.4.1 3.4.1 板框過濾機板框過濾機板框過濾機（2 2）主要優(yōu)缺點）主要優(yōu)缺點 板框壓濾機構(gòu)造簡單，過濾面積大而占地板框壓濾機構(gòu)造簡單，過濾面積大而占地省，過濾壓力高，便于用耐腐蝕材料制造，操省，過濾壓力高，便于用耐腐蝕材料制造，操作靈活，過濾面積可根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)調(diào)節(jié)。主要作靈活，過濾面積可根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)調(diào)節(jié)。主要缺點是間歇操作，勞動強度大，產(chǎn)生效率低。缺點是間歇操作，勞動強度大，產(chǎn)生效率低。2022-2-253.4.2 3.4.2 3.4.2 葉濾機葉濾機葉濾機 （1 1）結(jié)構(gòu)與工作原理：葉濾機由許多）結(jié)構(gòu)與工作原理：葉濾機由許多濾葉濾葉組成。組成。濾葉是由金屬多孔板或多孔網(wǎng)制造的扁平框架，濾葉是由金屬多孔板或多孔網(wǎng)制造的扁平框架，內(nèi)有空間，外包濾布，將濾葉裝在密閉的機殼內(nèi)有空間，外包濾布，將濾葉裝在密閉的機殼內(nèi)，為濾漿所浸沒。濾漿中的液體內(nèi)，為濾漿所浸沒。濾漿中的液體在壓力作用在壓力作用下下穿過濾布進入濾葉內(nèi)部，成為濾液后從其一穿過濾布進入濾葉內(nèi)部，成為濾液