化工原理非均相物系分離

1、 2.1 概述概述2.2 顆粒沉降顆粒沉降2.3 過(guò)濾過(guò)濾2.4 非均相物系分離過(guò)程強(qiáng)化與展望非均相物系分離過(guò)程強(qiáng)化與展望化工原理化工原理第第2章章 非均相物系分離非均相物系分離1、掌握的內(nèi)容、掌握的內(nèi)容 沉降原理；自由沉降過(guò)程；重力沉降速度及計(jì)算；沉降原理；自由沉降過(guò)程；重力沉降速度及計(jì)算；降塵室的計(jì)算。過(guò)濾基本方程及其應(yīng)用；過(guò)濾常數(shù)及計(jì)降塵室的計(jì)算。過(guò)濾基本方程及其應(yīng)用；過(guò)濾常數(shù)及計(jì)算；恒壓過(guò)濾方程及應(yīng)用。板框過(guò)濾機(jī)基本結(jié)構(gòu)、洗滌算；恒壓過(guò)濾方程及應(yīng)用。板框過(guò)濾機(jī)基本結(jié)構(gòu)、洗滌時(shí)間及生產(chǎn)能力的計(jì)算。時(shí)間及生產(chǎn)能力的計(jì)算。 2、熟悉的內(nèi)容、熟悉的內(nèi)容 離心沉降過(guò)程及分析；旋風(fēng)分離器原理、結(jié)構(gòu)

2、及分離心沉降過(guò)程及分析；旋風(fēng)分離器原理、結(jié)構(gòu)及分離性能。過(guò)濾介質(zhì)種類(lèi)及選用。離性能。過(guò)濾介質(zhì)種類(lèi)及選用。3、了解的內(nèi)容、了解的內(nèi)容 顆粒與顆粒群的特性；回轉(zhuǎn)真空過(guò)濾的特點(diǎn)、計(jì)算顆粒與顆粒群的特性；回轉(zhuǎn)真空過(guò)濾的特點(diǎn)、計(jì)算及應(yīng)用；離心機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及應(yīng)用；非均相混合物分離及應(yīng)用；離心機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及應(yīng)用；非均相混合物分離過(guò)程的強(qiáng)化過(guò)程的強(qiáng)化 。過(guò)濾過(guò)濾2.1 概述概述混合物混合物均相混合物：不存在相界面均相混合物：不存在相界面非均相混合物：存在相界面非均相混合物：存在相界面機(jī)械分離機(jī)械分離沉降分離沉降分離氣態(tài)非均相物系氣態(tài)非均相物系液態(tài)非均相物系液態(tài)非均相物系機(jī)械分離方法機(jī)械分離方法遵循流體力學(xué)基本

3、規(guī)律進(jìn)行分離遵循流體力學(xué)基本規(guī)律進(jìn)行分離離心沉降離心沉降重力沉降重力沉降離心過(guò)濾離心過(guò)濾重力過(guò)濾重力過(guò)濾加壓過(guò)濾和真空過(guò)濾加壓過(guò)濾和真空過(guò)濾2.1.1非均相物系分離在工業(yè)中的應(yīng)用非均相物系分離在工業(yè)中的應(yīng)用（1）回收分散相）回收分散相（2）凈化連續(xù)相）凈化連續(xù)相（3）環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn)）環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn)2.1 概述概述2.2.1 顆粒在流體中的沉降過(guò)程顆粒在流體中的沉降過(guò)程2.2.2 重力沉降與設(shè)備重力沉降與設(shè)備2.2.3 離心沉降及設(shè)備離心沉降及設(shè)備2.2 顆粒沉降顆粒沉降顆粒在流體力場(chǎng)中作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)受到顆粒在流體力場(chǎng)中作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)受到3個(gè)力作用。個(gè)力作用。Fd FFb mgF 1、質(zhì)量力

4、：、質(zhì)量力： 重力場(chǎng)：重力場(chǎng)： 離心力：離心力：2mrF 2、浮力：、浮力： 重力場(chǎng)：重力場(chǎng)：gmFsb 離心力：離心力：2rmFsb3、曳力：、曳力：221uAFd2.2.1 顆粒在流體中的沉降過(guò)程顆粒在流體中的沉降過(guò)程maF aVFpb曳力曳力(Drag)表面曳力和形體曳力表面曳力和形體曳力 （補(bǔ)充內(nèi)容）（補(bǔ)充內(nèi)容） 流體沿固體壁面流過(guò)的阻力分為兩類(lèi)：流體沿固體壁面流過(guò)的阻力分為兩類(lèi)：表面阻力（即表面阻力（即表面摩擦阻力）和形體阻力（邊界層分離產(chǎn)生旋渦），表面摩擦阻力）和形體阻力（邊界層分離產(chǎn)生旋渦），繞流時(shí)顆粒受到流體的總曳力繞流時(shí)顆粒受到流體的總曳力 ，即：，即：=表面曳力表面曳力+形

5、體曳力形體曳力 dF表面力表面力 表面相切表面相切剪力剪力 WdAW表面垂直表面垂直壓力壓力ppdA剪力剪力壓力壓力2.2.1 顆粒在流體中的沉降過(guò)程顆粒在流體中的沉降過(guò)程流動(dòng)方向上總表面力：流動(dòng)方向上總表面力：由剪力由剪力產(chǎn)生的產(chǎn)生的由壓力由壓力產(chǎn)生的產(chǎn)生的AWAdAdApFsincosAWAAdAdAgzdAsincoscosAAWAdAghdAdAcossincos形體形體曳力曳力表面表面曳力曳力顆粒所受顆粒所受的浮力的浮力2.2.1 顆粒在流體中的沉降過(guò)程顆粒在流體中的沉降過(guò)程 流體對(duì)固體顆粒作繞流運(yùn)動(dòng)時(shí)，在流動(dòng)方向上對(duì)顆流體對(duì)固體顆粒作繞流運(yùn)動(dòng)時(shí)，在流動(dòng)方向上對(duì)顆粒施加一個(gè)總曳力，其

6、數(shù)值等于表面曳力和形體曳力之粒施加一個(gè)總曳力，其數(shù)值等于表面曳力和形體曳力之和。和。AWAddAdAFsincos注注：理想流體和無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的流體，其：理想流體和無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的流體，其總曳力總曳力Fd=0，但，但是顆粒仍有浮力作用在其上。是顆粒仍有浮力作用在其上。說(shuō)明：說(shuō)明：1、 ，其問(wèn)題較為復(fù)雜，難，其問(wèn)題較為復(fù)雜，難以理論計(jì)算求出。以理論計(jì)算求出。),(顆粒形態(tài)與定向pdduF2、幾何形狀對(duì)稱(chēng)的固體顆粒幾何形狀對(duì)稱(chēng)的固體顆粒：在：在流動(dòng)垂直方向上的流動(dòng)垂直方向上的Fd=02.2.1 顆粒在流體中的沉降過(guò)程顆粒在流體中的沉降過(guò)程3、幾何形狀不對(duì)稱(chēng)的固體顆粒：在流動(dòng)垂直方向上的、幾何形狀不對(duì)稱(chēng)的

7、固體顆粒：在流動(dòng)垂直方向上的FD不等于不等于0曳力系數(shù)曳力系數(shù)(Drag coefficient)對(duì)光滑圓球?qū)饣瑘A球析因分析：析因分析： ，與顆粒形狀和定向無(wú)關(guān)。，與顆粒形狀和定向無(wú)關(guān)。 ),(= pdudFF2d21uAF)(RettdutRe2.2.1 顆粒在流體中的沉降過(guò)程顆粒在流體中的沉降過(guò)程 與與 關(guān)系的實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖關(guān)系的實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖 。tRe2.2.1 顆粒在流體中的沉降過(guò)程顆粒在流體中的沉降過(guò)程對(duì)于球形顆粒對(duì)于球形顆粒( )12Re10t4tdduF3Re24t，層流區(qū)，斯托克斯，層流區(qū)，斯托克斯(Sokes)定律區(qū)定律區(qū) ，也稱(chēng)，也稱(chēng)爬流區(qū)，其爬流區(qū)，其3t10Re2

8、，阿侖，阿侖(Allen)區(qū)區(qū) ，6 . 0tRe5 .185t3102Re10，牛頓，牛頓(Newton)定律區(qū)定律區(qū) ，44. 0注意注意： 定義與第定義與第1章不同，判別流型章不同，判別流型 值亦不同！值亦不同！tReRe過(guò)濾區(qū)過(guò)濾區(qū) ，湍流區(qū)湍流區(qū) ，2.2.1 顆粒在流體中的沉降過(guò)程顆粒在流體中的沉降過(guò)程分散相顆粒在重力作用下與周?chē)B續(xù)相流體分散相顆粒在重力作用下與周?chē)B續(xù)相流體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)分離的過(guò)程，稱(chēng)為重力沉發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)分離的過(guò)程，稱(chēng)為重力沉降（降（gravity settling）。）。前提：前提：s1、重力沉降速度、重力沉降速度概念：是指顆粒相對(duì)于周?chē)黧w的沉降運(yùn)

9、動(dòng)速概念：是指顆粒相對(duì)于周?chē)黧w的沉降運(yùn)動(dòng)速度。度。2.2.2 重力沉降及設(shè)備重力沉降及設(shè)備影響因素：顆粒的形狀、大小、密度以及流體的密度和影響因素：顆粒的形狀、大小、密度以及流體的密度和黏度等。黏度等。研究對(duì)象：形狀、大小不隨流動(dòng)而變的球形顆粒研究對(duì)象：形狀、大小不隨流動(dòng)而變的球形顆粒（1）球形顆粒的自由沉降速度計(jì)算）球形顆粒的自由沉降速度計(jì)算顆粒在重力沉降過(guò)程中不受周?chē)w粒和器壁的影響稱(chēng)為顆粒在重力沉降過(guò)程中不受周?chē)w粒和器壁的影響稱(chēng)為自由沉降（自由沉降（free settling）。）。顆粒濃度大，顆粒間距小，在沉降過(guò)程中，因顆粒之間顆粒濃度大，顆粒間距小，在沉降過(guò)程中，因顆粒之間的相互

10、影響而使顆粒不能正常沉降的過(guò)程稱(chēng)為的相互影響而使顆粒不能正常沉降的過(guò)程稱(chēng)為干擾沉降干擾沉降（hindered settling）。）。2.2.2 重力沉降及設(shè)備重力沉降及設(shè)備Fd Fg Fb gdmgFsg36重力：重力：浮力：浮力：gdgdgmFsssb3366曳力：曳力：221uAFd對(duì)于球形顆粒：對(duì)于球形顆粒：sdm3612.2.2 重力沉降及設(shè)備重力沉降及設(shè)備根據(jù)牛頓第二定律，在重力場(chǎng)中。根據(jù)牛頓第二定律，在重力場(chǎng)中。ddududgdgdmaFFFFssdbg32233621466243)(udgddusss靜止流體中顆粒的沉降過(guò)程可分為兩個(gè)階段：靜止流體中顆粒的沉降過(guò)程可分為兩個(gè)階段

11、：加速階段和等速階段。加速階段和等速階段。忽略不計(jì)忽略不計(jì)2.2.2 重力沉降及設(shè)備重力沉降及設(shè)備tuuudduddu，此時(shí)恒定曳力項(xiàng), 0043)(2tudgddusss3)(4dgust即：即：)()(Rettdu式中：式中：沉降速度（沉降速度（settling velocity）或）或終端速度（終端速度（terminal velocity）2.2.2 重力沉降及設(shè)備重力沉降及設(shè)備將不同的將不同的 數(shù)值代入得：數(shù)值代入得：2Re10,t4pd當(dāng)，層流區(qū)，斯托克斯，層流區(qū)，斯托克斯(Sokes)定律區(qū)定律區(qū) ，阿侖阿侖(Allen)區(qū)區(qū) ，5t3102Re10,pd當(dāng)，牛頓，牛頓(Newto

12、n )定律區(qū)定律區(qū) ，18)(2gdust714. 06 . 04 . 06 . 1)(781. 0gdustgdust)(74. 1與與u無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。3t10Re22.2.2 重力沉降及設(shè)備重力沉降及設(shè)備沉降速度的計(jì)算與應(yīng)用沉降速度的計(jì)算與應(yīng)用計(jì)算計(jì)算3)(4dgust)(tud解方程組，非線(xiàn)性，需試差求解方程組，非線(xiàn)性，需試差求解解方法方法：首先假定在斯托克斯定律區(qū)，?。菏紫燃俣ㄔ谒雇锌怂苟蓞^(qū)，取 ，再校，再校驗(yàn)驗(yàn)Ret500；否則，就是阿侖區(qū)，取；否則，就是阿侖區(qū)，取tRe2444. 06 . 0Re5 .18t2.2.2 重力沉降及設(shè)備重力沉降及設(shè)備例例2-1 計(jì)算自由沉降速度。計(jì)算

13、自由沉降速度。解：（解：（1）20水，設(shè)沉降在斯托克斯定律區(qū)，得：水，設(shè)沉降在斯托克斯定律區(qū)，得：smgdust/1023. 21001. 11881. 99982650105018)(33262tRe校驗(yàn)2110. 01001. 19981023. 21050Re336ttduRet2，所以計(jì)算有效，沉降速度為，所以計(jì)算有效，沉降速度為2.2310-3m/s。（2）20空氣，計(jì)算方法與上面一樣，不再講了?？諝?，計(jì)算方法與上面一樣，不再講了。2.2.2 重力沉降及設(shè)備重力沉降及設(shè)備（2）影響重力沉降速度）影響重力沉降速度ut的因素的因素 若在斯托克斯定律區(qū)：若在斯托克斯定律區(qū)：18)(2gdu

14、PPttsu) 1 (。，dudt尤其注意影響最大,)2(但是液體無(wú)影響，ut) 3(tttu：Tu：Tu液體氣體)4(問(wèn)題問(wèn)題：1、氣體先冷后降塵，還是相反？、氣體先冷后降塵，還是相反？2、液體先冷后降塵，還是相反？、液體先冷后降塵，還是相反？2.2.2 重力沉降及設(shè)備重力沉降及設(shè)備其它對(duì)沉降速度的影響其它對(duì)沉降速度的影響顆粒形狀顆粒形狀 ：非球形：曳力系數(shù)比同體積球形：非球形：曳力系數(shù)比同體積球形顆粒為大，顆粒為大， ut減少見(jiàn)圖減少見(jiàn)圖2-2所示。所示。干擾沉降干擾沉降 ：相鄰顆粒的運(yùn)動(dòng)改變了原來(lái)單個(gè)：相鄰顆粒的運(yùn)動(dòng)改變了原來(lái)單個(gè)顆粒周?chē)牧鲌?chǎng)，顆粒沉降相互干擾。濃度高時(shí)，顆粒周?chē)牧鲌?chǎng)

15、，顆粒沉降相互干擾。濃度高時(shí)， ut減少減少端效應(yīng)：近壁或底部，端效應(yīng)：近壁或底部，F(xiàn)d增加，增加， ut減少。減少。Dduutt1 . 212.2.2 重力沉降及設(shè)備重力沉降及設(shè)備2、重力沉降設(shè)備、重力沉降設(shè)備基礎(chǔ)基礎(chǔ)：顆粒在外力作用下產(chǎn)生沉降運(yùn)動(dòng)，具有兩：顆粒在外力作用下產(chǎn)生沉降運(yùn)動(dòng)，具有兩相相 為前提。懸浮顆粒的直徑越大，兩相的密為前提。懸浮顆粒的直徑越大，兩相的密度差越大，使用沉降分離方法的效果就越好。度差越大，使用沉降分離方法的效果就越好。s 根據(jù)作用于顆粒上的外力不同，沉降分離設(shè)備根據(jù)作用于顆粒上的外力不同，沉降分離設(shè)備可分為可分為重力沉降和離心沉降重力沉降和離心沉降兩大類(lèi)。兩大類(lèi)

16、。2.2.2 重力沉降及設(shè)備重力沉降及設(shè)備（1）降塵室（）降塵室（dust-settling chamber）：借重力）：借重力沉降從沉降從氣流氣流中除去中除去塵粒塵粒的設(shè)備。的設(shè)備。過(guò)程分析：如圖過(guò)程分析：如圖2-4所示所示降塵室：氣體作水平流動(dòng)降塵室：氣體作水平流動(dòng)原理：分離含塵氣體中顆粒的重力沉降設(shè)備。原理：分離含塵氣體中顆粒的重力沉降設(shè)備。2.2.2 重力沉降及設(shè)備重力沉降及設(shè)備 室大室大：降塵室的容積一般較大，氣體在其中：降塵室的容積一般較大，氣體在其中的流速的流速1%）的場(chǎng)）的場(chǎng)合合。2.3.1 概述概述（2）深層過(guò)濾）深層過(guò)濾(deep bed filtration) 過(guò)濾介質(zhì)一

17、般為介質(zhì)層較厚的濾床類(lèi)（如沙層、過(guò)濾介質(zhì)一般為介質(zhì)層較厚的濾床類(lèi)（如沙層、硅藻土等）。小于介質(zhì)孔隙的顆粒可進(jìn)入到介硅藻土等）。小于介質(zhì)孔隙的顆?？蛇M(jìn)入到介質(zhì)內(nèi)部，在長(zhǎng)而曲折的孔道中被截留并附著于質(zhì)內(nèi)部，在長(zhǎng)而曲折的孔道中被截留并附著于介質(zhì)之上。介質(zhì)之上。 深層過(guò)濾無(wú)濾餅形成，主要深層過(guò)濾無(wú)濾餅形成，主要用于凈化含固用于凈化含固量很少（量很少（0.1%）的流體，如水的凈化、煙氣除）的流體，如水的凈化、煙氣除塵等塵等。 如下圖如下圖2.3.1 概述概述2、過(guò)濾介質(zhì)、過(guò)濾介質(zhì)（1）織物介質(zhì)織物介質(zhì)：即棉、毛、麻或各種合成材料：即棉、毛、麻或各種合成材料制成的織物，也稱(chēng)為濾布。制成的織物，也稱(chēng)為濾布。

18、（2）多孔固體介質(zhì)多孔固體介質(zhì)（一般要能夠再生的才行）：（一般要能夠再生的才行）：多孔陶瓷、多孔塑料、多孔玻璃等。多孔陶瓷、多孔塑料、多孔玻璃等。（3）堆積介質(zhì)堆積介質(zhì)：細(xì)紗、木炭、碎石等。：細(xì)紗、木炭、碎石等。2.3.1 概述概述3、濾餅與助濾劑、濾餅與助濾劑 （1）壓縮性）壓縮性不可壓縮性濾餅：剛性。不可壓縮性濾餅：剛性。 床層壓差增加床層壓差增加 空隙結(jié)構(gòu)不變即空隙率不變空隙結(jié)構(gòu)不變即空隙率不變可壓縮性濾餅可壓縮性濾餅 床層壓差增加床層壓差增加 空隙率減少空隙率減少 流動(dòng)阻力大大增加流動(dòng)阻力大大增加 助濾劑來(lái)增加其過(guò)濾速率助濾劑來(lái)增加其過(guò)濾速率 。2.3.1 概述概述（2）助濾劑（助濾劑

19、（filter aid） 助濾劑是一種堅(jiān)硬而形狀不規(guī)則的小顆粒，助濾劑是一種堅(jiān)硬而形狀不規(guī)則的小顆粒，即即不可壓縮的粉狀或纖維固體不可壓縮的粉狀或纖維固體，能形成結(jié)構(gòu)疏松，能形成結(jié)構(gòu)疏松而且?guī)缀跏嵌規(guī)缀跏遣豢蓧嚎s的濾餅。不可壓縮的濾餅。常用作助濾劑的物常用作助濾劑的物質(zhì)有：質(zhì)有：硅藻土、珍珠巖、炭粉、石棉粉等硅藻土、珍珠巖、炭粉、石棉粉等。助濾劑的加法有兩種：助濾劑的加法有兩種： 直接以一定比例加到濾漿中一起過(guò)濾。若直接以一定比例加到濾漿中一起過(guò)濾。若過(guò)過(guò)濾的目的是回收固體物此法便不適用。濾的目的是回收固體物此法便不適用。 將助濾劑預(yù)先涂在濾布上，然后再進(jìn)行過(guò)濾。將助濾劑預(yù)先涂在濾布上，然后

20、再進(jìn)行過(guò)濾。此法稱(chēng)為此法稱(chēng)為預(yù)涂預(yù)涂。2.3.1 概述概述4 4、過(guò)濾過(guò)程的特點(diǎn)、過(guò)濾過(guò)程的特點(diǎn)（1）爬流）爬流：。采用康尼方程確定（2）非定態(tài)過(guò)程：）非定態(tài)過(guò)程：，L）（不斷增加床層厚度濾餅厚度濾液通過(guò)速率一定)(L， 不過(guò)，由于濾餅厚度的增加是比較緩慢的，不過(guò)，由于濾餅厚度的增加是比較緩慢的，過(guò)濾操作可作為過(guò)濾操作可作為擬定定態(tài)擬定定態(tài)處理。處理。2.3.1 概述概述補(bǔ)充內(nèi)容補(bǔ)充內(nèi)容物理模型物理模型因?yàn)榱鲃?dòng)呈爬流狀態(tài)因?yàn)榱鲃?dòng)呈爬流狀態(tài)阻力與床層表面積成正比，阻力與床層表面積成正比，所以床層可簡(jiǎn)化為無(wú)數(shù)平行的彎彎曲曲的毛細(xì)所以床層可簡(jiǎn)化為無(wú)數(shù)平行的彎彎曲曲的毛細(xì)管管慮擬細(xì)管，其慮擬細(xì)管，其簡(jiǎn)

21、化的機(jī)理模型如下。簡(jiǎn)化的機(jī)理模型如下。LuLeu表觀速度2.3.2 過(guò)濾基本方程式過(guò)濾基本方程式 也就是將床層中的不規(guī)則通道簡(jiǎn)化成長(zhǎng)度為也就是將床層中的不規(guī)則通道簡(jiǎn)化成長(zhǎng)度為L(zhǎng)e的一組平等細(xì)管。的一組平等細(xì)管。規(guī)定：規(guī)定： 細(xì)管的內(nèi)表面積等于床層顆粒的全部表面；細(xì)管的內(nèi)表面積等于床層顆粒的全部表面； 細(xì)管的全部流動(dòng)空間等于顆粒床層的空隙體細(xì)管的全部流動(dòng)空間等于顆粒床層的空隙體積。積。 根據(jù)上述假定，可求得這些虛擬細(xì)管的當(dāng)量根據(jù)上述假定，可求得這些虛擬細(xì)管的當(dāng)量直徑直徑de2.3.2 過(guò)濾基本方程式過(guò)濾基本方程式管組濕潤(rùn)周邊管組流通截面積4ed床層顆粒的全部表面積床層空隙體積4VV4)1 (42

22、.3.2 過(guò)濾基本方程式過(guò)濾基本方程式 結(jié)論結(jié)論：按簡(jiǎn)化模型，流體通過(guò)固定床的壓降等同于：按簡(jiǎn)化模型，流體通過(guò)固定床的壓降等同于流體通過(guò)一組當(dāng)量直徑為流體通過(guò)一組當(dāng)量直徑為de，長(zhǎng)度為，長(zhǎng)度為L(zhǎng)e的細(xì)管的壓降。的細(xì)管的壓降。數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型221udLheef)1 (4,11eduuuu23)1 (8uLphef2.3.2 過(guò)濾基本方程式過(guò)濾基本方程式單位床層高度的虛擬壓強(qiáng)降：?jiǎn)挝淮矊痈叨鹊奶摂M壓強(qiáng)降：23)1 (8uLLLpeeeeLLLLLL實(shí)際床層高度 ，但，即常數(shù)e8LL 細(xì)管長(zhǎng)度細(xì)管長(zhǎng)度將其并入將其并入 中得中得23)1 (uLp固定床的壓降的數(shù)學(xué)模型固定床的壓降的數(shù)學(xué)模型2.3.2

23、 過(guò)濾基本方程式過(guò)濾基本方程式稱(chēng)為模型參數(shù)，也可稱(chēng)為固定床的流動(dòng)摩擦系數(shù)。稱(chēng)為模型參數(shù)，也可稱(chēng)為固定床的流動(dòng)摩擦系數(shù)。模型的檢驗(yàn)和模型參數(shù)的估算模型的檢驗(yàn)和模型參數(shù)的估算（1） 康采尼（康采尼（Kozeny）對(duì)此進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)在）對(duì)此進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)在流速較低流速較低 ，Re/2時(shí)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能較好地符合下式時(shí)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能較好地符合下式 eR k為床層雷諾數(shù)其值康尼常數(shù)eR, 0 . 5，k2.3.2 過(guò)濾基本方程式過(guò)濾基本方程式)1 (4eR1uude)0 . 5()1 (322kukLp此式適用條件，此式適用條件， Re/2（2）歐根（）歐根（Ergun）關(guān)聯(lián)式：）關(guān)聯(lián)式：Re/=

24、（0.17420）29. 0eR17. 423322)1 (29. 0)1 (17. 4uuLp2.3.2 過(guò)濾基本方程式過(guò)濾基本方程式對(duì)于均勻顆粒，對(duì)于均勻顆粒， 代入上式得：代入上式得：23232)()1 (75. 1)()1 (150ududLpevevevd6歐根方程歐根方程上式第一項(xiàng)可忽略時(shí)上式第二項(xiàng)可忽略時(shí)條件，：61000eR620eR)25001 (61eR歐根方程的誤差歐根方程的誤差約為約為25%，且，且不適用于細(xì)長(zhǎng)物不適用于細(xì)長(zhǎng)物體和瓷環(huán)等塔用體和瓷環(huán)等塔用填料填料2.3.2 過(guò)濾基本方程式過(guò)濾基本方程式（3）影響壓降的主要因素）影響壓降的主要因素),(uLp。LppLp，

25、異常敏感對(duì)影響最大其中,152.3.2 過(guò)濾基本方程式過(guò)濾基本方程式因次分析和數(shù)學(xué)模型法的比較因次分析和數(shù)學(xué)模型法的比較方法方法關(guān)鍵關(guān)鍵對(duì)過(guò)程認(rèn)識(shí)程對(duì)過(guò)程認(rèn)識(shí)程度度實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康囊虼畏忠虼畏治鑫鰯?shù)學(xué)模數(shù)學(xué)模型型能否如數(shù)列出影響過(guò)能否如數(shù)列出影響過(guò)程的主要因素程的主要因素不甚了解，不甚了解，過(guò)程如同過(guò)程如同“黑箱黑箱”尋找各無(wú)因次數(shù)尋找各無(wú)因次數(shù)群間函數(shù)關(guān)系群間函數(shù)關(guān)系對(duì)復(fù)雜過(guò)程的合理簡(jiǎn)對(duì)復(fù)雜過(guò)程的合理簡(jiǎn)化；精髓：化；精髓：(1)緊緊抓緊緊抓住過(guò)程特征，住過(guò)程特征，(2)研究研究目的的特殊性目的的特殊性深刻理解過(guò)程深刻理解過(guò)程特殊性特殊性檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷暮蠙z驗(yàn)?zāi)Ｐ偷暮侠硇圆y(cè)定模理性并測(cè)定模型參數(shù)型

26、參數(shù)2.3.2 過(guò)濾基本方程式過(guò)濾基本方程式4.5.1 過(guò)濾過(guò)程的數(shù)學(xué)描述過(guò)濾過(guò)程的數(shù)學(xué)描述物料衡算物料衡算 4. 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)懸浮液含因量懸浮液含因量 懸浮液固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)kg：kg/懸浮液固體體積分?jǐn)?shù)33/m：m兩者的關(guān)系式：兩者的關(guān)系式： PP/1/ （）4.5.1 過(guò)濾過(guò)程的數(shù)學(xué)描述過(guò)濾過(guò)程的數(shù)學(xué)描述4. 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)固體體積衡算固體體積衡算 1VLA懸（）總物料體積衡算總物料體積衡算 VVLA懸11VLqA一般懸浮液中顆粒的體積分?jǐn)?shù)一般懸浮液中顆粒的體積分?jǐn)?shù) qL1注：當(dāng)注：當(dāng) 一定時(shí)，一定時(shí)， qL 1 1、過(guò)濾基本方程表述、過(guò)

27、濾基本方程表述 液體在濾餅空隙中的流動(dòng)多處于康采尼公式適用的液體在濾餅空隙中的流動(dòng)多處于康采尼公式適用的低雷諾數(shù)范圍低雷諾數(shù)范圍 ,由康采尼公式得由康采尼公式得 Re2ukLp322)1 ( ddqLpKu1)1 (2231Lq將將代入上式可得：代入上式可得： qpKddq)1 (23令濾餅比阻：令濾餅比阻：231K ar（）2.3.2 過(guò)濾基本方程式過(guò)濾基本方程式所以：所以：)()(qrpqrpddq過(guò)程的阻力過(guò)程的推動(dòng)力 優(yōu)點(diǎn)：同歐姆定律，串聯(lián)時(shí)，推優(yōu)點(diǎn)：同歐姆定律，串聯(lián)時(shí)，推動(dòng)力及阻力分別具有加和性。如右圖動(dòng)力及阻力分別具有加和性。如右圖濾餅：濾餅：qrpddq1介質(zhì)：介質(zhì)：eqrpdd

28、q2)(21eqqrppddq)(eqqrpddq2.3.2 過(guò)濾基本方程式過(guò)濾基本方程式令過(guò)濾常數(shù)：令過(guò)濾常數(shù)：rK2所以，過(guò)濾速率方程：所以，過(guò)濾速率方程：)(2eqqKddq)(22eVVKAddq或或過(guò)濾速率基本方程過(guò)濾速率基本方程式中：式中： 為形成與過(guò)濾阻力相等的濾餅層所得的濾為形成與過(guò)濾阻力相等的濾餅層所得的濾液量。液量。AqVee2.3.2 過(guò)濾基本方程式過(guò)濾基本方程式（2）過(guò)濾常數(shù)過(guò)濾常數(shù)rK2),(rK過(guò)濾常數(shù)的主要影響因素：過(guò)濾常數(shù)的主要影響因素：（1）當(dāng)）當(dāng) 不變時(shí)不變時(shí)(一定的懸浮液一定的懸浮液), rconstK 不變constK 變化可能變化變化rsrr0)(00

29、物性不可壓縮rr，s8 . 02 . 0，s可壓縮2.3.2 過(guò)濾基本方程式過(guò)濾基本方程式srr0rK2012rKs2.3.2 過(guò)濾基本方程式過(guò)濾基本方程式兩種典型操作方式兩種典型操作方式恒壓過(guò)濾：恒壓差，變速率恒壓過(guò)濾：恒壓差，變速率恒速過(guò)濾：恒恒速過(guò)濾：恒速率速率，變壓差，變壓差復(fù)合操作：先恒速后恒壓。復(fù)合操作：先恒速后恒壓。2.3.2 過(guò)濾基本方程式過(guò)濾基本方程式2、恒壓過(guò)濾方程、恒壓過(guò)濾方程11022ssdqdVpLKk pddr ，阻力， P一定， 或，為常數(shù)e002qKqqdqd（）Kqqqe22222KAVVVe或恒壓過(guò)濾方程恒壓過(guò)濾方程2.3.2 過(guò)濾基本方程式過(guò)濾基本方程式3

30、、恒速過(guò)濾基本方程式、恒速過(guò)濾基本方程式dqqdqLpdd 常數(shù)，濾餅，阻力，為使為常數(shù)，。)(2)(2eeqqKqconstqqKddq22Kqqqe222AKVVVe或恒速過(guò)濾方程恒速過(guò)濾方程4 4、先恒速后恒壓方程、先恒速后恒壓方程先恒速度到先恒速度到 ，再恒壓，再恒壓11,q11e2qqKqqdqd（）221e112qqq qqK（）（） （）2221e112VVV VVKA（）（）（）或或先恒速后恒壓過(guò)濾方程先恒速后恒壓過(guò)濾方程111qV、 、前面先恒速階段的單位面積濾液量、濾液量、前面先恒速階段的單位面積濾液量、濾液量、過(guò)濾時(shí)間過(guò)濾時(shí)間 整個(gè)過(guò)濾過(guò)程（兩個(gè)階段）累計(jì)的單位面積濾整個(gè)

31、過(guò)濾過(guò)程（兩個(gè)階段）累計(jì)的單位面積濾液量、濾液量過(guò)濾時(shí)間液量、濾液量過(guò)濾時(shí)間 qV、 、2.3.2 過(guò)濾基本方程式過(guò)濾基本方程式5、過(guò)濾常數(shù)、過(guò)濾常數(shù)K的測(cè)定的測(cè)定（1）恒壓）恒壓Kqqqe22eqKqKq21此式表明，在恒壓過(guò)濾時(shí)（此式表明，在恒壓過(guò)濾時(shí)（ ）與）與 之間具有線(xiàn)性關(guān)系之間具有線(xiàn)性關(guān)系,直線(xiàn)的斜率為直線(xiàn)的斜率為 ,截距為截距為 qqK1Kqe2eeqKqKK2,12.3.2 過(guò)濾基本方程式過(guò)濾基本方程式（2）若恒壓前，已得）若恒壓前，已得 ,則則11,q221e112qqq qqK（）（） （）eqKqqKqq2)(1111)(2)(11111qqKqqKqqe或 作作eeqK

32、qqK，K，qqqq)(21)(1111截距斜率直線(xiàn)例例2-32.3.2 過(guò)濾基本方程式過(guò)濾基本方程式例例2-42.3.2 過(guò)濾基本方程式過(guò)濾基本方程式按產(chǎn)生壓按產(chǎn)生壓差的方式差的方式不同分類(lèi)不同分類(lèi)壓濾和吸濾：壓濾和吸濾：e.g.葉濾機(jī)、板框葉濾機(jī)、板框壓濾機(jī)、回轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)等。壓濾機(jī)、回轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)等。離心過(guò)濾：離心過(guò)濾：e.g.有各種間歇卸渣有各種間歇卸渣和連續(xù)卸渣離心機(jī)。和連續(xù)卸渣離心機(jī)。1 1、板框壓濾機(jī)（板框壓濾機(jī)（plate-and-frame filter press）：）：間歇操作間歇操作 通過(guò)直接給懸浮液加壓，迫使其穿過(guò)過(guò)濾介通過(guò)直接給懸浮液加壓，迫使其穿過(guò)過(guò)濾介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)

33、濾的目的。其歷史最久且已有超過(guò)質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)濾的目的。其歷史最久且已有超過(guò)100種以上的結(jié)構(gòu)，最為常見(jiàn)的是種以上的結(jié)構(gòu)，最為常見(jiàn)的是板框式壓濾機(jī)板框式壓濾機(jī)。2.3.3 過(guò)濾設(shè)備過(guò)濾設(shè)備1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu) 由交替排列的由交替排列的濾板、濾板、濾框與夾于板框之間濾框與夾于板框之間的濾布的濾布疊合組裝壓緊疊合組裝壓緊而成。板框數(shù)視工藝而成。板框數(shù)視工藝要求在機(jī)座長(zhǎng)度范圍要求在機(jī)座長(zhǎng)度范圍內(nèi)可靈活調(diào)節(jié)。組裝內(nèi)可靈活調(diào)節(jié)。組裝后，在板框的四角位后，在板框的四角位置形成連通的流道，置形成連通的流道，由機(jī)頭上的閥門(mén)控制由機(jī)頭上的閥門(mén)控制懸浮液、濾液及洗液懸浮液、濾液及洗液的進(jìn)出。的進(jìn)出。濾液料漿清洗水洗滌液開(kāi)啟關(guān)

34、閉閥門(mén)漿料清洗水2.3.3 過(guò)濾設(shè)備過(guò)濾設(shè)備板板過(guò)濾操作過(guò)濾操作：過(guò)濾階段懸浮液從通道進(jìn)入濾框，濾液在壓：過(guò)濾階段懸浮液從通道進(jìn)入濾框，濾液在壓力下穿過(guò)濾框兩邊的濾布、沿濾布與濾板凹凸表面之間力下穿過(guò)濾框兩邊的濾布、沿濾布與濾板凹凸表面之間形成的溝道流下，既可單獨(dú)由每塊濾板上設(shè)置的出液旋形成的溝道流下，既可單獨(dú)由每塊濾板上設(shè)置的出液旋塞排出，稱(chēng)為塞排出，稱(chēng)為明流式明流式；也可匯總后排出，稱(chēng)為；也可匯總后排出，稱(chēng)為暗流式暗流式。框框 板板 框框 板板洗滌板洗滌板非洗滌板非洗滌板懸浮液懸浮液濾液濾液非洗滌板非洗滌板2、操作、操作2.3.3 過(guò)濾設(shè)備過(guò)濾設(shè)備洗滌操作洗滌操作：洗滌液由洗滌：洗滌液由洗

35、滌板上的通道進(jìn)入其兩側(cè)與板上的通道進(jìn)入其兩側(cè)與濾布形成的凹凸空間，穿濾布形成的凹凸空間，穿過(guò)濾布、濾餅和濾框另一過(guò)濾布、濾餅和濾框另一側(cè)的濾布后排出。洗滌液側(cè)的濾布后排出。洗滌液的行程（包括濾餅和濾布）的行程（包括濾餅和濾布）約為過(guò)濾終了時(shí)濾液行程約為過(guò)濾終了時(shí)濾液行程的的2倍，故洗滌速率約為過(guò)倍，故洗滌速率約為過(guò)濾終了速率的濾終了速率的1/2 ，而流通，而流通面積卻為其面積卻為其1/2。洗滌液洗滌液洗出液洗出液框 板板 框框 板板洗滌板洗滌板非洗滌板非洗滌板板板非洗滌板非洗滌板 洗滌終了，若有必要可引入壓縮空氣使濾餅脫濕后洗滌終了，若有必要可引入壓縮空氣使濾餅脫濕后再折開(kāi)過(guò)濾機(jī)卸出濾餅，結(jié)束

36、一次過(guò)濾操作。然后清洗、再折開(kāi)過(guò)濾機(jī)卸出濾餅，結(jié)束一次過(guò)濾操作。然后清洗、整理、重新組裝、準(zhǔn)備下一次操作。整理、重新組裝、準(zhǔn)備下一次操作。 2.3.3 過(guò)濾設(shè)備過(guò)濾設(shè)備 濾板和濾框可為濾板和濾框可為鑄鐵、碳鋼、不銹鋼、塑料及木材鑄鐵、碳鋼、不銹鋼、塑料及木材等，聚乙烯和聚丙烯等，聚乙烯和聚丙烯是目前較為廣泛使用的材料。是目前較為廣泛使用的材料。 常用規(guī)格的板框其厚度為常用規(guī)格的板框其厚度為2560mm，邊框長(zhǎng)為，邊框長(zhǎng)為0.22.0m， 框數(shù)由生產(chǎn)所需定，由數(shù)個(gè)至上百個(gè)不等。框數(shù)由生產(chǎn)所需定，由數(shù)個(gè)至上百個(gè)不等。 板框壓濾機(jī)的操作壓強(qiáng)一般在板框壓濾機(jī)的操作壓強(qiáng)一般在0.31.0Mpa之間。之間。 3、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，過(guò)濾面積大并可承受較高的壓：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，過(guò)濾面積大并可承受較高的壓差。差。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：間歇式操作，所費(fèi)的裝、折、清洗時(shí)間較長(zhǎng)，：間歇式操作，所費(fèi)的裝、折、清洗時(shí)間較長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率較低。勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率較低。 板框式壓濾機(jī)主要板框式壓濾機(jī)主要用于含固量較多的懸浮液過(guò)濾用于含固量較多的懸浮液過(guò)濾。 2.3.3 過(guò)濾設(shè)備過(guò)濾設(shè)備XASL /630-UBXASL /630-UB系列系列XAZ /2000-UBXA