陳敏恒化工原理上冊化工原理第四章

1、4.1概述概述 4.2顆粒床層的特性顆粒床層的特性 1單顆粒的特性單顆粒的特性 2顆粒群的特性顆粒群的特性4.3流體通過固定床的壓降流體通過固定床的壓降 1顆粒床層的簡化模型顆粒床層的簡化模型4.1 4.1 概述概述 （1 1）固定床反）固定床反應(yīng)應(yīng)器（器（組組成固定床的是粒成固定床的是粒狀狀或片或片狀狀催化催化劑劑）（2 2）懸懸浮液的浮液的過濾過濾（組組成固定床的是成固定床的是懸懸浮液中的固定浮液中的固定顆顆粒堆粒堆積積而成的而成的濾餅濾餅看作是固定床）看作是固定床）固定床：由眾多固體顆粒堆積而成的靜止的顆粒床層。固定床：由眾多固體顆粒堆積而成的靜止的顆粒床層。4.2 顆粒床層的特性顆粒床

2、層的特性 1、單顆粒的特性、單顆粒的特性大?。w積）、形狀、表面積大?。w積）、形狀、表面積球形顆粒326ppVdSd體積：面積：球形顆粒：球形顆粒：顆粒的比表面積顆粒的比表面積 a23()()mSamV顆粒表面積顆粒體積說明：說明：V相同時，相同時，a ，則顆粒越接近球形。，則顆粒越接近球形。2366pppdSaVdd球球形顆粒比表面積：球形顆粒比表面積：非球形顆粒：非球形顆粒：球形顆粒球形顆粒非球形顆粒非球形顆粒一般采用與球形顆粒相對比的當(dāng)量直徑一般采用與球形顆粒相對比的當(dāng)量直徑來表征非球形顆粒的主要幾何特征。來表征非球形顆粒的主要幾何特征。 等體積當(dāng)量直徑等體積當(dāng)量直徑 dev 等表面積

3、當(dāng)量直徑等表面積當(dāng)量直徑 des 等比表面積當(dāng)量直徑等比表面積當(dāng)量直徑 dea esSd因此， 6eapSaadVd球即：66eadaS V因此，與顆粒體積相等的球形顆粒的直徑與顆粒體積相等的球形顆粒的直徑與顆粒面積相等的球形顆粒的直徑與顆粒面積相等的球形顆粒的直徑與非球形顆粒比表面積相等的球形顆粒的直徑與非球形顆粒比表面積相等的球形顆粒的直徑36pevVVdd球即：36evVd因 此 ，2pesSSdd球即：2evesdd322236()6eseseseveveaevevdddddddd1.5eaevesddd顆粒的形狀系數(shù)顆粒的形狀系數(shù)與非球形顆粒等體積的球形顆粒的表面積形狀系數(shù)非球形顆粒

4、的表面積 表明：顆粒形狀接近于球形的程度；表明：顆粒形狀接近于球形的程度； ，則顆粒越接近于球形。，則顆粒越接近于球形。 球形顆粒：球形顆粒： 11SS球工程上多采用可以測量的等體積當(dāng)量直徑工程上多采用可以測量的等體積當(dāng)量直徑d devev和和來表示顆粒的特性來表示顆粒的特性3266eeeVddSad 測量顆粒粒度有篩分法、光學(xué)法、電學(xué)法、測量顆粒粒度有篩分法、光學(xué)法、電學(xué)法、流體力學(xué)法等。工業(yè)上常見固定床中的混合顆粒，粒度一般流體力學(xué)法等。工業(yè)上常見固定床中的混合顆粒，粒度一般大于大于70um70um，通常采用篩分的方法來分析顆粒群的粒度分布。，通常采用篩分的方法來分析顆粒群的粒度分布。 2

5、 2、顆粒群的特性、顆粒群的特性n粒度分布的篩分分析粒度分布的篩分分析標(biāo)準(zhǔn)篩：有不同的系列，標(biāo)準(zhǔn)篩：有不同的系列，Iso規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)篩是一系列篩孔規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)篩是一系列篩孔孔徑不等的、篩孔為正方形的金屬絲網(wǎng)篩組成，相鄰孔徑不等的、篩孔為正方形的金屬絲網(wǎng)篩組成，相鄰兩篩號篩孔尺寸之比約為兩篩號篩孔尺寸之比約為2篩過量：通過篩孔的顆粒量；篩過量：通過篩孔的顆粒量；篩余量：截留于篩面上的顆粒量。篩余量：截留于篩面上的顆粒量。篩分結(jié)果的圖示篩分結(jié)果的圖示di-1didi+1di+2分布函數(shù)分布函數(shù)0分布函數(shù)Fpd粒徑i pdmaxd1.0iF兩個重要特性：兩個重要特性：1、對應(yīng)于某一尺寸的、對應(yīng)于某一尺寸的d

6、i的的Fi值表示直徑小于值表示直徑小于di的顆粒占的顆粒占全部試樣的質(zhì)量分率。如：全部試樣的質(zhì)量分率。如：d501.7m。2、在該批顆粒的最大直徑處分布函數(shù)為、在該批顆粒的最大直徑處分布函數(shù)為1。篩分結(jié)果的圖示篩分結(jié)果的圖示d di i-1-1d di id di i+1+1d di i+2+2i pdidi-1d0ifpd粒徑密度函數(shù) f頻率函數(shù)曲線頻率函數(shù)曲線設(shè)某號篩面上的顆設(shè)某號篩面上的顆粒占全部試樣的質(zhì)粒占全部試樣的質(zhì)量分率為量分率為x xi i，ii-1i12pdddiii-1ixfdd兩個重要特性：兩個重要特性：1 1、一定粒度范圍內(nèi)的顆粒占全部顆粒的質(zhì)量分率等于、一定粒度范圍內(nèi)的

7、顆粒占全部顆粒的質(zhì)量分率等于該粒度范圍內(nèi)的頻率函數(shù)曲線下的面積，原則上講粒該粒度范圍內(nèi)的頻率函數(shù)曲線下的面積，原則上講粒度等于某一定值的顆粒的質(zhì)量分率為度等于某一定值的顆粒的質(zhì)量分率為0 0。2 2、頻率函數(shù)曲線下的全部面積等于、頻率函數(shù)曲線下的全部面積等于1 1。i pdidi-1d0ifpd粒徑密度函數(shù) f0分布函數(shù)Fpd粒徑i pdmaxd1.0iF粒度等于和小于粒度等于和小于 d dp pi i 的顆粒占全部的顆粒占全部顆粒的質(zhì)量分率顆粒的質(zhì)量分率 ii0dpdppfddFiiddppppddFfdd兩函數(shù)可相互轉(zhuǎn)換兩函數(shù)可相互轉(zhuǎn)換 即：即：顆粒群的平均直徑顆粒群的平均直徑由于顆粒的比

8、表面對流體通過固定床的流動影響最大，通常由于顆粒的比表面對流體通過固定床的流動影響最大，通常以比表面積相等的原則定義混合顆粒的平均直徑以比表面積相等的原則定義混合顆粒的平均直徑 d dm m。 若密度為若密度為 p p，質(zhì)量為，質(zhì)量為m m混合球形顆粒中，粒徑為混合球形顆粒中，粒徑為d dp pi i的顆粒的的顆粒的質(zhì)量為質(zhì)量為m mi i，則混合顆粒的比表面為，則混合顆粒的比表面為: : 比表面相等比表面相等iiii6pppmaaxmdii61mpdaxd床層特性床層特性(1) 床層空隙率床層空隙率 定義：床層中，空隙所占體積分率。定義：床層中，空隙所占體積分率。表明：表明： 床層堆積的松散

9、程度；床層堆積的松散程度； ，空隙越大，床層越松散；，空隙越大，床層越松散； 對流體流過床層的阻力影響很大對流體流過床層的阻力影響很大?？障额w粒顆粒床層BBBVVVVV1L Lu 影響床層空隙率的因素影響床層空隙率的因素 （a）裝填方法：）裝填方法：干裝干裝 濕裝濕裝（b）顆粒特性的影響）顆粒特性的影響 顆粒形狀：顆粒形狀： 靠壁面處：靠壁面處： 粒徑分布：粒徑分布：(2) 床層的自由截面積床層的自由截面積 即：床層中空隙的面積即：床層中空隙的面積(流體的流通截面積流體的流通截面積)。假設(shè)床層顆粒是均勻堆積假設(shè)床層顆粒是均勻堆積，床層具有各向同性。，床層具有各向同性。,;,/ DdP壁效應(yīng)，使

10、；顆粒均勻，顆粒光滑，自由截面面積（空隙面積）床層截面面積(3) 床層的比表面積床層的比表面積 aB BBSaV床層中顆粒的表面積床層體積(1)Baa忽略顆粒相互重疊減少的面積，則：忽略顆粒相互重疊減少的面積，則：4.3 4.3 流體通過固定床的壓降流體通過固定床的壓降 流動情況：流動情況：流體在床層的空隙中流動；流體在床層的空隙中流動；復(fù)雜性：復(fù)雜性：孔道的形狀、數(shù)目、流動狀態(tài)隨機(jī)，孔道的形狀、數(shù)目、流動狀態(tài)隨機(jī)，處理方法：處理方法： 用簡化模型通過實驗數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。用簡化模型通過實驗數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。用簡化的模型來代替床層內(nèi)的真實流動，便于用數(shù)學(xué)用簡化的模型來代替床層內(nèi)的真實流動，便于用數(shù)學(xué)方法來處理

11、，然后再通過實驗加以校正。方法來處理，然后再通過實驗加以校正。1、顆粒床層的簡化模型、顆粒床層的簡化模型 1）顆粒床層由許多平行的細(xì)管組成，孔道長度與床層高度成正比；）顆粒床層由許多平行的細(xì)管組成，孔道長度與床層高度成正比； 2）孔道內(nèi)表面積之和）孔道內(nèi)表面積之和 = 全部顆粒的外表面積；全部顆粒的外表面積； 3）孔道內(nèi)全部流動空間）孔道內(nèi)全部流動空間 = 床層中空隙的體積；床層中空隙的體積；床層的簡化物理模型：床層的簡化物理模型：Lu( (a) )u( (b) ) 實際床層實際床層 簡化模型簡化模型 以以1m1m3 3床層為基準(zhǔn)床層為基準(zhǔn)4ed 流通截面積潤濕周邊長度孔道內(nèi)表面積體積空隙孔道

12、)(44eBda當(dāng)量直徑：eLCL虛擬細(xì)管長度：LL4(1)a虛擬細(xì)管的當(dāng)量直徑：虛擬細(xì)管的當(dāng)量直徑：L Lu u(a)(a)u u(b)(b)實際床層實際床層 簡化模型簡化模型 將流體通過顆粒床層的流動簡化為將流體通過顆粒床層的流動簡化為在長為在長為 L Le e、當(dāng)量直徑、當(dāng)量直徑 d de e 的管內(nèi)流動。的管內(nèi)流動。212efeuLhdu u1 1 流體在虛擬細(xì)管內(nèi)的流速，等價于流體在床層顆粒空流體在虛擬細(xì)管內(nèi)的流速，等價于流體在床層顆?？障堕g的實際隙間的實際 ( (平均平均) ) 流速。流速。u u1 1 與空床流速與空床流速( (又稱表觀流速又稱表觀流速) ) u u、空隙率、空隙

13、率 的關(guān)系的關(guān)系流體壓降的數(shù)學(xué)模型流體壓降的數(shù)學(xué)模型1uueLCL虛擬細(xì)管長度：23(1)()8eaLuLL4(1)eda當(dāng)量直徑： 固定床的流動摩擦系數(shù)固定床的流動摩擦系數(shù)L為單位床層高度的虛擬壓強(qiáng)之差為單位床層高度的虛擬壓強(qiáng)之差PLL當(dāng)重力可以忽略時：當(dāng)重力可以忽略時：23(1)auL8eLL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)的估值康采尼（康采尼（Kozeny）式：）式：Re 2Ref 14(1)eud uRea KRe 床層雷諾數(shù)床層雷諾數(shù)K 康采尼常數(shù)，康采尼常數(shù)，= 5.0 223(1)aKuL 康采尼（康采尼（Kozeny）方程）方程歐根（歐根（Ergun）關(guān)聯(lián)式：）關(guān)

14、聯(lián)式：Re=（0.17420）4.170.29Re 22233(1)(1)4.170.29aauuL22332111501.75ppuuLdd0.11.0101000.010.11.010100100010000bRe 歐根歐根 (Ergun) 方程方程可用可用 與與 dev 的乘積的乘積 ( dev) 代替代替 dp。 當(dāng)當(dāng) ReRe 3 100 100 時，歐根方程右側(cè)第一項可忽略。壓降與流時，歐根方程右側(cè)第一項可忽略。壓降與流速的平方成正比而與粘度無關(guān)。速的平方成正比而與粘度無關(guān)。 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床層特性床層特性和和 流體物性流體物性和和

15、操作變量操作變量 u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：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：22332111501.75ppuuLdd223(1)aKuL 化工過程具有復(fù)雜性難以采用數(shù)學(xué)解析法求解，而必化工過程具有復(fù)雜性難以采用數(shù)學(xué)解析法求解，而必須依靠實驗須依靠實驗 。 指導(dǎo)實驗的理論指導(dǎo)實驗的理論 ： 因次分析法因次分析法 ； 數(shù)學(xué)模型法數(shù)學(xué)模型法 。因次分析法和數(shù)學(xué)模型法的比較因次分析法和數(shù)學(xué)模型法的比較因次分析法的步驟：因次分析法的步驟： 找出過程的影響因素找出過程的影響因素 ；將影響過程的各個物理量的因次抽出進(jìn)行分析，整理將影響過程的各個物理量

16、的因次抽出進(jìn)行分析，整理成若干個無因次數(shù)群成若干個無因次數(shù)群 ；通過實驗確定各數(shù)群之間的定量關(guān)系通過實驗確定各數(shù)群之間的定量關(guān)系 ；數(shù)學(xué)模型法的步驟數(shù)學(xué)模型法的步驟 ：將復(fù)雜的真實過程簡化成易于用數(shù)學(xué)方程式描述的物將復(fù)雜的真實過程簡化成易于用數(shù)學(xué)方程式描述的物理模型；理模型；對所得的物理模型進(jìn)行數(shù)學(xué)描述即建立數(shù)學(xué)模型對所得的物理模型進(jìn)行數(shù)學(xué)描述即建立數(shù)學(xué)模型 ；通過實驗對數(shù)學(xué)模型的合理性進(jìn)行檢驗并測定模型參通過實驗對數(shù)學(xué)模型的合理性進(jìn)行檢驗并測定模型參數(shù)數(shù) ；過濾目的過濾目的：從懸浮液中分離出固體顆粒。：從懸浮液中分離出固體顆粒。過濾原理過濾原理：在外力的作用下，懸浮液中的液體通過多孔介質(zhì)的：

17、在外力的作用下，懸浮液中的液體通過多孔介質(zhì)的 孔道而固體顆粒被截留下來，從而實現(xiàn)固、液分離。孔道而固體顆粒被截留下來，從而實現(xiàn)固、液分離。過濾術(shù)語：過濾術(shù)語： 濾漿：過濾操作所處理的懸浮液濾漿：過濾操作所處理的懸浮液 過濾介質(zhì)：所用的多孔物質(zhì)（過濾介質(zhì)是織物時，稱為濾布過濾介質(zhì)：所用的多孔物質(zhì)（過濾介質(zhì)是織物時，稱為濾布)； 濾液：通過介質(zhì)孔道的液體；濾液：通過介質(zhì)孔道的液體； 濾餅（濾渣）：被截留的物質(zhì)。濾餅（濾渣）：被截留的物質(zhì)。4.4 4.4 過濾原理及設(shè)備過濾原理及設(shè)備深層過濾 濾餅兩方式過濾種過濾深層過濾深層過濾濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾濾餅過濾推動力：重力、壓力、離心力推動力：重

18、力、壓力、離心力 濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾濾餅過濾過濾介質(zhì)：過濾介質(zhì)： 多孔性介質(zhì)、耐腐蝕、耐熱并具有多孔性介質(zhì)、耐腐蝕、耐熱并具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。足夠的機(jī)械強(qiáng)度。 工業(yè)用過濾介質(zhì)主要有：工業(yè)用過濾介質(zhì)主要有： 織物介質(zhì)織物介質(zhì)，如棉、麻、絲、毛、合，如棉、麻、絲、毛、合 成纖維、金屬絲等編織成纖維、金屬絲等編織 成的濾布；成的濾布； 多孔性固體介質(zhì)多孔性固體介質(zhì)，如素瓷板或管、，如素瓷板或管、 燒結(jié)金屬等。燒結(jié)金屬等。 堆積介質(zhì)，堆積介質(zhì)，沙、木炭之類的固體顆沙、木炭之類的固體顆粒堆積而成。粒堆積而成。濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾濾餅過濾濾餅的壓縮性：濾餅的壓縮性： 空隙結(jié)構(gòu)易變形的濾餅

19、為可壓縮濾餅。空隙結(jié)構(gòu)易變形的濾餅為可壓縮濾餅。 濾餅受壓，流動阻力助濾劑加入，使濾餅疏松而堅硬 目的：回收濾餅中濾液，或除去濾餅中可溶性雜質(zhì)；目的：回收濾餅中濾液，或除去濾餅中可溶性雜質(zhì)；濾餅的洗滌濾餅的洗滌濾漿濾漿濾餅濾餅過濾介質(zhì)過濾介質(zhì)濾液濾液濾餅過濾濾餅過濾過濾過程特點過濾過程特點 服從流體經(jīng)過固定床的流動規(guī)律，服從流體經(jīng)過固定床的流動規(guī)律， 隨過濾進(jìn)行，床層厚度隨過濾進(jìn)行，床層厚度，過濾阻力，過濾阻力。dVdquAdd設(shè)過濾設(shè)備的過濾面積為設(shè)過濾設(shè)備的過濾面積為A，在過濾時間為，在過濾時間為時獲得時獲得的濾液量為的濾液量為V,V,過濾速率過濾速率u u定義為單位時間內(nèi)，單位過定義為單

20、位時間內(nèi)，單位過濾面積所得的濾液量。濾面積所得的濾液量。qV/A通過單位過濾面積的濾液總量通過單位過濾面積的濾液總量壓濾和吸濾壓濾和吸濾：板框式壓濾機(jī)（間歇式操作）；：板框式壓濾機(jī)（間歇式操作）； 葉濾機(jī)葉濾機(jī)（間歇式操作）（間歇式操作） ； 回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)（連續(xù)操作）?；剞D(zhuǎn)真空過濾機(jī)（連續(xù)操作）。 離心過濾離心過濾：離心過濾機(jī)：離心過濾機(jī)。 2、過濾設(shè)備、過濾設(shè)備（1）葉濾機(jī)）葉濾機(jī)濾液淤泥濾漿123結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)和工作原理 主要部件：濾葉主要部件：濾葉 操作方式：操作方式：間歇操作間歇操作 操作周期：過濾操作周期：過濾 洗滌洗滌 卸渣卸渣（2）板框式壓濾機(jī)）板框式壓濾機(jī)(2) 板框式壓

21、濾機(jī)板框式壓濾機(jī) 結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)和工作原理 濾框、濾框、 濾板濾板 洗滌板，非洗滌板。洗滌板，非洗滌板。料液通道2鈕1鈕3鈕洗滌液通道洗滌板框非洗滌板排列方式：板、框交替，個數(shù)可調(diào)。排列方式：板、框交替，個數(shù)可調(diào)。 操作周期：組裝操作周期：組裝過濾過濾洗滌洗滌卸渣卸渣整理。整理。 操作方式：間歇操作操作方式：間歇操作濾濾 液液濾漿濾漿過濾過程：過濾過程：洗液洗液廢洗液廢洗液洗滌過程：洗滌過程：過濾終了過濾終了L濾液穿過濾液穿過濾餅厚度濾餅厚度L/2L 流通截面流通截面2A(A框面積框面積)A組裝組裝:非洗滌板非洗滌板-框框-洗滌板洗滌板-框框-非洗滌板非洗滌板-框框-洗滌板洗滌板-框框-洗

22、滌洗滌L濾 液料 漿清 洗 水洗 滌 液開啟關(guān)閉閥 門漿 料清 洗 水組裝組裝:非洗滌板非洗滌板-框框-洗滌板洗滌板-框框-非洗滌板非洗滌板-框框-洗滌板洗滌板-框框-優(yōu)點：操作靈活，過濾面積大，可承受較大壓力；優(yōu)點：操作靈活，過濾面積大，可承受較大壓力； 缺點：勞動強(qiáng)度大，操作不連續(xù)，生產(chǎn)效率低。缺點：勞動強(qiáng)度大，操作不連續(xù)，生產(chǎn)效率低。(2) 板框式壓濾機(jī)板框式壓濾機(jī)廂式壓濾機(jī)廂式壓濾機(jī)嵌入式濾布的濾板結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)和工作原理 主要部件：水平轉(zhuǎn)筒、分配頭；主要部件：水平轉(zhuǎn)筒、分配頭； 操作方式：操作方式：恒壓、連續(xù)操作；恒壓、連續(xù)操作； (3) 回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)1-1-轉(zhuǎn)筒

23、；轉(zhuǎn)筒；2-2-分配頭；分配頭；3-3-洗滌水噴嘴洗滌水噴嘴4-4-刮刀；刮刀；5-5-懸浮液槽；懸浮液槽；6-6-攪拌器攪拌器卸渣區(qū)卸渣區(qū)洗滌脫水區(qū)洗滌脫水區(qū)過濾區(qū)過濾區(qū)1 12 23 34 45 56 6回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)操作簡圖回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)操作簡圖操作周期操作周期 (旋轉(zhuǎn)一周旋轉(zhuǎn)一周)： 過濾過濾 洗滌洗滌 吸干吸干 吹松吹松 卸渣。卸渣。1、2與濾液儲槽相同的槽；與濾液儲槽相同的槽；3與洗液相通的槽；與洗液相通的槽；4、5通壓縮空氣的孔通壓縮空氣的孔1 12 23 34 45 5轉(zhuǎn)動盤轉(zhuǎn)動盤固定盤固定盤12345 回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)的分配頭轉(zhuǎn)動盤固定盤1、2與濾液儲槽相同的槽；3與洗液相通的

24、槽；4、5通壓縮空氣的孔（4）離心機(jī)）離心機(jī)結(jié)構(gòu)與原理：結(jié)構(gòu)與原理：在高速旋轉(zhuǎn)的多孔轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁敷設(shè)濾布。懸浮液在高速旋轉(zhuǎn)的多孔轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁敷設(shè)濾布。懸浮液中的液體在慣性離心力的作用下穿過顆粒層和濾布流到轉(zhuǎn)鼓中的液體在慣性離心力的作用下穿過顆粒層和濾布流到轉(zhuǎn)鼓外部空間。外部空間。 臥式刮刀離心機(jī)三足刮刀下離心機(jī)臥式活塞推料離心機(jī)三足式離心機(jī) 濾 漿 濾 液 濾 葉 的 構(gòu) 造葉濾機(jī)葉濾機(jī)板框過濾機(jī)板框過濾機(jī)洗洗板板板框壓濾機(jī)板框壓濾機(jī)框框非非洗洗板板洗洗板板一個操作循環(huán)：一個操作循環(huán)：過濾、洗滌、卸渣、整理重裝過濾、洗滌、卸渣、整理重裝 濾液流出濾液流出懸懸浮浮液液入入口口洗滌液流出洗滌液流出洗洗滌滌

25、液液入入口口屬間歇式屬間歇式特點：特點：橫穿洗滌：橫穿洗滌：Lw=2L過濾終了L濾液穿過濾餅厚度L/2L 流通截面2A(A框面積)A洗滌L 回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)上的轉(zhuǎn)筒過濾區(qū)過濾區(qū)洗滌區(qū)洗滌區(qū)吹干區(qū)吹干區(qū)卸渣區(qū)卸渣區(qū)1、2與濾液儲槽相同的槽；3與洗液相通的槽；4、5通壓縮空氣的孔12345轉(zhuǎn)動盤固定盤回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)4.5 過濾過程計算過濾過程計算(1)物料衡算物料衡算 PP/1/ （） 對固體顆粒在液體中不發(fā)生溶脹（體積無變化）的物對固體顆粒在液體中不發(fā)生溶脹（體積無變化）的物系，以每系，以每Kg懸浮液為基準(zhǔn)，按體積加和原則可得懸浮液為基準(zhǔn)，按體積加和原則可得 ：懸浮液固含量的兩種表示

26、方法：懸浮液固含量的兩種表示方法：質(zhì)量分?jǐn)?shù)，：質(zhì)量分?jǐn)?shù)，KgKg固體固體/ Kg / Kg 懸浮液；懸浮液；：體積分?jǐn)?shù)，：體積分?jǐn)?shù)，m m3 3固體固體/ m/ m3 3懸浮液。懸浮液。p p固體顆粒的密度，固體顆粒的密度， 濾液的密度濾液的密度.1過濾過程的數(shù)學(xué)描述過濾過程的數(shù)學(xué)描述(1)(1)物料衡算物料衡算總物料體積衡算總物料體積衡算固體體積衡算固體體積衡算 VAVL懸1VLA懸（）1VLALA（）（）所以所以11VLqA對一定的懸浮液對一定的懸浮液 一定，若濾餅一定，若濾餅一定，一定， 。Lq一般一般 ，1Lq則則過濾面積過濾面積 .1過濾過程的數(shù)學(xué)描

27、述過濾過程的數(shù)學(xué)描述濾餅兩側(cè)的壓強(qiáng)差，濾餅兩側(cè)的壓強(qiáng)差，P Pa a，即過濾推動力，即過濾推動力 ，dVdquAdd液體在濾餅空隙中的流動多處于康采尼公式適用液體在濾餅空隙中的流動多處于康采尼公式適用的低雷諾數(shù)范圍（的低雷諾數(shù)范圍（ ）。）。Re2 32211dqudaKL（）,1Lq231K ar（）并令 111dqqdrLr qr 所以：（）（）(2)(2)過濾速率過濾速率由康采尼公式得由康采尼公式得 式中式中 ddq過濾推動力過濾阻力 u 表觀速度表觀速度濾液經(jīng)過濾餅的速率為濾液經(jīng)過濾餅的速率為濾液經(jīng)過介質(zhì)的速率為濾液經(jīng)過介質(zhì)的速率為1dqdr q 2edqdr q 仿照當(dāng)量長度表示管件

28、局部阻力的辦法，假設(shè)過濾介質(zhì)對濾液仿照當(dāng)量長度表示管件局部阻力的辦法，假設(shè)過濾介質(zhì)對濾液流動的阻力與厚度為流動的阻力與厚度為Le的濾餅層阻力相等，而過濾得到厚度為的濾餅層阻力相等，而過濾得到厚度為Le的濾餅層所通過的濾液量為的濾餅層所通過的濾液量為Ve ，單位過濾面積上通過的濾液，單位過濾面積上通過的濾液量為量為 qe=Ve/A ， qe，Ve，Le 實際上是虛擬的量。實際上是虛擬的量。12eedqdrqqr （）（q+q ）12 濾餅壓降濾餅壓降介質(zhì)壓降介質(zhì)壓降過濾操作的總壓差過濾操作的總壓差 2 u 表觀速度表觀速度 112eedqdrqqr （）（q+q ）2Kr 令：edqKd可得：2

29、（q+q ）2e2dVKAd（V+V）式中式中V Ve e= Aq= Aqe e為形成與過濾介質(zhì)阻力相等的濾餅為形成與過濾介質(zhì)阻力相等的濾餅層所得的濾液量。層所得的濾液量。過濾基本方程式過濾基本方程式 (3) 濾餅比阻濾餅比阻 r 及及 K 濾餅比阻濾餅比阻 23(1)k ar說明：濾餅結(jié)構(gòu)對過濾阻力的影響，大小與濾餅特性說明：濾餅結(jié)構(gòu)對過濾阻力的影響，大小與濾餅特性 常數(shù)常數(shù) a、有關(guān)。有關(guān)。r與壓差與壓差關(guān)系關(guān)系不可壓縮濾餅：不可壓縮濾餅：a、=常數(shù)，則常數(shù)，則 r 與與無關(guān)無關(guān)r 時，則0srr r0：單位壓差下的濾餅比阻，與：單位壓差下的濾餅比阻，與 無關(guān)。無關(guān)。 s ：壓縮指數(shù)：壓縮

30、指數(shù) 不可壓縮濾餅不可壓縮濾餅 s =0； 可壓縮濾餅可壓縮濾餅 s0 , (0.2-0.8)。可壓縮濾餅：可壓縮濾餅：2Kr K值值與懸浮液的性質(zhì)和操作壓力與懸浮液的性質(zhì)和操作壓力有關(guān)。有關(guān)。對一定的懸浮液，若操作壓力不變，對一定的懸浮液，若操作壓力不變，K為常數(shù)。為常數(shù)。4.5.2間歇過濾的濾液量與過濾時間的關(guān)系間歇過濾的濾液量與過濾時間的關(guān)系 過濾的操作方式：過濾的操作方式： 恒壓過濾：恒壓過濾：一定，過濾阻力一定，過濾阻力，u； 恒速過濾：恒速過濾： u 一定，一定， 則需則需 ； 先升壓（或先恒速）后恒壓過濾先升壓（或先恒速）后恒壓過濾定義：供料的體積流量等于濾液流出的體積流量，過定

31、義：供料的體積流量等于濾液流出的體積流量，過濾速率維持恒定。濾速率維持恒定。特點：恒速率，變壓差特點：恒速率，變壓差 。dqqdqLdd 常數(shù)，濾餅，阻力，為使為常數(shù)，。2e2Kqqq22e2KVVVA或或方程描述：方程描述：edqKd常數(shù)2（q+q ）(1) 恒速過濾方程恒速過濾方程 定義：過濾操作在恒定壓強(qiáng)差下進(jìn)行定義：過濾操作在恒定壓強(qiáng)差下進(jìn)行 。特點：特點：K K為常數(shù)為常數(shù) 2dqdVLKdd，阻力，一定， 或，為常數(shù)re002qKqqdqd（）2e22e22qqqKVVVKA方程描述：方程描述：（2） 恒壓過濾方程恒壓過濾方程 edqKd2（q+q ）定義：在壓差達(dá)到恒定之前，已在

32、其他條件（如先升壓定義：在壓差達(dá)到恒定之前，已在其他條件（如先升壓或先恒速）下過濾了一段時間或先恒速）下過濾了一段時間1 1并獲得濾液量并獲得濾液量q q1 1，此時，此時壓差升到指定的壓差升到指定的，此后維持此，此后維持此不變進(jìn)行恒壓過濾不變進(jìn)行恒壓過濾直到終了。直到終了。 方程描述：方程描述：11e2qqKqqdqd（）221e112qqq qqK（）（） （）2221e112VVV VVKA（）（）（）（3）先升壓（或先恒速）后恒壓過濾）先升壓（或先恒速）后恒壓過濾 在直角坐標(biāo)上標(biāo)繪得一直線，由直線在直角坐標(biāo)上標(biāo)繪得一直線，由直線斜率可求出斜率可求出K K ，由由直線截距及直線截距及可求

33、可求出出q qe e 。e12qqqKK 在恒壓過濾時在恒壓過濾時 之間具有線性關(guān)系，直線的斜率之間具有線性關(guān)系，直線的斜率為為 ，截距為，截距為 。qq（ ）與 1Ke2qK（4）過濾常數(shù)的測定）過濾常數(shù)的測定eeeKqVq A、（或）的測定2e2qqqK在恒壓條件下在恒壓條件下 ：（4）過濾常數(shù)的測定）過濾常數(shù)的測定 比阻比阻r r與壓降性指數(shù)與壓降性指數(shù)s s的測定的測定 22KrrKlg(r)lg( )ab可在不同的壓差下進(jìn)行恒壓過濾試驗，測得不同的可在不同的壓差下進(jìn)行恒壓過濾試驗，測得不同的K值，值，利用下式計算出不同壓差下的比阻。利用下式計算出不同壓差下的比阻。根據(jù)根據(jù) ，把不同的

34、，把不同的值對應(yīng)的值對應(yīng)的r在雙對數(shù)在雙對數(shù)坐標(biāo)上標(biāo)繪得到一條直線，根據(jù)直線的斜率和截距可坐標(biāo)上標(biāo)繪得到一條直線，根據(jù)直線的斜率和截距可求得壓降指數(shù)求得壓降指數(shù)s和和r0，從而確定比阻和壓降之間的實驗，從而確定比阻和壓降之間的實驗關(guān)系關(guān)系0srr 4.5.3洗滌速率與洗滌時間洗滌速率與洗滌時間 WWWeE()()dqdtrqq葉濾機(jī)的洗滌速率葉濾機(jī)的洗滌速率 葉濾機(jī)洗滌時，洗水的路徑與過濾終了時濾液所走的路葉濾機(jī)洗滌時，洗水的路徑與過濾終了時濾液所走的路徑相同，洗滌面積與過濾面積相同，即徑相同，洗滌面積與過濾面積相同，即當(dāng)洗滌與過濾終了時的操作壓強(qiáng)相等，洗滌液和濾液的當(dāng)洗滌與過濾終了時的操作壓

35、強(qiáng)相等，洗滌液和濾液的粘度相等時，粘度相等時，則洗滌速度與過濾最終速率相等則洗滌速度與過濾最終速率相等，即：，即：WWWeE2W()()2()()2()eedqKdtrqqqqdVKAdtVV若單位面積的洗滌用量為若單位面積的洗滌用量為qw，則洗滌時間為，則洗滌時間為W()wwdqqdt (1) (1)葉濾機(jī)的葉濾機(jī)的洗滌速率洗滌速率W22()2()()ewewwwqq qVV VdqqdtKKAWWWeE2W()()2()()2()eedqKdtrqqqqdVKAdtVV 板框壓濾機(jī)的洗滌時，洗水走的路徑為過濾終了時板框壓濾機(jī)的洗滌時，洗水走的路徑為過濾終了時濾液走的路徑的兩倍，洗滌面積為過

36、濾面積的一半，濾液走的路徑的兩倍，洗滌面積為過濾面積的一半，即即 WeE()2()eLLLLW2AA板框壓濾機(jī)的洗滌速率板框壓濾機(jī)的洗滌速率 WWWe()2()4()edqKdtrqqqq洗滌速率為：洗滌速率為：若單位面積的洗滌用量為若單位面積的洗滌用量為qw，則洗滌時間為，則洗滌時間為W()wwdqqdt當(dāng)采用相同體積的洗滌液時，板框壓濾機(jī)的洗滌時間是葉當(dāng)采用相同體積的洗滌液時，板框壓濾機(jī)的洗滌時間是葉濾機(jī)的四倍。濾機(jī)的四倍。當(dāng)洗滌與過濾終了時的操作壓強(qiáng)相等，洗滌液和濾液的當(dāng)洗滌與過濾終了時的操作壓強(qiáng)相等，洗滌液和濾液的粘度相等時，粘度相等時，板框壓濾機(jī)的洗滌時間為：板框壓濾機(jī)的洗滌時間為：

37、28()ewwVV VKAWW/(/2)()()wwwVAdqqdqdtdt4.5.4過濾過程的計算過濾過程的計算 過濾過程的計算可以分為設(shè)計型計算與操作型計算兩過濾過程的計算可以分為設(shè)計型計算與操作型計算兩種類型。種類型。 （1）設(shè)計型計算）設(shè)計型計算 給定或已知的參數(shù)：濾液量給定或已知的參數(shù)：濾液量 等可等可求出），過濾時間求出），過濾時間 ，選擇，選擇 。 計算目的：求所需要的過濾面積計算目的：求所需要的過濾面積A A。 （2 2）操作型計算）操作型計算 已知設(shè)備尺寸和參數(shù)，給定操作條件（或給定生產(chǎn)任已知設(shè)備尺寸和參數(shù)，給定操作條件（或給定生產(chǎn)任務(wù)），核算該過程設(shè)備可以完成的生產(chǎn)任務(wù)（或

38、求取務(wù)），核算該過程設(shè)備可以完成的生產(chǎn)任務(wù)（或求取相應(yīng)的操作條件）。相應(yīng)的操作條件）。 操作型計算均涉及到過濾機(jī)生產(chǎn)任務(wù)即生產(chǎn)能力的問操作型計算均涉及到過濾機(jī)生產(chǎn)任務(wù)即生產(chǎn)能力的問題。題。 P(VV 懸或、（ 、）、（3 3）間歇式過濾機(jī)生產(chǎn)能力）間歇式過濾機(jī)生產(chǎn)能力 已知已知A、，計算，計算Q Q ，這是典型的操作型問題。葉濾機(jī)和，這是典型的操作型問題。葉濾機(jī)和板框壓濾機(jī)都是典型的間歇式過濾機(jī)。其特點是：過濾、板框壓濾機(jī)都是典型的間歇式過濾機(jī)。其特點是：過濾、洗滌、卸餅、清洗濾布、組裝等操作是依次分階段進(jìn)行的。洗滌、卸餅、清洗濾布、組裝等操作是依次分階段進(jìn)行的。計算計算Q Q必須以一個操作周

39、期所需的總時間為基準(zhǔn)。必須以一個操作周期所需的總時間為基準(zhǔn)。WDWD過濾時間洗滌時間組裝，卸渣及清洗濾布等輔助時間WDVVQ一個操作周期的總時間一個操作周期的總時間 ：生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力 ：恒壓過濾曲線上任一點與恒壓過濾曲線上任一點與原點原點O聯(lián)線的斜率即為聯(lián)線的斜率即為Q 。相切時該直線斜率最大，相切時該直線斜率最大，即即(tw+tD)一定，取切點對應(yīng)一定，取切點對應(yīng)的的 topt 為過濾終止時間，過為過濾終止時間，過濾機(jī)的生產(chǎn)能力最大。濾機(jī)的生產(chǎn)能力最大。V,1opttO1Q2Qt1DWtt2DWtt ,2optt 設(shè)：轉(zhuǎn)筒過濾面積設(shè)：轉(zhuǎn)筒過濾面積A，轉(zhuǎn)動一周得濾液量，轉(zhuǎn)動一周得濾液量V，

40、轉(zhuǎn)筒浸沒分率轉(zhuǎn)筒浸沒分率，轉(zhuǎn)數(shù)，轉(zhuǎn)數(shù) n（rps）nT1nT2eeqqKq一周期濾液量：2eeqKqn22)eeKAQnqAnVnVn生產(chǎn)能力：wDVVQT回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)的生產(chǎn)能力回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)的生產(chǎn)能力Q生產(chǎn)周期：生產(chǎn)周期：過濾時間：過濾時間：恒壓過濾方程式：恒壓過濾方程式：2e2qqqK若介質(zhì)阻力忽略不計，則若介質(zhì)阻力忽略不計，則 QA K n 回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)上的轉(zhuǎn)筒過濾區(qū)過濾區(qū)洗滌區(qū)洗滌區(qū)吹干區(qū)吹干區(qū)卸渣區(qū)卸渣區(qū)例例1 某板框過濾機(jī)有某板框過濾機(jī)有5個濾框，框的尺寸為個濾框，框的尺寸為635 635 25mm。過濾操作在過濾操作在20、恒定壓差下進(jìn)行，過濾常數(shù)、恒定壓差下進(jìn)行，過濾常數(shù)K

41、=4.24 10-5m2/s，qe=0.0201m3/m2，濾餅體積與濾液體積之比，濾餅體積與濾液體積之比c=0.08 m3/m3，濾餅不洗滌，卸渣、重整等輔助時間為，濾餅不洗滌，卸渣、重整等輔助時間為10分鐘。試求框全充滿所需時間和生產(chǎn)能力。分鐘。試求框全充滿所需時間和生產(chǎn)能力。 現(xiàn)改用一臺回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)過濾濾漿，所用濾布與前相同，現(xiàn)改用一臺回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)過濾濾漿，所用濾布與前相同，過濾壓差也相同。轉(zhuǎn)筒直徑為過濾壓差也相同。轉(zhuǎn)筒直徑為1m，長度為，長度為1m，浸入角度為，浸入角度為120 。問轉(zhuǎn)鼓每分鐘多少轉(zhuǎn)才能維持與板框過濾機(jī)同樣的生。問轉(zhuǎn)鼓每分鐘多少轉(zhuǎn)才能維持與板框過濾機(jī)同樣的生產(chǎn)能力？

42、產(chǎn)能力？ 假設(shè)濾餅不可壓縮。假設(shè)濾餅不可壓縮。 回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)上的轉(zhuǎn)筒過濾區(qū)過濾區(qū)洗滌區(qū)洗滌區(qū)吹干區(qū)吹干區(qū)卸渣區(qū)卸渣區(qū)解：解：以一個框為基準(zhǔn)進(jìn)行計算?？蛉錆M時濾餅的體積為：以一個框為基準(zhǔn)進(jìn)行計算?？蛉錆M時濾餅的體積為： 30101. 0025. 0635. 0635. 0mV 餅餅濾液量濾液量 cVV餅餅 23/156. 0806. 0126. 0mm Kqqqe 222806. 0635. 0635. 022mAA側(cè)側(cè) 過濾面積過濾面積再根據(jù)恒壓過濾方程得：再根據(jù)恒壓過濾方程得： 222KAVVVe K=4.24 10-5m2/s，qe=0.0201m3/m2AVq 3126. 008.

43、 00101. 0m min0 .129 .7211024. 40201. 0156. 02156. 02522 sKqqqe smVQD/10773. 460100 .12126. 05534 改用回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)后，壓差不變，故改用回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)后，壓差不變，故K不變；不變；濾布不變，故濾布不變，故qe不變。不變。K=4.24 10-5m2/s，qe=0.0201m3/m2過濾面積過濾面積214. 311mDLA 30631. 014. 30201. 0mAqVee 12013603板框過濾機(jī)的生產(chǎn)能力為：板框過濾機(jī)的生產(chǎn)能力為：smnVQQ/10773. 434 設(shè)轉(zhuǎn)筒每秒鐘轉(zhuǎn)設(shè)轉(zhuǎn)筒每秒鐘

44、轉(zhuǎn)n轉(zhuǎn)，則回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)生產(chǎn)能力轉(zhuǎn)，則回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)生產(chǎn)能力222eVVVkAn回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)3166. 0mV 434.773 102.875 100.166nr p s助濾劑助濾劑：改變?yōu)V餅結(jié)構(gòu)，使之較為疏松且不被壓縮，則可提：改變?yōu)V餅結(jié)構(gòu)，使之較為疏松且不被壓縮，則可提高過濾與洗滌速率。助濾劑多為剛性較好的多孔性粒狀或纖高過濾與洗滌速率。助濾劑多為剛性較好的多孔性粒狀或纖維狀材料，如常用的硅藻土、膨脹珍珠巖、纖維素等。維狀材料，如常用的硅藻土、膨脹珍珠巖、纖維素等。絮凝劑絮凝劑：使分散的細(xì)顆粒凝聚成團(tuán)從而更容易過濾。絮凝劑：使分散的細(xì)顆粒凝聚成團(tuán)從而更容易過濾。絮凝劑有聚合電解質(zhì)類的如明膠、聚丙烯酰胺等，其長鏈高分子結(jié)有聚合電解質(zhì)類的如明膠、聚丙烯酰胺等，其長鏈高分子結(jié)構(gòu)為固體顆粒架橋而成絮團(tuán)；也有無機(jī)電解質(zhì)類的絮凝劑，構(gòu)為固體顆粒架橋而成絮團(tuán)；也有無機(jī)電解質(zhì)類的絮凝劑，其作用為破壞顆粒表面的雙電層結(jié)構(gòu)使顆粒依靠范德華力而其作用為破壞顆粒表面的雙電層結(jié)構(gòu)使顆粒依靠范德華力而聚并成團(tuán)。聚并成團(tuán)。動態(tài)過濾動態(tài)過濾 ：流動或機(jī)械攪動，限制濾餅厚度的增長，流動或機(jī)械攪動，限制濾餅厚度的增長，1、對于恒壓過濾、對于恒壓過濾_。（）濾液體積增大一