第五章沉降與過(guò)濾-制藥工程原理與設(shè)備

1、 第五章第五章 沉降與過(guò)濾沉降與過(guò)濾重點(diǎn)重點(diǎn)：過(guò)濾和沉降的基本理論、基本方程：過(guò)濾和沉降的基本理論、基本方程難點(diǎn)難點(diǎn)：過(guò)濾基本方程的應(yīng)用、過(guò)濾設(shè)備：過(guò)濾基本方程的應(yīng)用、過(guò)濾設(shè)備p均相物系均相物系(honogeneous system): 均相混合物均相混合物。物系內(nèi)。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

2、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。 概述概述混合物混合物均相混合物：所需分離的物質(zhì)在同一相中，不能用機(jī)械均相混合物：所需分離的物質(zhì)在同一相中，不能用機(jī)械 的方法分離；的方法分離；非均相混合物：由分散物質(zhì)和連續(xù)物質(zhì)組成的一個(gè)以上非均相混合物：由分散物質(zhì)和連續(xù)物質(zhì)組成的一個(gè)以上的相，可以用機(jī)械的方的相，可以用機(jī)械的方 法分離。相界面兩側(cè)的物質(zhì)性質(zhì)法分離。相界面兩側(cè)的物質(zhì)性質(zhì)不同。不同。 固體固體固體：固體混合

3、固體：固體混合固體固體液體：懸浮液液體：懸浮液 固體固體氣體：含塵氣體氣體：含塵氣體 液體液體氣體：含霧氣體氣體：含霧氣體液體液體液體：乳濁液液體：乳濁液非均相混合物非均相混合物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。非均相物系由非均相物系由分散相分散相和和連續(xù)相連續(xù)相組成組成p非均相物系的分離原理非均相物系的分離原理： 根據(jù)兩相物理性質(zhì)根據(jù)兩相物理性質(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

4、離。p非均相物系的分離方法非均相物系的分離方法： 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和過(guò)濾沉降和過(guò)濾兩種操作。兩種操作。p 定義：定義：p沉降力場(chǎng)：沉降力場(chǎng)：重力重力、離心力離心力。 在某種力場(chǎng)的作用下，利用在某種力場(chǎng)的作用下，利用分散物質(zhì)分散物質(zhì)與與分散介質(zhì)分散介質(zhì)的的密度差異密度差異，使之發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而分離的單元操作。，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)：沉降操作分類(lèi)：重力沉降重力沉

5、降、離心沉降離心沉降。第一節(jié)第一節(jié) 沉降沉降 Settling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，這種作用力通常稱為曳力種作用力通常稱為曳力（drag force)drag force)或阻力?；蜃枇ΑＶ灰w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

6、，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。一、顆粒運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力一、顆粒運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力 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。 阻力系數(shù)，是雷諾數(shù)阻力系數(shù)，是雷諾數(shù)ReRe的函數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定。的函數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定。22uAFd)()(udRpe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)算層流區(qū)層流區(qū)過(guò)渡區(qū)過(guò)渡區(qū)湍流區(qū)湍流區(qū)tRe/248 . 0Re/5 .18t44

7、.0 tRe/248 . 0Re/5 .18t44.0層流區(qū)層流區(qū)（斯托克斯（斯托克斯StokesStokes區(qū)，區(qū)，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)過(guò)渡區(qū)（艾侖（艾侖AllenAllen區(qū)，區(qū)，11Re500Re500）湍流區(qū)湍流區(qū)（牛頓（牛頓NewtonNewton區(qū)，區(qū)，500Re10500Re105 5） 圖中曲線大致可分為三個(gè)區(qū)域，各區(qū)域圖中曲線大致可分為三個(gè)區(qū)域，各區(qū)域的曲線可分別用不同的計(jì)算式表示為：的曲線可分別用不同的計(jì)算式表示為： 自由沉降自由沉降（f

8、ree settling）： 單個(gè)顆粒在流體中沉降，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條件下沉降。不碰撞的條件下沉降。 二二、重力沉降重力沉降 重力沉降重力沉降(gravity settling)：由地球由地球引力作用而發(fā)生的顆粒沉降過(guò)程，稱為引力作用而發(fā)生的顆粒沉降過(guò)程，稱為重力沉降重力沉降。1 1 沉降速度沉降速度1.1 1.1 球形顆粒的自由沉降球形顆粒的自由沉降ddumFFFdbg243)(udgddupppp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)為根據(jù)牛頓第二定律，顆粒的重力沉降運(yùn)動(dòng)

9、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ui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） ：也稱為終端速度，勻速階段顆也稱為終端速度，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/

10、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)(2ppgdtupptdgu3122225)(4ppdgtu)(3過(guò)渡區(qū)（過(guò)渡區(qū)（11Re500Re500）湍流區(qū)（湍流區(qū)（500500Re10Re105 5）u ut t與與d dp p有關(guān)。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

11、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。1.1.假設(shè)流體流動(dòng)類(lèi)型；假設(shè)流體流動(dòng)類(lèi)型；2.2.計(jì)算沉降速度；計(jì)算沉降速度；3.3.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；4.4.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 !求沉降速度通常采用試差法。求沉降速度通常采用試差法。沉降速度的求法：沉降速度的求法： 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

12、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，計(jì)算有效。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)(2ppgdt

13、u1) 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：2 2 影響沉降速度的因素影響沉降速度的因素( (以層流區(qū)為例以層流區(qū)為例) ) 4)

14、 顆粒形狀顆粒形狀在實(shí)際沉降中：在實(shí)際沉降中：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。pSSs 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

15、.575 m以上顆粒以上顆粒-用于除去用于除去510 m 顆粒顆粒 降塵室：利用重力沉降分離含塵氣體中塵粒的設(shè)備，降塵室：利用重力沉降分離含塵氣體中塵粒的設(shè)備，是一種最是一種最原始的分離方法。一般作為預(yù)分離之用，分離粒徑較大的塵粒。原始的分離方法。一般作為預(yù)分離之用，分離粒徑較大的塵粒。降塵室的示意圖降塵室的示意圖降塵室降塵室假設(shè)顆粒運(yùn)動(dòng)的水平分速度與氣體的流速假設(shè)顆粒運(yùn)動(dòng)的水平分速度與氣體的流速 u 相同；相同；停留時(shí)間停留時(shí)間Tl/u沉降時(shí)間沉降時(shí)間TtH/ ut顆粒分離出來(lái)的條件是顆粒分離出來(lái)的條件是 l/uH/ utlHb凈化氣體凈化氣體含塵氣體含塵氣體uut降塵室的計(jì)算降塵室的計(jì)算增

16、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擋板擋板 耙耙 稠漿稠漿 連續(xù)式沉降槽請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫(huà)請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫(huà)結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：除塵原理：除塵原理：用于分離出液用于分離出液- -固混合物固混合物與降塵室一樣，與降塵室一樣，沉降槽的生產(chǎn)能沉降槽的生產(chǎn)能力是由截面積來(lái)力是由截面積來(lái)保證的，與其高保證的，與其高度無(wú)關(guān)。故沉降度無(wú)關(guān)。故沉降槽多為扁平狀。槽多為扁平狀。 與降塵室相同與降塵室相同【例 3-1】 有一玉米淀粉水懸浮液，溫度C200，淀粉顆粒平均直徑為m15，淀粉顆粒吸水后的密度為3mkg1020，試求顆粒的沉降速度。 解：先假定沉降在層流區(qū)進(jìn)行，故 18)(20gduPP 已知：36

17、mkg1020,m1015m15Ppd 查出C200的水的sPa10005.1,mkg2 .99833代入上式得： 163260sm1066.2807.910005.118)2 .9981020()1015(u 檢驗(yàn) Re 值：11096. 310005. 12 .9981066. 21015Re53660udP 計(jì)算結(jié)果表明， 與假設(shè)相符， 故算得的160sm1066. 2u 正確。 第二節(jié)第二節(jié) 離心沉降離心沉降離心沉降是靠慣性離心力作用而實(shí)現(xiàn)的沉降過(guò)程。特點(diǎn)：沉降速度快，分離效果好主要設(shè)備：分離氣固非均相混合物設(shè)備：旋風(fēng)分離器分離液固非均相混合物設(shè)備：旋液分離器，沉降離心機(jī)離心沉降：離心

18、沉降： 依靠慣性離心力的作用而實(shí)現(xiàn)依靠慣性離心力的作用而實(shí)現(xiàn)的沉降過(guò)程的沉降過(guò)程 適于分離兩相密度差較小，顆粒粒度較細(xì)的非均適于分離兩相密度差較小，顆粒粒度較細(xì)的非均相物系。相物系。 重力場(chǎng)重力場(chǎng)離心力場(chǎng)離心力場(chǎng)力場(chǎng)強(qiáng)度力場(chǎng)強(qiáng)度重力加速度重力加速度g gu uT T2 2/R/R 方向方向指向地心指向地心 沿旋轉(zhuǎn)半徑從中心指向外周沿旋轉(zhuǎn)半徑從中心指向外周 Fg=mg 2TCuFmR作用力作用力 慣性離心力場(chǎng)與重力場(chǎng)的區(qū)別慣性離心力場(chǎng)與重力場(chǎng)的區(qū)別 一、離心力作用下的沉降速度一、離心力作用下的沉降速度r r1 1r r2 2A Ar rC CB Bu ur ru uu ut t顆粒在旋轉(zhuǎn)流體中的

19、運(yùn)動(dòng)顆粒在旋轉(zhuǎn)流體中的運(yùn)動(dòng)當(dāng)一個(gè)球形顆粒繞中心軸作圓周運(yùn)動(dòng)當(dāng)一個(gè)球形顆粒繞中心軸作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，就產(chǎn)生慣性離心力。時(shí)，就產(chǎn)生慣性離心力。如圖：球體直徑為如圖：球體直徑為d d，切向運(yùn)動(dòng)速度，切向運(yùn)動(dòng)速度為為u ut t，球體距中心，球體距中心o o點(diǎn)的距離為點(diǎn)的距離為r r，球形，球形顆粒顆粒s，流體，流體。則顆粒在圖示位置受三個(gè)力作用則顆粒在圖示位置受三個(gè)力作用: :o()慣性離心力從中心指向外周阻力 與離心力方向相反向心力 指向中心軸 點(diǎn) 相當(dāng)于重力場(chǎng)中浮力達(dá)平衡時(shí)，顆粒在徑向上相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度就是離達(dá)平衡時(shí)，顆粒在徑向上相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度就是離心沉降速度心沉降速度u ur r慣性離心

20、力向心力慣性離心力向心力= =阻力阻力236TcppuFdR離心力 236TbpuFdR浮 力 2422rpdudF阻力2223u()0642pTrppdudR顆粒在離心力場(chǎng)中沉降時(shí)，在徑向沉降方向上受力分析。顆粒在離心力場(chǎng)中沉降時(shí)，在徑向沉降方向上受力分析。若這三個(gè)力達(dá)到平衡，則有若這三個(gè)力達(dá)到平衡，則有u離心力離心力 Fc阻力阻力 Fd浮力浮力 Fb顆粒在離心力場(chǎng)中的受力分析顆粒在離心力場(chǎng)中的受力分析2 2 離心沉降速度離心沉降速度24()3ppTrduuR離心沉降速度：顆粒在徑向上相對(duì)于流體的速度，就是這個(gè)位離心沉降速度：顆粒在徑向上相對(duì)于流體的速度，就是這個(gè)位置上的離心沉降速度置上的離

21、心沉降速度。 在離心沉降分離中，當(dāng)顆粒所受的流體阻力處于斯托克斯區(qū)，在離心沉降分離中，當(dāng)顆粒所受的流體阻力處于斯托克斯區(qū)，離心沉降速度為離心沉降速度為: :22p()18pTrduuR24R e4(10R e1)2p()18ptdug與重力沉降比較與重力沉降比較2()urTctuKuR g重KcKc叫離心分離因數(shù)，表明同一顆粒在同一介質(zhì)中離心場(chǎng)強(qiáng)度與重力叫離心分離因數(shù)，表明同一顆粒在同一介質(zhì)中離心場(chǎng)強(qiáng)度與重力場(chǎng)強(qiáng)度之比，無(wú)因次，是離心分離設(shè)備的重要性能參數(shù)。場(chǎng)強(qiáng)度之比，無(wú)因次，是離心分離設(shè)備的重要性能參數(shù)。 注意：注意：離心沉降與重力沉降的類(lèi)比。離心沉降與重力沉降的類(lèi)比。比較比較u ur r，

22、u ut t：U Ur r：是顆粒絕對(duì)運(yùn)動(dòng)速度在徑向上的分量，方向沿徑向向外，：是顆粒絕對(duì)運(yùn)動(dòng)速度在徑向上的分量，方向沿徑向向外，隨隨r r方向及大小而變化，不是恒值。由于顆粒和流體同時(shí)做圓方向及大小而變化，不是恒值。由于顆粒和流體同時(shí)做圓周運(yùn)動(dòng)，顆粒的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)半徑逐漸擴(kuò)大的螺旋線。周運(yùn)動(dòng)，顆粒的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)半徑逐漸擴(kuò)大的螺旋線。離心沉降速度并不是顆粒的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度，只是其在徑向上的離心沉降速度并不是顆粒的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度，只是其在徑向上的分量。分量。 u ut t：恒值，方向向下：恒值，方向向下旋風(fēng)分離器用于分離氣體中的固體顆粒旋風(fēng)分離器用于分離氣體中的固體顆粒旋液分離器用于分離

23、液體中的固體顆粒旋液分離器用于分離液體中的固體顆粒 重力沉降重力沉降 離心沉降離心沉降 降塵室用于分離氣體中的固體顆粒降塵室用于分離氣體中的固體顆粒增稠器用于分離液體中的固體顆粒增稠器用于分離液體中的固體顆粒 旋風(fēng)分離器是利用離心力作用凈制氣體的設(shè)備。旋風(fēng)分離器是利用離心力作用凈制氣體的設(shè)備。 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便；其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便；分離效率高；分離效率高；可用于高溫含塵氣體的分離；可用于高溫含塵氣體的分離；特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：外圓筒；外圓筒；內(nèi)圓筒；內(nèi)圓筒；錐形筒。錐形筒。3 3 旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器( (cyclone separator)cyclone separator)含塵氣

24、體從圓筒上部長(zhǎng)方形切線含塵氣體從圓筒上部長(zhǎng)方形切線進(jìn)口進(jìn)入。入口氣速約為進(jìn)口進(jìn)入。入口氣速約為1520m/s。含塵氣體沿圓筒內(nèi)壁作旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。含塵氣體沿圓筒內(nèi)壁作旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。顆粒的離心力較大，被甩向外層，顆粒的離心力較大，被甩向外層，氣流在內(nèi)層。氣固得以分離。氣流在內(nèi)層。氣固得以分離。在圓錐部分，旋轉(zhuǎn)半徑縮小而切在圓錐部分，旋轉(zhuǎn)半徑縮小而切向速度增大，氣流與顆粒作下螺旋向速度增大，氣流與顆粒作下螺旋運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)。在圓錐的底部附近，氣流轉(zhuǎn)為上在圓錐的底部附近，氣流轉(zhuǎn)為上升旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，最后由上部出口管排升旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，最后由上部出口管排出；出；固相沿內(nèi)壁落入灰斗。固相沿內(nèi)壁落入灰斗。外圓筒外圓筒內(nèi)圓筒內(nèi)圓筒錐

25、形筒錐形筒切向入口切向入口關(guān)風(fēng)器關(guān)風(fēng)器(防止空氣進(jìn)入防止空氣進(jìn)入)含塵氣體含塵氣體固相固相凈化氣體凈化氣體外螺旋外螺旋內(nèi)螺旋內(nèi)螺旋工作過(guò)程工作過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器的尺寸標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器的尺寸4/8/,2,22/, 4/, 2/2211DDDSDHDHDDDBDhH1H2SBDD1hui雙聯(lián)雙聯(lián)四聯(lián)四聯(lián) 用若干個(gè)小旋風(fēng)分離器并來(lái)代替一個(gè)大旋風(fēng)分離用若干個(gè)小旋風(fēng)分離器并來(lái)代替一個(gè)大旋風(fēng)分離器，可以提高分離效率。器，可以提高分離效率。 利用離心力的作用，使懸浮液中固體顆粒增稠或使粒徑不同利用離心力的作用，使懸浮液中固體顆粒增稠或使粒徑不同及密度不同的顆粒進(jìn)行分級(jí)。及密度不同的顆粒進(jìn)行分級(jí)。結(jié)構(gòu)和工作原理

26、：結(jié)構(gòu)和工作原理：與旋風(fēng)分離器相似。與旋風(fēng)分離器相似。4 4 旋液分離器旋液分離器( (hydraulic cyclone)hydraulic cyclone)l懸浮液從圓筒上部的切向進(jìn)口進(jìn)入器內(nèi)，旋轉(zhuǎn)向下流動(dòng)。懸浮液從圓筒上部的切向進(jìn)口進(jìn)入器內(nèi)，旋轉(zhuǎn)向下流動(dòng)。工作過(guò)程：工作過(guò)程：l液流中的顆粒受離心力作用，沉降到器壁，并隨液流下降液流中的顆粒受離心力作用，沉降到器壁，并隨液流下降到錐形底的出口，成為較稠的懸浮液而排出，稱為底流。到錐形底的出口，成為較稠的懸浮液而排出，稱為底流。l澄清的液體或含有較小較輕顆粒的液體，則形成向上的內(nèi)澄清的液體或含有較小較輕顆粒的液體，則形成向上的內(nèi)旋流，經(jīng)上部中

27、心管從頂部溢流管排出，稱為溢流。旋流，經(jīng)上部中心管從頂部溢流管排出，稱為溢流。 5 5 沉降式離心機(jī)沉降式離心機(jī) 沉降式離心機(jī)是利用離心沉降的原理分離懸浮液或乳濁液沉降式離心機(jī)是利用離心沉降的原理分離懸浮液或乳濁液的機(jī)械。的機(jī)械。 5.1 5.1 管式離心機(jī)（管式離心機(jī)（tubular-bowl centrifugetubular-bowl centrifuge） 轉(zhuǎn)鼓由轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。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于兩種液體的密度不同而分成內(nèi)、外兩液層。外層為重成內(nèi)、外兩液層。外層為重

28、液層，內(nèi)層為輕液層。到達(dá)液層，內(nèi)層為輕液層。到達(dá)頂部后，輕液與重液分別從頂部后，輕液與重液分別從各自的溢流口排出。各自的溢流口排出。 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。乳濁液通碟片上開(kāi)有小孔。乳濁液通過(guò)小孔流到碟片的間隙。在過(guò)小孔流到碟片的間隙。在離心力作用下，重液沿著每離心力作用下，重液沿著每個(gè)碟片的斜面沉降，并向轉(zhuǎn)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)，匯集后片的斜面向上移動(dòng)，匯集后由輕液出口排出。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

29、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。脂等；也可以澄清含少量細(xì)小顆粒固體的懸浮液。5.2 5.2 碟式離心機(jī)（碟式離心機(jī)（disk-bowl centrifugedisk-bowl centrifuge）工作原理：工作原理： 離心機(jī)離心機(jī) 煩人殼體內(nèi)設(shè)有可高速旋轉(zhuǎn)的煩人殼體內(nèi)設(shè)有可高速旋轉(zhuǎn)的 轉(zhuǎn)鼓，鼓壁轉(zhuǎn)鼓，鼓壁上開(kāi)有許多小孔，內(nèi)側(cè)襯有一層或多層濾布。工作時(shí)，上開(kāi)有許多小孔，內(nèi)側(cè)襯有一層或多層濾布。工作時(shí)，液體在離心力的作用下穿過(guò)濾布及壁上的小孔而排出，液體在離心力的作用下穿過(guò)濾布及壁上的小孔而排出，顆粒被截留于濾布表面。顆粒被截留于濾布

30、表面。5.3 5.3 三足式離心機(jī)三足式離心機(jī)造價(jià)低廉，抗震性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。分離粒徑為0.05 5mm。特點(diǎn)：特點(diǎn)：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；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。 第三節(jié)

31、第三節(jié) 過(guò)過(guò) 濾濾一、基本概念一、基本概念1 過(guò)濾過(guò)濾(filtration) 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：(食用油脫色后出去活性炭和漂白土、牛奶去雜）食用油脫色后出去活性炭和漂白土、牛奶去雜） 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：

32、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，顆粒被攔截，濾液澄清。截，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)。餅本身，而非過(guò)濾介質(zhì)。2 過(guò)濾方式過(guò)濾方式過(guò)濾的操作基本方式有兩種：過(guò)濾的操作基本方式有兩種： 濾餅過(guò)濾濾餅過(guò)濾和和深層過(guò)濾深層過(guò)濾2.1 2.1 濾餅過(guò)濾濾餅過(guò)濾( (cake filtration)cake filtration)：餅層過(guò)濾餅層過(guò)濾架橋現(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”能夠能夠過(guò)發(fā)生。過(guò)發(fā)生。餅層過(guò)濾適于處理固體含量

33、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)特點(diǎn)：顆粒：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)象過(guò)濾對(duì)象：懸浮液中的固體顆粒小而少。：懸浮液中的固體顆粒小而少。過(guò)濾介質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)：堆積較厚的粒狀床層。：堆積較厚的粒狀床層。過(guò)濾原理過(guò)濾原理：顆粒尺寸：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)孔道壁上子的作用力附著在介質(zhì)孔道壁上, ,無(wú)無(wú)濾餅濾餅堆積堆積。應(yīng)用應(yīng)用：適于處理生產(chǎn)能力大而懸浮液中：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

34、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。2.2 深層過(guò)濾深層過(guò)濾(deep bed filtration)： 又稱深床過(guò)濾（又稱深床過(guò)濾（啤酒、果汁、色拉油過(guò)濾）啤酒、果汁、色拉油過(guò)濾）織物介質(zhì)織物介質(zhì)(又稱濾布又稱濾布) 由棉、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)(又稱粒狀介質(zhì)）又稱粒狀介質(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)

35、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。3 3 過(guò)濾介質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)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，并支承濾餅。促使濾餅的形成，并支承濾餅。（1 1）多孔性，液體流過(guò)的阻力小；）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

36、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)濾餅稱為不可壓縮濾餅。的流動(dòng)阻力可視作恒定，這類(lèi)濾餅稱為不可壓縮濾餅。 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。可壓縮濾餅可壓縮濾餅：若濾餅為膠體物質(zhì)時(shí)，當(dāng)壓強(qiáng)

37、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)濾餅稱為可壓縮濾餅。為可壓縮濾餅。 4 濾餅的壓縮性和助濾劑濾餅的壓縮性和助濾劑助濾劑助濾劑：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)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)就稱為助濾劑。顆粒狀物質(zhì)就稱為助濾劑。常用的助濾劑常用的

38、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

39、表面積來(lái)計(jì)算。二、過(guò)濾的基本理論二、過(guò)濾的基本理論1 濾液通過(guò)餅層的流動(dòng)濾液通過(guò)餅層的流動(dòng)顆粒床層的特性可用顆粒床層的特性可用空隙率、當(dāng)量直徑空隙率、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為空隙率。單位體積床層中的空隙體積稱為空隙率。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為比表面積。單位體積顆粒所具有的表面積稱為比表面積。2 顆粒床層的特性顆粒床層的特性322()5(1)cpdVuAdaL式中式中 V 濾

40、液量，濾液量，m3； t 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。任一瞬間的過(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。3 過(guò)濾速率過(guò)濾速率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：322)1(5ar由濾餅阻力和過(guò)濾介質(zhì)阻力兩部分組成，單位厚度濾餅由濾餅阻力和過(guò)濾介質(zhì)阻力兩部分組成，單位厚度濾餅所具有的阻力稱為比阻，所具有的阻力稱為比阻，r表示，反映顆粒形狀、尺寸及表示，反映顆粒形狀、尺寸及床層孔隙率對(duì)濾液流動(dòng)的影響。若濾餅厚度為床層孔隙率對(duì)濾液

41、流動(dòng)的影響。若濾餅厚度為L(zhǎng)，濾餅阻，濾餅阻力為力為式中式中 r r濾餅的比阻，濾餅的比阻，1/1/m m2 2, ,對(duì)于不可壓縮濾餅，對(duì)于不可壓縮濾餅，其計(jì)算式其計(jì)算式為：為：R=rL4 過(guò)濾阻力過(guò)濾阻力R=rLe過(guò)濾介質(zhì)阻力：過(guò)濾介質(zhì)阻力：LeLe當(dāng)量濾餅厚度，即與當(dāng)量濾餅厚度，即與 過(guò)濾介質(zhì)阻力相當(dāng)?shù)臑V餅層厚度過(guò)濾介質(zhì)阻力相當(dāng)?shù)臑V餅層厚度()()cmmmppdVpAdRRRR 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。實(shí)際操表示過(guò)濾推動(dòng)力，用兩層的阻力之和來(lái)表示總阻力。實(shí)際操作時(shí)，分為作

42、時(shí)，分為恒壓過(guò)濾恒壓過(guò)濾和恒速過(guò)濾。和恒速過(guò)濾。式中：式中：p 濾餅與濾布兩側(cè)的總壓強(qiáng)差，稱為濾餅與濾布兩側(cè)的總壓強(qiáng)差，稱為過(guò)濾壓強(qiáng)差過(guò)濾壓強(qiáng)差。4 過(guò)濾推動(dòng)力過(guò)濾推動(dòng)力為克服過(guò)濾過(guò)程中的阻力，必須施加一定的外力，如：為克服過(guò)濾過(guò)程中的阻力，必須施加一定的外力，如：重力、離心力和壓強(qiáng)差等，即過(guò)濾推動(dòng)力。制藥化工中重力、離心力和壓強(qiáng)差等，即過(guò)濾推動(dòng)力。制藥化工中常以壓強(qiáng)差為推動(dòng)力。通常，濾餅與濾布的面積相同。常以壓強(qiáng)差為推動(dòng)力。通常，濾餅與濾布的面積相同。所以兩層中的過(guò)濾速度應(yīng)相等，則：所以兩層中的過(guò)濾速度應(yīng)相等，則：p定義定義：過(guò)濾操作在恒定壓強(qiáng)下進(jìn)行時(shí)稱為恒壓過(guò)濾。：過(guò)濾操作在恒定壓強(qiáng)下進(jìn)行

43、時(shí)稱為恒壓過(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。p特點(diǎn)特點(diǎn)：三、恒壓過(guò)濾三、恒壓過(guò)濾對(duì)于一定的懸浮液，設(shè)每獲得對(duì)于一定的懸浮液，設(shè)每獲得1m1m3 3濾液所形成濾餅的體積濾液所形成濾餅的體積為為m m3 3，則濾餅厚度則濾餅厚度L L：v v 濾餅體積與相應(yīng)的濾液體積之比，濾餅體積與相應(yīng)的濾液體積之比，m m3 3/ m/ m3 3 即：即： 恒壓過(guò)濾方程式的推導(dǎo)恒壓過(guò)濾方程式的推導(dǎo)VLA若生成厚度為若生成厚度為L(zhǎng)eLe的濾餅層所獲得的濾液體積為的濾餅層所獲得的濾液體積為VeVe，則：，則：LAVeeV

44、LAV Ve e過(guò)濾介質(zhì)的虛擬濾液體積或當(dāng)量濾液體積，過(guò)濾介質(zhì)的虛擬濾液體積或當(dāng)量濾液體積，m m3 3 恒壓過(guò)濾方程式的推導(dǎo)恒壓過(guò)濾方程式的推導(dǎo)對(duì)于不可壓縮濾餅，可以導(dǎo)出下列關(guān)系式：對(duì)于不可壓縮濾餅，可以導(dǎo)出下列關(guān)系式：22ee=VKA22e+2V V=VKA虛擬過(guò)濾時(shí)間，即獲得體積為虛擬過(guò)濾時(shí)間，即獲得體積為VeVe的濾液所需時(shí)間，的濾液所需時(shí)間，s s eKK過(guò)濾常數(shù)，由物料特性及過(guò)濾壓強(qiáng)差決定，過(guò)濾常數(shù)，由物料特性及過(guò)濾壓強(qiáng)差決定， m m2 2/ s/ s ，對(duì)于不可壓縮濾餅，對(duì)于不可壓縮濾餅，K K與壓強(qiáng)差與壓強(qiáng)差PP成正比。成正比。恒壓過(guò)濾方程恒壓過(guò)濾方程22ee=+VVKA 令

45、令 q=V/A，qe=Ve/A恒壓過(guò)濾方程變?yōu)椋汉銐哼^(guò)濾方程變?yōu)椋?eeq =K2eq +2q q=K2eeqq=+K qe介質(zhì)常數(shù)，其值反應(yīng)反應(yīng)過(guò)濾介質(zhì)阻力的大小，介質(zhì)常數(shù)，其值反應(yīng)反應(yīng)過(guò)濾介質(zhì)阻力的大小， m3/m2當(dāng)過(guò)濾介質(zhì)的阻力可忽略，即當(dāng)過(guò)濾介質(zhì)的阻力可忽略，即qe和和 均為零時(shí)：均為零時(shí)：e2q =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)按操作方式分類(lèi)：間歇過(guò)濾機(jī)、連續(xù)過(guò)濾機(jī)：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)按操作壓強(qiáng)差分類(lèi)：壓濾、吸濾和離心過(guò)濾：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)

46、濾機(jī)（連續(xù)操作）過(guò)濾式離心機(jī)過(guò)濾式離心機(jī)四、過(guò)濾設(shè)備四、過(guò)濾設(shè)備結(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。濾板濾板：凹凸不平的表面，凸部用來(lái)支撐濾布，凹槽是濾：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。孔，是洗水通道。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。1 板框壓濾機(jī)板框壓濾機(jī)

47、 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?yàn)V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)操作循板框過(guò)濾機(jī)的操作是間歇式的，每個(gè)操作循環(huán)由環(huán)由裝合裝合、過(guò)濾過(guò)濾、洗滌洗滌、

48、卸渣卸渣、整理整理五個(gè)階段五個(gè)階段。過(guò)濾過(guò)程過(guò)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，的順序，濾板的兩側(cè)表面放上濾濾板的兩側(cè)表面放上濾布，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。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)用泵把濾漿送進(jìn)右上角右上角的濾漿通道，由通道流進(jìn)每個(gè)濾框里。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)

49、充滿濾餅為止。顆粒積存在濾框內(nèi)形成濾餅，直到框內(nèi)充滿濾餅為止。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

50、液粘度與濾液粘度相近的情況下，且在壓差相同時(shí)，洗滌液需穿越兩層濾布及整個(gè)板框內(nèi)的濾餅層，其流經(jīng)長(zhǎng)洗滌液需穿越兩層濾布及整個(gè)板框內(nèi)的濾餅層，其流經(jīng)長(zhǎng)度為過(guò)濾終了時(shí)濾液流經(jīng)長(zhǎng)度的度為過(guò)濾終了時(shí)濾液流經(jīng)長(zhǎng)度的2 2倍，而流通截面積缺只有倍，而流通截面積缺只有后者的一半，故洗滌速率約為過(guò)濾終了速率的后者的一半，故洗滌速率約為過(guò)濾終了速率的1/41/4。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。可根據(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（310k

51、g/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)筒轉(zhuǎn)筒，扇形格，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)

52、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、壓縮空凹槽、洗水真空凹槽、壓縮空氣凹槽，分別將動(dòng)盤(pán)的氣凹槽，分別將動(dòng)盤(pán)的18個(gè)孔個(gè)孔道分成三個(gè)通道道分成三個(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)示意圖轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖動(dòng)盤(pán)動(dòng)盤(pán)定盤(pán)定盤(pán)轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)筒金屬網(wǎng)金屬網(wǎng)濾布濾布濾餅濾餅攪拌器攪拌器洗滌噴頭洗滌噴頭料漿槽料漿槽刮刀刮刀2 2 轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)（rotary-drum vacuum filterrotary-drum vacuum filter）110987654321817161514131112動(dòng)盤(pán)動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)筒及分配頭

53、的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)筒及分配頭的結(jié)構(gòu)工作過(guò)程工作過(guò)程定盤(pán)定盤(pán)18格分成格分成6個(gè)工作區(qū)個(gè)工作區(qū)1區(qū)區(qū)(17格格)：過(guò)濾區(qū)；：過(guò)濾區(qū)；2區(qū)區(qū)(810格格)：濾液吸干區(qū)；：濾液吸干區(qū)；3區(qū)區(qū)(1213格格)：洗滌區(qū)；：洗滌區(qū)；4區(qū)區(qū)(14格格)：洗后吸干區(qū)；：洗后吸干區(qū)；5區(qū)區(qū)(16格格)：吹松卸渣區(qū)；：吹松卸渣區(qū)；6區(qū)區(qū)(17格格)：濾布再生區(qū)。：濾布再生區(qū)。l過(guò)濾區(qū)過(guò)濾區(qū)(12區(qū)區(qū))，f 槽槽; l洗滌區(qū)洗滌區(qū)(34區(qū)區(qū))，g槽槽 ;l干燥卸渣區(qū)干燥卸渣區(qū)(56區(qū)區(qū))，h 槽槽;f 槽槽h 槽槽g 槽槽自動(dòng)連續(xù)操作；自動(dòng)連續(xù)操作；適用于處理量大，固體顆粒含量較多的濾漿；適用于處理量大，固體顆粒含量較多的濾

54、漿；真空下操作，其過(guò)濾推動(dòng)力較低真空下操作，其過(guò)濾推動(dòng)力較低( (最高只有最高只有1 1atm)atm)，對(duì)于濾對(duì)于濾餅阻力較大的物料適應(yīng)能力較差餅阻力較大的物料適應(yīng)能力較差。 轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，藉分配頭的作用，能使轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，藉分配頭的作用，能使轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中，每個(gè)扇形格室可依次筒旋轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中，每個(gè)扇形格室可依次進(jìn)行進(jìn)行過(guò)濾過(guò)濾、洗滌洗滌、吸干吸干、吹松卸渣吹松卸渣等項(xiàng)操作。等項(xiàng)操作。整個(gè)轉(zhuǎn)筒圓周在任何瞬間都劃分為整個(gè)轉(zhuǎn)筒圓周在任何瞬間都劃分為: :特點(diǎn)：特點(diǎn)：工作過(guò)程工作過(guò)程過(guò)濾區(qū)過(guò)濾區(qū);洗滌區(qū)洗滌區(qū);干燥卸渣區(qū)干燥卸渣區(qū)。2、葉濾機(jī)屬間歇式屬間歇式洗滌和裝卸過(guò)程均較方便，洗滌和裝卸

55、過(guò)程均較方便，占地面積小，過(guò)濾速度大，占地面積小，過(guò)濾速度大，但濾餅的厚度一般不均勻，但濾餅的厚度一般不均勻，設(shè)備造價(jià)較高。設(shè)備造價(jià)較高。濾葉濾葉一個(gè)操作循環(huán)：一個(gè)操作循環(huán)：過(guò)濾、洗滌、卸渣、整理重裝過(guò)濾、洗滌、卸渣、整理重裝 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 濾 漿 濾 液 濾 葉 的 構(gòu) 造結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫(huà)請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫(huà)五、濾餅洗滌五、濾餅洗滌 濾餅存有間隙，其內(nèi)存有一定量的濾液，生產(chǎn)中一般需對(duì)濾餅存有間隙，其內(nèi)存有一定量的濾液，生產(chǎn)中一般需對(duì)濾餅進(jìn)行洗滌，通常洗滌液為清液，因此，濾餅層的厚度不濾餅進(jìn)行洗滌，通常洗滌液為清液，因此，濾餅層的厚度不變，若操作壓強(qiáng)差恒定，則洗滌液的體積流量恒定。洗滌速變

56、，若操作壓強(qiáng)差恒定，則洗滌液的體積流量恒定。洗滌速率為：率為：WWWVdVd VW為洗滌過(guò)程所消耗的洗滌液體積，為洗滌過(guò)程所消耗的洗滌液體積，m3； 為洗滌時(shí)間，為洗滌時(shí)間，sW 對(duì)于板框壓濾機(jī)，對(duì)于板框壓濾機(jī)， 洗滌時(shí)間以下式計(jì)算：洗滌時(shí)間以下式計(jì)算：288eWeWWVV Vqq VKAKA五、板框壓濾機(jī)的生產(chǎn)能力五、板框壓濾機(jī)的生產(chǎn)能力板框壓濾機(jī)的每一生產(chǎn)循環(huán)包括過(guò)濾、洗滌、卸渣、清洗和板框壓濾機(jī)的每一生產(chǎn)循環(huán)包括過(guò)濾、洗滌、卸渣、清洗和重裝等操作，是典型的間歇操作，其生產(chǎn)能力計(jì)算式：重裝等操作，是典型的間歇操作，其生產(chǎn)能力計(jì)算式：WDVVQT V為一個(gè)生產(chǎn)周期中所得到的洗滌液體積，為一個(gè)

57、生產(chǎn)周期中所得到的洗滌液體積，m3； 、 分分別一個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)的洗滌時(shí)間和輔助操作時(shí)間（卸渣、清洗和別一個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)的洗滌時(shí)間和輔助操作時(shí)間（卸渣、清洗和重裝），重裝），s。WD2zwDALBZVLBZVQ總過(guò)濾面積總過(guò)濾面積框內(nèi)總?cè)莘e框內(nèi)總?cè)莘e操作周期操作周期生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力間歇過(guò)濾機(jī)的計(jì)算間歇過(guò)濾機(jī)的計(jì)算過(guò)濾時(shí)間過(guò)濾時(shí)間 =V=V2 2+2VeV/KA+2VeV/KA2 2由由q q2 2+q+qe eq=Kq=K =q =q2 2+q+qe eq/Kq/K洗滌時(shí)間洗滌時(shí)間 =8(V =8(V2 2+V+Ve e)V)Vw w/KA/KA2 2Wn例例1 1：以某板框式壓濾機(jī)在恒壓條件下過(guò)

58、濾含硅藻：以某板框式壓濾機(jī)在恒壓條件下過(guò)濾含硅藻土的懸浮夜。過(guò)濾機(jī)的濾框尺寸為土的懸浮夜。過(guò)濾機(jī)的濾框尺寸為81081081081025(25(mm)mm)，共有共有3 33 3個(gè)框。已測(cè)出過(guò)濾常個(gè)框。已測(cè)出過(guò)濾常數(shù)數(shù)K K=10-4m=10-4m2 2/s/s，qe=0.01mqe=0.01m3 3/ /m m2 2。若已知側(cè)到得濾液若已知側(cè)到得濾液體積為體積為8.668.66，所用洗水量為濾液量的，所用洗水量為濾液量的1/1/6 6。求：。求：n 1) 1) 過(guò)濾面積和濾框內(nèi)的總?cè)萘?；過(guò)濾面積和濾框內(nèi)的總?cè)萘?；n 2) 2) 過(guò)濾所需的時(shí)間；過(guò)濾所需的時(shí)間；n 3) 3) 洗滌時(shí)間；洗滌時(shí)

59、間；例例2 2：以某板框式壓濾機(jī)在恒壓條件下過(guò)濾含硅藻：以某板框式壓濾機(jī)在恒壓條件下過(guò)濾含硅藻土的懸浮夜。過(guò)濾機(jī)的濾框尺寸為土的懸浮夜。過(guò)濾機(jī)的濾框尺寸為81081081081025(25(mm)mm)，共有共有3737個(gè)框。已測(cè)出過(guò)濾常個(gè)框。已測(cè)出過(guò)濾常數(shù)數(shù)K K=10=10-4-4m m2 2/s/s，qe=0.01mqe=0.01m3 3/ /m m2 2，t te=1se=1s。若已知單位若已知單位面積上通過(guò)的濾液量為面積上通過(guò)的濾液量為0.150.15m m3 3/m/m2 2，所用洗水量為所用洗水量為濾液量的濾液量的1/51/5。求：。求： 1) 1) 過(guò)濾面積和濾框內(nèi)的總?cè)萘?；過(guò)

60、濾面積和濾框內(nèi)的總?cè)萘浚?2) 2) 過(guò)濾所需的時(shí)間；過(guò)濾所需的時(shí)間； 3) 3) 洗滌時(shí)間；洗滌時(shí)間； 4) 4) 生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力Q(td=15minQ(td=15min) )。生產(chǎn)能力：是指單位時(shí)間內(nèi)獲得的濾液量。生產(chǎn)能力：是指單位時(shí)間內(nèi)獲得的濾液量。解：解：1) 1) 過(guò)濾面積過(guò)濾面積 A=2LBZ=2A=2LBZ=20.810.810.810.8137=48.6m37=48.6m2 2 濾框總?cè)莘e濾框總?cè)莘e V Vz z=LB=LB Z=0.81Z=0.810.810.810.0250.02537=0.607m37=0.607m3 3 3330.15 48.6255 348 15 6