不同粒徑分布對(duì)過濾比阻的影響

1、不同粒徑分布對(duì)過濾比阻的影響一，刖 言懸浮液的過濾是利用可發(fā)讓液體通過而不能讓固體通過的多孔介質(zhì)將懸浮液中的固體 顆粒分離出來的操作。過濾中固體粒子在介質(zhì)的網(wǎng)孔中架橋，從而截留固體形成餅。濾液在 過濾中受到濾餅的阻力和過濾介質(zhì)的阻力，但過濾介質(zhì)阻力對(duì)濾液的阻力對(duì)濾液的阻力比濾 餅小得多，而且隨著過濾過程的進(jìn)行，濾餅阻力逐漸升高，一般遠(yuǎn)大于過濾介質(zhì)阻力，所以 對(duì)于大部分的過濾操作，過濾的阻力主要取決于濾餅阻力。為了提高過濾設(shè)備的能力在實(shí)際 的工業(yè)生產(chǎn)中，人們作采用預(yù)處理的方法，或從生產(chǎn)工藝角度來改變料漿的特性，以有利獲 得疏松、多孔、低阻的濾餅，從而提高過濾速率、強(qiáng)化過濾操作。由于實(shí)際的過濾操作

2、涉及的因素復(fù)雜，尤其是所遇到的物料種類繁多，且物料的各種特 性對(duì)過程影響作用互相交叉，其結(jié)果變化莫測因此至今們還不能從理論上得出一個(gè)普遍的 公式，單純從料漿特性去計(jì)算濾餅特性。所以要想確定合適的預(yù)處理方法，取得經(jīng)濟(jì)有效的 預(yù)處理效果，來降低濾餅阻力，強(qiáng)化過濾操作，必須從過濾基本理論出發(fā)，深入地研究物料 不同特性對(duì)過濾操作的影響，從而能夠在實(shí)際過濾生產(chǎn)中選用正解的方法來確定具體的工藝 流程。國外自30年代起就有許多學(xué)者從事過濾基本理論的研究，如Ruth、Sperry、Carman。 近年來Tiller、Rushton、白戶紋平等人在物料過濾特性的測定方面又進(jìn)行了專門的研究， 并相應(yīng)取得了一系列重

3、要結(jié)果。本文根據(jù)上述這些人的研究方法，以玻璃珠和鈦黃粉為測試對(duì)象，研究了不同粒徑和 粒徑分布對(duì)濾餅平均比阻力的影響，并討論了它的實(shí)用意義。一、試驗(yàn)方法和流程鈦黃粉料將的配制：(a)用超聲波篩分器將鈦黃粉的原粉進(jìn)行篩分，得到徑為575um、1015um、1520um、 2025um、2532um、3853um、5375um、7個(gè)不同粒級(jí)的粒子、通過濕式超聲波過 濾器對(duì)篩分粒徑為、2025um的粒度粒子進(jìn)行復(fù)測得到所篩分的各個(gè)粒子80%左右在該所 要求的級(jí)內(nèi)，基本偏差5u之內(nèi)。見表（1）、圖（1）（b）通過不同直徑篩子分級(jí)到一系列不同粒徑的顆粒，然后按試驗(yàn)要求配制幾組不同的料 漿：（1）由原粉配制

4、成料漿，（2）分級(jí)后以不同粒徑范圍的顆粒分別配成料漿，（3）按均方 差分別配制粒徑成標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的料漿、（4）粒徑按Rosin分配成的料漿。配制料漿時(shí)分別從以上四組物料中取8克加入200ml毫升的水，形成料漿濃度40%。 各種粒子徑和分布見表（2）、圖（2）和表（3）、（4）及圖（3）?？傊?4.868 （g） dp=29.166（2）玻璃珠料漿的配制玻璃珠粒徑分別為510um、1015um、1520um、2025um、2532um、和32 37um，同樣配制成濃度為4%水與玻璃珠的懸浮液供測試用。二、測試方法本試驗(yàn)所使用的方法見圖（4）所示，配制好的固液懸浮液在過濾器4）內(nèi)， 在一定的過濾壓

5、力下形成濾餅后在相同的壓差下測定濾餅的秀水速率、濾餅的厚度、重量和 過濾介質(zhì)的阻力。同一粒徑的物料徑的物料以三種不同的過濾壓力測定它的透水率，以確定 過濾壓力對(duì)濾餅平均比阻力系數(shù)的影響。1 U形管壓差計(jì)2真空泵 3真空緩沖罐 4過濾器 5手動(dòng)調(diào)節(jié)閥三計(jì)算方法在濾餅過濾中由于流本通過濾餅手細(xì)孔的流速很低、賞通常處于滯流狀態(tài)，可以用“達(dá) 西定律”來描述流體在濾餅內(nèi)的流動(dòng)狀況，所以濾餅透過速率和過濾壓力之間符合下列關(guān)系 式：V濾餅透過速率（m/s）V 過濾介質(zhì)的透過速率（m/s）R 過濾介質(zhì)的阻力（1/m）mR濾餅的阻力（1/m）三ca .av濾餅平均比阻力系數(shù)（m/kg）w-單位過濾面積上干濾餅重

6、量（kg/E）P過濾壓差（kgf/E）u濾液粘度（kgm/sec）gc質(zhì)力換算因子9.8 （kgm/kgfs2A過濾面積（E）G物料重量（kg）四、測試結(jié)果1、不同壓力下粒徑變化對(duì)比阻力系數(shù)的影響使用表（3）所示的各粒徑物料，配制成4%濃度的鈦黃粉的料漿，分別在壓差為 100mmHg、200mmHg、300mmHg、下測定濾餅和過濾介質(zhì)透過速率，再用（1 ）、（2）、（3）、（4） 式求出各粒徑的濾餅平均比阻力系數(shù)。見表（5）、圖（5）、（6）。用同樣的方法測定了不同 粒徑的玻璃珠懸浮液的濾餅透過速率的過濾壓力之間的關(guān)系，經(jīng)整理后見表（6）所示。所示為鈦黃粉a紈對(duì)數(shù)關(guān)系，在粒徑為義30頃和dp

7、30um范圍內(nèi)分別為直線，而它們 的斜率有明顯的區(qū)別，即在dp30um 范圍內(nèi)隨著dp增大aav也有所下降，但下降速率較慢，即在粒徑為30um左右有一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 同樣玻璃珠測試的結(jié)果也表明了粒徑dp 30um以后dp對(duì)a av的影響明顯下降。由于1gdp1gaav在dp30um時(shí)成線性關(guān)系，故用最小二乘法分別對(duì)鈦黃粉的所測試的數(shù)據(jù) 進(jìn)行線性回歸得到的斜率會(huì)別為P=100mmHg:1na =11.4691-0.9144lndR=0.987 或：a av=9.571X 104Xdp-0.9：44P=200mmHg: 1na a11.283 0.935lndpR=0.987 或：a =7.946Xd

8、 -0.9358P=300mmHg:1na =13.2799 0.7771lndR=0.980 或：a =5.853X 105Xd-0.771從上述回歸過程的相關(guān)系數(shù)R來看，上述方程與實(shí)驗(yàn)擬合程度較好。2粒徑分布對(duì)a av的影響使用表（2）所示的平均粒徑為28um而粒徑分別為近擬于對(duì)數(shù)正態(tài)分布、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布和Rosin分布的物料用上述方法進(jìn)行a的測試，結(jié)果見表（7）所示：av從表7中可以看出，三種粒徑分布得到濾餅比阻力系數(shù)均較粒徑為29.2um的濾餅比阻力明 顯高，而三種不同分布中又以Rosin分布的比阻力最高，它約是dp = 29.2um的比阻力系數(shù) 的三倍。（2）標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布中均方差的變化

9、對(duì)a紈的影響：以平均粒徑為29um標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布均方差分別為5.0、7.5、10、12.5的鈦黃粉與水的懸 浮液測定xav與均方差之間的關(guān)系，其結(jié)果見表8所示。從表中可以看出隨著均方差的增大，濾比餅阻有增大趨勢(shì)。五、結(jié)論（1）從實(shí)驗(yàn)結(jié)果（1）可知，粒徑變化對(duì)a1v有影響，當(dāng)粒徑dp30um時(shí)，隨著dp增大aav 明顯下降，這是因?yàn)殡S著顆粒粒徑的增大，顆粒在過濾時(shí)堆積形成濾餅的手細(xì)孔直徑的增大， 在孔隙率相同時(shí)流體量隨著毛細(xì)管直徑的增大而增大。這可以從泊薩伊方程推得。通過圓形截面的毛細(xì)管的液體流量有泊薩伊方程為：Dv/d當(dāng)管徑R不同時(shí)面積A截面上毛細(xì)管數(shù)：n=面積A中的流體流量對(duì)毛細(xì)管直徑分別R1

10、與R2時(shí)：Dv1/d若u、L、w、A相同則則在其它條件相同時(shí)流體流量與毛細(xì)管半徑的平方值成正比。由此可見，過濾阻力隨著顆粒 直徑的增大而減小，從而a avT降，至于在粒徑為30um左右的dp與a紈的變化規(guī)律用數(shù)學(xué) 模型來加以描述，有待于以后的實(shí)驗(yàn)中加以探索。一般而言，固體粒徑一致，形狀規(guī)則的物料則由于顆粒堆積面形成的濾餅中毛細(xì)孔的 分布比較均勻而且也不易被粒子阻塞。所以濾餅層中毛細(xì)孔通道較規(guī)則，濾餅阻力也低，從 而有利于過濾過程在較低的阻力下進(jìn)行。本實(shí)驗(yàn)測試粒徑分布對(duì)aav影響，結(jié)果表明粒徑分 布分別為近擬對(duì)數(shù)正態(tài)分布、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布和Rosin分布測試得到的比阻力系數(shù)均較粒徑為 29.2um的

11、濾餅比阻力明顯高，而三種不同分布中Rosin分布的比阻力最高，并且同一分布 中，均方差不同對(duì)aav也有影響，隨著均方差的增大，濾餅比阻力也相應(yīng)增大，這可以假設(shè) 是由于最早的介質(zhì)上，由大粒子堆積成的濾餅中的毛細(xì)孔通道，隨著過濾的繼續(xù)進(jìn)行細(xì)小粒 子不斷進(jìn)入通首而將毛細(xì)管局部或部堵塞，造成濾餅的阻上升，當(dāng)粒徑分布越寬，則這種現(xiàn) 象越明顯。由上可知，若在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)于粒度分布寬的液固懸浮物用過濾方法進(jìn)行分離時(shí)， 可以通過預(yù)處理方法來改變進(jìn)物料的顆徑分布或適當(dāng)去除一部分細(xì)顆粒物料，再進(jìn)行，過濾 或?qū)⒈惶幚淼奈锪戏殖纱旨?xì)二種不同顆粒的物料現(xiàn)進(jìn)行過濾，通過這些預(yù)處理縮小粒徑分布 范圍(使粒徑趨于致)從而加快和強(qiáng)化過濾操作過程。濾餅平均比阻力系數(shù)和粒徑的關(guān)系由試驗(yàn)可知濾餅的平均比阻力系數(shù)隨著粒徑的增大而減小，故具有 a av af(dp )的關(guān)系而 Tiller等已經(jīng)得到濾餅平均比阻力系數(shù)與過濾壓力有如下經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：a =a AP (5)慮了粒徑的影響我們可以假設(shè)如下經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式成aav=a (d ) b(AP)a對(duì)上式二過取對(duì)數(shù)則:lna =lna+blnp+dlnAP將鈦黃粉不同粒徑和不同過濾壓力差下所得的濾餅平均比阻力系數(shù)的實(shí)驗(yàn)值用多元線性回 歸法得到式的各項(xiàng)系數(shù)為:lna av=11.8196-0.6679lnAP(8) 相關(guān)系數(shù)R=0.9747說明上