化工原理1非均相混合物的分離

1第三章、非均相混合物分離及固體流態(tài)化

通過(guò)本章學(xué)習(xí)，掌握沉降、過(guò)濾、固體流態(tài)化及氣力輸送等過(guò)程的原理、計(jì)算方法、典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)特性，能夠根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，合理選擇設(shè)備。學(xué)習(xí)目的與要求2概述物系中存在相界面的混合物就是非均相混合物非均相混合物分散相或分散物質(zhì)：處于分散狀態(tài)的物質(zhì)（如分散在流體中的固體顆粒、液滴、氣泡等）連續(xù)相或分散介質(zhì)：包圍著分散相而處于連續(xù)狀態(tài)的物質(zhì)（如氣態(tài)非均相混合物中的氣體、液態(tài)非均相混合物中的液體）。3概述機(jī)械分離方法過(guò)濾

機(jī)械分離方法，即利用非均相混合物中兩相的物理性質(zhì)（如密度、顆粒形狀、尺寸等）的差異，使兩相之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而使其分離。

沉降4概述非均相混和物分離的應(yīng)用：（1）收集分散物質(zhì)。（2）凈化分散介質(zhì)。（3）環(huán)境保護(hù)。5第三章、非均相混合物分離及固體流態(tài)化3.1

沉降分離原理及設(shè)備3.1.1

顆粒相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)6

一、顆粒的特性1.

球形顆粒：球形顆粒的尺寸由直徑d確定。3d

6V

2S

d

S

6V

da

比表面積體積表面積7

SSps

述其特性

（1）球形度

s

（3－4）顆粒的表

面積與該顆粒體積相等的球體的表面積非球形顆粒

s

1球形顆粒s

1

一、顆粒的特性2.

非球形顆粒：需要形狀和大小兩個(gè)參數(shù)來(lái)描8體積當(dāng)量直徑3Vp

6de

比表面積當(dāng)量直徑6ada

da

sde兩者關(guān)系

一、顆粒的特性（2）顆粒的當(dāng)量直徑desa

93de

62Sp

6

sde非球形顆粒的特性，即

體積

表面積比表面積一、顆粒的特性Vp=10二、

球形顆粒的自由沉降圖3-1

沉降顆粒的受力情況11重力浮力阻力

6

6

d

3Sgd

3gFg

Fb

u2

2Fd

A

二、

球形顆粒的自由沉降顆粒受到三個(gè)力阻力系數(shù)或

曳力系數(shù)12二、

球形顆粒的自由沉降

根據(jù)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律

分析顆粒運(yùn)動(dòng)情況：加速度最大加速度u

0

uu

utu

ut阻力

加速度=0

加速度=0加速段

勻速段13沉降速度

勻速階段中顆粒相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度稱為沉降速度，由于該速度是加速段終了時(shí)顆粒相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度，故又稱為“終端速度”，也可稱為自由沉降速度。ut4gd(s

)

3ut

（3-15）二、

球形顆粒的自由沉降

三、

阻力系數(shù)（曳力系數(shù)）

通過(guò)量綱分析可知，是顆粒與流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)雷諾數(shù)Ret和球形度s的函數(shù)

f

Ret,sdutρ

μRet

隨Ret及s

變化的實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖3-2。

1415圖3-2

Ret

關(guān)系曲線16

24Ret

（3-17）d

2(s

)g

18ut

（3-20）

三、

阻力系數(shù)（曳力系數(shù)）對(duì)球形顆粒

Ret

關(guān)系曲線大致可分為三個(gè)區(qū)域

104

Ret

1

爬流（又稱蠕動(dòng)流Creeping

flow）滯流區(qū)或斯托克斯(Stokes)定律區(qū)171

Ret

103過(guò)渡區(qū)或艾侖（Allen）定律區(qū)

18.5Ret

0.6

Ret

0.6d(s

)g

ut

0.27（3-18）（3-21）三、

阻力系數(shù)（曳力系數(shù)）18（3-19）（3-22）

0.44d(s

)g

ut

1.74

三、

阻力系數(shù)（曳力系數(shù)）103

Ret

2105

湍流區(qū)或牛頓（Newton）定律區(qū)19滯流區(qū)湍流區(qū)過(guò)渡區(qū)表面摩擦阻力形體阻力三、

阻力系數(shù)（曳力系數(shù)）20四、

影響沉降速度的因素自由沉降干擾沉降沉降過(guò)程中，任一顆粒的沉降不因其它顆粒的存在而受到干擾

如果分散相的體積分率較高，顆粒間有明顯的相互作用，容器壁面對(duì)顆粒沉降的影響不可忽略，這時(shí)的沉降稱為干擾沉降或受阻沉降。21在實(shí)際沉降操作中，影響沉降速度的因素有：1、顆粒的體積分?jǐn)?shù)2、器壁效應(yīng)3、顆粒形狀的影響四、

影響沉降速度的因素22第三章、非均相混合物分離及固體流態(tài)化3.1

沉降分離原理及設(shè)備3.1.1

顆粒相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)3.1.2

重力沉降23

一、

重力沉降速度的計(jì)算1、試差法假設(shè)沉降屬于某一流型計(jì)算沉降速度核算Ret沉降速度的計(jì)算

1）試差法

假設(shè)沉降屬于層流區(qū)

方法：ut

Ret

Ret＜1

ut為所求Ret＞1

艾倫公式求ut判斷……公式適用為止2)摩擦數(shù)群法

已知直徑的球形顆粒的沉降速度：K≤2.62，斯托克斯定律區(qū)；2.62＜K＜69.1，艾侖定律區(qū)；K≥69.1，牛頓定律區(qū)。令K

例：試計(jì)算直徑為95μm，密度為3000kg/m3的固體顆粒分別在20℃的空氣和水中的自由沉降速度。解：1）在20℃水中的沉降。用試差法計(jì)算先假設(shè)顆粒在滯流區(qū)內(nèi)沉降，

附錄查得，20℃時(shí)水的密度為998.2kg/m3,μ=1.005×10-3Pa.s核算流型

原假設(shè)滯流區(qū)正確，求得的沉降速度有效。2）20℃的空氣中的沉降速度用摩擦數(shù)群法計(jì)算20℃空氣：ρ=⒈205kg/m3，μ=⒈81×10-5

Pa.s根據(jù)無(wú)因次數(shù)K值判別顆粒沉降的流型2.61＜K<69.1，沉降在過(guò)渡區(qū)。用艾倫公式計(jì)算沉降速度。

29二、重力沉降設(shè)備1、降塵室降塵室是依靠重力沉降從氣流中分離出固體顆粒的設(shè)備二、重力沉降設(shè)備圖3-4

降塵室示意圖氣流水平通過(guò)降塵室速度

30沉降速度

31Hutt

t或

l

Hu

ut氣體通過(guò)降塵室的時(shí)間為

l

u

欲使顆粒被分離出來(lái)，則降塵室高

沉降速度

降塵室長(zhǎng)氣流水平通過(guò)

降塵室速度

二、重力沉降設(shè)備位于降塵室最高點(diǎn)的顆粒沉降到室底所需的時(shí)間為qv,s

Hbu

qv,s

=

blut整理得降塵室生

產(chǎn)能力（3-30）

理論上降塵室的生產(chǎn)能力只與其沉降面積及顆粒的沉降速度有關(guān)，而與降塵室高度H無(wú)關(guān)。

32

二、重力沉降設(shè)備根據(jù)降塵室的生產(chǎn)能力，氣體在降塵室內(nèi)的水平通過(guò)速度為為：Vs

n1blut（3-30a）

二、重力沉降設(shè)備對(duì)設(shè)置了n層水平隔板的降塵室，其生產(chǎn)能力34

降塵室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，流動(dòng)阻力小，但體積龐大，分離效率低，通常只適用于分離粒度大于50m的粗粒，一般作為預(yù)除塵使用。多層降塵室雖能分離較細(xì)的顆粒且節(jié)省占地面積，但清灰比較麻煩。二、重力沉降設(shè)備2．沉降槽

沉降槽是利用重力沉降來(lái)提高懸浮液濃度

并同時(shí)得到澄清液體的設(shè)備。3．分級(jí)器

利用重力沉降可將懸浮液中不同粒度的顆粒進(jìn)行粗略的分離，或?qū)煞N不同密度的顆粒進(jìn)行分類，這樣的過(guò)程統(tǒng)稱為分級(jí)，實(shí)現(xiàn)分級(jí)操作的設(shè)備稱為分級(jí)器。

35二、重力沉降設(shè)備36雙錐分級(jí)器二、重力沉降設(shè)備37重力沉降分級(jí)器二、重力沉降設(shè)備1第三章、非均相混合物分離及固體流態(tài)化3.1

沉降分離原理及設(shè)備3.1.1

顆粒相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)3.1.2

重力沉降3.1.3

離心沉降離心沉降：

依靠慣性離心力的作用而實(shí)現(xiàn)的沉降過(guò)程

適于分離兩相密度差較小，顆粒粒度較細(xì)的非均相物系。慣性離心力場(chǎng)與重力場(chǎng)的區(qū)別

重力場(chǎng)離心力場(chǎng)力場(chǎng)強(qiáng)度重力加速度guT2/R

（可變）方向指向地心

沿旋轉(zhuǎn)半徑從中心指向外周

Fg=mg

作用力

3.3.2離心沉降1、離心沉降速度ur慣性離心力=浮力（向心力）=阻力=

三力達(dá)到平衡，則：平衡時(shí)顆粒在徑向上相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度ur便是此位置上的離心沉降速度。表達(dá)式：重力沉降速度公式中的重力加速度改為離心加速度數(shù)值：重力沉降速度基本上為定值離心沉降速度為絕對(duì)速度在徑向上的分量，隨顆粒在離心力場(chǎng)中的位置而變。

離心沉降速度與重力沉降速度的比較阻力系數(shù)：層流時(shí)同一顆粒在同一種介質(zhì)中的離心沉降速度與重力沉降速度的比值為：比值Kc

就是粒子所在位置上的慣性離心力場(chǎng)強(qiáng)度與重力場(chǎng)強(qiáng)度之比稱為離心分離因數(shù)。例如；當(dāng)旋轉(zhuǎn)半徑R=0.4m，切向速度uT

=20m/s時(shí)，求分離因數(shù)。一般離心設(shè)備Kc

在5～2500之間，高速離心機(jī)Kc

可達(dá)幾萬(wàn)～數(shù)十萬(wàn)。5二、離心沉降設(shè)備1.

旋風(fēng)分離器（1）旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)與操作原理6

9BNesuidc

①臨界粒徑旋風(fēng)分離器的

進(jìn)氣口寬度旋風(fēng)分離器的

進(jìn)口氣速

氣流的有效旋

轉(zhuǎn)圈數(shù)臨界粒徑是判斷旋風(fēng)分離器分離效率高低的重要依據(jù)。臨界粒徑越小，說(shuō)明旋風(fēng)分離器的分離性能越好。

二、離心沉降設(shè)備（2）旋風(fēng)分離器的性能C1

C2

C10

②分離效率

總效率η0piC1i

C2i

C

1i粒級(jí)效率ηpi

7二、離心沉降設(shè)備8粒級(jí)效率恰為50%的顆粒直徑，稱為分割粒徑。分割粒徑d50

0.27

Dui(s

)d50

二、離心沉降設(shè)備

粒級(jí)效率曲線

通過(guò)實(shí)測(cè)旋風(fēng)分離器進(jìn)、出氣流中所含塵粒的濃度及粒度分布，可得粒級(jí)效率與顆粒直徑di的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，該曲線稱為粒級(jí)效率曲線。

2iu

2③壓力降

p

阻力系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器為8④影響旋風(fēng)分離器性能的因素操作溫度，顆粒密度、粒徑、進(jìn)口氣速度及粉塵濃度等情況。

11二、離心沉降設(shè)備12（3）旋風(fēng)分離器類型二、離心沉降設(shè)備XLT/A型13XLP/B型二、離心沉降設(shè)備14XLK型(擴(kuò)散式)二、離心沉降設(shè)備15（4）旋風(fēng)分離器的選用首先應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的物性，結(jié)合各型設(shè)備的特點(diǎn)，選定旋風(fēng)分離器的類型；

然后依據(jù)含塵氣的體積流量，要求達(dá)到的分離效率，允許的壓力降計(jì)算決定旋風(fēng)分離器的型號(hào)與個(gè)數(shù)。二、離心沉降設(shè)備162.

旋液分離器

旋液分離器又稱水力旋流器，是利用離心沉降原理從懸浮液中分離固體顆粒的設(shè)備，它的結(jié)構(gòu)與操作原理和旋風(fēng)分離器類似。二、離心沉降設(shè)備第三章、非均相混合物

分離及固體流態(tài)化3.2過(guò)濾分離原理及設(shè)備3.2.1

流體通過(guò)固體顆粒床層的流動(dòng)一、固體顆粒群的特性

1721

床層體積-顆粒體積

床層體積

二、固體顆粒床層的特性1.

床層的空隙率

空隙率以ε表示，即222.

床層的自由截面積

床層截面上未被顆粒占據(jù)的流體可以自由通過(guò)的面積，稱為床層的自由截面積。3.

床層的比表面積床層的比表面積是指單位體積床層中具有的顆粒與流體接觸的表面積。若忽略床層中顆粒間相互重疊的接觸面積。二、固體顆粒床層的特性23

二、固體顆粒床層的特性

ab

a(1)床層的比表面積也可用顆粒的堆積密度估算，即

顆粒的堆

積密度顆粒的真

實(shí)密度244.

床層的當(dāng)量直徑二、固體顆粒床層的特性簡(jiǎn)化模型是將床層中不規(guī)則的通道假設(shè)成長(zhǎng)定：（1）細(xì)管的全部流動(dòng)空間等于顆粒床層的空隙容積；（2）細(xì)管的內(nèi)表面積等于顆粒床層的全部表面積。度為

L，當(dāng)量直徑為

deb的一組平行細(xì)管，并且規(guī)deb

25deb

4床層流動(dòng)空間細(xì)管的全部?jī)?nèi)表面積

（1－）a（3-49）

二、固體顆粒床層的特性依照非圓形管當(dāng)量直徑的定義，可推出26三、流體通過(guò)固體顆粒床層（固定床）的壓降流體通過(guò)固定床的壓力降主要有兩方面：一是流體與顆粒表面間的摩擦作用產(chǎn)生的壓力降。二是流動(dòng)過(guò)程中，孔道截面積突然擴(kuò)大和突然縮小以及流體對(duì)顆粒的撞擊產(chǎn)生的壓力降。27'2uPf

L(1)a

3

debu1

Reb

ua(1)床層雷諾數(shù)

（3-52）床層的摩擦系數(shù)，是床層雷諾數(shù)的函數(shù)

三、流體通過(guò)固體顆粒床層

（固定床）的壓降

采用計(jì)算床層當(dāng)量直徑時(shí)所用的簡(jiǎn)化模型，將流體通過(guò)床層的流動(dòng)看作流體通過(guò)一組當(dāng)量直徑為deb的平行細(xì)管流動(dòng)，可得到其壓力降為：(1)2a

u(1)

u

(1)u150

3

2

1.75

32

3Pf

L

5

2

2

(sde)

(sde)Pf

L康采尼（Kozeny）方程Reb

2歐根（Ergun）方程0.17

Reb

330（3-55）（3-58）

28三、流體通過(guò)固體顆粒床層（固定床）的壓降第三章、非均相混合物

分離及固體流態(tài)化3.2過(guò)濾分離原理及設(shè)備3.2.1

流體通過(guò)固體顆粒床層的流動(dòng)

3.2.2

過(guò)濾操作的原理

2930

過(guò)濾是在外力作用下，使懸浮液中的液體通過(guò)多孔介質(zhì)的孔道，而固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而實(shí)現(xiàn)固、液分離的操作。過(guò)濾31圖3-17

過(guò)濾操作示意圖動(dòng)畫(huà)1632

一、過(guò)濾方式

1．餅層過(guò)濾

√

2．深床過(guò)濾

3．膜過(guò)濾餅層過(guò)濾時(shí)發(fā)生“架橋”現(xiàn)象圖3-1833

二、過(guò)濾介質(zhì)

（1）對(duì)過(guò)濾介質(zhì)的性能要求

具有足夠的機(jī)構(gòu)強(qiáng)度和盡可能小的流動(dòng)阻

力，同時(shí)，還應(yīng)具有相應(yīng)的化學(xué)穩(wěn)定性，耐腐蝕

性和耐熱性。應(yīng)用于食品和生物制品過(guò)濾的介質(zhì)

還應(yīng)考慮無(wú)毒，不易滋生微生物，易清洗消毒

等。（2）工業(yè)上常用的過(guò)濾介質(zhì)的種類

①織物介質(zhì)(又稱濾布)

②堆積介質(zhì)③多孔固體介質(zhì)④多孔膜34三、濾餅的壓縮性和助濾劑不可壓縮濾餅可壓縮濾餅

當(dāng)濾餅兩側(cè)的壓力差增大時(shí)，顆粒的形狀和顆粒間的空隙不會(huì)發(fā)生明顯變化，單位厚度床層的流動(dòng)阻力可視作恒定。

當(dāng)濾餅兩側(cè)的壓力差增大時(shí)，顆粒的形狀和顆粒間的空隙會(huì)有明顯的改變，單位厚度餅層的流動(dòng)阻力隨壓力差增大而增大。35助濾劑

助濾劑是某種質(zhì)地堅(jiān)硬而能形成疏松餅層的固體顆?；蚶w維狀物質(zhì)，將其混入懸浮液或預(yù)涂于過(guò)濾介質(zhì)上，可以改善餅層的性能，使濾液得以暢流。三、濾餅的壓縮性和助濾劑36練

習(xí)

題

目思考題作業(yè)題:

4、51.分析影響旋風(fēng)分離器臨界粒徑的因素。2.選擇旋風(fēng)分離器時(shí)應(yīng)該依據(jù)哪些性能指標(biāo)?3.過(guò)濾的方式有哪些？餅層過(guò)濾時(shí)，真正起過(guò)濾作用的是什么？第三章、非均相混合物

分離及固體流態(tài)化3.2過(guò)濾分離原理及設(shè)備3.2.1

流體通過(guò)固體顆粒床層的流動(dòng)3.2.2

過(guò)濾操作的原理3.2.3

過(guò)濾基本方程式

15a

(1)pcL2

一、濾液通過(guò)餅層的流動(dòng)（1）非定態(tài)過(guò)程（2）滯流流動(dòng)——可用康采尼公式描述(

)

32

2u

(3-59)u

5a

(1)pcL5a

(1)ApcL3過(guò)濾速率

二、過(guò)濾速率與過(guò)濾速度

過(guò)濾速度單位時(shí)間通過(guò)單位過(guò)濾面積的濾液體積，單位m/s。

32

2(

)

dVAd單位時(shí)間獲得的濾液體積，單位為m3/s。(

)

32

2dVd(3-59a)(3-59b)5a

(1)223r

三、濾餅的阻力濾餅的比阻反映了顆粒形狀、尺寸及床層的空隙率對(duì)濾液流動(dòng)的影響，為單位厚度床層的阻力，單位1/m2。

4(3-60)pc

pcrLR5濾餅的阻力R

rL單位

1/m。

dVAd

(

)

(

)因此速度=推力阻力(3-62)(3-61)三、濾餅的阻力dV

pmAd

Rm6

四、過(guò)濾介質(zhì)的阻力仿照式3-61可以寫(xiě)出濾液穿過(guò)過(guò)濾介質(zhì)層的速度關(guān)系式：

(3-62)過(guò)濾介質(zhì)阻力,

1/m

。c

m

p

p

dV

p

(

)

m

m

Ad

R

R

(R

R

7五、過(guò)濾基本方程式)

假設(shè)過(guò)濾介質(zhì)對(duì)濾液流動(dòng)的阻力相當(dāng)于厚度為L(zhǎng)e的濾餅層的阻力，即把過(guò)濾介質(zhì)與濾餅聯(lián)合起來(lái)考慮rLe

Rm當(dāng)量濾餅厚度虛擬濾餅厚度8

一定操作條件下，以一定介質(zhì)過(guò)濾一定懸浮液時(shí)，Le為定值；但同一介質(zhì)在過(guò)濾不同懸浮液的操作中，Le值不同。五、過(guò)濾基本方程式rLe

Rm9V

AL

濾餅體積與相應(yīng)的濾液體積

之比，m3/m3

五、過(guò)濾基本方程式

則上式變?yōu)?/p>

dV

p

p

Ad

(rLrLe)

r(L

Le)

任一瞬間的濾餅厚度與當(dāng)時(shí)已經(jīng)獲得的濾液體積之間的關(guān)系為：10Ve

ALe

同理有過(guò)濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液體積，虛擬濾液體積所以dV

A2p

d

r(V

Ve)（3-69）五、過(guò)濾基本方程式V

Aq

Ve

Aqe

dq

pd

r(qqe)令則有（3-69a）

11五、過(guò)濾基本方程式單位過(guò)濾面積所得濾液體積單位過(guò)濾面積所得當(dāng)量濾液體積r

r(p)s（3-70）

濾餅的壓縮性指

數(shù)，量綱為一。一般情況下，s=0～1。對(duì)于不可壓縮濾餅，s=0。幾種典型物料的壓縮性指數(shù)值，列于表3－2中。

12

五、過(guò)濾基本方程式

對(duì)可壓縮濾餅，比阻在過(guò)濾過(guò)程中不再是常數(shù)，它是兩側(cè)壓力差的函數(shù)。dV

A

pd

r(V

Ve)pdqd

r(qqe

)2

1s

1s過(guò)濾基本方程式

或（3-71）（3-71a）

13

五、過(guò)濾基本方程式最后可得dV

kA2p1sddq

kp1sdk

1r對(duì)于一定的懸浮液，k可視為常數(shù)。令：

V

Ve(qqe

)過(guò)濾基本方程式（3-73）（3-73a）

14（3-72）五、過(guò)濾基本方程式第三章、非均相混合物

分離及固體流態(tài)化3.2過(guò)濾分離原理及設(shè)備3.2.1

流體通過(guò)固體顆粒床層的流動(dòng)3.2.2

過(guò)濾操作的原理3.2.3

過(guò)濾基本方程式

3.2.4

恒壓過(guò)濾

15

恒壓過(guò)濾

在恒定壓力差下進(jìn)行的過(guò)濾操作稱為恒壓過(guò)濾。恒壓過(guò)濾時(shí)，濾餅不斷變厚使得阻力逐漸增加，但推動(dòng)力恒定，因而過(guò)濾速率逐漸變小。K是由物料特性及過(guò)濾壓力差所決定的，恒壓過(guò)濾時(shí)其為常數(shù)，稱為過(guò)濾常數(shù)，其單位為m2/s。

16K

2kp1s令：恒壓過(guò)濾方程式

V

2VeV

KA

q

2qeq

K

dq

Kd

2(qqe

)

dV

KA2

d

2(V

Ve)積分，得到2

22(3-76)(3-76a)

17或

恒壓過(guò)濾恒壓過(guò)濾時(shí)過(guò)濾基本方程式變?yōu)椋篤

KA

q

K

18當(dāng)過(guò)濾介質(zhì)阻力可以忽略時(shí)，恒壓過(guò)濾方程式2

22恒壓過(guò)濾過(guò)濾常數(shù)介質(zhì)常數(shù)VeqeK

19由實(shí)驗(yàn)測(cè)定恒壓過(guò)濾第三章、非均相混合物

分離及固體流態(tài)化3.2過(guò)濾分離原理及設(shè)備

3.2.1

流體通過(guò)固體顆粒床層的流動(dòng)

3.2.2

過(guò)濾操作的原理

3.2.3

過(guò)濾基本方程式

3.2.4

恒壓過(guò)濾3.2.5

恒速過(guò)濾與先恒速后恒壓的過(guò)濾

20R

u

常數(shù)21恒速過(guò)濾

恒速過(guò)濾是維持過(guò)濾速率恒定的過(guò)濾方式。在這種情況下，由于隨著過(guò)濾的進(jìn)行，濾餅不斷增厚，過(guò)濾阻力不斷增大，要維持過(guò)濾速率不變，必須不斷增大過(guò)濾的推動(dòng)力——壓力差。dV

V

qAd

A

恒速過(guò)濾與先恒速后恒壓的過(guò)濾2b

ruRqea

ruR

2

p

a

b令：

于是對(duì)不可壓縮濾餅進(jìn)行恒速過(guò)濾時(shí)，其操作壓力差隨過(guò)濾時(shí)間成直線增高。

22

恒速過(guò)濾與先恒速后恒壓的過(guò)濾代入過(guò)濾基本方程式，得到

p

ruR

ruRqe23圖3-19

先恒速后恒壓過(guò)濾裝置

恒速過(guò)濾與先恒速后恒壓的過(guò)濾先恒速后恒壓24(

R)

積。轉(zhuǎn)入恒壓操作后所經(jīng)歷的過(guò)濾時(shí)間。

恒速過(guò)濾與先恒速后恒壓的過(guò)濾恒壓階段的過(guò)濾方程

2

2

2

R

(V

VR)

轉(zhuǎn)入恒壓操作后所得的濾液體25第三章、非均相混合物分離及固體流態(tài)化3.2

過(guò)濾分離原理及設(shè)備3.2.1

流體通過(guò)固體顆粒床層的流動(dòng)3.2.2

過(guò)濾操作的原理3.2.3

過(guò)濾基本方程式3.2.4

恒壓過(guò)濾3.2.5

恒速過(guò)濾與先恒速后恒壓的過(guò)濾3.2.6

過(guò)濾常數(shù)的測(cè)定q

2qeq

K

1

2

一、恒壓下

K,Ve(qe)

的測(cè)定

過(guò)濾常數(shù)通常是在相同條件下，用相同物料，在小型實(shí)驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行恒壓過(guò)濾實(shí)驗(yàn)而獲得。將恒壓過(guò)濾方程式qe

qq

K

K

2

2直線的斜率為

，截距為

qe。

K

262變換為2

K

k

p

27二、壓縮性指數(shù)s的測(cè)定先求出若干過(guò)濾壓力差下的K值，然后對(duì)K－Δp數(shù)據(jù)加以處理1s上式兩端取對(duì)數(shù)，得lgK

1slgplg2kK與Δp的關(guān)系在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上標(biāo)繪時(shí)應(yīng)是直線，直線的斜率為(1-s)，截距為lg(2k)。28第三章、非均相混合物分離及固體流態(tài)化3.2

過(guò)濾分離原理及設(shè)備3.2.1

流體通過(guò)固體顆粒床層的流動(dòng)3.2.2

過(guò)濾操作的原理3.2.3

過(guò)濾基本方程式3.2.4

恒壓過(guò)濾3.2.5

恒速過(guò)濾與先恒速后恒壓的過(guò)濾3.2.6

過(guò)濾常數(shù)的測(cè)定3.2.7

過(guò)濾設(shè)備29一、板框壓濾機(jī)30一、板框壓濾機(jī)31一、板框壓濾機(jī)32一、板框壓濾機(jī)動(dòng)畫(huà)1733二、加壓葉濾機(jī)動(dòng)畫(huà)2734三、轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)35練

習(xí)

題

目思考題作業(yè)題:

6、7、81.從過(guò)濾基本方程式分析提高過(guò)濾速率的措施。2.板框壓濾機(jī)與葉濾機(jī)的洗滌方式有什么差別

？3.試分析過(guò)濾壓力差對(duì)過(guò)濾常數(shù)的影響。1第三章、非均相混合物分離及固體流態(tài)化3.2

過(guò)濾分離原理及設(shè)備3.2.1

流體通過(guò)固體顆粒床層的流動(dòng)3.2.2

過(guò)濾操作的原理3.2.3

過(guò)濾基本方程式3.2.4

恒壓過(guò)濾3.2.5

恒速過(guò)濾與先恒速后恒壓的過(guò)濾3.2.6

過(guò)濾常數(shù)的測(cè)定3.2.7

過(guò)濾設(shè)備3.2.8

濾餅的洗滌d2

VW

dV(

)WW

濾餅的洗滌

洗滌濾餅的目的是回收滯留在顆?？p隙間

的濾液，或凈化構(gòu)成濾餅的顆粒。洗滌速率

單位時(shí)間內(nèi)消耗的洗水容積

dV

(

)W洗滌時(shí)間dV

dV

KA(

)

(

)

W

E

32d

d

2(V

Ve)

對(duì)于連續(xù)式過(guò)濾機(jī)及葉濾機(jī)等所采用的是置換洗滌法洗滌速率大致等于過(guò)濾終了時(shí)的過(guò)濾速率，即濾餅的洗滌dV

1

dV

KA(

)W

(

)E

42d

4

d

8(V

Ve)12AA

W

因此

濾餅的洗滌板框壓濾機(jī)采用的是橫穿洗滌法，

L

LeW

2L

LeE(

)(

)

W

p

W

W

5

若洗水黏度、洗水表壓與濾液黏度、過(guò)濾壓力差有明顯差異時(shí)，依照過(guò)濾基本方程式，洗滌時(shí)間應(yīng)做如下修正：

pW濾餅的洗滌6

第三章、非均相混合物

分離及固體流態(tài)化3.2

過(guò)濾分離原理及設(shè)備3.2.1

流體通過(guò)固體顆粒床層的流動(dòng)3.2.2

過(guò)濾操作的原理3.2.3

過(guò)濾基本方程式3.2.4

恒壓過(guò)濾3.2.5

恒速過(guò)濾與先恒速后恒壓的過(guò)濾3.2.6

過(guò)濾常數(shù)的測(cè)定3.2.7

過(guò)濾設(shè)備3.2.8

濾餅的洗滌3.2.9

過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力Q

7則生產(chǎn)能力的計(jì)算式為W

D3600V

T

3600Vθθ

θ

一、間歇過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力一個(gè)操作周期的總時(shí)間為

T

w

D卸渣、清理、裝合等輔助操

作時(shí)間過(guò)濾時(shí)間洗滌時(shí)間8

二、連續(xù)過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力

連續(xù)過(guò)濾機(jī)（以轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)為例）的特點(diǎn)是過(guò)濾、洗滌、卸餅等等操作在轉(zhuǎn)筒表面的不同區(qū)域內(nèi)同時(shí)進(jìn)行。任何一塊表面在轉(zhuǎn)筒回轉(zhuǎn)一周過(guò)程中都只有部分時(shí)間進(jìn)行過(guò)濾操作。

一個(gè)操作周期就是轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)一周所用時(shí)間：60

nT

轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速60ψ

nθ

ψT

浸沒(méi)度代入恒壓過(guò)濾方程，得每小時(shí)所得濾液體積，即生產(chǎn)能力為：

2

2

9

二、連續(xù)過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力

在一個(gè)過(guò)濾周期內(nèi)，轉(zhuǎn)筒表面上任何一塊過(guò)濾面積所經(jīng)歷的過(guò)濾時(shí)間均為：102Q

60n

KA60ψ

n

465A

Kn

ψ

二、連續(xù)過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力當(dāng)濾布阻力可以忽略時(shí)，

Ve=0，則上式簡(jiǎn)化為：11第三章、非均相混合物

分離及固體流態(tài)化3.2離心機(jī)3.3.1一般概念12一般概念

離心機(jī)是利用慣性離心力分離非均相混合物的機(jī)械。它既可用于沉降操作，也可用于過(guò)濾操作。離心機(jī)13過(guò)濾式沉降式分離式分離方式間歇式連續(xù)式

立式

臥式

操作方式轉(zhuǎn)鼓軸線的方向

一般概念離心機(jī)的分類14分離因數(shù)常速離心機(jī)高速離心機(jī)超速離心機(jī)3Kc

3103103

Kc

5104

Kc

5104一般概念

第三章、非均相混合物

分離及固體流態(tài)化3.3

離心機(jī)3.3.13.3.2一般概念

離心機(jī)的結(jié)構(gòu)與操作簡(jiǎn)介（自學(xué)）

三足式離心機(jī)動(dòng)畫(huà)18

1516

第三章、非均相混合物

分離及固體流態(tài)化3.4

固體流態(tài)化3.4.1流態(tài)化的基本概念

一、流態(tài)化現(xiàn)象

當(dāng)流體由下向上通過(guò)固體顆粒床層時(shí)，隨流速的增加，會(huì)出現(xiàn)以下幾種情況固定床階段流化床階段稀相輸送床階段氣速增加

動(dòng)畫(huà)19

1718圖3-31

不同流速時(shí)床層的變化一、流態(tài)化現(xiàn)象二、兩種不同流化形式散式流化

散式流化亦稱均勻流化。其特點(diǎn)是固體顆粒均勻地分散在流化介質(zhì)中。隨流速增大，顆粒間的距離均勻增大，床層逐漸膨脹而沒(méi)有氣泡產(chǎn)生，并保持穩(wěn)定的上界面。通常，兩相密度差小的系統(tǒng)趨向于散式流化。大多數(shù)液－固流化呈現(xiàn)“散式流化”。散式流化1920式流化。聚式流化

二、兩種不同流化形式聚式流化

床層內(nèi)分為兩相，一相是

空隙小而固體濃度大的氣固均

勻混合物構(gòu)成的連續(xù)相，稱為

乳化相；另一相則是夾帶有少

量固體顆粒而以氣泡形式通過(guò)

床層的不連續(xù)相，稱為氣泡

相。對(duì)于密度差較大的氣－固

流化系統(tǒng)，一般趨向于形成聚21三、流化床的主要特點(diǎn)具有液體的某些性質(zhì)22系統(tǒng)顆?；旌途鶆颍瑴囟?、濃度分布均勻強(qiáng)化了顆粒與流體間的傳熱、傳質(zhì)易于連續(xù)自動(dòng)操作顆粒易磨損反混，顆粒在床層內(nèi)的停留時(shí)間不均三、流化床的主要特點(diǎn)23

第三章、非均相混合物

分離及固體流態(tài)化3.4

固體流態(tài)化3.4.13.4.2流態(tài)化的基本概念流化床的流體力學(xué)特性24一、流化床的壓降1.

理想流化床圖3-33

理想情況下Δp-u關(guān)系曲線252.

實(shí)際流化床圖3-34

氣體流化床實(shí)際Δp-u關(guān)系曲線一、流化床的壓降26二、流化床的不正?，F(xiàn)象1.騰涌現(xiàn)象圖3-35

騰涌發(fā)生后Δp-u關(guān)系曲線272.

溝流現(xiàn)象圖3-36

溝流發(fā)生后Δp-u關(guān)系曲線二、流化床的不正?，F(xiàn)象28三、流化床的操作范圍流化床的操作范圍應(yīng)在臨界流化速度和帶出速度之間。1．臨界流化速度umf實(shí)驗(yàn)測(cè)定：實(shí)驗(yàn)裝置如右圖29三、流化床的操作范圍可得到如圖3-34的曲線臨界流化速度d

p

(s

)g30

三、流化床的操作范圍經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算：對(duì)于小顆粒對(duì)于大顆粒umf2

16502mfud

p(s

)g

24.5312．帶出速度

當(dāng)流化床內(nèi)氣速達(dá)到顆粒的沉降速度時(shí)