流體通過顆粒層的流動

分離

懸浮液（固-液混合物）乳濁液（液-液混合物）含塵氣體、含霧氣體（氣-液、固-氣混合物）

------過濾、沉降濾漿濾餅過濾介質濾液濾餅過濾t、tw?L或Vu、uw??4.流體通過顆粒層的流動

一個完整的過濾操作（周期）:過濾——洗滌——組裝、卸榨等深層過濾濾漿濾餅過濾介質濾液濾餅過濾推動力：重力、壓力、離心力

架橋現(xiàn)象4.1過濾原理過濾介質：多孔性介質、耐腐蝕、耐熱并具有

足夠的機械強度。工業(yè)用過濾介質主要有：

織物介質，如棉、麻、絲、毛、合

成纖維、金屬絲等編織

成的濾布；

多孔性固體介質，如素瓷板或管、

燒結金屬等。濾漿濾餅過濾介質濾液濾餅過濾濾餅不可壓縮濾餅:

顆粒有一定的剛性，所形成的濾餅并不因所受的壓力差而變形

可壓縮濾餅:

顆粒比較軟，所形成的濾餅在壓差的作用下變形，使濾餅中的流動通道變小，阻力增大。濾漿濾餅過濾介質濾液濾餅過濾濾餅的壓縮性：

一、單顆粒的特性球形4.2.1基本概念4.2流體通過固定床的壓降非球形（當量直徑）三者關系：非球形的形狀系數(shù)均小于1非球形二、顆粒群的特性粒度分布篩分分析金屬絲網(wǎng)編織而成篩過量篩余量分布函數(shù)頻率函數(shù)平均直徑顯微鏡法、沉降法、電阻變化法、………流體在顆粒層內(nèi)流動特點：爬流Hf顆粒表面積（主要）顆粒形狀（次要）以比表面積相等原則確定實際顆粒群的平均直徑某號篩子（篩孔孔徑為dpi)的篩余量占試樣總質量的百分率(mi/m)n=1n=in=mmim顆粒群的平均直徑（1）床層的空隙率ε固定床層中顆粒堆積的疏密程度可用空隙率來表示，其定義如下：

ε的大小反映了床層顆粒的緊密程度，ε對流體流動的阻力有極大的影響.

三、顆粒床層的特性（2）床層的各向同性工業(yè)上的小顆粒（球形或非球形）床層通常是亂堆的，這樣的結構使床層具有各向同性的特點，此時有：其中：(3)床層比表面單位床層體積（非顆粒體積）具有的顆粒表面積，即：

其中，α為顆粒的比表面積

流體通過復雜的通道時的阻力（壓降）難以進行理論計算，必須依靠實驗來解決問題——因次理論、數(shù)學模型法等。

4.2.1顆粒床層的簡化模型（基于床層的壓降）（1）床層的簡化物理模型——一組平行細管

單位體積床層所具有的顆粒表面積對流動阻力有決定性的作用。規(guī)定：①細管的內(nèi)表面積等于床層顆粒的全部表面；

②細管的全部流動空間等于顆粒床層的空隙體積。4.2.2流體通過固定床的壓降顆粒床層的簡化模型Lede顆粒床層的簡化模型(一組長為Le,直徑de的平行細管）固體顆粒床層體積

（2）流體壓降的數(shù)學模型流體流過圓管的阻力損失數(shù)學描述：

模型參數(shù)或固定床的流動摩擦系數(shù)并聯(lián)管道由質量守恒得：床層截面積數(shù)學模型Lede（3）模型的檢驗和模型參數(shù)的估值經(jīng)實驗數(shù)據(jù)驗證簡化模型合理，并且，當： (床層雷諾數(shù)) 康采尼方程：

（式中稱為康采尼常數(shù)，其值為5.0。對于不同的床層，的可能誤差不超過10%）或 ：

…………歐根方程思考題：數(shù)學模型法與量綱分析法有何區(qū)別？影響床層壓降的因素在上述因素中，影響最大的是空隙率，如由0.5降為0.4，則壓降增加2.8倍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：

①操作變量

②流體物性 和

③床層特性和過濾過程的特點

①流體流過固定床層的一種具體情況。③濾餅厚度隨時間延長而增加，但增加緩慢；非定態(tài)，但可作為擬定態(tài)處理（洗滌時與固定床相同）②一定壓差下，濾液通過速率隨時間延長而降低4.3過濾基本方程懸浮液含固量：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Kg懸浮液為基準，按體積加和原則可得：

AV:濾液量V懸總物料體積衡算固體體積衡算濾餅厚度L對一定的懸浮液一定，若濾餅一定，一定，則 。一般懸浮液中顆粒的體積分數(shù)較濾餅空隙率小的多，可忽略過濾速率u△p1u表觀速度△p2得將代入上式，并令(濾餅比阻)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（ ）。由康采尼公式，忽略重力（位能），得濾餅

過濾介質對濾液流動的阻力可視為通過單位過濾面積獲得的某當量濾液量qe所形成的虛擬濾餅層的阻力，則由其中：Δp1，Δp2

分別為濾餅兩側，過濾介質兩側的壓強差△p1u表觀速度△p2一定條件下相同在衡壓下，①懸浮液的性質，如；φ，μ等；②濾餅特性，如空隙率ε

，比表面積a等（包含在r內(nèi)）保持恒定，在解決具體工程時，令：過濾速率基本方程(微分式）K，qe為過濾常數(shù)，用指定的實驗物系，直接由實驗測定。相關參數(shù)說明：

（1）過濾常數(shù)K

與懸浮液、濾餅的性質及操作壓差ΔP

有關，對指定的懸浮液，只有當ΔP

不變時才是常數(shù)。

（2）濾餅比阻r

反映了濾餅的特性，表征了濾餅結構對過濾速率的影響，其數(shù)值大小顯示過濾操作的難易程度，其值與懸浮液的物理性質和操作壓差有關，一般服從如下經(jīng)驗關系：恒壓過濾(積分式）△pu表觀速度特點：

K為常數(shù)

積分得：

或若過濾介質阻力可忽略不計，則

或恒速過濾(積分式）△pu表觀速度特點：

K不為常數(shù)，而u為常數(shù)。整理得：

若過濾介質阻力可忽略不計，則

或或恒壓：思考：先恒速再恒壓操作，恒壓段過濾方程？設恒速段過濾時間為1，則或恒壓時：求出壓縮指數(shù)s

過濾常數(shù)的測定濾餅洗滌特點：洗滌時推動力、阻力不變，洗滌速度為常數(shù)。

1、洗滌速度與過濾終了速度間的關系

若推動力相同，則：2、洗滌時間w

洗滌曲線（小型實驗確定）＋經(jīng)濟角度4.4過濾設備及過濾計算過濾設備

過濾計算設計型：已知qe、K、V、選擇△p、A操作型：已知設備尺寸和參數(shù)，給定操作條件，核定該設備可以完成的生產(chǎn)任務等名詞解釋：單位時間的濾液體積或濾渣體積，m3/s對間歇操作，一個操作周期時間：洗滌時間洗出液中溶質濃度置換洗滌(εAL)

(洗滌量εAL)

通過小型實驗確定過濾機生產(chǎn)能力(Q)生產(chǎn)能力為最佳過濾時間（設備操作最優(yōu)化）濾框、濾板結構：洗板板框壓濾機框非洗板洗板一個操作循環(huán)：過濾、洗滌、卸渣、整理重裝

濾液流出懸浮液入口1060塊不等，過濾面積約為280m2

洗滌液流出洗滌液入口屬間歇式特點：橫穿洗滌：Lw=2LAW=1/2A1、板框過濾機板框過濾機動畫

優(yōu)點：構造簡單，過濾面積大而占地省，過濾壓力高，便于用耐腐蝕材料制造，操作靈活，過濾面積可根據(jù)產(chǎn)生任務調(diào)節(jié),適合過濾含固量多的細小顆?；蛞后w粘度較高的物料。

缺點：間歇操作，勞動強度大，產(chǎn)生效率低。主要優(yōu)缺點:2、葉濾機結構與工作原理間歇操作設備，具有過濾推動力大，過濾面積大，濾餅洗滌較充分，每次操作時濾布不用裝卸等，生產(chǎn)能力比壓濾機大，機械化程度高，勞動力較省。

缺點：構造較為復雜，造價較高，粒度差別較大的顆?？赡芊謩e聚集于不同的高度，此時存在洗滌不均勻，濾布破損后更換較困難。主要優(yōu)缺點優(yōu)點：

轉筒真空過濾機是工業(yè)上應用最廣的一種連續(xù)操作的過濾設備。設備的主體是一個能轉動的水平圓筒，圓筒表面有一層金屬網(wǎng)，網(wǎng)上覆蓋濾布，筒的下部進入濾漿中，圓筒沿徑向分割成若干扇形格，每個都有單獨的孔道通至分配頭上。圓筒轉動時，憑借分配頭的作用使這些孔道依次分別與真空管及壓縮空氣管相通，因而在回轉一周的過程中每個扇形格表面即可順序進行過濾、洗滌、吸干、吹松、卸餅等項操作。

3、回轉真空過濾機(連續(xù)過濾機)結構與工作原理

優(yōu)點：能連續(xù)自動操作，省人力，生產(chǎn)能力大，適用于處理量較大而壓差不需很大的物料的過濾。缺點：附屬設備較多，投資費用高，過濾面積不大。過濾推動力有限，不易過濾高溫的懸浮液。主要優(yōu)缺點——最佳操作周期

（生產(chǎn)能力最大時的操作周期）其中：而過濾計算板框機若介質阻力忽略不計，則

(A)代入式(A)得：------最佳操作周期

故D＝+w時，Q有最大值（=w，介質阻力忽略不計）故若介質阻力忽略不計，則

對照板框過濾機：葉濾機（=w，介質阻力忽略不計）其中：——轉化為恒壓間歇模式處理

生產(chǎn)能力：

操作周期：

思考：

V、Ve、A的含義是什么？

若介質阻力忽略不計，則

回轉真空過濾機設轉筒浸入面積占全部轉筒面積的分率為浸沒分數(shù)φ，則可見：此式近似的表達了各種參對回轉真空過濾機生產(chǎn)能力的影響

例某板框過濾機有5個濾框，框的尺寸為63563525mm。過濾操作在20℃、恒定壓差下進行，過濾常數(shù)K=4.2410-5m2/s，qe=0.0201m3/m2，濾餅體積與濾液體積之比c=0.08m3/m3，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?，F(xiàn)改用一臺回轉真空過濾機過濾濾漿，所用濾布與前相同，過濾壓差也相同。轉筒直徑為1m，長度為1m，浸入角度為120。問轉鼓每分鐘多少轉才能維持與板框過濾機同樣的生產(chǎn)能力？

假設濾餅不可壓縮。解：以一個框為基準進行計算?？蛉錆M時濾餅的體積為：

濾液量

過濾面積再根據(jù)恒壓過濾方程得：K=4.2410-5m2/s，qe=0.0201m3/m2改用回轉真空過濾機后，壓差不變，故K不變；濾布不變，故qe不變。K=4.2410-5m2/s，qe=0.0201m3/m2過濾面積板框過濾機的生產(chǎn)能力為：又：回轉真空過濾機4.5加快（強化）過濾速率的途徑（措施）(1)改變?yōu)V餅結構方法：加入助濾劑目的：形成疏松且不可壓縮的濾餅助濾劑基本特性：

a.剛性b.多孔性c.尺度大體均勻d.化學穩(wěn)定性好常用助濾劑：不可壓縮的粉末及纖維，如硅藻土、纖維素。加入方法a.預涂(預敷）

b.將助濾劑混在濾漿中一起過濾（摻濾）

用助濾劑配成懸浮液，在正式過濾前用它進行過濾，在過濾介質上形成一層由助濾劑組成