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(gùtǐ)流態(tài)化 通過本章學習，掌握沉降、過濾、固體流態(tài)化及氣力輸送等過程的原理、計算方法、典型(diǎnxíng)設備的結(jié)構(gòu)特性，能夠根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，合理選擇設備。學習目的與要求精品資料2概述(ɡàishù)物系中存在(cúnzài)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）。精品資料3概述(ɡàishù)機械分離(fēnlí)方法過濾

機械分離方法，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)生相對運動而使其分離。

沉降精品資料4概述(ɡàishù)非均相混和物分離的應用：（1）收集分散物質(zhì)(wùzhì)。（2）凈化分散介質(zhì)。（3）環(huán)境保護。精品資料5第三章、非均相混合物分離(fēnlí)及固體流態(tài)化3.1沉降分離原理(yuánlǐ)及設備3.1.1

顆粒相對于流體的運動精品資料6 一、顆粒的特性1.球形顆粒：球形顆粒的尺寸由直徑(zhíjìng)d確定。3d

6V

2S

d

S

6V

da

比表面積體積(tǐjī)表面積精品資料7

SSps

述其特性(tèxìng) （1）球形度s （3－4）顆粒(kēlì)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參數(shù)來描精品資料8體積(tǐjī)當量直徑3Vp

6de

比表面積當量(dāngliàng)直徑6ada

da

sde兩者關系

一、顆粒的特性（2）顆粒的當量直徑精品資料desa

93de

62Sp

6

sde非球形顆粒的特性(tèxìng)，即 體積

表面積比表面積一、顆粒(kēlì)的特性Vp=精品資料10二、球形顆粒(kēlì)的自由沉降圖3-1沉降(chénjiàng)顆粒的受力情況精品資料11重力(zhònglì)浮力阻力(zǔlì)

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力阻力系數(shù)或

曳力系數(shù)精品資料12二、球形顆粒(kēlì)的自由沉降 根據(jù)牛頓第二運動定律 分析(fēnxī)顆粒運動情況：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

勻速段精品資料13沉降速度 勻速階段中顆粒相對于流體的運動速度稱為沉降速度，由于該速度是加速段終了時顆粒相對于流體的運動速度，故又稱為“終端(zhōnɡduān)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(zìyóu)沉降精品資料 三、阻力系數(shù)（曳力系數(shù)） 通過量綱分析可知(kězhī)，是顆粒與流體相對運動時雷諾數(shù)Ret和球形度s的函數(shù) fRet,sdutρ

μRet

隨Ret及s變化的實驗測定(cèdìng)結(jié)果見圖3-2。 14精品資料15圖3-2Ret關系(guānxì)曲線精品資料16

24Ret

（3-17）d

2(s

)g

18ut

（3-20） 三、阻力系數(shù)（曳力系數(shù)）對球形顆粒Ret關系曲線大致可分為(fēnwéi)三個區(qū)域 104Ret1爬流（又稱蠕動流Creepingflow）滯流區(qū)或斯托克斯(Stokes)定律區(qū)精品資料171

Ret

103過渡(guòdù)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(zǔlì)系數(shù)（曳力系數(shù)）精品資料18（3-19）（3-22）

0.44d(s

)g

ut

1.74 三、阻力系數(shù)（曳力系數(shù)）103Ret2105湍流區(qū)或牛頓(niúdùn)（Newton）定律區(qū)精品資料19滯流區(qū)湍流(tuānliú)區(qū)過渡(guòdù)區(qū)表面摩擦阻力形體阻力三、

阻力系數(shù)（曳力系數(shù)）精品資料20四、影響(yǐngxiǎng)沉降速度的因素自由(zìyóu)沉降干擾沉降沉降過程中，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，容器壁面對顆粒沉降的影響不可忽略，這時的沉降稱為干擾沉降或受阻沉降。精品資料21在實際沉降操作(cāozuò)中，影響沉降速度的因素有：1、顆粒的體積分數(shù)2、器壁效應3、顆粒(kēlì)形狀的影響四、

影響沉降速度的因素精品資料22第三章、非均相混合物分離(fēnlí)及固體流態(tài)化3.1沉降分離原理(yuánlǐ)及設備3.1.1

顆粒相對于流體的運動3.1.2

重力沉降精品資料23 一、重力(zhònglì)沉降速度的計算1、試差法假設(jiǎshè)沉降屬于某一流型計算沉降速度核算Ret精品資料沉降速度的計算(jìsuàn)1）試差法假設沉降(chénjiàng)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

精品資料已知直徑(zhíjìng)的球形顆粒的沉降速度：K≤2.62，斯托克斯定律(dìnglǜ)區(qū)；2.62＜K＜69.1，艾侖定律(dìnglǜ)區(qū)；K≥69.1，牛頓定律(dìnglǜ)區(qū)。令K精品資料例：試計算直徑為95μm，密度(mìdù)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。用試差法計算先假設顆粒在滯流區(qū)內(nèi)沉降，附錄查得，20℃時水(shíshuǐ)的密度為998.2kg/m3,μ=1.005×10-3Pa.s精品資料核算(hésuàn)流型原假設滯流區(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)群法計算20℃空氣：ρ=⒈205kg/m3，μ=⒈81×10-5Pa.s根據(jù)無因次數(shù)(cìshù)K值判別顆粒沉降的流型精品資料2.61＜K<69.1，沉降在過渡(guòdù)區(qū)。用艾倫公式計算沉降速度。精品資料29二、重力沉降(chénjiàng)設備1、降塵(jiàngchén)室降塵室是依靠重力沉降從氣流中分離出固體顆粒的設備精品資料二、重力(zhònglì)沉降設備圖3-4降塵室示意圖氣流水平(shuǐpíng)通過降塵室速度

30沉降速度精品資料

31Hutt

t或

l

Hu

ut氣體通過(tōngguò)降塵室的時間為 l u 欲使顆粒被分離出來，則降塵(jiàngchén)室高 沉降速度

降塵室長氣流水平通過

降塵室速度

二、重力沉降設備位于降塵室最高點的顆粒沉降到室底所需的時間為精品資料qv,s

Hbu

qv,s

=

blut整理(zhěnglǐ)得降塵(jiàngchén)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，而與降塵室高度H無關。

32

二、重力沉降設備根據(jù)降塵室的生產(chǎn)能力，氣體在降塵室內(nèi)的水平通過速度為精品資料為：Vs

n1blut（3-30a） 二、重力沉降設備對設置(shèzhì)了n層水平隔板的降塵室，其生產(chǎn)能力精品資料34 降塵室結(jié)構(gòu)簡單，流動阻力小，但體積龐大，分離效率低，通常只適用(shìyòng)于分離粒度大于50m的粗粒，一般作為(zuòwéi)預除塵使用。多層降塵室雖能分離較細的顆粒且節(jié)省占地面積，但清灰比較麻煩。二、重力沉降設備精品資料2．沉降(chénjiàng)槽 沉降槽是利用重力沉降來提高懸浮液濃度 并同時得到澄清液體的設備。3．分級(fēnjí)器 利用重力沉降可將懸浮液中不同粒度的顆粒進行粗略的分離，或?qū)煞N不同密度的顆粒進行分類，這樣的過程統(tǒng)稱為分級(fēnjí)，實現(xiàn)分級(fēnjí)操作的設備稱為分級(fēnjí)器。 35二、重力沉降設備精品資料36雙錐分級(fēnjí)器二、重力(zhònglì)沉降設備精品資料37重力(zhònglì)沉降分級器二、重力(zhònglì)沉降設備精品資料1第三章、非均相混合物分離(fēnlí)及固體流態(tài)化3.1沉降分離原理(yuánlǐ)及設備3.1.1

顆粒相對于流體的運動3.1.2

重力沉降3.1.3

離心沉降精品資料離心(líxīn)沉降：依靠慣性離心力的作用而實現(xiàn)的沉降過程適于分離兩相密度差較小，顆粒粒度(lìdù)較細的非均相物系。慣性離心力場與重力場的區(qū)別重力場離心力場力場強度重力加速度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離心沉降精品資料1、離心(líxīn)沉降速度ur慣性(guànxìng)離心力=浮力（向心力）=阻力=

三力達到平衡，則：精品資料平衡時顆粒在徑向上相對于流體的運動速度ur便是(biànshì)此位置上的離心沉降速度。表達式：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速度在徑向上的分量(fènliàng)，隨顆粒在離心力場中的位置而變。離心沉降速度與重力沉降速度的比較精品資料阻力(zǔlì)系數(shù)：層流時同一顆粒(kēlì)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強度與重力場強度之比稱為離心分離因數(shù)。例如；當旋轉(zhuǎn)半徑R=0.4m，切向速度uT=20m/s時，求分離因數(shù)。一般離心設備Kc在5～2500之間，高速離心機Kc可達幾萬～數(shù)十萬。精品資料5二、離心沉降(chénjiàng)設備1.旋風(xuànfēng)分離器（1）旋風分離器的結(jié)構(gòu)與操作原理精品資料6

9BNesuidc

①臨界(línjiè)粒徑旋風(xuànfēng)分離器的 進氣口寬度旋風分離器的

進口氣速

氣流的有效旋

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

二、離心沉降設備（2）旋風分離器的性能精品資料C1

C2

C10

②分離(fēnlí)效率 總效率η0piC1i

C2i

C

1i粒級效率(xiàolǜ)ηpi

7二、離心沉降設備精品資料8粒級效率(xiàolǜ)恰為50%的顆粒直徑，稱為分割粒徑。分割(fēngē)粒徑d50

0.27

Dui(s

)d50

二、離心沉降設備

粒級效率曲線

通過實測旋風分離器進、出氣流中所含塵粒的濃度及粒度分布，可得粒級效率與顆粒直徑di的對應關系曲線，該曲線稱為粒級效率曲線。精品資料

2iu

2③壓力降

p

阻力系數(shù)標準(biāozhǔn)旋風分離器為8④影響旋風(xuànfēng)分離器性能的因素操作溫度，顆粒密度、粒徑、進口氣速度及粉塵濃度等情況。 11二、離心沉降設備精品資料12（3）旋風(xuànfēng)分離器類型二、離心沉降(chénjiàng)設備XLT/A型精品資料13XLP/B型二、離心(líxīn)沉降設備精品資料14XLK型(擴散式)二、離心(líxīn)沉降設備精品資料15（4）旋風(xuànfēng)分離器的選用首先(shǒuxiān)應根據(jù)系統(tǒng)的物性，結(jié)合各型設備的特點，選定旋風分離器的類型；

然后依據(jù)含塵氣的體積流量，要求達到的分離效率，允許的壓力降計算決定旋風分離器的型號與個數(shù)。二、離心沉降設備精品資料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備，它的結(jié)構(gòu)與操作(cāozuò)原理和旋風分離器類似。二、離心沉降(chénjiàng)設備精品資料第三章、非均相混合物 分離(fēnlí)及固體流態(tài)化3.2過濾(guòl(fā)ǜ)分離原理及設備3.2.1

流體通過固體顆粒床層的流動一、固體顆粒群的特性

17精品資料21

床層體積(tǐjī)-顆粒體積(tǐjī) 床層體積(tǐjī) 二、固體顆粒床層的特性1.床層的空隙(kòngxì)率 空隙(kòngxì)率以ε表示，即精品資料222.床層的自由(zìyóu)截面積 床層截面上未被顆粒(kēlì)占據(jù)的流體可以自由通過的面積，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精品資料23 二、固體顆粒床層的特性 aba(1)床層的比表面積也可用顆粒的堆積密度(mìdù)估算，即

顆粒(kēlì)的堆 積密度顆粒的真

實密度精品資料244.床層的當量(dāngliàng)直徑二、固體顆粒(kēlì)床層的特性簡化模型是將床層中不規(guī)則的通道假設成長定：（1）細管的全部流動空間等于顆粒床層的空隙容積；（2）細管的內(nèi)表面積等于顆粒床層的全部表面積。度為

L，當量直徑為

deb的一組平行細管，并且規(guī)精品資料deb

25deb

4床層流動空間細管(xìɡuǎn)的全部內(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量(dāngliàng)直徑的定義，可推出精品資料26三、流體(liútǐ)通過固體顆粒床層（固定床）的壓降流體(liútǐ)通過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。二是流動過程中，孔道截面積突然擴大和突然縮小以及流體對顆粒的撞擊產(chǎn)生的壓力降。精品資料27'2uPf

L(1)a

3

debu1

Reb

ua(1)床層雷諾數(shù) （3-52）床層的摩擦(mócā)系數(shù)，是床層雷諾數(shù)的函數(shù)(hánshù)

三、流體通過固體顆粒床層

（固定床）的壓降

采用計算床層當量直徑時所用的簡化模型，將流體通過床層的流動看作流體通過一組當量直徑為deb的平行細管流動，可得到其壓力降為：精品資料(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(fāngchéng)Reb

2歐根（Ergun）方程(fāngchéng)0.17

Reb

330（3-55）（3-58）

28三、流體通過固體顆粒床層（固定床）的壓降精品資料第三章、非均相混合物 分離(fēnlí)及固體流態(tài)化3.2過濾分離原理(yuánlǐ)及設備3.2.1

流體通過固體顆粒床層的流動

3.2.2

過濾操作的原理

29精品資料30 過濾是在外力作用下，使懸浮液中的液體通過(tōngguò)多孔介質(zhì)的孔道，而固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而實現(xiàn)固、液分離的操作。過濾(guòl(fā)ǜ)精品資料31圖3-17過濾(guòl(fā)ǜ)操作示意圖動畫16精品資料32 一、過濾(guòl(fā)ǜ)方式 1．餅層過濾(guòl(fā)ǜ)√ 2．深床過濾(guòl(fā)ǜ) 3．膜過濾(guòl(fā)ǜ)餅層過濾(guòl(fā)ǜ)時發(fā)生“架橋”現(xiàn)象圖3-18精品資料33 二、過濾介質(zhì) （1）對過濾介質(zhì)的性能要求 具有足夠的機構(gòu)強度和盡可能小的流動阻 力，同時，還應具有相應的化學穩(wěn)定性，耐腐蝕 性和耐熱性。應用于食品和生物制品過濾的介質(zhì) 還應考慮(kǎolǜ)無毒，不易滋生微生物，易清洗消毒 等。（2）工業(yè)上常用的過濾介質(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(gùtǐ)介質(zhì)④多孔膜精品資料34三、濾餅(lǜbǐnɡ)的壓縮性和助濾劑不可(bùkě)壓縮濾餅可壓縮濾餅

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

當濾餅兩側(cè)的壓力差增大時，顆粒的形狀和顆粒間的空隙會有明顯的改變，單位厚度餅層的流動阻力隨壓力差增大而增大。精品資料35助濾劑 助濾劑是某種質(zhì)地堅硬而能形成疏松餅層的固體顆粒或纖維狀物質(zhì)(wùzhì)，將其混入懸浮液或預涂于過濾介質(zhì)上，可以改善餅層的性能，使濾液得以暢流。三、濾餅(lǜbǐnɡ)的壓縮性和助濾劑精品資料36練

習

題

目思考題作業(yè)題:

4、51.分析影響旋風分離器臨界(línjiè)粒徑的因素。2.選擇旋風分離器時應該依據(jù)哪些性能指標?3.過濾的方式有哪些？餅層過濾時，真正(zhēnzhèng)起過濾作用的是什么？精品資料第三章、非均相混合物 分離(fēnlí)及固體流態(tài)化3.2過濾(guòl(fā)ǜ)分離原理及設備3.2.1

流體通過固體顆粒床層的流動3.2.2

過濾操作的原理3.2.3

過濾基本方程式

1精品資料5a

(1)pcL2 一、濾液通過餅層的流動（1）非定態(tài)過程（2）滯流流動——可用康采尼公式(gōngshì)描述(

)

32

2u

(3-59)精品資料u

5a

(1)pcL5a

(1)ApcL3過濾(guòl(fā)ǜ)速率 二、過濾速率與過濾速度(sùdù) 過濾速度(sùdù)單位時間通過單位過濾面積的濾液體積，單位m/s。

32

2(

)

dVAd單位時間獲得的濾液體積，單位為m3/s。(

)

32

2dVd(3-59a)(3-59b)精品資料5a

(1)223r

三、濾餅(lǜbǐnɡ)的阻力濾餅(lǜbǐnɡ)的比阻反映了顆粒形狀、尺寸(chǐcun)及床層的空隙率對濾液流動的影響，為單位厚度床層的阻力，單位1/m2。 4(3-60)精品資料pc

pcrLR5濾餅(lǜbǐnɡ)的阻力R

rL單位(dānwèi)1/m。

dVAd

(

)

(

)因此速度=推力阻力(3-62)(3-61)三、濾餅的阻力精品資料dV

pmAd

Rm6 四、過濾介質(zhì)的阻力仿照(fǎngzhào)式3-61可以寫出濾液穿過過濾介質(zhì)層的速度關系式： (3-62)過濾(guòl(fā)ǜ)介質(zhì)阻力,1/m 。精品資料c

m

p

p

dV

p

(

)

m

m

Ad

R

R

(R

R

7五、過濾(guòl(fā)ǜ)基本方程式)

假設過濾介質(zhì)對濾液流動(liúdòng)的阻力相當于厚度為Le的濾餅層的阻力，即把過濾介質(zhì)與濾餅聯(lián)合起來考慮rLe

Rm當量濾餅厚度虛擬濾餅厚度精品資料8 一定(yīdìng)操作條件下，以一定(yīdìng)介質(zhì)過濾一定(yīdìng)懸浮液時，Le為定值；但同一介質(zhì)在過濾不同懸浮液的操作中，Le值不同。五、過濾(guòl(fā)ǜ)基本方程式rLe

Rm精品資料9V

AL

濾餅體積(tǐjī)與相應的濾液體積(tǐjī) 之比，m3/m3 五、過濾基本方程式 則上式變?yōu)? dVpp Ad(rLrLe)r(LLe) 任一瞬間的濾餅厚度與當時已經(jīng)獲得的濾液(lǜyè)體積之間的關系為：精品資料10Ve

ALe

同理有過濾(guòl(fā)ǜ)介質(zhì)的當量濾液體積，虛擬濾液體積所以(suǒyǐ)dV

A2p

d

r(V

Ve)（3-69）五、過濾基本方程式精品資料V

Aq

Ve

Aqe

dq

pd

r(qqe)令則有（3-69a）

11五、過濾(guòl(fā)ǜ)基本方程式單位過濾面積所得濾液(lǜyè)體積單位過濾面積所得當量濾液體積精品資料r

r(p)s（3-70） 濾餅(lǜbǐnɡ)的壓縮性指 數(shù)，量綱為一。一般情況下，s=0～1。對于不可壓縮濾餅(lǜbǐnɡ)，s=0。幾種典型物料的壓縮性指數(shù)值，列于表3－2中。 12 五、過濾基本方程式 對可壓縮濾餅(lǜbǐnɡ)，比阻在過濾過程中不再是常數(shù)，它是兩側(cè)壓力差的函數(shù)。精品資料dV

A

pd

r(V

Ve)pdqd

r(qqe

)2

1s

1s過濾(guòl(fā)ǜ)基本方程式 或（3-71）（3-71a）

13 五、過濾基本(jīběn)方程式最后可得精品資料dV

kA2p1sddq

kp1sdk

1r對于一定(yīdìng)的懸浮液，k可視為常數(shù)。令：

V

Ve(qqe

)過濾(guòl(fā)ǜ)基本方程式（3-73）（3-73a）

14（3-72）五、過濾基本方程式精品資料第三章、非均相混合物 分離(fēnlí)及固體流態(tài)化3.2過濾分離原理(yuánlǐ)及設備3.2.1

流體通過固體顆粒床層的流動3.2.2

過濾操作的原理3.2.3

過濾基本方程式

3.2.4

恒壓過濾

15精品資料 恒壓過濾 在恒定壓力差下進行的過濾操作稱為恒壓過濾。恒壓過濾時，濾餅不斷變厚使得阻力逐漸增加，但推動力恒定，因而過濾速率(sùlǜ)逐漸變小。K是由物料(wùliào)特性及過濾壓力差所決定的，恒壓過濾時其為常數(shù)，稱為過濾常數(shù)，其單位為m2/s。 16K

2kp1s令：精品資料恒壓過濾(guòl(fā)ǜ)方程式V2VeVKAq

2qeq

K

dq

Kd

2(qqe

) dVKA2 d2(VVe)積分(jīfēn)，得到2

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

17或

恒壓過濾恒壓過濾時過濾基本方程式變?yōu)椋壕焚Y料V

KA

q

K

18當過濾(guòl(fā)ǜ)介質(zhì)阻力可以忽略時，恒壓過濾(guòl(fā)ǜ)方程式2

22恒壓過濾精品資料過濾(guòl(fā)ǜ)常數(shù)介質(zhì)(jièzhì)常數(shù)VeqeK

19由實驗測定恒壓過濾精品資料第三章、非均相混合物 分離(fēnlí)及固體流態(tài)化3.2過濾分離原理(yuánlǐ)及設備

3.2.1

流體通過固體顆粒床層的流動

3.2.2

過濾操作的原理

3.2.3

過濾基本方程式

3.2.4

恒壓過濾3.2.5

恒速過濾與先恒速后恒壓的過濾

20精品資料Ru常數(shù)(chángshù)21恒速過濾(guòl(fā)ǜ)

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

V

qAd

A

恒速過濾與先恒速后恒壓的過濾精品資料2b

ruRqea

ruR

2

p

a

b令： 于是(yúshì)對不可壓縮濾餅進行恒速過濾時，其操作(cāozuò)壓力差隨過濾時間成直線增高。 22

恒速過濾與先恒速后恒壓的過濾代入過濾基本方程式，得到

p

ruR

ruRqe精品資料23圖3-19先恒速后恒壓過濾(guòl(fā)ǜ)裝置 恒速過濾(guòl(fā)ǜ)與先恒速后恒壓的過濾(guòl(fā)ǜ)先恒速后恒壓精品資料24(

R) 積。轉(zhuǎn)入恒壓操作后所經(jīng)歷(jīnglì)的過濾時間。 恒速過濾與先恒速后恒壓的過濾恒壓階段(jiēduàn)的過濾方程 222 R (VVR)轉(zhuǎn)入恒壓操作后所得的濾液體精品資料25第三章、非均相混合物分離(fēnlí)及固體流態(tài)化3.2過濾(guòl(fā)ǜ)分離原理及設備3.2.1

流體通過固體顆粒床層的流動3.2.2

過濾操作的原理3.2.3

過濾基本方程式3.2.4

恒壓過濾3.2.5

恒速過濾與先恒速后恒壓的過濾3.2.6

過濾常數(shù)的測定精品資料q

2qeq

K

1

2 一、恒壓下K,Ve(qe)的測定 過濾常數(shù)通常是在相同(xiānɡtónɡ)條件下，用相同(xiānɡtónɡ)物料，在小型實驗設備上進行恒壓過濾實驗而獲得。將恒壓過濾(guòl(fā)ǜ)方程式qe

qq

K

K

2

2直線的斜率為

，截距為

qe。

K

262變換為精品資料2

K

k

p

27二、壓縮性指數(shù)(zhǐshù)s的測定先求出若干過濾(guòl(fā)ǜ)壓力差下的K值，然后對K－Δp數(shù)據(jù)加以處理1s上式兩端取對數(shù)，得lgK

1slgplg2kK與Δp的關系在雙對數(shù)坐標上標繪時應是直線，直線的斜率為(1-s)，截距為lg(2k)。精品資料28第三章、非均相混合物分離(fēnlí)及固體流態(tài)化3.2過濾分離原理(yuánlǐ)及設備3.2.1

流體通過固體顆粒床層的流動3.2.2

過濾操作的原理3.2.3

過濾基本方程式3.2.4

恒壓過濾3.2.5

恒速過濾與先恒速后恒壓的過濾3.2.6

過濾常數(shù)的測定3.2.7

過濾設備精品資料29一、板框壓濾機精品資料30一、板框壓濾機精品資料31一、板框壓濾機精品資料32一、板框壓濾機動畫17精品資料33二、加壓葉濾機動畫27精品資料34三、轉(zhuǎn)筒真空(zhēnkōng)過濾機精品資料35練

習

題

目思考題作業(yè)題:

6、7、81.從過濾基本方程式分析提高過濾速率的措施。2.板框壓濾機與葉濾機的洗滌方式有什么(shénme)差別？3.試分析過濾壓力差對過濾常數(shù)的影響。精品資料1第三章、非均相混合物分離(fēnlí)及固體流態(tài)化3.2過濾(guòl(fā)ǜ)分離原理及設備3.2.1

流體通過固體顆粒床層的流動3.2.2

過濾操作的原理3.2.3

過濾基本方程式3.2.4

恒壓過濾3.2.5

恒速過濾與先恒速后恒壓的過濾3.2.6

過濾常數(shù)的測定3.2.7

過濾設備3.2.8

濾餅的洗滌精品資料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(lǜyè)，或凈化構(gòu)成濾餅的顆粒。洗滌速率單位時間內(nèi)消耗的洗水容積 dV ()W洗滌(xǐdí)時間精品資料dV

dV

KA(

)

(

)

W

E

32d

d

2(V

Ve) 對于連續(xù)式過濾機及葉濾機等所采用的是置換(zhìhuàn)洗滌法洗滌速率大致等于過濾終了時的過濾速率，即濾餅(lǜbǐnɡ)的洗滌精品資料dV

1

dV

KA(

)W

(

)E

42d

4

d

8(V

Ve)12AA

W

因此(yīncǐ) 濾餅的洗滌(xǐdí)板框壓濾機采用的是橫穿洗滌(xǐdí)法， LLeW2LLeE精品資料(

)(

)

W

p

W

W

5 若洗水黏度、洗水表(shuǐbiǎo)壓與濾液黏度、過濾壓力差有明顯差異時，依照過濾基本方程式，洗滌時間應做如下修正：

pW濾餅(lǜbǐnɡ)的洗滌精品資料6 第三章、非均相混合物 分離及固體流態(tài)化3.2過濾分離原理及設備3.2.1流體通過固體顆粒床層的流動(liúdòng)3.2.2過濾操作的原理3.2.3過濾基本方程式3.2.4恒壓過濾3.2.5恒速過濾與先恒速后恒壓的過濾3.2.6過濾常數(shù)的測定3.2.7過濾設備3.2.8濾餅的洗滌3.2.9過濾機的生產(chǎn)能力(shēnɡchǎnnénɡlì)精品資料Q

7則生產(chǎn)能力(shēnɡchǎnnénɡlì)的計算式為W

D3600V

T

3600Vθθ

θ 一、間歇過濾機的生產(chǎn)能力一個操作(cāozuò)周期的總時間為 TwD卸渣、清理、裝合等輔助操

作時間過濾時間洗滌時間精品資料8 二、連續(xù)(liánxù)過濾機的生產(chǎn)能力 連續(xù)(liánxù)過濾機（以轉(zhuǎn)筒真空過濾機為例）的特點是過濾、洗滌、卸餅等等操作在轉(zhuǎn)筒表面的不同區(qū)域內(nèi)同時進行。任何一塊表面在轉(zhuǎn)筒回轉(zhuǎn)一周過程中都只有部分時間進行過濾操作。 一個操作周期就是轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)一周所用時間：60

nT

轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速(zhuànsù)精品資料60ψ

nθ

ψT

浸沒(jìnméi)度代入恒壓過濾(guòl(fā)ǜ)方程，得每小時所得濾液體積，即生產(chǎn)能力為： 22 9

二、連續(xù)過濾機的生產(chǎn)能力

在一個過濾周期內(nèi)，轉(zhuǎn)筒表面上任何一塊過濾面積所經(jīng)歷的過濾時間均為：精品資料102Q

60n

KA60ψ

n

465A

Kn

ψ 二、連續(xù)過濾機的生產(chǎn)能力當濾布阻力可以(kěyǐ)忽略時，Ve=0，則上式簡化為：精品資料11第三章、非均相混合物 分離(fēnlí)及固體流態(tài)化3.2離心機3.3.1一般(yībān)概念精品資料12一般(yībān)概念 離心機是利用慣性(guànxìng)離心力分離非均相混合物的機械。它既可用于沉降操作，也可用于過濾操作。離心機精品資料13過濾(guòl(fā)ǜ)式沉降式分離式分離(fēnlí)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

一般概念離心機的分類精品資料14分離(fēnlí)因數(shù)常速離心機高速(ɡāosù)離心機超速離心機3Kc

3103103

Kc

5104

Kc

5104一般概念精品資料 第三章、非均相混合物 分離(fēnlí)及固體流態(tài)化3.3離心機3.3.13.3.2一般概念 離心機的結(jié)構(gòu)(jiégòu)與操作簡介（自學）

三足式離心機動畫18

15精品資料16 第三章、非均相混合物 分離(fēnlí)及固體流態(tài)化3.4固體流態(tài)化3.4.1流態(tài)化的基本概念精品資料 一、流態(tài)化現(xiàn)象 當流體由下向上通過固體顆粒床層時，隨流速的增加，會出現(xiàn)以下(yǐxià)幾種情況固定床階段(jiēduàn)流化床階段(jiēduàn)稀相輸送床階段(jiēduàn)氣速增加

動畫19

17精品資料18圖3-31不同流速(liúsù)時床層的變化一、流態(tài)化現(xiàn)象(xiànxiàng)精品資料二、兩種不同流化(liúhuà)形式散式流化(liúhuà)

散式流化亦稱均勻流化。其特點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19精品資料20式流化(liúhuà)。聚式流化(liúhuà)

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

床層的不連續(xù)相，稱為氣泡

相。對于密度差較大的氣－固

流化系統(tǒng)，一般趨向于形成聚精品資料21三、流化床的主要(zhǔyào)特點具有液體的某些(mǒuxiē)性質(zhì)精品資料22系統(tǒng)顆?；旌途鶆?，溫度、濃度分布(fēnbù)均勻強化了顆粒與流體間的傳熱、傳質(zhì)易于連續(xù)自動操作顆粒易磨損反混，顆粒(kēlì)在床層內(nèi)的停留時間不均三、流化床的主要特點精品資料23 第三章、非均相混合物 分離(fēnlí)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(liútǐlìxué)特性精品資料24一、流化床的壓降1.理想(lǐxiǎng)流化床圖3-33理想情況下Δp-u關系(guānxì)曲線精品資料252.實際(shíjì)流化床圖3-34氣體流化床實際(shíjì)Δp-u關系曲線一、流化床的壓降精品資料26二、流化床的不正常(zhèngcháng)現(xiàn)象1.騰涌(ténɡyǒnɡ)現(xiàn)象圖3-35

騰涌發(fā)生后Δp-u關系曲線精品資料272.溝流現(xiàn)象(xiànxiàng)圖3-36溝流發(fā)生(fāshēng)后Δp-u關系曲線二、流化床的不正?，F(xiàn)象精品資料28三、流化床的操作(cāozuò)范圍流化床的操作(cāozuò)范圍應在臨界流化速度和帶出速度之間。1．臨界流化速度umf實驗測定：實驗裝置如右圖精品資料29三、流化床的操作(cāozuò)范圍可得到(dédào)如圖3-34的曲線臨界流化速度精品資料d

p

(s

)g30 三、流化床的操作(cāozuò)范圍經(jīng)驗關聯(lián)式計算：對于(duìyú)小顆粒對于大顆粒umf2

16502mfud

p(s

)g

24.5精品資料312．帶出速度(sùdù) 當流化床內(nèi)氣速達到顆粒(kēlì)的沉降速度時，大量顆粒(kēlì)會被流體帶出器外，因此，顆粒(kēlì