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第3章 非均相物系的分离


第三章 非均相物系的分离

本章学习指导
? 1本章学习目的
通过本章的学习,要重点掌握沉降和过滤这两种机械分离 操作的原理、过程计算、典型设备的结构与特性,能够根 据生产工艺要求,合理选择设备类型和尺寸。

? 2 本章应掌握的内容
a 沉降分离(包括重力沉降和离心沉降)的原理、过程计 算、旋风分离器的选型

。 b 过滤操作的原理、过滤基本方程式推导的思路,恒压过 滤的计算、过滤常数的测定。

?分离的目的:净化、提纯、资源化

?自然界的混合物分为两大类

均相物系 (honogeneous

system): 均相混合物。物系内部各处均匀且

无相界面。如溶液和混合气体都是均相物系。

非均相物系(non-honogeneous

system): 非均相混合物。物系内部有

隔开不同相的界面存在,且界面两侧的物料性质有显著差异。如:悬浮液、 乳浊液、泡沫液属于液态非均相物系,含尘气体、含雾气体属于气态非均 相物系。 ?非均相物系由分散相和连续相组成 分散相: 分散物质。在非均相物系中,处于分散状态的物质。 连续相: 分散介质。包围着分散物质而处于连续状态的流体。

?非均相物系的分离原理: 根据两相物理性质(如密度等)的不同而进行的分离。

?非均相物系分离的理论基础:
要实现分离,必须使分散相和连续相之间发生相对运动。因此,非 均相物系的分离操作遵循流体力学的基本规律。 ?非均相物系的分离方法: 由于非均相物的两相间的密度等物理特性差异较大,因此常采用机械 方法进行分离。按两相运动方式的不同,机械分离大致分为沉降和过滤两种 操作。 ?均相物系的分离: 通常先造成一个两相物系,再用机械分离的方法分离,如蒸馏,萃取等。

3.1颗粒的特性
教学方向

课程内容
目的与要求 重点与难点 解决办法 学时 教学方式 作业

简单介绍颗粒的特性、单个颗粒的性质、混合颗粒的特性 参数
了解颗粒的特性、单个颗粒的性质、混合颗粒的特性参数 重点:混合颗粒、单个颗粒的性质难点:混合颗粒 举例、提问、作业、讲解 1 多媒体教学 虚拟实验 模型参观

3.1颗粒的特性
? 3.1.1单个颗粒的性质
大小(尺寸)、形状、表而积〔或比表面积)

形状规则的颗粒 (1)颗粒大小 用某一个或几个特征尺寸表示,如球形颗粒的大小用直
径ds表示。

(2)比表面积 单位体积颗粒所具有的表面积,其单位为m2/m3,球形
颗粒为

形状不规则的颗粒 (1)颗粒的形状系数

球形度

(2)颗粒的当量直径 ①等体积当量直径dev, 体积等于颗粒体积的球形颗粒的直径,称为非球 形颗粒的等体积当量直径

②等比表面积当量直径dea, 比表面积等于颗粒比表面积的球形颗粒的直 径形颗粒的等比表面积当量直径

dev=(6V/π)1/3

dea=6/a
两个当量直径之间的关系

dea=ψ dev 3.1.2混合颗粒的特性参数
3.1.2.1 颗粒的筛分尺寸 统计学原理 标准筛=>泰勒(Tyler)标准筛=>目=>筛分分析=>称量筛分 =>数据分析=>颗粒群的粒径分布 3.1.2.2 颗拉群的平均特性参数

筛孔的大小以每英 寸长度筛网上所具 有的筛孔数目表示, 称为目

颗粒群的平均粒径dam=6/am=1/Σxi(1/dai)

3.2沉降

? ? ? ?

1.球形颗粒的自由沉降 2.阻力系数ζ 3.影响沉降速度的因素 4.沉降速度的计算

3.2沉降
教学方向 课程内容 学习颗粒-流体间的阻力、重力沉降、重力沉降设备、离 心沉降速度、离心沉降设备净化方法

目的与要求
重点与难点 解决办法 学时 教学方式 作业

掌握重力沉降和离心沉降的基本原理,沉降速度基本计算 方法及沉降鉴定,旋风分离器的主要性能。
重点:沉降的基本理论、基本方程 难点:沉降基本方程的应用、设备 举例、提问、作业、讲解 1 多媒体教学 虚拟实验 模型参观 P101 6、7、8、9、10

3.2.1颗粒-流体间的阻力
当流体相对于静止的固体颗粒流动时,或者固体颗粒在静止 流体中移动时,由于流体的粘性,两者之间会产生作用力,这 种作用力通常称为曳力(drag force)或阻力。

Fd

?Fd与颗粒运动的方向相反 ?只要颗粒与流体之间有相 对运动,就会产生阻力。

u

?对于一定的颗粒和流体, 只要相对运动速度相同,流 体对颗粒的阻力就一样。

图 流体绕过颗粒的流动

重力沉降是利用流体中的固体颗粒受地球吸引力场的作用而发 生的沉降过程 将表面光滑的刚性球形颗粒置于静止的流体介质中,若颗粒 的密度大于流体的密度,则颗粒将在流体中降落
阻力 Fd 浮力 Fb

u

重力 Fg

颗粒所受的阻力Fd可用下式计算

Fd ? ?A

?u
2

2

? ? ? ( Re ) ? ? (
ρ ——流体密度; μ —— 流体粘度;

d p u?

?

)

dp——颗粒的当量直径; A—— 颗粒在运动方向上的投影面积; u—— 颗粒与流体相对运动速度。

? —— 阻力系数,是雷诺数Re的函数,由实验确定。

3.2.2球形颗粒的重力沉降
根据牛顿第二运动定律,颗粒所受三个力的合力应等于颗粒 的质量与加速度的乘积,即 Fg-Fb-Fd= ma

Fg ?
Fb ?

?

?

6
6

dp ?pg
3

?

dp ? g
3

du d (? s ? ? ) g ? ? d ( ) ? d ?s 6 4 2 6 d?
3 2 3

?

?u 2

?

Fd ? ?

?d p 2 ?u 2
4 2

?p为颗粒密度

上式表明: ? 随着颗粒向下沉降,u逐渐增大,du/d? 逐渐减少。 ? 当u增到一定数值ui时,du/d? =0。颗粒开始作匀速沉降运动。 颗粒的沉降过程分为两个阶段: ?加速阶段; ?匀速阶段。 沉降速度(terminal velocity) :也称为终端速度,匀速阶段颗 粒相对于流体的运动速度。 当du/d? =0时,令u= ut,则可得沉降速度计算式
ut ? 4 gd p ( ? p ? ? ) 3??

阻力系数ζ
根据阻力随颗粒雷诺数变化的规律,可分为三个区域: 滞流区或斯托克斯定律区(10-4<Ret<1)

24 ? ? Re t 过渡区或艾仑定律区( 1<Ret<103)

湍流区或牛顿定律区( 103<Ret<2×105)

18.5 ? ? 0.6 Re t

? ? 0.44

几种фs值下的阻力系数ζ 与雷诺数Ret的关系曲线如图所示

将阻力系数的计算式代入,得到不同颗粒雷诺数范围内 ut的计算式:
滞流区

d 2 (? s ? ? ) g ut ? 18?
ut ? 0.27 ? d (? s ? ? ) g Re t0.6

过渡区

?

湍流区

ut ? 1.74?

d (? s ? ? ) g

?

沉降速度的计算 试差法 由于在计算出ut之前Ret的大小未知,因此要通过试差确定应 该选取的计算公式。即:先假设沉降属于某一流型,则可直 接选用与该流型相应的沉降速度公式计算,然后按求出的ut 检验Ret值是否在原假设的流型范围内。 摩擦数群法 该法是将ζ与雷诺数的关系曲线加以转换,使其两个坐标轴之 一变成不包含ut的无量纲数群,进而便可得ut

沉降速度的求法: 求沉降速度的试差法。 ① 假设流体流动类型; ② 计算沉降速度; ③ 计算Re,验证与假设是否相符; ④ 如果不相符,则转①。如果相符,OK !

例:计算直径为95?m,密度为3000kg/m3的固体颗粒分别在20 ℃的空气和水中的自由沉降速度。

解:在20 ℃的水中: 20 ℃水的密度为998.2kg/m3,粘度为 1.005×10-3 Pa?s 先设为层流区。

ut ?

d p2 ( ? p ?? ) g 18 ?

?

( 98?10 ?6 )?( 3000 ?998.2 )?9.81 18?1.005?10 ?3

? 9.797?10?3 m / s

计算Re,核算流型:

Re ?

d pu?

?

?

95?10 ?6 ?9.797?10 ?3 ?998.2 1.005?10 ?3

? 0.9244? 1

假设正确,计算有效。

影响沉降速度的因素
1.颗粒的体积浓度 当颗粒的体积浓度小于0.2%时,理论计算值的偏差在1%以内, 当颗粒浓度较高时便发生干扰沉降

2.器壁效应
当容器尺寸远远大于颗粒尺寸时,器壁效应可忽略,否则需 加以考虑 3.颗粒形状的影响 同一种固体物质,球形或近球形颗粒比同体积非球形颗粒的沉 降快一些。

3.2.3重力沉降设备
3.2.3.1降尘室

降尘室的示意图
降尘室:利用重力降分离含尘气体中尘粒的设备。是一种最原 始的分离方法。一般作为预分离之用,分离粒径较大的尘粒。

降尘室的计算
含尘气体
ut u

l

净化气体 b
H

?假设颗粒运动的水平分速度与气体的流速 u 相同; ?停留时间?=l/u ?沉降时间?t=H/ ut ?颗粒分离出来的条件是 l/u≥H/ ut

临界粒径dpc(critical particle diameter):能100%除 去的最小粒径。 即:满足L/u=H/ut 条件的粒径 当含尘气体的体积流量为Vs时, u= Vs / Hb 则有 ut≥Vs / lb 或 Vs≤ blut

故与临界粒径dpc相对应的临界沉降速度为
utc=Vs / bl 临界沉降速度utc是流量和面积的函数。

当尘粒的沉降速度小,处于斯托克斯区时,临界粒径为
d pc ? V 18 ? ? s ( ? p ? ? ) g bl

由此可知: ?一定粒径的颗粒,沉降室的生产能力只与与底面积bl和 utc有 关,而与H无关。 ?故沉降室应做成扁平形,或在室内均匀设置多层隔板。 ?气速u不能太大,以免干扰颗粒沉降,或把沉下来的尘粒重新 卷起。一般u不超过3m/s。

净化气 体

含尘气 体 粉尘 隔板

多层隔板降尘室示意图 当降尘室用水平隔板分为N层,则每层高度为H/N。水平速度 u不变。此时: ?尘粒沉降高度为原来的1/N倍; ?utc降为原来的1/N倍(utc=Vs / bl) ; ?临界粒径为原来的 1/ N 倍( ); ?一般可分离20μm以上的颗粒。多层隔板降尘室排灰不方便。
d pc ? V 18 ? ? s ( ? p ? ? ) g bl

例:用高2m、宽2.5m、长5m的重力降尘室分离空气中的粉尘。在 操作条件下空气的密度为0.799kg/m3,粘度为2.53×10-5Pa·s, 流量为5.0×104 m3/h。粉尘的密度为2000 kg/m3。试求粉尘的临 界直径。 解 :与临界直径对应的临界沉降速度为

Vs 5.0 ?10 / 3600 utc ? ? ? 1.11m / s bl 2.5 ? 5
4

假设流型属于过渡区,粉尘的临界直径为
d pc ? 225?? ? ? ? 225?? ? utc ? ? utc ? 2 ? 2 2 ? 2 ? ? ? 4g (? p ? ? ) ? ? ? 4g ? p ? ?
?5 1 3 1 3 1 3

? 225? 2.53?10 ? 0.779? ? 1.11? ? 2 3 2 4 ( 9 . 81 ) ( 2 . 0 ? 10 ) ? ? ? 1.58?10? 4 m ? 158?m

校核流型
Re ? d pcutc ?

?

1.58?10?4 ?1.11? 0.779 ? ? 5.4 ?5 2.53?10

故属于过渡区,与假设相符。

沉降室的设计计算要点

已知含尘气体的流量,粉尘的排放标准,气固两相的物理参数。

1) 计算ut:

ut ?

gd p 2 ( ? p ? ? ) 18 ?

2) 确定低面积和b,l:

Vs≤ blut

bl ?

Vs ut

3) 确定沉降距离H

l u

?

H ut

H?

ut l u

3.2.3.2悬浮液的沉聚
增稠器

?沉聚(sedimentation):悬浮液放在大型容器里,其中的
固体颗粒在重力下沉降,得到澄清液与稠浆的操作。

?澄清:当原液中固体颗粒的浓度较低,而为了得到澄清液
时的操作,所用设备称为澄清器(clarifier)。

?增稠器(thickener):从较稠的原液中尽可能把液体分离
出来而得到稠浆的设备。

絮凝剂

?溶胶:含有颗粒大小会直径小于1μ m的液体。
为了促进细小颗粒絮凝成较大颗粒以增大沉降速度,可往 溶胶中加入少量电解质。

?絮凝剂(coagulant):凡能促进溶胶中微粒絮凝的物质。 ?常用絮凝剂
明矾、三氧化铝、绿矾(硫酸亚铁)、三氯化铁等。 一般用量为40~200ppm(质量)。

3.2.4 离心沉降
? 惯性离心力作用下的沉降速度 ? 旋风分离器的操作原理 ? 旋风分离器的性能 a. 临界粒径 b. 分离效率 c. 压强降

离心沉降(centrifugal settling)
依靠离心力的作用,使流体中的颗粒产生沉降运动,称为离 心沉降。 离心分离因数

Fc ? mR? ? mR(n? / 30)
2

2

离心分离因素(separation factor)K:离心力与重力比。

K=Rω 2/g
如果以R为转鼓半径,则K值可作为衡量离心机分离能力的 尺度。分离因素的极值与转动部件的材料强度有关。

离心沉降速度
颗粒在离心力场中沉降时,在径向沉降方向上受力分析。
离心力 Fc ?
浮力 Fb ?

?
6
6

d p ? p R? 2
3

u

?

d p ?R? 2
3
2

阻力 Fd 浮力 Fb

离心力 Fc

阻力Fd ? ?

?d p
4

?

?ur
2

2

颗粒在离心力场中的受力分析

惯性离心力作用下的沉降速度
当流体带着颗粒旋转时,惯性离心力场中颗粒在径向上受 到三个力的作用,如果上述三力达到平衡,即可求得ut

?
6

d p r? 2 ( ? p ? ? ) ? ?
2

?d p 2 ?ur 2
4 ? 2
2

?0

ut ?

4d ( ? s ? ? ) u t ? 3? ? R

离心沉降速度:颗粒在径向上相对于流体的速度,就是这个位

置上的离心沉降速度。
注:在一定的条件下,重力沉降速度是一定的,而离心沉

降速度随着颗粒在半径方向上的位置不同而变化。
在离心沉降分离中,当颗粒所受的流体阻力处于斯托克斯区,

离心沉降速度为:

ur ?

d p (? p ? ?)
2

18?

R?

2

ur ? u

R? 2 t g

? ut Kc

3.2.5离心沉降设备
1旋风分离器(cyclone separator)
旋风分离器是利用离心力作用净制气体的设备。 特点: ?其结构简单,制造方便;
?分离效率高; ?可用于高温含尘气体的分离;

结构: ?外圆筒;
?内圆筒; ?锥形筒。

内圆筒

外圆筒

净化气体

工作过程
?含尘气体从圆筒上部长方形切线进口 进入。入口气速约为15~20m/s。 ?含尘气体沿圆筒内壁作旋转流动。颗 粒的离心力较大,被甩向外层,气流

切向入口 含尘气体

内螺旋

外螺旋
锥形筒

在内层。气固得以分离。
?在圆锥部分,旋转半径缩小而切向速 度增大,气流与颗粒作下螺旋运动。 ?在圆锥的底部附近,气流转为上升旋 转运动,最后由上部出口管排出; ?固相沿内壁落入灰斗。
关风器
(防止空气进入)

固相

清洁气体 排气管

技术参数

B B
含尘气体

排尘

a. 临界粒径
旋风分离器能够全部除掉的最小颗粒粒径。 假定颗粒的离心沉降最大距离为进气矩形管宽度B,则该粒径 的颗粒沉降分离所需的时间

B 18?Rm B ?t ? ? 2 u r d ? s ui2

假定气体在旋风分离器内的旋转次数为N(标准旋风分离器可取 N=5)、平均旋转半径为Rm ,则其平均停留时间为

2?Rm N e ?? ui
若停留时间等于沉降时间,解出临界粒径为

9?B dc ? ?N e ? s u i

b. 分离效率
总效率 被旋风分离器除掉的总的颗粒质量占进口含尘气体中全部颗 粒质量的分率 c1 ? c 2

?0 ?

c1

分效率

称粒级效率。根据颗粒的粒径大小分级,将入口气体中某一 粒级di的颗粒被旋风分离器除掉的分率定义为粒级效率

总效率与分效率的关系

? 0 ? ? xi? pi
i ?1

n

c. 压强降
气体经旋风分离器时,由于进气管和排气管及主体器壁所引起 的摩擦阻力,流动时的局部阻力以及旋转运动所产生的动能损失等 等,造成气体的压强降。工程上采用经验公式,即将阻力损失Δ p 表达为

1 2 ?p ? ? ? u i 2
式中的ζ为比例系数,即阻力系数。主要由旋风分离器的结构决 定。同一结构形式及尺寸比例的旋风分离器,阻力系数ζ为常数。

旋风分离器设计计算
临界粒径:能够100%除去的最小粒径。

若在各种不同粒径的尘粒中,有一种粒径的尘粒所需沉降
时间?I 等于停留时间?,则该粒径就是理论上能完全分离的最 小粒径,即临界粒径,用dpc表示。
d pc

?B ?3 ?N ( ? p ? ? )ui

ui——进口气流的流速,m/s B——入口宽度(沉降距离),m N ——气流旋转的圈数。 计算时通常取N=5。

ui

h

H1

S
标准旋风分离器的尺寸 H2

h ? D / 2, B ? D / 4, D1 ? D / 2 H1 ? 2D, H 2 ? 2D, S ? D / 8 D2 ? D / 4

B

D
1

D

压力损失 气体通过旋风分离器的压力损失,可用进口气体动压的某一 倍数表示为:

?p ? ??ui / 2
2

式中的阻力系数用下式计算:
30 Bh D ? ? 2 D1 H1 ? H 2

主要技术参数
?圆筒直径一般为200~800mm,有系列尺寸。 ?进口速度一般为15~20m/s。 ?压力损失约为1~2kPa。 ?分离的颗粒直径约为>5 ?m,dpc50=1~2 ?m 。

旋风分离器的选用举例
例:温度为20℃,压力为0.101Mpa,流量为2.5m3/s的含尘空 气,用标准旋风分离器除尘。粉尘密度为2500kg/m3,试计 算临界粒径。选择合适的旋风分离器,使之能100%的分离 出6.5?m以上的粉尘。并计算压损。 解: 20℃,0.101Mpa时空气的:

?=1.21kg/m3,?=1.81×10-5Pa?s
1、确定进口气速:ui=20m/s (15-20m/s) 2、计算D和b:流量 V=Aui=Bhu

B=D/5,h=3D/5

2.5=(D/5)×(3D/5)×20 D=1.041m 取 D=1100 mm

此时
V 2.5 ui ? hB ? (1.1/ 5)? (3?1.1/ 5) ? 17.2m / s

H1 ? D ? 1100 , H 2 ? 1200 , B ? 220, h ? 160, D1 ? 550
3、 求dpc

d pc

?B ?3 ?3 ?N ( ? p ? ? )ui

1.81?10 ?5 ?0.22 3.14?5?2500?17.2

? 7.3?m

习题

用标准旋风分离器出去气流中所含的固体颗粒。已知固体密
度为1100kg/m3,粒径为4.5?m,气体密度为1.2kg/m3,粘度为 1.8×10-5Pa?s,流量为.40m3/s,允许压强降为1780Pa。试选择 合适的分离器。

旋风分离器的使用

?由于分离器各部分的尺寸都是D的倍数,所以只要进口气速
ui相同,不管多大的旋风分离器,其压力损失都相同。

?压力损失相同时,小型分离器的b=D/5值较小,则小型分离
器的临界粒径较小。
?B ?3 ?N ( ? p ? ? )ui

d pc

双联

四联

用若干个小旋风分离器并来代替一个大旋风分离器,可以 提高分离效率。

袋滤器
1. 结构
滤袋、骨架、机壳、清 灰装置、灰斗、排灰阀。

净化气体
压缩空气

清灰装置

骨架

2. 工作过程
?含尘气体进入袋滤器;
滤袋 含尘气体
机壳

?气体通过滤袋,经顶部 排出;
?灰尘被截留;

?聚集一定厚度灰尘后, 清灰原则 压缩空气通入,滤袋振动, ?及时清灰; 灰尘落下; ?灰尘经过排灰阀排除。 ?不彻底清灰。
灰尘

灰斗 排灰阀

含尘气体的分离系统
净化气体
离心风机 袋滤器

重力沉降室

旋风分离器

含尘气体

灰尘

灰尘

灰尘

>40~50 ?m

>5 ?m,dpc50=1~2 ?m

0.5 ?m达90%

2旋液分离器(hydraulic cyclone) 利用离心力的作用,使悬浮液中固体颗粒增稠或使粒径不同 及密度不同的颗粒进行分级。

?结构和工作原理:
与旋风分离器相似。

?工作过程:
?悬浮液从圆筒上部的切向进口进入器内,旋转向下流动。

?液流中的颗粒受离心力作用,沉降到器壁,并随液流下降 到锥形底的出口,成为较稠的悬浮液而排出,称为底流。 ?澄清的液体或含有较小较轻颗粒的液体,则形成向上的内

旋流,经上部中心管从顶部溢流管排出,称为溢流。

?特点
液体的粘度约为气体的50倍,液体的(ρp-ρ)比气体的小,悬浮液的进口速 度也比含尘气体的小,所以同样大小和密度的颗粒, ?沉降速度远小于含尘气体在旋风分离器中的沉降速度。 ? 要达到同样的临界粒径要求,则旋液分离器的直径要比旋风分离器小很多。

?主要技术参数
?旋液分离器的圆筒直径一般为75~300mm。 ?悬浮液进口速度一般为5~15m/s。 ?压力损失约为50~200kPa。

?分离的颗粒直径约为10~40?m。

3沉降式离心机
沉降式离心机是利用离心沉降的原理分离悬浮液或乳浊液 的机械。

管式离心机(tubular-bowl centrifuge)

?特点:
?离心分离因数可达13000,也有高达105的超速离心机。 ?转鼓内装有三个纵向平板,以使料液迅速达到与转鼓相同的 角速度。 ?适用于于分离乳浊液及含细颗粒的稀悬浮液。

?分离乳浊液的管式离心机操作原理
转鼓由转轴带动旋转。乳浊液由底部进入,在转鼓内从下 向上流动过程中,由于两种液体的密度不同而分成内、外两液 层。外层为重液层,内层为轻液层。到达顶部后,轻液与重液 分别从各自的溢流口排出。

?分离悬浮液的管式离心机操作原理
流量Vs为悬浮液从底部进入,悬浮液是由密度为ρ的与密度 为ρp的少量颗粒形成的。假设转鼓内的液体以转鼓的旋转角速 度ω随着转鼓旋转。液体由下向上流动过程中,颗粒由液面r1 处沉降到转鼓内表面r2处。凡沉降所需时间小于式等于在转鼓 内停留时间的颗粒,均能沉降除去。

当颗粒的沉降处于斯托克斯区时,其沉降速度(径向)为

dr d p ( ? p ? ? ) ? r? 2 d? 18?
2

斯托克斯区的重力沉降速度为

ut ?

gd p ( ? p ? ? )
2

18?

g dr d? ? ? 2 ? ut r

积分边界边界条件:θ =0时,r=r1;θ =θ t时, r=r2。
对上式积分,得沉降时间

g r2 ? t ? 2 ln ? ut r 1
取颗粒的停留时间等于流体在转鼓内的停留时间,即

转鼓内的持液量 ? (r2 ? r1 )h ?? ? 转鼓内的液体流量 Vs
2 2

对于一定的悬浮液处理量Vs,只有粒径dp满足条件θt≤θ的 颗粒,才能全部除去。根据θt=θ,可得
Vs ?

?h? 2ut r2 2 ? r12
g ? ln r2 r 1

式中ut的为重力沉降速度。 所以当颗粒为临界粒径dpc时,悬浮液的处理量为

?h? 2 ( ? p ? ? )d pc 2 r2 2 ? r12 Vs ? ? r2 18? ln
r 1

以上两式表示悬浮液处理量Vs与转鼓尺寸(r1、r2及h)、转

鼓角速度ω及颗粒临界直径dpc之间的关系。

例:水中含有极少量细小颗粒的悬浮液,想用管式高速离心
机分离,使其中1μ m以上的颗粒全部除去。试求最大的悬浮 液进料量为多少。离心机转鼓尺寸为:r1=5cm、r2=8cm,

h=60cm。转鼓的转数为12000rpm。悬浮液温度为20℃,颗粒
的密度为23000kg/m3。

解:查得水在20℃时的 μ=10-3Pa· s,ρ=1000kg/m3, 转鼓的旋转角速度 重力沉降速度 ω=2πN/60=2π(12000)/60=1257rad/s ut=gdp2(ρp-ρ)/18μ =9.81(10-6)2(2300-1000)/(18×10-3) =7.09×10-7m/s 悬浮液的进料量为
Vs ?

?h? 2ut r2 2 ? r12
g ? r2 ln r1 ? ln 0.08 0.05

?

? (0.6)(1257) 2 (7.09? 10?7 ) 0.082 ? 0.052
9.81

? 1.79 ? 10?3 m 3 / s ? 6.44m 3 / h

碟式离心机(disk-bowl centrifuge) 主要分离乳浊液中轻、重两液相,例如油类脱水、牛乳脱 脂等;也可以澄清含少量细小颗粒固体的悬浮液。 分离乳浊液的碟式离心机:碟片上开有小孔。乳浊液通过小孔

流到碟片的间隙。在离心力作用下,重液沿着每个碟片的斜面沉
降,并向转鼓内壁移动,由重液出口连续排出。而轻液沿着每个 碟片的斜面向上移动,汇集后由轻液出口排出。 澄清悬浮液用的碟式离心沉降机:碟片上不开孔。只有一个 清液排出口。沉积在转鼓内壁上的沉渣,间歇排出。只适用于 固体颗粒含量很少的悬浮液。当固体颗粒含量较多时,可采用 具有喷嘴排渣的碟式离心沉降机,例如淀粉的分离。

螺旋式离心机(scroll-type centrifuge)
?工作原理:
转鼓内有可旋转的螺旋输送器,其转数比转鼓的转数稍 低。悬浮液通过螺旋输送器的空心轴进入机内中部。沉积在 转鼓壁面渣,被螺旋输送器沿斜面向上推到排出口而排出。 澄清液从转鼓另一端溢流出去。

?用途:
用于分离固体颗粒含量较多的悬浮液,其生产能力较大。 也可以在高温、高压下操作,例如催化剂回收。

3.3 过滤

? 过滤操作的基本概念 ? 过滤基本方程式,过滤常数的测定 ? 提高过滤生产能力的措施

3.3 过滤
教学方向 课程内容 学习过滤过程的基本概念、影响过滤的因数、过滤过程的 计算、过滤常数的测定、滤饼的洗涤、气体的其他净化方 法 掌握过滤操作的基本概念,过滤和过滤速率恒压过滤,恒 速过滤,掌握恒压过滤常数的计算方法和测定方法。 重点:过滤的基本理论、基本方程 难点:过滤基本方程的应用、过滤设备 举例、提问、作业、讲解 1 多媒体教学 虚拟实验 模型参观 P102 11、13、14

目的与要求 重点与难点 解决办法 学时 教学方式 作业

3.3.1过滤操作的基本概念
过滤:利用重力或压差使悬浮液通过多孔性过滤介质,将固体颗 粒截留,从而实现固-液分离的单元操作。 过滤介质

织物介质 最常用的过滤介质,工业上称为滤布(网),由天然纤维、 玻璃纤维、合成纤维或者金属丝编织而成。可截留的最小颗粒的直 径为5-65微米。棉、毛、麻、丝、玻璃丝、金属丝 多孔固体介质 具有很多微细孔道的固体材料,如多孔陶瓷、多孔 金属及多孔性塑料制成的管或板,能截留1-3μ m的微小颗粒。 (细砂、硅藻土等) 堆积介质 由沙、木炭之类的固体颗粒堆积而成的床层,称作滤床, 用作过滤介质使含少量悬浮物的液体澄清。如多孔陶瓷、多孔塑料 等。多用于含少量细微颗粒的悬浮液,如白酒等的精滤。 多孔膜 用于膜过滤的各种有机分子膜和无机材料膜。

滤浆(slurry): 原悬浮液。

滤饼(filter cake): 截留的固体物质。

过滤介质(filtering medium): 多孔物质。

滤液(filterate): 通过多孔通道的液体。

过滤操作示意图 (滤饼过滤)

过滤操作方式分类

过滤的操作基本方式有两种:滤饼过滤和深层过滤。
滤饼过滤(cake filtration):饼层过滤 滤饼过滤过程:

? 刚开始:有细小颗粒通过孔道,滤液混浊。
? 开始后:迅速发生“架桥现象”,颗粒被拦截,滤液澄清。 ? 所以,在滤饼过滤时真正起过滤作用的是滤饼本身,而非 过滤介质。

架桥现象 注意:所选过滤介质的孔道尺寸一定要使“架桥现象”能够过发生。

饼层过滤适于处理固体含量较高的悬浮液。

深层过滤(deep bed filtration):深床过滤 ?特点:颗粒(粒子)沉积于介质内部。 ?过滤对象:悬浮液中的固体颗粒小而少。 ?过滤介质:堆积较厚的粒状床层。 ?过滤原理:颗粒尺寸? 介质通道尺寸, 颗粒通过细长而弯曲的孔道,靠静电和分 子的作用力附着在介质孔道上。 深层过滤 ?应用:适于处理生产能力大而悬浮液中 颗粒小而且含量少的场合,如水处理和酒 的过滤。

饼层过滤与深床过滤比较
饼层过滤
固体物质沉积于过滤介质表面而形成滤饼层的操作,真正发挥 截留颗粒作用的主要是滤饼本身,因此称作饼层过滤。饼层过滤 主要用于含固量较大(>1%)的场合。

深床过滤
固体颗粒并不形成滤饼,而是沉积于较厚的粒状对滤介质床层 内部的过滤操作。深床过滤主要用于净化含固量很少(<0.1%)流 体,如水净化等。

过滤的操作
悬浮液 (滤浆) 滤饼 过滤介质

滤液

过 滤 操 作 示 意 图

过滤操作方式
过滤操作还可分为间歇式与连续式。

根据过滤推动力的方式,又有加压过滤、真空过滤和离心过滤

3.3.2过滤过程的基本理论
1 滤液通过饼层的流动
dp de

对于颗粒层中不规则的通道,可以简化成由一组当量直径 为de的细管,而细管的当量直径可由床层的空隙率和颗粒的

比表面积来计算。

2 颗粒床层的特性

颗粒床层的特性可用空隙率、当量直径等物理量来描述。
空隙率:单位体积床层中的空隙体积称为空隙率。

床层空隙体积 ?? 床层总体积
式中 ε——床层的空隙率,m3/m3。

比表面积:单位体积颗粒所具有的表面积称为比表面积。

颗粒表面积 a? 颗粒体积
式中 α——颗粒的比表面,m2/m3。

依照第一章中非圆形管的当量直径定义,当量直径为:

管道截面积 d e ? 4 ? 水力半径 ? 4 ? 润湿周边长
式中 de——床层流道的当量直径,m 故对颗粒床层直径应可写出:

流道截面积? 流道长度 de ? 润湿周边长? 流道长度

流道容积 ? de ? ? 流道表面积 (1 ? ? )a

滤液通过饼层的流动常属于滞流流型,可以仿照圆管内滞流 流动的泊稷叶公式 ( 哈根方程) 来描述滤液通过滤饼的流动,则 滤液通过饼床层的流速与压强降的关系为:

F ? ?A ? ?p ?

32 ?lu d2

d e (?pc ) u1 ? ?L

2

式中 u1 —滤液在床层孔道中的流速,m/s;

L —床层厚度,m,
Δ pc —滤液通过滤饼层的压强降,pa; 阻力与压强降成正比,因此可认为上式表达了过滤操作中

滤液流速与阻力的关系。

在与过滤介质相垂直的方向上,床层空隙中的滤液流速 u1

与按整个床层截面积计算的滤液平均流速u之间的关系为:

u1 ?
2

u

?

d e (?pc ) u1 ? ?L

?pc 1 ?3 u? ( ) 2 2 K ? a (1 ? ? ) ?L

? de ? (1 ? ? ) a
上式中的比例常数K′与滤饼的空隙率、颗粒形状、排列及 粒度范围诸因素有关。对于颗粒床层内的滞流流动,K′值可 取为5。

3.3.3.1过滤速度
过滤速率 单位时间获得的滤液体积
若过滤过程中其他因素维持不变,则由于滤饼厚度不断增加过滤 速度会逐渐变小。任一瞬间的过滤速度应写成如下形式

A?pc dV ?3 ? 2 ( ) 2 d? 5a (1 ? ? ) ?L
过滤速度
单位过滤面积上的过滤速率

dV u? Ad?

?pc dV ?3 u? ? 2 ( ) 2 Ad? 5a (1 ? ? ) ?L

3.3.3.2过滤阻力分析
滤饼阻力 介质阻力
r? 5a 2 (1 ? ? ) 2

?3

R ? rL

?pm dV ? Ad? ?Rm
?pc ? ?pm dV ?p ? ? Ad? ? ( R ? Rm ) ? ( R ? Rm )

过滤总阻力

为方便起见,假设过滤介质对滤液流动的阻力相当于厚度为Le 的滤饼层的阻力,即 rLe ? Rm 则上式可写为 dV ?p ?p ? ? Ad? ? (rL ? rLe) ?r ( L ? Le )

3.3.3.3过滤基本方程式
不可压缩滤饼
qe ? Ve A

dq ?p ? d? ?rv(q ? qe )

可压缩滤饼
dq ?p ? d? ?rv(q ? qe )

r ? r ' (?p) s
令K ? 2k ? ?p ?
q? V A
1? s

dq ?p1?s ? ' d? ?r v(q ? qe )

基本方程式
恒压过滤计算式

恒速过滤计算式

基本方程式应用例题
在恒压下对某种悬浮液进行过滤.过滤10min得滤液4L。再过滤 10min又得滤液2L。如果继续过滤10min,可再得滤液多少升?

V ? 2VVe ? KA ?
2 2

42 ? 2 ? 4Ve ? KA2 ?10 (4+2)2 ? 2 ? (4+2)Ve ? KA2 ? (10 ? 10)

V=1l , KA2 ? 2.41l 2 / min ? 2 ? ? ? ??1 ? ?? 2 ? 10 ? 10 ? 10 ? 30min
V2 2 ? 2V2Ve ? KA2? 2 V2 2 ? 2V2 ?1 ? 2.4 ? 30 V2 ? 7.5l ?V2 ? V2 ? V ? ?V1 ? 7.5 ? 4 ? 2 ? 1.5l

3.3.3.4过滤常数的测定
恒压下K、qe、θe的测定
2 将恒压过滤方程式 ?q ? qe ? ? K (? ? ?e )微分得 2?q ? qe ?dq ? Kd?

即表明在恒压过滤条件下,θ/q 与 q 的函数关系是以 1/K 为斜率、2qe/K 为截距的直线,实验测得不同时刻单位过滤面 积的累积滤液量 q,即可由上式回归出 K 和 qe。 由过滤常数 K 的定义式

K ? 2k ? ?p ?

1? s

lg K ? lg ? 2k ? ? ?1 ? s ? lg ? ?p ?

K ~ ?p为直线方程,斜率为 (1-s)、截距为2k。 在不同压差 ? p 下进行恒压过滤实验,求得一系列与之对应的过滤常数 K, 再通过上式回归出滤饼常数 k 和压缩指数 s。

过滤常数测定的具体方法
测定时采用恒压试验,恒压过滤方程为: (q+qe )2=K (?+?e ) 微分上式得 2(q+qe )dq=Kd? d?/dt

q 上式表明:d?/dq与q成直线关系,直线斜率为2/K,截距为2qe/K ?由斜率=2/K,求出K;
?由截距=2qe/K ,求出qe; ?由q2+2qqe=K?, ?=0,q=0,求出?e= qe2/K。

d? 2 2 ? q? qe dq K K

2qe/K

实验数据处理 采用 Δ ?/Δ q 代替 d?/dq ,在过滤面积一定时,记录下时间 ? 和累计的滤液量V,并由此计算一系列q值,然后作图,求出直 线斜率和截距。最后算出过滤常数K和qe。

??/?t
注意:横坐标q的取值。 2qe/K q

压缩指数s的测定 滤饼的压缩性指数s及物料特性常数k需在不同压强差下对指 定物料进行试验,求得若干过滤压强差下的K,然后对K-Δ p数 据加以处理,即可求得s 值。 K=2kΔp1-s

??/?t
2qe/K q lg(K) lg(2k) lg(Δp)

lgK=(1-s)lg(Δp)+lg(2k) 以lg(Δ p)为横坐标,lg(K)为 纵坐标作直线,从而求出斜率(1s),截距lg(2k),进而算出s和k。

3.3.6过滤设备
?按操作方式分类:间歇过滤机、连续过滤机 ?按操作压强差分类:压滤、吸滤和离心过滤 ? 工业上使用的典型过滤设备:
?板框压滤机(间歇操作) ?转筒真空过滤机(连续操作) ?过滤式离心机

1 ) 板框压滤机

?结构:滤板、滤框、夹紧机构、机架等组成。 ?滤板:凹凸不平的表面,凸部用来支撑滤布,凹槽是滤
液的流道。滤板右上角的圆孔,是滤浆通道;左上角的圆 孔,是洗水通道。

?洗涤板:左上角的洗水通道与两侧表面的凹槽相通,
使洗水流进凹槽;

?非洗涤板:洗水通道与两侧表面的凹槽不相通。

?滤框:
?滤浆通道:滤框右上角的圆孔 ?洗水通道:滤框左上角的圆孔
为了避免这两种板和框的安装次序有错,在铸造时常在板

与框的外侧面分别铸有一个、两个或三个小钮。非洗涤板为一
钮板,框带两个钮板,框带两个钮,洗涤板为三钮板。

滤板
滤浆 洗水

滤框

洗板

板框过滤机

滤布

过滤过程
板框过滤机的操作是间歇式的,每个操作循环由装合、过滤、 洗涤、卸渣、整理五个阶段。 1)、装合: 将板与框按 1-2-3-2-1-2-3的顺序,滤板的两侧表面放上滤 布,然后用手动的或机动的压紧装置固定,使板与框紧密接触。 2)、过滤: 用泵把滤浆送进右上角的滤浆通道,由通道流进每个滤框里。 滤液穿过滤布沿滤板的凹槽流至每个滤板下角的阀门排出。固体 颗粒积存在滤框内形成滤饼,直到框内充满滤饼为止。

3)、洗涤:

将洗水送入洗水通道,经洗涤板左上角的洗水进口,进入板 的两侧表面的凹槽中。然后,洗水横穿滤布和滤饼,最后由非 洗涤板下角的滤液出口排出。在此阶段中,洗涤板下角的滤液 出口阀门关闭。
在洗液粘度与滤液粘度相近的情况下,且在压差相同时, 洗涤速率约为过滤终了速率的1/4。

为什么?
4)、卸渣、整理 打开板框,卸出滤饼,洗涤滤布及板、框。

板框压滤机的特点:
?结构简单,价格低廉,占地面积小,过滤面积大。 ?可根据需要增减滤板的数量,调节过滤能力。

?对物料的适应能力较强,由于操作压力较高
(3~10kg/cm2 ),对颗粒细小而液体粘度较大的滤浆,也能 适用。 ?间歇操作,生产能力低,卸渣清洗和组装阶段需用人力操作, 劳动强度大,所以它只适用于小规模生产。

?近年出现了各种自动操作的板框压滤机,使劳动强度得到减
轻。

2)

转筒真空过滤机(rotary-drum vacuum filter)
转筒 洗涤喷头 金属网 滤布 滤饼 刮刀

结构:
?转筒,扇形格(18格); ?滤室; ?分配头;
?动盘(18个孔,分别与扇形 格的18个通道相连); ?定盘(三个凹槽:滤液真空 凹槽、洗水真空凹槽、压缩 空气凹槽,分别将动盘的18 个孔道分成三个通道);

动盘

料浆槽 搅拌器

?金属网; ?滤布;

定盘

?滤浆槽。

转筒真空过滤机结构示意图

g槽

h槽

11 10 9 8

12

13 14 15 16 17 18

定盘

f槽

动盘

7
6 5 4 3 2

1

18格分成6个工作区
?1区(1~7格):过滤区;
?2区(8~10格):滤液吸干区; ?3区(12~13格):洗涤区; ?4区(14格):洗后吸干区; ?5区(16格):吹松卸渣区;

?6区(17格):滤布再生区。

?过滤区(1~2区),f 槽;

转筒及分配头的结构

?洗涤区(3~4区),g槽 ; ?干燥卸渣区(5~6区),h 槽;

工作过程

转筒旋转时,藉分配头的作用,能使转筒旋转一周的过程中, 每个小过滤室可依次进行过滤、洗涤、吸干、吹松卸渣等项操 作。
整个转筒圆周在任何瞬间都划分为:

?过滤区; ?洗涤区; ?干燥卸渣区。
特点: ?自动连续操作;

?适用于处理量大,固体颗粒含量较多的滤浆;
?真空下操作,其过滤推动力较低(最高只有1atm),对于滤 饼阻力较大的物料适应能力较差。

3) 离心过滤机(centrifugal filter)
1.悬筐式离心机(suspended-basket centrifuge)

?结构:
?转鼓(上有小孔,亦称悬框); ?滤网; ?滤布; ?机架。

转鼓 滤饼 滤布 滤网

?原理:
网及滤筐而流出。

离心过滤机工作原理图

由于离心力作用,液体产生径向压差,通过滤饼、滤

过滤方程及压力的计算
采用恒压过滤方程式:

(q+qe )2=K(?+?e)

q?

V A

A ? 2?HR

p?

? f?2 3R

(R ? r )
3 3

A—— 过滤面积,m2; H—— 转筒高度,m; R—— 转筒半径,m; p—— 过滤推动力,Pa。 r —— 任意处滤饼半径,m。

4) 往复活塞推渣离心机(reciprocating-pusher centrifuge)

?工作原理:
在离心力作用下液体沿加料斗的锥形面流动,均匀地沿圆 周分散到滤筐的过滤段。滤液透过滤网而形成滤渣层。活塞推 渣器与加料斗一齐作往复运动,将滤渣间断地沿着滤筐内表面 向排渣口排出。排渣器的往复运动是先向前推,马上后退,经 过一段时间形成一定厚度的滤渣层后,再次向前推,如此重复 进行推渣。

?特点:
分离因数约为300~700,其生产能力大,适用于分离固体 颗粒浓度较浓、粒径较大(0.1~5mm)的悬浮液,在生产中得 到广泛应用。

5) 离心力自动卸渣离心机(conical basket centrifuge) 离心力自动卸料离心机,又称为锥篮离心机
料浆

?结构:如图

滤渣

洗涤

转鼓

?工作过程:
?料浆进入锥形滤筐底部,靠离心 力甩向滤筐; ?液相通过滤布,固相被截留。 ?滤渣克服摩擦阻力,沿滤筐向上 移动,经过洗涤段和干燥段。最后 从顶端排出。
滤液 ?

滤饼 滤布 滤网

支承力,N

为什么会自 动卸料?
摩擦力,f 重力,mg

离心力,F

?特点:
?结构简单,造价低廉,功率消耗小。 ?对悬浮液的浓度和固体颗粒大小的波动敏感。 ?生产能力较大,分离因数约为2000,可分离固体颗 粒浓度较浓、粒度为0.04~1mm的悬浮液。 ?在各种结晶产品的分离中广泛应用。

3.3.5洗涤
洗涤速率的计算
洗涤速率:单位时间内消耗的洗涤液体积。 由于洗涤液中不含固相,洗涤过程中滤饼厚度不变。若在 恒压下洗涤,则它既是恒压洗涤又是恒速洗涤。 由恒压过滤方程知,过滤终了时的过滤速率为:

dV KA2 ( )E ? d? 2(V ? Ve )
式中V——过滤终了时所得滤液体积,m3

若洗涤用的压差与过滤相同,洗涤液粘度与滤液粘度大致相等: ? 对于转筒真空过滤机,洗涤速率与过滤终了速率相等
dV dV KA 2 ( )W ? ( )E ? d? d? 2(V ? Ve )

?对于板框过滤机,洗涤速率等于过滤终了速率的1/4
dV 1 dV KA2 ( )W ? ( )E ? d? 4 d? 8(V ? Ve )

?若洗涤液粘度和洗涤时的压差与滤液粘度和过滤压差相比差 异较大,则应校正,校正后的洗涤速率为

dV dV ? ?pW ( )? )W ? ? W ? ( d? d? ?W ?p

过滤机的生产能力
1间歇过滤机的生产能力
生产能力: 单位时间内获得的滤液体积。

?对于间歇过滤机,一个过滤循环包括过滤、洗涤、卸渣、清
理、重装等步骤。

?通常把卸渣、清理、重装等所用的时间合在一起称为辅助
时间?D 。

?一个循环时间T=?+?W+?D 。其中只有过滤时间真正用于过滤。

如果以滤液量Q 表示生产能力,则有

3600 V 3600 V Q? ? T ? ? ?W ? ? D
式中 V —— 一个操作循环内所获得的滤液体积,m3;

Q —— 生产能力,m3/h;
T —— 一个循环时间。 T=?+?W+?D

2 连续过滤机的生产能力 以转筒真空过滤机为例,转筒在任何时候总有一部分表面浸
没在滤浆中进行过滤。 ? 浸没度ψ :转筒真空过滤机的转筒表面浸入滤浆中的分数

??

浸没角度 360。

? 有效过滤时间θ:某一瞬时开始进入滤浆中的转筒表面,经过 过滤区,最后从滤浆中出来,这一段时间为该表面旋转一周的 有效过滤时间。

? 假设转鼓转速为n r/min,则转一周的时间为: T=60/n ? 过滤时间? 为:

60? ? ? ?T ? n

由于转筒式真空过滤机为恒压操作,则有

(V+Ve)2=KA2(θ +θ e)
转鼓每转一周得到的滤液体积为:
V ? ? KA 2 (? ? ? e ) ? Ve KA 2 ( 60 ? ? ? e ) ? Ve n

按每小时计的滤液生产能力为:

Q ? 60 nV ? 60

?
2

KA (60?n ? ? e n ) ? Ve n
2 2

?

若忽略滤布阻力,则θ e=0、Ve=0,则上式简化为:

60 ? Q ? 60n KA ? 465A Kn? n
注意:提高转速可增加生产能力,但若转速太高,则每周期 中过滤时间减至很短,滤饼层很薄,难于卸除,也不利于洗涤,

而且功率消耗大,反而不经济。合适的转速需由实验确定,以
得到合适厚度的滤饼,使成本最低。

例:以某板框式压滤机在恒压条件下过滤含硅藻土的悬浮夜。 过滤机的滤框尺寸为810×810×25(mm),共有37个框。已 测出过滤常数K=10-4m2/s,qe=0.01m3/m2,?e=1s。若已知单 位面积上通过的滤液量为0.15m3/m2,所用洗水量为滤液量

的1/5。求:
1) 过滤面积和滤框内的总容量; 2) 过滤所需的时间; 3) 洗涤时间; 4) 生产能力Q(td=15min)。

解:1) 过滤面积
滤框总容积

A=2LBZ=2×0.81×0.81×37=48.6m2

Vz=LB?Z=0.81×0.81×0.025×37=0.607m3
2) 过滤时间

(q+qe )2=K(?+?e) (0.15+0.01)2=10-4(?+1) ? =255s

3) 洗涤时间

?w = 8(q+qe)qw/5K =8×(0.15+0.01)×0.15/(5×10-4)=348s
4) 生产能力

Q? ?
V T

qA ? ?? w ?? d

?

0.15?48.6 255 ?348 ?15?60

? 4.85?10 m / s ? 17.5m / h
3 3

?3

例:用转鼓真空过滤机过滤某种悬浮液,料浆处理量为20m3/h。
已知每得1m3滤液可得滤饼0.04m3,要求转筒的浸没度为0.35, 过滤表面上滤饼厚度不低于5mm。现测得过滤常数为K=8×104m2/s,q

e=0.01m

3/m2。试求过滤机的过滤面积和转筒的转速。

解:以1min为基准,v=0.04, ?=0.35
20 Q ? (1 ? v) 20 ? (1 ? 0.04) ? 0.321m3 / min

60

60

?e ?

2 qe K

?

0.012 8?10 ?4

? 0.125 s

60? ? ? ? n

60?0.35 n

滤饼体积

0.321×0.04=0.01284 m3/min

0.01284 2.568 n ? 0.01284 ? ? ( r / min) ?3 ?A A 5?10 ? A

Q ? nV ?

? KA (60?n ? ? n ) ? V n? ? 0.321m / min
2 2 3 e e

将n及? 代入上式,得:

A=2.771m2

n = 0.927 r/min

11 10

12

13 14 15 16

9
8 7 6 5 4 3 2

17
18 1

定盘

转筒真空过滤机
转筒及分配头的结构

动盘

几种过滤设备的比较
设备名称 主要结构 工作过程 特点、 适用性 生产能力计算

?加压过滤,推动力较大 ?结构简单,造价低; 应用范围 滤板、滤框、 装合、过滤、 ?过滤面积大,能耗少; 板框压滤 广。对原 夹紧机构、 洗涤、卸渣、 机 ?读为间歇操作,推动力较 料的适应 机架 整理 性强 大; ?洗涤时间长,生产效率低。
转筒(滤网、 转鼓真空 滤布)、分配 过滤机 头、滤浆槽 ?真空过滤,推动力较小; 适于粒度 ?连续化生产,自动化程度 过滤、洗涤、 中等,粘 高,推动力小,滤饼湿度大, 吹干、卸渣 度不太大 设备投资高 的物料

洗涤速率? 终了过滤速率 4

Q?

3600 V 3600 V ? T ? ? ?W ? ? D

Q ? 60nV ? 60 KA2 (60?n ? ? e n 2 ) ? Ve n

?

?

Q?

离心过滤 转鼓(滤网、 机 滤布)、机架

过滤、洗涤、?离心过滤,推动力最大; 卸渣等 ?滤液湿度小。

应用广泛, 适应性强。 (q+qe )2=K(?+?e) 仪设备成 本高,过 滤面积小。 ? ?2 p ? 3f R ( R 3 ? r 3 )

3600 V 3600 V ? T ? ? ?W ? ? D

提高过滤生产能力的措施
增大过滤面积、提高转速、缩短辅助操作时间、改善过滤特性以 提高过滤和洗涤速率。 ? 助滤剂:改变滤饼结构,使之较为疏松且不被压缩,则可 提高过滤与洗涤速率。助滤剂多为刚性较好的多孔性粒状 或纤维状材料,如常用的硅藻土、膨胀珍珠岩、纤维素等 ? 絮凝剂:使分散的细颗粒凝聚成团从而更容易过滤。絮 凝剂有聚合电解质类的如明胶、聚丙烯酰胺等,其长链高 分子结构为固体颗粒架桥而成絮团;也有无机电解质类的 絮凝剂,其作用为破坏颗粒表面的双电层结构使颗粒依靠 范德华力而聚并成团 ? 流动或机械搅动:限制滤饼厚度的增长,或者借用离 心力使滤饼在带锥度的转鼓中自动移动等动态过滤技术, 也可以有效地提高过滤速率


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第三章 非均相物系分离
河南工程学院——《化工原理》习题 第三章一 填空题 非均相物系分离;在空气中的沉降速度为 。 1.直径为 d 的颗粒在水中的沉降速度为 粒直径为 3. 在某...
第三章非均相物系的分离
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化工原理课件第三章 非均相物系的分离
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第三章 非均相物系的分离和固体流态化
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