化工原理第三章講稿-修改

第三章

非均相物系分離一、概述二、顆粒及顆粒床層三、沉降分離四、過濾五、離心機(jī)六、固體流態(tài)化2025/5/41、了解重力沉降與離心沉降分離的原理及常見設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)；2、掌握重力沉降與離心沉降設(shè)備的選型計算；3、了解過濾設(shè)備的類型及基本特征；4、了解過濾速度方程與過濾過程方程的推導(dǎo)與應(yīng)用；5、了解通過過濾實驗及使用數(shù)據(jù)的處理獲得過濾常數(shù)的測試方法；6、了解過濾機(jī)生產(chǎn)能力的概念與計算；7、了解固體顆粒流態(tài)化過程及流化床操作范圍；8、了解流化床主要特性及流化類型；9、了解氣流輸送原理、壓降計算及氣力輸送的類型及裝置。2025/5/4清水沉降池

在我國廣大西部農(nóng)村，農(nóng)民不僅喝不上礦泉水、自來水，連大河的水也喝不上。只能喝小河溝里的水和小泥塘的水。水中含有許多泥沙，只好澄清后，才可用作飲用水和生活用水。泥沙在水中的澄清就是沉降。農(nóng)民家里都有一個水缸，水缸就是一個沉降槽。黃河水由于含有較多的泥沙，在用于灌溉或其他生產(chǎn)過程時必須沉淀。2025/5/4一般家庭里，吃中藥是傳統(tǒng)而有效的治病方法。熬完中藥之后，總要將藥渣濾去，才可以喝。濾藥渣，就是一個過濾操作。這就是我們生活中的沉降和過濾。濾藥渣2025/5/4混合物

均相混合物

非均相混合物

物系內(nèi)部各處物料性質(zhì)均勻而且不存在相界面的混合物。例如：互溶溶液及混合氣體

物系內(nèi)部有隔開兩相的界面存在且界面兩側(cè)的物料性質(zhì)截然不同的混合物。例如固體顆粒和氣體構(gòu)成的含塵氣體固體顆粒和液體構(gòu)成的懸浮液

不互溶液體構(gòu)成的乳濁液

液體顆粒和氣體構(gòu)成的含霧氣體2025/5/4非均相物系

分散相

分散物質(zhì)

處于分散狀態(tài)的物質(zhì)

如：分散于流體中的固體顆粒、液滴或氣泡

連續(xù)相分散相介質(zhì)

包圍著分散相物質(zhì)且處于連續(xù)狀態(tài)的流體

如：氣態(tài)非均相物系中的氣體

液態(tài)非均相物系中的連續(xù)液體

分離機(jī)械分離

沉降

過濾

不同的物理性質(zhì)

連續(xù)相與分散相發(fā)生相對運(yùn)動的方式

分散相和連續(xù)相

2025/5/4第三章

非均相物系分離一、沉降速度1、球形顆粒的自由沉降2、阻力系數(shù)3、影響沉降速度的因素4、沉降速度的計算5、分級沉降二、降塵室1、降塵室的結(jié)構(gòu)2、降塵室的生產(chǎn)能力第一節(jié)沉降分離

一、重力沉降2025/5/4

一、重力沉降

沉降在某種力場中利用分散相和連續(xù)相之間的密度差異，使之發(fā)生相對運(yùn)動而實現(xiàn)分離的操作過程。

作用力

重力

慣性離心力

重力沉降離心沉降

1、沉降速度

1）球形顆粒的自由沉降設(shè)顆粒的密度為ρs，直徑為d，流體的密度為ρ，

2025/5/4重力

浮力

而阻力隨著顆粒與流體間的相對運(yùn)動速度而變，可仿照流體流動阻力的計算式寫為：2025/5/4(a)顆粒開始沉降的瞬間，速度u=0，因此阻力Fd=0，a→max

顆粒開始沉降后，u↑→Fd

↑；u→ut

時，a=0。等速階段中顆粒相對與流體的運(yùn)動速度ut

稱為沉降速度。當(dāng)a=0時，u=ut，代入（a）式——沉降速度表達(dá)式2025/5/42、阻力系數(shù)ξ

通過因次分析法得知，ξ值是顆粒與流體相對運(yùn)動時的雷諾數(shù)Ret的函數(shù)。對于球形顆粒的曲線，按Ret值大致分為三個區(qū)：

a)滯流區(qū)或托斯克斯(stokes)定律區(qū)（10–4＜Ret<1）

——斯托克斯公式2025/5/42025/5/4——艾倫公式

c)湍流區(qū)或牛頓定律區(qū)（Nuton）（103＜Ret

＜2×105）

——牛頓公式

b)過渡區(qū)或艾倫定律區(qū)（Allen）（1＜Ret<103）

2025/5/43、影響沉降速度的因素

1）顆粒的體積濃度

在前面介紹的各種沉降速度關(guān)系式中，當(dāng)顆粒的體積濃度小于0.2%時，理論計算值的偏差在1%以內(nèi)，但當(dāng)顆粒濃度較高時，由于顆粒間相互作用明顯，便發(fā)生干擾沉降，自由沉降的公式不再適用。2）器壁效應(yīng)當(dāng)器壁尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于顆粒尺寸時，（例如在100倍以上）容器效應(yīng)可忽略，否則需加以考慮。

2025/5/43）顆粒形狀的影響

球形度對于球形顆粒，φs=1，顆粒形狀與球形的差異愈大，球形度φs值愈低。對于非球形顆粒，雷諾準(zhǔn)數(shù)Ret中的直徑要用當(dāng)量直徑de代替。顆粒的球形度愈小，對應(yīng)于同一Ret值的阻力系數(shù)ξ愈大但φs值對ξ的影響在滯流區(qū)并不顯著，隨著Ret的增大，這種影響變大。2025/5/44、沉降速度的計算

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

由得2025/5/4令

因ξ是Ret的已知函數(shù)，ξRet2必然也是Ret的已知函數(shù)，ξ～Ret曲線便可轉(zhuǎn)化成ξRet2～Ret曲線。計算ut時，先由已知數(shù)據(jù)算出ξRet2的值，再由ξRet2～Ret曲線查得Ret值，最后由Ret反算ut。2025/5/42025/5/4計算在一定介質(zhì)中具有某一沉降速度ut的顆粒的直徑，令ξ與Ret-1相乘，

ξRet-1～Ret關(guān)系繪成曲線，由ξRet-1值查得Ret的值，

再根據(jù)沉降速度ut值計算d。無因次數(shù)群K也可以判別流型

2025/5/4當(dāng)Ret=1時K=2.62，此值即為斯托克斯區(qū)的上限

牛頓定律區(qū)的下限K值為69.1

例：試計算直徑為95μm，密度為3000kg/m3的固體顆粒分別在20℃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(shè)顆粒在滯流區(qū)內(nèi)沉降，

附錄查得，20℃時水的密度為998.2kg/m3,μ=1.005×10-3Pa.s2025/5/4核算流型

原假設(shè)滯流區(qū)正確，求得的沉降速度有效。2025/5/4二、重力沉降設(shè)備——（一）降塵室1、降塵室的結(jié)構(gòu)2、降塵室的生產(chǎn)能力

降塵室的生產(chǎn)能力是指降塵室所處理的含塵氣體的體積流量，用Vs表示，m3/s。降塵室內(nèi)的顆粒運(yùn)動

以速度u隨氣體流動以速度ut作沉降運(yùn)動2025/5/42025/5/4顆粒在降塵室的停留時間

顆粒沉降到室底所需的時間

為了滿足除塵要求

——降塵室使顆粒沉降的條件——降塵室的生產(chǎn)能力降塵室的生產(chǎn)能力只與降塵室的沉降面積bl和顆粒的沉降速度ut有關(guān)，而與降塵室的高度無關(guān)。

2025/5/4

例：擬采用降塵室除去常壓爐氣中的球形塵粒。降塵室的寬和長分別為2m和6m,氣體處理量為1標(biāo)m3/s，爐氣溫度為427℃，相應(yīng)的密度ρ=0.5kg/m3，粘度μ=3.4×10-5Pa.s，固體密度ρS=400kg/m3操作條件下，規(guī)定氣體速度不大于0.5m/s，試求：1．降塵室的總高度H，m；2．理論上能完全分離下來的最小顆粒尺寸；3.粒徑為40μm的顆粒的回收百分率；4.欲使粒徑為10μm的顆粒完全分離下來，需在降降塵室內(nèi)設(shè)置幾層水平隔板？2025/5/4解：1）降塵室的總高度H2）理論上能完全出去的最小顆粒尺寸

用試差法由ut求dmin。假設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)

2025/5/4核算沉降流型

∴原假設(shè)正確

3、粒徑為40μm的顆粒的回收百分率粒徑為40μm的顆粒定在滯流區(qū)，其沉降速度2025/5/4氣體通過降沉室的時間為：

直徑為40μm的顆粒在12s內(nèi)的沉降高度為：

假設(shè)顆粒在降塵室入口處的爐氣中是均勻分布的，則顆粒在降塵室內(nèi)的沉降高度與降塵室高度之比約等于該尺寸顆粒被分離下來的百分率。直徑為40μm的顆粒被回收的百分率為：

2025/5/44、水平隔板層數(shù)由規(guī)定需要完全除去的最小粒徑求沉降速度，再由生產(chǎn)能力和底面積求得多層降塵室的水平隔板層數(shù)。粒徑為10μm的顆粒的沉降必在滯流區(qū)，

取33層

板間距為

2025/5/4沉降除塵室動畫2025/5/4第三章

非均相物系分離一、離心沉降速度二、旋風(fēng)分離器操作原理三、旋風(fēng)分離器的性能四、旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)型式與選用第二節(jié)

離心沉降2025/5/4離心沉降：

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，顆粒粒度較細(xì)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(qiáng)度重力加速度gut2/R

方向指向地心

沿旋轉(zhuǎn)半徑從中心指向外周

Fg=mg

作用力

2025/5/4一、離心沉降速度1、離心沉降速度ur慣性離心力=向心力=阻力=

三力達(dá)到平衡，則：2025/5/4平衡時顆粒在徑向上相對于流體的運(yùn)動速度ur便是此位置上的離心沉降速度。2、離心沉降速度與重力沉降速度的比較

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速度在徑向上的分量，隨顆粒在離心力場中的位置而變。

2025/5/4阻力系數(shù)：層流時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強(qiáng)度與重力場強(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ur=20m/s時，求分離因數(shù)。2025/5/4二、旋風(fēng)分離器的操作原理2025/5/4旋風(fēng)分離器動畫2025/5/4三、旋風(fēng)分離器的性能

旋風(fēng)分離器性能的主要操作參數(shù)為氣體處理量，分離效率和氣體通過旋風(fēng)分離器的壓強(qiáng)降。1、氣體處理量

旋風(fēng)分離器的處理量由入口的氣速決定，入口氣體流量是旋風(fēng)分離器最主要的操作參數(shù)。一般入口氣速ui在15～25m/s。旋風(fēng)分離器的處理量

2025/5/42、臨界粒徑

判斷旋風(fēng)分離器分離效率高低的重要依據(jù)是臨界粒徑。臨界粒徑：

理論上在旋風(fēng)分離器中能完全分離下來的最小顆粒直徑。1）臨界粒徑的計算式a)進(jìn)入旋風(fēng)分離器的氣流嚴(yán)格按照螺旋形路線作等速運(yùn)動，且切線速度恒定，等于進(jìn)口氣速ut=ui；

b)

顆粒沉降過程中所穿過的氣流厚度為進(jìn)氣口寬度B表示c)

顆粒在滯流情況下做自由沉降，徑向速度可用

2025/5/4∵ρ<<ρS，故ρ可略去，而旋轉(zhuǎn)半徑R可取平均值Rm，并用進(jìn)口速度ui代替ut。氣流中顆粒的離心沉降速度為：顆粒到達(dá)器壁所需要的時間：停留時間為：對某尺寸的顆粒所需的沉降時間θt恰好等于停留時間θ，該顆粒就是理論上能被完全分離下來的最小顆粒，用dc表示這種顆粒的直徑，即臨界粒徑。2025/5/44、壓強(qiáng)降氣體通過旋風(fēng)分離器時，由于進(jìn)氣管、排氣管及主體器壁所引起的摩擦阻力，氣體流動時的局部阻力以及氣體旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的動能損失造成了氣體的壓強(qiáng)降，對型式不同或尺寸比例不同的設(shè)備ξc的值也不同，要通過實驗測定，對于標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器ξc=8.0。旋風(fēng)分離器的壓降一般在300～2000Pa內(nèi)。2025/5/4四、旋風(fēng)分離器的選型與計算

1、旋風(fēng)分離器的型式

旋風(fēng)分離器的形式多種多樣，主要是在對標(biāo)準(zhǔn)型式的旋風(fēng)分離器的改進(jìn)設(shè)計出來的。進(jìn)氣口：為了保證高速氣流進(jìn)入旋風(fēng)分離起時形成較規(guī)則的旋轉(zhuǎn)流，減少局部渦流與死角，設(shè)計了傾斜螺旋進(jìn)口，螺殼形進(jìn)口、軸向進(jìn)口等。

主體結(jié)構(gòu)與各部分尺寸比例的優(yōu)化：根據(jù)流場與顆粒流動規(guī)律設(shè)計旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)，2025/5/4一般細(xì)長的旋風(fēng)分離器效率高，但超過一定限度，分離效率的提高不明顯，而壓降卻增加。改進(jìn)下灰口：防止已分離下來的粉塵重新?lián)P起。目前，我國已定型了旋風(fēng)分離器，制定了標(biāo)準(zhǔn)流型系列，如CLT,CLT/A,CLP/A,CLP/B以及擴(kuò)散式旋風(fēng)分離器。2、旋風(fēng)分離器的設(shè)計計算

例如，已知?dú)怏w流量VS(m3/s)、原始含塵量C1(g/m3)、粉塵的粒度分布，除塵要求及氣體通過旋風(fēng)分離器允許的壓強(qiáng)降，要求選擇旋風(fēng)分離器的形式，確定旋風(fēng)分離器的直徑和個數(shù)。2025/5/4步驟：

a)根據(jù)具體情況選擇合適的型式，選型時應(yīng)在高效率與低阻力兩者之間作權(quán)衡，一般長、徑比大且出入口截面小的設(shè)備效率高且阻力大，反之，阻力小效率低。

b)根據(jù)允許的壓降確定氣體在入口的流速ui

c)根據(jù)分離效率或除塵要求，求出臨界粒徑dC

d)根據(jù)ui和dc計算旋風(fēng)分離器的直徑D

e)根據(jù)ui與D計算旋風(fēng)分離器的處理量，再根據(jù)氣體流量確定旋風(fēng)分離器的數(shù)目。

f)校核分離效率與壓力降

2025/5/4

例：氣體中所含塵粒的密度為2000kg/m3，氣體的流量為5500標(biāo)m3/h，溫度為500℃，密度為0.43kg/m3，粘度為3.6×10-5Pa.s，擬采用標(biāo)準(zhǔn)形式的旋風(fēng)分離器進(jìn)行除塵，要求分離效率不低于90%，且知相應(yīng)的臨界粒徑不大于10μm，要求壓降不超過700Pa，試決定旋風(fēng)分離器的尺寸與個數(shù)。

解：

根據(jù)允許的壓強(qiáng)降確定氣體在入口的流速ui

ξ=8.02025/5/4

按分離要求，臨界粒徑不大于10μm，故取臨界粒徑dc=10μm來計算粒徑的尺寸。由ui與dc計算D

N=52025/5/4旋風(fēng)分離器的直徑：D=4B=4×0.196=0.78m根據(jù)D與ui計算每個分離器的處理量，再根據(jù)氣體流量確定旋風(fēng)分離器的數(shù)目。進(jìn)氣管截面積每個旋風(fēng)分離器的氣體處理量為：含塵氣體在操作狀況下的總流量為：2025/5/4所需旋風(fēng)分離器的臺數(shù)為：為滿足規(guī)定的氣體處理量、壓強(qiáng)降及分離效率三項指標(biāo)，需要直徑不大于0.78m的標(biāo)準(zhǔn)分離器至少三臺，為了便于安排，現(xiàn)采用四臺并聯(lián)。校核壓力降與分離效率四臺并聯(lián)時，每臺旋風(fēng)分離氣分?jǐn)偟臍怏w處理量為：

為了保證指定的分離效率，臨界粒徑仍取為10μm。2025/5/4校核ΔP

或者從維持指定的最大允許壓降數(shù)值為前提，求得每臺旋風(fēng)分離器的最小直徑。2025/5/4ΔP=700Paui=20.2m/s校核臨界粒徑

根據(jù)以上計算可知，當(dāng)采用四個尺寸相同的標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器并聯(lián)操作來處理本題中的含塵氣體時，只要分離器在2025/5/4（0.654～0.695m）范圍內(nèi)，便可同時滿足氣量、壓強(qiáng)降及效率指標(biāo)。倘若直徑D>0.695m，則在規(guī)定的氣量下不能達(dá)到規(guī)定的分離效率。倘若直徑D<0.654m，則在規(guī)定的氣量下，壓降將超出允許的范圍。2025/5/4第三章

非均相物系分離一、過濾操作的基本概念二、過濾基本方程式三、恒壓過濾四、過濾常數(shù)的測定五、過濾設(shè)備六、濾餅的洗滌七、過濾機(jī)的生產(chǎn)能力第三節(jié)

過濾2025/5/4一、過濾操作的基本概念1、過濾的概念過濾利用能讓液體通過而截留固體顆粒的多孔介質(zhì)（過濾介質(zhì)），使懸浮液中固液得到分離的單元操作。過濾操作中所處理的懸浮液濾漿

通過多孔介質(zhì)的液體

濾液

被截留住的固體物質(zhì)

濾渣（濾餅）

實現(xiàn)過濾操作的外力有重力、壓力、離心力，化工中應(yīng)用最多的是壓力過濾。2025/5/4

2、過濾方式過濾

深床過濾

濾餅過濾

固體顆粒的沉積發(fā)生在較厚的粒狀過濾介質(zhì)床層內(nèi)部，懸浮液中的顆粒直徑小于床層孔道直徑，當(dāng)顆粒隨流體在床層的曲折孔邊穿過時，便粘附在過濾介質(zhì)上。適用于懸浮液中顆粒甚小且含量甚微（固相體積分率在0.1%以下）的場合

固體顆粒成餅層狀沉積于過濾介質(zhì)表面，形成濾餅

適用于處理固相含量稍高（固相體積分率在1%以上）的懸浮液。

2025/5/43、過濾介質(zhì)過濾介質(zhì)是濾餅的支承物，應(yīng)具有下列條件：a)多孔性，孔道適當(dāng)?shù)男?，對流體的阻力小，又能截住要分離的顆粒。

b)物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐熱，耐化學(xué)腐蝕。

c)足夠的機(jī)械強(qiáng)度，使用壽命長

d)價格便宜工業(yè)常用的過濾介質(zhì)主要有

a)

織物介質(zhì)：又稱濾布，包括有棉、毛、絲等天然纖維，玻璃絲和各種合成纖維制成的織物，以及金屬絲織成的網(wǎng)能截留的粒徑的范圍較寬，從幾十μm到1μm。2025/5/4優(yōu)點(diǎn)：織物介質(zhì)薄，阻力小，清洗與更新方便，價格比較便宜，是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的過濾介質(zhì)。b)多孔固體介質(zhì)：如素?zé)沾?，燒結(jié)金屬．塑料細(xì)粉粘成的多孔塑料，棉花餅等這類介質(zhì)較厚，孔道細(xì)，阻力大，能截留1～3μm的顆粒。c)

堆積介質(zhì)：由各種固體顆粒（砂、木炭、石棉粉等）或非編織的纖維（玻璃棉等）堆積而成，層較厚。d)多孔膜：由高分子材料制成，膜很薄（幾十μm到200μm），孔很小，可以分離小到0.05μm的顆粒,應(yīng)用多孔膜的過濾有超濾和微濾。2025/5/44、助濾劑濾餅不可壓縮濾餅:

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。加入助濾劑可減少可壓縮濾餅的流動阻力加入方法預(yù)涂

將助濾劑混在濾漿中一起過濾

用助濾劑配成懸浮液，在正式過濾前用它進(jìn)行過濾，在過濾介質(zhì)上形成一層由助濾劑組成的濾餅。2025/5/4二、過濾基本方程式1、濾液通過餅層的流動

空隙率:單位體積床層中的空隙體積，用ε表示。

ε=空隙體積/床層體積m3/m3顆粒比表面積：單位體積顆粒所具有的表面積，用a表示。

a=顆粒表面/顆粒體積

de=4×水力半徑=4×管道截面積/潤濕周邊顆粒床層的當(dāng)量直徑可寫為：2025/5/4De=4×流通截面積×流道長度∕潤濕周邊長度×流道長度De=4×流道容積∕流道表面積取面積為1m2厚度為1m的濾餅考慮：床層體積＝1×1＝1m3

流道容積＝1×ε＝εm3

流道表面積＝（1－ε）am2所以床層的當(dāng)量直徑為：濾液通過餅層的流動的壓降

，(1)(2)2025/5/4濾液通過餅床層的流速與壓強(qiáng)降的關(guān)系為：比例常數(shù)K’與濾餅的空隙率、粒子形狀、排列及粒度范圍等因素有關(guān)。對于顆粒床層的滯流流動，K’值可取為5?！^濾速度表達(dá)式2025/5/42、過濾速率與過濾速度過濾速率過濾速度單位時間獲得的濾液體積稱為過濾速率定義表達(dá)式3、濾餅的阻力

令——濾餅的比阻，1/m2

單位時間通過單位過濾面積的濾液體積2025/5/4令——濾餅阻力速度＝推動力∕阻力由R＝rL可知，比阻r是單位厚度濾餅的阻力，數(shù)值上等于粘度為1Pa.s的濾液以1m/s的平均流速通過厚度為1m的濾餅層時，所產(chǎn)生的壓強(qiáng)降。反映了顆粒形狀、尺寸及床層空隙率對濾液流動的影響床層空隙率ε愈小及顆粒比表面積α愈大，則床層愈致密，對流體流動的阻滯作用也愈大。2025/5/44、過濾介質(zhì)的阻力

過濾介質(zhì)的阻力也與其厚度及本身的致密程度有關(guān)，通常把過濾介質(zhì)的阻力視為常數(shù)。濾液穿過過濾介質(zhì)層的速度關(guān)系式：(6)式中：ΔP=ΔPC+ΔPm，代表濾餅與濾布兩側(cè)的總壓強(qiáng)降，稱為過濾壓強(qiáng)差。也稱為過濾設(shè)備的表壓強(qiáng)。可用濾液通過串聯(lián)的濾餅與濾布的總壓強(qiáng)降來表示過濾推動力，用兩層的阻力之和來表示總阻力。2025/5/4設(shè)想以一層厚度為Le的濾餅來代替濾布，故（6）式可寫為式中：Le——過濾介質(zhì)的當(dāng)量濾餅厚度，或稱為虛擬濾餅厚度，m在一定的操作條件下，以一定介質(zhì)過濾一定懸浮液時，Le為定值，但同一介質(zhì)在不同的過濾操作中，Le值不同。2025/5/45、過濾基本方程式濾餅厚度L與當(dāng)時已經(jīng)獲得的濾液體積V之間的關(guān)系為：ν——濾餅體積與相應(yīng)的濾液體積之比，無因次，m3/m3。同理：Ve——過濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液體積，或稱虛擬濾液體積，m3在一定的操作條件下，以一定介質(zhì)過濾一定的懸浮液時，Ve為定值，但同一介質(zhì)在不同的過濾操作中，Ve值不同。2025/5/4（7）式就可以寫成——過濾速率的一般關(guān)系式

可壓縮濾餅的情況比較復(fù)雜，它的比阻是兩側(cè)壓強(qiáng)差的函數(shù)，

s——濾餅的壓縮性指數(shù)，無因次。s=0～1,對于不可壓縮濾餅，s=0。2025/5/4對于可壓縮濾餅，過濾速率——過濾基本方程式適用于可壓縮濾餅及不可壓縮濾餅。對于不可壓縮濾餅，s=0。2025/5/4三、恒壓過濾

恒壓過濾：在恒定壓強(qiáng)差下進(jìn)行的過濾操作。恒壓過濾時，濾餅不斷變厚致使阻力逐漸增加。但推動力ΔP恒定，過濾速率逐漸變小。對于一定的懸浮液，μ,r’及ν均可視為常數(shù)。令k——表征過濾物料特性的常數(shù)，（m4/N.s）。則過濾速率變?yōu)椋?025/5/4虛擬過濾階段沒獲得濾液，V＝0

：假定獲得體積為Ve濾液所需的虛擬過濾時間為θe,則積分的邊界條件為：過濾時間濾液體積

0→θe

0→Veθe→θ+θeVe→V+Ve有效過濾階段，Ve、θe都是常數(shù),則積分的邊界條件為：過濾時間濾液體積θe→θ+θeVe→V+Ve2025/5/4兩式相加，得：——恒壓過濾方程式

表明：恒壓過濾時，濾液體積與過濾時間的關(guān)系為拋物線方程當(dāng)介質(zhì)阻力可以忽略時，Ve=0，θe=0，過濾方程式則變?yōu)榱?025/5/4——恒壓過濾方程K——過濾常數(shù)

由物料特性及過濾壓強(qiáng)差所決定，m2/sθe和qe——

介質(zhì)常數(shù)

反映過濾介質(zhì)阻力大小，s及m3/m2

當(dāng)介質(zhì)阻力可以忽略時，例2025/5/4例：過濾一種固體顆體積分?jǐn)?shù)為0.1的懸浮液,濾餅含水的體積分?jǐn)?shù)為0.5,顆粒不可壓縮,經(jīng)實驗測定濾餅比阻為1.3×1011m-2,水的粘度為1.0×10-3Pa.s。在壓強(qiáng)差恒為9.8×104Pa的條件下過濾,假設(shè)濾布阻力可以忽略,試求：1）每m2過濾面積上獲得1.5m3濾液所需的過濾時間。2）如將此過濾時間延長一倍,可再得濾液多少？解：1）過濾時間2025/5/4∵濾布阻力可忽略2)求過濾時間加倍時的濾液量2025/5/4四、恒速過濾與先恒速后恒壓過濾恒速過濾的過濾速度為：維持過濾速度恒定的過濾方式稱為恒速過濾對不可壓縮濾餅：實際上常采用先恒速后恒壓的復(fù)合操作方法。2025/5/4五、過濾常數(shù)的測定

1、恒壓下K、qe、θe的測定

實驗原理：

由恒壓過濾方程微分對于一定恒壓下過濾的懸浮液，測出延續(xù)的時間及濾液的累計量q（按單位面積計）的數(shù)據(jù)，然后算出一系列的Δθ與Δq的對應(yīng)值2025/5/4θq0000然后在直角坐標(biāo)紙上從Δθ/Δq為縱坐標(biāo)，以q為橫坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)繪，可得到一斜率為2/K，截距為2qe/K的直線。求得2025/5/42025/5/42、壓縮性指數(shù)s的測定

由兩端取對數(shù)，得＝常數(shù)∴l(xiāng)gk與lg(△p)的關(guān)系在對數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪時應(yīng)是直線,直線的斜率為1-s，截距為lg(2k)。由此可得到濾餅的壓縮性指數(shù)s及物料特性常數(shù)k。2025/5/4六、過濾設(shè)備

1、板框壓濾機(jī)1）板框壓濾機(jī)的構(gòu)造

由許多塊帶凹凸紋路的濾板與濾框交替排列組裝于機(jī)而構(gòu)成。

濾板和濾框多做成正方形，角上均開有小孔，組合后即構(gòu)成供濾漿和洗滌水流通的孔道。濾框的兩側(cè)覆以濾布，圍成容納濾漿及濾餅的空間。2025/5/4板框過濾機(jī):由多塊帶凸凹紋路的濾板和濾框交替排列于機(jī)架而構(gòu)成。板和框一般制成方形，其角端均開有圓孔，這樣板、框裝合，壓緊后即構(gòu)成供濾漿、濾液或洗滌液流動的通道?？虻膬蓚?cè)覆以濾布，空框與濾布圍成了容納濾漿和濾餅的空間。2025/5/42025/5/4濾板的作用：支持濾布和提供濾液流出的通道。濾板洗滌板：非洗板：濾框：二鈕濾板與濾框裝合時，按鈕數(shù)以1-2-3-2-1-2的順序排列。三鈕板一鈕板2025/5/42025/5/42）板框壓濾機(jī)的操作板框壓濾機(jī)為間歇操作，每個操作循環(huán)由裝合、過濾、洗滌、卸餅、清理5個階段組成。

懸浮液在指定壓強(qiáng)下經(jīng)濾漿通路由濾框角上的孔道并行進(jìn)入各個濾框，

濾液分別穿過濾框兩側(cè)的濾布，沿濾板板面的溝道至濾液出口排出。

顆粒被濾布截留而沉積在濾布上，待濾餅充滿全框后，停止過濾。

2025/5/4

洗滌時，先將洗滌板上的濾液出口關(guān)閉，洗滌水經(jīng)洗水通路從洗滌半角上的孔道并行進(jìn)入各個洗滌板的兩側(cè)。

洗滌水在壓差的推動力下先穿過一層濾布及整個框厚的濾餅，然后再穿過一層濾布，最后沿濾板（一鈕板）板面溝道至濾液出口排出。稱為橫穿洗滌法，它的特點(diǎn)是洗滌水穿過的途徑正好是過濾終了時濾液穿過途徑的二倍。板框壓濾機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，設(shè)備緊湊，過濾面積大而占地小，操作壓強(qiáng)高，濾餅含水少，對各種物料的適應(yīng)能力強(qiáng)。缺點(diǎn)是間歇手工操作，勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低。2025/5/4板框過濾機(jī)動畫2025/5/42、加壓葉濾機(jī)

葉濾機(jī)是由許多不同寬度的長方形濾葉裝合而成。濾葉由金屬絲網(wǎng)制造，內(nèi)部具有空間，外罩濾布。葉濾機(jī)也為間歇操作，過濾時濾葉安裝在能承受內(nèi)壓的密閉機(jī)殼內(nèi)。濾漿用泵送到機(jī)殼內(nèi)，穿過濾布進(jìn)入絲網(wǎng)構(gòu)成的中空部分，然后匯集到下部總管而后流出。顆粒沉積在濾布上，形成濾餅，當(dāng)濾餅積到一定厚度，停止過濾。洗滌時，洗水的路徑與濾液相同，這種洗滌方法稱為置換洗滌法。

葉濾機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備緊湊，密閉操作，勞動條件較好，每次循環(huán)濾布不用裝卸，勞動力較省。

2025/5/42025/5/43、轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)是工業(yè)上應(yīng)用最廣的一種連續(xù)操作的過濾設(shè)備。設(shè)備的主體是一個能轉(zhuǎn)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(jìn)入濾漿中，圓筒沿徑向分割成若干扇形格，每個都有單獨(dú)的孔道通至分配頭上。圓筒轉(zhuǎn)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(zhuǎn)一周的過程中每個扇形格表面即可順序進(jìn)行過濾、洗滌、吸干、吹松、卸餅等項操作2025/5/42025/5/42025/5/4轉(zhuǎn)筒的過濾面積一般為5～40m2，浸沒部分占總面積的30%～40%。轉(zhuǎn)速可在一定范圍內(nèi)調(diào)整，通常為0.1～3r/min。濾餅厚度一般保持在40mm以內(nèi)，轉(zhuǎn)筒過濾機(jī)所得濾餅中的液體含量很少低于10%，?？蛇_(dá)30%左右。轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是能連續(xù)自動操作，省人力，生產(chǎn)能力大，適用于處理易含過濾顆粒的濃懸浮液。缺點(diǎn)是附屬設(shè)備較多，投資費(fèi)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。2025/5/42025/5/4七、濾餅的洗滌

濾餅洗滌的目的：為了回收濾餅里存留的濾液，或者凈化構(gòu)成濾餅顆粒。1、洗滌速率

洗滌速率：

單位時間內(nèi)消耗的洗水容積，以表示。洗滌時間：洗滌速率與過濾終了時的過濾速率有關(guān)，這個關(guān)系取決于濾液設(shè)備上采用的洗滌方式。2025/5/4葉濾機(jī)采用的置換洗滌法，洗水與過濾終了時的濾液流過的路徑就完全相同。當(dāng)操作壓強(qiáng)差和洗水與濾液粘度相同時板框過濾機(jī)采用的是橫穿洗滌法，洗水橫穿兩層濾布及整個厚度的濾餅，流徑長度約為過濾終了時濾液流動的兩倍。而供洗水流通的面積僅為過濾面積的一半2025/5/4當(dāng)操作壓強(qiáng)差和洗水與濾液粘度相同時當(dāng)洗水粘度、洗水表壓與濾液粘度、過濾壓強(qiáng)差有明顯差異時，所需的過濾時間可進(jìn)行校正。2025/5/4八、過濾機(jī)生產(chǎn)能力的計算過濾機(jī)的生產(chǎn)能力：單位時間的濾液體積或濾渣體積，m3/s1、間歇過濾機(jī)的計算

一個操作周期時間為