非均相物系分离课件

第三章第三章非均相物系的分离非均相物系的分离重点：过滤和沉降的基本理论、基本方程重点：过滤和沉降的基本理论、基本方程难点：过滤基本方程的应用、过滤设备难点：过滤基本方程的应用、过滤设备p均均相相物物系系(honogeneous system):均均相相混混合合物物。物物系系内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。部各处均匀且无相界面。如溶液和混合气体都是均相物系。自然界的混合物分为两大类：自然界的混合物分为两大类：p非非均均相相物物系系(non-honogeneous system):非非均均相相混混合合物物。物物系系内内部部有有隔隔开开不不同同相相的的界界面面存存在在，且且界界面面两两侧侧的的物物料料性性质质有有显显著著差差异异。如如：悬悬浮浮液液、乳乳浊浊液液、泡泡沫沫液液属属于于液液态态非非均均相相物物系系，含尘气体、含雾气体属于气态非均相物系。含尘气体、含雾气体属于气态非均相物系。第一节第一节概述概述p分散相分散相：分散物质。在非均相物系中，处于分散状分散物质。在非均相物系中，处于分散状态的物质。态的物质。p连续相连续相：分散介质。包围着分散物质而处于连续状分散介质。包围着分散物质而处于连续状态的流体。态的流体。非均相物系由分散相和连续相组成非均相物系由分散相和连续相组成要要实实现现分分离离，必必须须使使分分散散相相和和连连续续相相之之间间发发生生相相对对运运动动。因因此此，非非均均相相物物系系的的分分离离操操作作遵遵循循流流体体力力学学的的基本规律。基本规律。p非均相物系的分离原理：非均相物系的分离原理：p非均相物系分离的理论基础：非均相物系分离的理论基础：根据两相物理性质根据两相物理性质(如密度等如密度等)的不同而进行的分离。的不同而进行的分离。由于非均相物的两相间的密度等物理特性差异较大，由于非均相物的两相间的密度等物理特性差异较大，因此常采用因此常采用机械方法机械方法进行分离。按两相运动方式的不进行分离。按两相运动方式的不同，机械分离大致分为同，机械分离大致分为沉降和过滤沉降和过滤两种操作。两种操作。通常先造成一个两相物系，再用机械分离的方法分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。离，如蒸馏，萃取等。p非均相物系的分离方法：非均相物系的分离方法：p均相物系的分离均相物系的分离：过滤介质过滤介质:过滤采用的多孔物质；过滤采用的多孔物质；滤浆滤浆:所处理的悬浮液；所处理的悬浮液；滤液滤液:通过多孔通道的液体；通过多孔通道的液体；滤饼或滤渣滤饼或滤渣:被截留的固体物质。被截留的固体物质。以某种多孔物质为介质，在外力的作用下，使悬浮液中以某种多孔物质为介质，在外力的作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固液分离的单元操作。实现固液分离的单元操作。第二节第二节过过滤滤一、过滤操作的基本概念一、过滤操作的基本概念1过滤过滤(filtration)滤浆滤浆(slurry)：原悬浮液。原悬浮液。滤饼滤饼(filtercake)：截留的固体物质。截留的固体物质。过滤介质过滤介质(filteringmedium)：多孔物质。多孔物质。滤液滤液(filterate)：通过多孔通道的液体。通过多孔通道的液体。过滤操作示意图过滤操作示意图(滤饼过滤滤饼过滤)滤饼过滤过程：滤饼过滤过程：刚开始：有细小颗粒通过孔道，滤液混浊。刚开始：有细小颗粒通过孔道，滤液混浊。开始后：迅速发生开始后：迅速发生“架桥现象架桥现象”，颗粒被拦截，颗粒被拦截，滤液澄清。滤液澄清。所以，在滤饼过滤时真正起过滤作用的是滤饼本所以，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。身，而非过滤介质。2过滤方式过滤方式过滤的操作基本方式有两种：过滤的操作基本方式有两种：滤饼过滤滤饼过滤和和深层过滤深层过滤。2.1 2.1 滤饼过滤滤饼过滤(cake filtration)cake filtration)：饼层过滤饼层过滤架桥现象架桥现象注意注意：所选过滤介质的孔道尺寸一定要使：所选过滤介质的孔道尺寸一定要使“架桥现象架桥现象”能够能够过发生。过发生。饼层过滤适于处理固体含量较高的悬浮液。饼层过滤适于处理固体含量较高的悬浮液。特点：颗粒特点：颗粒(粒子粒子)沉积于介质内部。沉积于介质内部。深层过滤深层过滤过滤对象：悬浮液中的固体颗粒小而少。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。过滤介质：堆积较厚的粒状床层。过滤原理：颗粒尺寸过滤原理：颗粒尺寸 介质通道尺寸，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。子的作用力附着在介质孔道上。应用：适于处理生产能力大而悬浮液中应用：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，如水处理和酒颗粒小而且含量少的场合，如水处理和酒的过滤。的过滤。2.2深层过滤深层过滤(deep bed filtration)：深床过滤深床过滤织物介质织物介质(又称滤布又称滤布)由棉、毛、麻、丝等天然纤维及合成纤维制成的织物，以由棉、毛、麻、丝等天然纤维及合成纤维制成的织物，以及玻璃丝、金属丝等织成的网；及玻璃丝、金属丝等织成的网；过滤介质的分类：过滤介质的分类：堆积介质堆积介质由各种固体颗粒（细砂、硅藻土等）堆积而成，由各种固体颗粒（细砂、硅藻土等）堆积而成，多用于多用于深床过滤；深床过滤；多孔固体介质多孔固体介质这类介质具有很多细微孔道，如多孔陶瓷、多孔塑料等。这类介质具有很多细微孔道，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。多用于含少量细微颗粒的悬浮液，如白酒等的精滤。3 3 过滤介质过滤介质过滤介质应具有如下性质：过滤介质应具有如下性质：过过滤滤介介质质的的作作用用(滤滤饼饼过过滤滤)：促促使使滤滤饼饼的的形形成成，并支承滤饼。并支承滤饼。（1 1）多孔性，液体流过的阻力小；）多孔性，液体流过的阻力小；（2 2）有足够的强度；）有足够的强度；（3 3）耐腐蚀性和耐热性；）耐腐蚀性和耐热性；（4 4）孔道大小适当，能发生架桥现象。）孔道大小适当，能发生架桥现象。不不可可压压缩缩滤滤饼饼：若若颗颗粒粒由由不不易易变变形形的的坚坚硬硬固固体体组组成成，则则当当压压强强差差增增大大时时，滤滤饼饼的的结结构构不不发发生生明明显显变变化化，单单位位厚厚度度滤滤饼饼的流动阻力可视作恒定，这类滤饼称为不可压缩滤饼。的流动阻力可视作恒定，这类滤饼称为不可压缩滤饼。随着过滤的进行，滤饼的厚度增大，滤液的流动阻力亦逐随着过滤的进行，滤饼的厚度增大，滤液的流动阻力亦逐渐增大，导致滤饼两侧的压强差增大。滤饼的压缩性对压强差渐增大，导致滤饼两侧的压强差增大。滤饼的压缩性对压强差有较大影响。有较大影响。可可压压缩缩滤滤饼饼：若若滤滤饼饼为为胶胶体体物物质质时时，当当压压强强差差增增大大时时，滤滤饼饼则则被被压压紧紧，使使单单位位厚厚度度滤滤饼饼的的流流动动阻阻力力增增大大，此此类类滤滤饼饼称称为可压缩滤饼。为可压缩滤饼。4滤饼的压缩性和助滤剂滤饼的压缩性和助滤剂助助滤滤剂剂：对对于于可可压压缩缩滤滤饼饼，为为了了使使过过滤滤顺顺利利进进行行，可可以以将将质质地地坚坚硬硬而而能能形形成成疏疏松松滤滤饼饼的的另另一一种种固固体体颗颗粒粒混混入入悬悬浮浮液液或或预预涂涂于于过过滤滤介介质质上上，以以形形成成疏疏松松饼饼层层，使使得得滤滤液液畅畅流流，该该种种颗粒状物质就称为助滤剂。颗粒状物质就称为助滤剂。常用的助滤剂：常用的助滤剂：硅藻土、珍珠岩、石棉、炭粉等。硅藻土、珍珠岩、石棉、炭粉等。助滤剂的基本要求：助滤剂的基本要求：1 1、能形成多孔饼层的刚性颗粒，使滤饼有良好的渗透性及、能形成多孔饼层的刚性颗粒，使滤饼有良好的渗透性及较低的流体阻力。较低的流体阻力。2 2、具有化学稳定性。、具有化学稳定性。3 3、在操作压强范围内具有不可压缩性。、在操作压强范围内具有不可压缩性。dpde 对于颗粒层中不规则的通道，可以简化成由一组当量直径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为d de e的细管，而细管的当量直径可由床层的空隙率和颗粒的的细管，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。比表面积来计算。二、过滤的基本理论二、过滤的基本理论1滤液通过饼层的流动滤液通过饼层的流动颗粒床层的特性可用颗粒床层的特性可用空隙率空隙率、当量直径当量直径等物理量来描述。等物理量来描述。空隙率空隙率：单位体积床层中的空隙体积称为空隙率。单位体积床层中的空隙体积称为空隙率。式中式中床层的空隙率，床层的空隙率，m3/m3。式中式中颗粒的比表面，颗粒的比表面，m2/m3。比表面积比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积称为比表面积。单位体积颗粒所具有的表面积称为比表面积。2颗粒床层的特性颗粒床层的特性依照第一章中非圆形管的当量直径定义，当量直径为：依照第一章中非圆形管的当量直径定义，当量直径为：式中式中de床层流道的当量直径，床层流道的当量直径，m故对颗粒床层直径应可写出：故对颗粒床层直径应可写出：滤滤液液通通过过饼饼层层的的流流动动常常属属于于滞滞流流流流型型，可可以以仿仿照照圆圆管管内内滞滞流流流流动动的的泊泊稷稷叶叶公公式式(哈哈根根方方程程)来来描描述述滤滤液液通通过过滤滤饼饼的的流流动动，则则滤液通过饼床层的流速与压强降的关系为：滤液通过饼床层的流速与压强降的关系为：式中式中 u u1 1 滤液在床层孔道中的流速，滤液在床层孔道中的流速，m/sm/s；L L 床层厚度，床层厚度，m,m,ppc c 滤液通过滤饼层的压强降，滤液通过滤饼层的压强降，papa；阻阻力力与与压压强强降降成成正正比比，因因此此可可认认为为上上式式表表达达了了过过滤滤操操作作中中滤液流速与阻力的关系。滤液流速与阻力的关系。在在与与过过滤滤介介质质相相垂垂直直的的方方向向上上，床床层层空空隙隙中中的的滤滤液液流流速速u u1 1与按整个床层截面积计算的滤液平均流速与按整个床层截面积计算的滤液平均流速u u之间的关系为：之间的关系为：上上式式中中的的比比例例常常数数KK与与滤滤饼饼的的空空隙隙率率、颗颗粒粒形形状状、排排列列及及粒粒度度范范围围诸诸因因素素有有关关。对对于于颗颗粒粒床床层层内内的的滞滞流流流流动动，KK值值可可取为取为5 5。式中式中V 滤液量，滤液量，m3；过滤时间，过滤时间，s；A过滤面积，过滤面积，m2。过滤速率为：过滤速率为：任一瞬间的过滤速度为：任一瞬间的过滤速度为：过滤速度过滤速度:单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积，单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积，m3/m2 s。过滤速率过滤速率:单位时间内获得的滤液体积，单位时间内获得的滤液体积，m3/s。3过滤速率过滤速率R R滤饼阻力，滤饼阻力，1/1/m,m,其计算式为：其计算式为：对于不可压缩滤饼，滤饼层中的空隙率对于不可压缩滤饼，滤饼层中的空隙率可视为常数，颗可视为常数，颗粒的形状、尺寸也不改变，因而比表面粒的形状、尺寸也不改变，因而比表面a 亦为常数，则有亦为常数，则有式中式中 r r滤饼的比阻，滤饼的比阻，1/1/m m2 2,其计算式为：其计算式为：R=rL4滤饼阻力滤饼阻力比阻比阻r r单位厚度滤饼的阻力；单位厚度滤饼的阻力；在数值上等于粘度为在数值上等于粘度为1 1PaPas s的滤液以的滤液以1 1m/sm/s的平均流速通过的平均流速通过厚度为厚度为1 1m m 的滤饼层时所产生的压强降；的滤饼层时所产生的压强降；比阻反映了颗粒特性比阻反映了颗粒特性(形状、尺寸及床层空隙率形状、尺寸及床层空隙率)对滤液流对滤液流动的影响；动的影响；床层空隙率床层空隙率愈小及颗粒比表面愈小及颗粒比表面a a愈大，则床层愈致密，愈大，则床层愈致密，对流体流动的阻滞作用也愈大。对流体流动的阻滞作用也愈大。通通常常把把过过滤滤介介质质的的阻阻力力视视为为常常数数，仿仿照照滤滤液液穿穿过过滤滤饼饼层层的的速速度方程则可写出滤液穿过过滤介质层的速度关系式：度方程则可写出滤液穿过过滤介质层的速度关系式：式中式中pm过滤介质上、下游两侧的压强差，过滤介质上、下游两侧的压强差，Pa；Rm 过滤介质阻力，过滤介质阻力，l/m由于很难划定过滤介质与滤饼之间的分界面，更难测定分界由于很难划定过滤介质与滤饼之间的分界面，更难测定分界面处的压强，在操作过程中总是把过滤介质与滤饼联合起来考面处的压强，在操作过程中总是把过滤介质与滤饼联合起来考虑。虑。5过滤介质的阻力过滤介质的阻力 通通常常，滤滤饼饼与与滤滤布布的的面面积积相相同同。所所以以两两层层中中的的过过滤滤速速度度应应相等，则：相等，则：上式表明，可用滤液通过串联的滤饼与滤布的总压强降来上式表明，可用滤液通过串联的滤饼与滤布的总压强降来表示过滤推动力，用两层的阻力之和来表示总阻力。表示过滤推动力，用两层的阻力之和来表示总阻力。式中：式中：p 滤饼与滤布两侧的总压强差，称为过滤压强差。滤饼与滤布两侧的总压强差，称为过滤压强差。假假设设：厚厚度度为为Le的的滤滤饼饼产产生生的的阻阻力力与与滤滤布布相相同同，而而过过程程仍仍能完全按照原来的速率进行，则：能完全按照原来的速率进行，则：rLe=Rm在一定的操作条件下，以一定介质过滤一定悬浮液时，在一定的操作条件下，以一定介质过滤一定悬浮液时，Le为定值；但同一介质在不同的过滤操作中，为定值；但同一介质在不同的过滤操作中，Le值不同值不同。式中式中Le过滤介质的当量滤饼厚度，或称虚拟滤饼厚度，过滤介质的当量滤饼厚度，或称虚拟滤饼厚度，m。式中：式中：v 滤饼体积与相应的滤液体积之比，无因次。滤饼体积与相应的滤液体积之比，无因次。LA=vV 若每获得若每获得1 1m m3 3滤液所形成的滤饼体积为滤液所形成的滤饼体积为v vm m3 3，则任一瞬间的滤则任一瞬间的滤饼厚度饼厚度L L与当时已经获得的滤液体积与当时已经获得的滤液体积V V之间的关系为：之间的关系为：同理，如生成厚度为同理，如生成厚度为Le的滤饼所应获得的滤液体积以的滤饼所应获得的滤液体积以Ve来表来表示，则示，则式中式中Ve过滤介质的当量滤液体积，或称虚拟滤液体积，过滤介质的当量滤液体积，或称虚拟滤液体积，m3。三、过滤基本方程式三、过滤基本方程式 注注意意：在在一一定定的的操操作作条条件件下下，以以一一定定介介质质过过滤滤一一定定的的悬悬浮浮液时，液时，Ve为定值，但同一介质在不同的过滤操作中，为定值，但同一介质在不同的过滤操作中，Ve不同。不同。上式适用于上式适用于不可压缩滤饼不可压缩滤饼。对于对于可压缩滤饼可压缩滤饼其比阻其比阻r r与压强差有关。与压强差有关。上式称为上式称为过滤基本方程式过滤基本方程式，它对各种过滤情况均适用。，它对各种过滤情况均适用。式中式中r单位压强下滤饼的比阻，单位压强下滤饼的比阻，1/m2p过滤压强差，过滤压强差，pa s滤饼的滤饼的压缩性指数压缩性指数，无因此。一般情况下，无因此。一般情况下，s=01。对于不可压缩滤饼，对于不可压缩滤饼，s=0。根据上两式可得根据上两式可得r=r(p)sp定义：过滤操作在恒定压强下进行时称为恒压过滤。定义：过滤操作在恒定压强下进行时称为恒压过滤。滤饼不断变厚；滤饼不断变厚；阻力逐渐增加；阻力逐渐增加；推动力推动力p p 恒定；恒定；过滤速率逐渐变小。过滤速率逐渐变小。过滤操作的两种典型方式：恒压过滤和恒速过滤过滤操作的两种典型方式：恒压过滤和恒速过滤。p特点：特点：四、恒压过滤四、恒压过滤对于一定的悬浮液，若对于一定的悬浮液，若、rr及及v v可视为常数，令可视为常数，令(V+V+V Ve e)dVdV=kA=kA2 2pp1-1-s sd d 式中：式中：k k 表征过滤物料特性的常数，表征过滤物料特性的常数，m m4 4/（N N s s）。）。过滤基本方程可写成：过滤基本方程可写成：恒压过滤方程式的推导恒压过滤方程式的推导积分条件积分条件=0,V=0;=e,V=Ve;=,V=V(1)(1)和和(2)(2)式都称为式都称为恒压过滤方程式恒压过滤方程式。令令K=2kpK=2kp1-s1-s当当 =0=0 时，则时，则V V=0=0(V+Ve)2=KA2(+e)（1 1）Ve2=KA2 eV2+2VVe=KA2（2 2）又令又令q=V/A，qe=Ve/A恒压过滤方程式中的恒压过滤方程式中的K K 称为称为过滤常数过滤常数，由物料特性及过滤，由物料特性及过滤压强差决定。压强差决定。恒压过滤时恒压过滤时V 的关的关系系 ooe e +e +ebV+VeVV+VeVVe(q+qe)2=K(+e)q2+2qqe=K 上两式也称为恒压过滤方程式。上两式也称为恒压过滤方程式。若维持过滤速率恒定，这样的过滤操作方式称为恒速过滤。若维持过滤速率恒定，这样的过滤操作方式称为恒速过滤。恒速过滤时恒速过滤时q-q-（或或V-V-）关系为一直线关系为一直线。q=uR V=uRA 恒速过滤时的过滤速度为：恒速过滤时的过滤速度为：五、五、恒速过滤恒速过滤在一定的操作条件下，在一定的操作条件下，、r、v、uR、qe均为常数，故有：均为常数，故有：对不可压缩滤饼，由过滤基本方程可写出：对不可压缩滤饼，由过滤基本方程可写出：上式表明：上式表明：对于不可压缩滤饼进行恒速过滤时，其压强差随对于不可压缩滤饼进行恒速过滤时，其压强差随过滤时间成直线增加。过滤时间成直线增加。所以，在实践中很少采用完全恒速过滤所以，在实践中很少采用完全恒速过滤的方法。的方法。p=rvuR2+rvuRqe=a+b 先恒速后恒压过滤是工业中常用的一种过滤方法。先恒速后恒压过滤是工业中常用的一种过滤方法。在过滤时间从在过滤时间从0 0到到 R R 时，计算方法与恒速过滤相同。而从时时，计算方法与恒速过滤相同。而从时间间 R R 到到 时，得到的滤液量从时，得到的滤液量从V VR R到到V V，故积分式为：故积分式为：操作过程：操作过程：开开始始，从从0到到 R 时时，采采用用恒恒速速过过滤滤，可可在在阻阻力力还还不不太太高高时时获得较多的滤液。获得较多的滤液。从从 R到到 时，改为恒压过滤，以免压强过高。时，改为恒压过滤，以免压强过高。六、先恒速后恒压过滤六、先恒速后恒压过滤积分并将积分并将K=2kpK=2kp1-s 1-s 代入得代入得 特别注意特别注意：上两式中：上两式中V V为获得的总滤液量，而不是为获得的总滤液量，而不是恒压阶段获得的滤液量。恒压阶段获得的滤液量。几种操作方式下的过滤方程几种操作方式下的过滤方程恒压过滤恒压过滤恒速过滤恒速过滤先恒速后恒压先恒速后恒压(V+Ve)2=KA2(+)eq=uR(V2-VR2)+2Ve(V-VR)=KA2(-R)V2+2VVe=KA2 V=uRA(q2-qR2)+2qe(q-qR)=K(-R)(q+qe)2=K(+e)p=a+bq2+2qqe=K 上式表明：上式表明：d/dq与与q成直线关系，直线斜率为成直线关系，直线斜率为2/K，截距为截距为2qe/K2(q+qe)dq=Kd(q+qe)2=K(+e)微分上式得微分上式得qd/dt2qe/K由由斜率斜率=2/K，求出求出K;由截距由截距=2qe/K，求出求出qe；由由q2+2qqe=K，=0，q=0，求出求出 e=qe2/K。测定时采用恒压试验，恒压过滤方程为：测定时采用恒压试验，恒压过滤方程为：七、过滤常数的测定七、过滤常数的测定采采用用/q/q代代替替d d/dqdq，在在过过滤滤面面积积一一定定时时，记记录录下下时时间间 和和累累计计的的滤滤液液量量V V，并并由由此此计计算算一一系系列列q q值值，然然后后作作图图，求求出出直直线线斜斜率率和和截截距距。最最后后算算出出过过滤滤常常数数K K和和q qe e。q/t2qe/K注意：横坐标注意：横坐标q的取值。的取值。实验数据处理实验数据处理lgK=(1-s)lg(p)+lg(2k)以以lglg(pp)为横坐标，为横坐标，lglg(K K)为为纵坐标作直线，从而求出斜率纵坐标作直线，从而求出斜率(1-(1-s s)，截距截距lglg(2(2k k)，进而算出进而算出s s和和k k。K=2kp1-s 滤饼的压缩性指数滤饼的压缩性指数s s及物料特性常数及物料特性常数k k需在不同压强差下对指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定物料进行试验，求得若干过滤压强差下的K K，然后对然后对K-pK-p数数据加以处理，即可求得据加以处理，即可求得s s 值。值。lg(p)lg(K)lg(2k)q/t2qe/K压缩指数压缩指数s的测定的测定工业上使用的典型过滤设备：工业上使用的典型过滤设备：按操作方式分类：间歇过滤机、连续过滤机按操作方式分类：间歇过滤机、连续过滤机按操作压强差分类：压滤、吸滤和离心过滤按操作压强差分类：压滤、吸滤和离心过滤板框压滤机（间歇操作）板框压滤机（间歇操作）转筒真空过滤机（连续操作）转筒真空过滤机（连续操作）过滤式离心机过滤式离心机八、过滤设备八、过滤设备结构：结构：滤板、滤框、夹紧机构、机架等组成。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。液的流道。滤板右上角的圆孔，是滤浆通道；左上角的圆滤板右上角的圆孔，是滤浆通道；左上角的圆孔，是洗水通道。孔，是洗水通道。洗涤板洗涤板：左上角的洗水通道与两侧表面的凹槽相通，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；使洗水流进凹槽；非洗涤板：非洗涤板：洗水通道与两侧表面的凹槽不相通。洗水通道与两侧表面的凹槽不相通。1板框压滤机板框压滤机 下载下载为了避免这两种板和框的安装次序有错，在铸造时常在板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。钮板，框带两个钮板，框带两个钮，洗涤板为三钮板。滤框：滤框：滤浆通道：滤浆通道：滤框右上角的圆孔滤框右上角的圆孔洗水通道：洗水通道：滤框左上角的圆孔滤框左上角的圆孔滤浆滤浆洗水洗水滤板滤板滤框滤框洗板洗板滤布滤布板框过滤机板框过滤机 板框过滤机的操作是间歇式的，每个操作循环由装合、过滤、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、整理五个阶段洗涤、卸渣、整理五个阶段。过滤过程过滤过程1)1)、装合：、装合：将板与框按将板与框按 1-2-3-2-1-2-3 1-2-3-2-1-2-3的顺序，滤板的两侧表面放上滤布，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。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)2)、过滤：、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。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。颗粒积存在滤框内形成滤饼，直到框内充满滤饼为止。3)3)、洗涤：、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。出口阀门关闭。4)4)、卸渣、整理、卸渣、整理 打开板框，卸出滤饼，洗涤滤布及板、框。打开板框，卸出滤饼，洗涤滤布及板、框。在洗液粘度与滤液粘度相近的情况下，且在压差相同时，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洗涤速率约为过滤终了速率的1/41/4。为什么？结构简单，价格低廉，占地面积小，过滤面积大。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。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（对物料的适应能力较强，由于操作压力较高（310kg/cm2 ），），对颗粒细小而液体粘度较大的滤浆，也能适用。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，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。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。轻。板框压滤机的特点：板框压滤机的特点：结构：结构：p转筒，扇形格转筒，扇形格(18格格)；滤室；滤室；分配头；分配头；动盘动盘(18个孔，分别与扇形个孔，分别与扇形格的格的18个通道相连个通道相连)；定盘定盘(三个凹槽：滤液真空三个凹槽：滤液真空凹槽、洗水真空凹槽、压缩凹槽、洗水真空凹槽、压缩空气凹槽，分别将动盘的空气凹槽，分别将动盘的18个孔道分成三个通道个孔道分成三个通道)；p金属网；金属网；p滤布；滤布；p滤浆槽滤浆槽。工作过程工作过程转筒真空过滤机结构示意图转筒真空过滤机结构示意图动盘动盘定盘定盘转筒转筒金属网金属网滤布滤布滤饼滤饼搅拌器搅拌器洗涤喷头洗涤喷头料浆槽料浆槽刮刀刮刀2 2 转筒真空过滤机转筒真空过滤机（rotary-drum vacuum filterrotary-drum vacuum filter）110987654321817161514131112动盘动盘转筒及分配头的结构转筒及分配头的结构工作过程工作过程定盘定盘18格分成格分成6个工作区个工作区1区区(17格格)：过滤区；：过滤区；2区区(810格格)：滤液吸干区；：滤液吸干区；3区区(1213格格)：洗涤区；：洗涤区；4区区(14格格)：洗后吸干区；：洗后吸干区；5区区(16格格)：吹松卸渣区；：吹松卸渣区；6区区(17格格)：滤布再生区。：滤布再生区。l过滤区过滤区(12区区)，f 槽槽;l洗涤区洗涤区(34区区)，g槽槽;l干燥卸渣区干燥卸渣区(56区区)，h 槽槽;f 槽槽h 槽槽g 槽槽自动连续操作；自动连续操作；适用于处理量大，固体颗粒含量较多的滤浆；适用于处理量大，固体颗粒含量较多的滤浆；真空下操作，其过滤推动力较低真空下操作，其过滤推动力较低(最高只有最高只有1 1atmatm)，对于滤对于滤饼阻力较大的物料适应能力较差。饼阻力较大的物料适应能力较差。转筒旋转时，藉分配头的作用，能使转筒旋转一周的过程转筒旋转时，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。项操作。整个转筒圆周在任何瞬间都划分为整个转筒圆周在任何瞬间都划分为:特点：特点：工作过程工作过程过滤区过滤区;洗涤区洗涤区;干燥卸渣区干燥卸渣区。结构：结构：1.1.悬筐式离心机悬筐式离心机(suspended-basket centrifuge)suspended-basket centrifuge)转鼓转鼓滤饼滤饼滤布滤布滤网滤网离心过滤机工作原理图离心过滤机工作原理图p转鼓转鼓(上有小孔，亦称悬框上有小孔，亦称悬框)；滤网；滤网；滤布；滤布；p机架。机架。原理：原理：由于离心力作用，液体产生径向压差，通过滤饼、滤由于离心力作用，液体产生径向压差，通过滤饼、滤网及滤筐而流出。网及滤筐而流出。3离心过滤机（离心过滤机（centrifugal filter）过滤方程及压力的计算过滤方程及压力的计算采用恒压过滤方程式：采用恒压过滤方程式：(q+qe)2=K(+e)A 过滤面积，过滤面积，m2；H 转筒高度，转筒高度，m;R 转筒半径，转筒半径，m；p 过滤推动力，过滤推动力，Pa。r 任意处滤饼半径，任意处滤饼半径，m。在离心力作用下液体沿加料斗的锥形面流动，均匀地沿圆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。进行推渣。分离因数约为分离因数约为300300700700，其生产能力大，适用于分离固体颗，其生产能力大，适用于分离固体颗粒浓度较浓、粒径较大（粒浓度较浓、粒径较大（0.15mm）的悬浮液，在生产中得到的悬浮液，在生产中得到广泛应用。广泛应用。工作原理：工作原理：特点：特点：4往复活塞推渣离心机往复活塞推渣离心机（reciprocating-pusher centrifuge）离心力自动卸料离心机，又称为锥篮离心机离心力自动卸料离心机，又称为锥篮离心机 p结构：如图结构：如图p工作过程：工作过程：料浆料浆滤液滤液滤渣滤渣转鼓转鼓滤饼滤饼滤布滤布滤网滤网洗涤洗涤料浆进入锥形滤筐底部，靠离心料浆进入锥形滤筐底部，靠离心力甩向滤筐；力甩向滤筐；液相通过滤布，固相被截留。液相通过滤布，固相被截留。滤渣克服摩擦阻力，沿滤筐向上滤渣克服摩擦阻力，沿滤筐向上移动，经过洗涤段和干燥段。最后移动，经过洗涤段和干燥段。最后从顶端排出。从顶端排出。5离心力自动卸渣离心机（离心力自动卸渣离心机（conical basket centrifuge）p特点：特点：离心力离心力,F重力重力,mg摩擦力摩擦力,f支承力支承力,Nxy结构简单，造价低廉，功率消耗小。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。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，分离因数约为生产能力较大，分离因数约为20002000，可分离固体颗，可分离固体颗粒浓度较浓、粒度为粒浓度较浓、粒度为0.041mm的悬浮液。的悬浮液。在各种结晶产品的分离中广泛应用。在各种结晶产品的分离中广泛应用。为什么会自为什么会自动卸料？动卸料？设备名称设备名称设备名称设备名称主要结构主要结构主要结构主要结构工作过程工作过程工作过程工作过程特点、特点、特点、特点、适用性适用性适用性适用性生产能力计算生产能力计算生产能力计算生产能力计算板框压滤板框压滤板框压滤板框压滤机机机机滤板、滤框、滤板、滤框、夹紧机构、夹紧机构、机架机架装合、过滤、装合、过滤、洗涤、卸渣、洗涤、卸渣、整理整理加压过滤，推动力较大加压过滤，推动力较大加压过滤，推动力较大加压过滤，推动力较大结构简单，造价低；结构简单，造价低；结构简单，造价低；结构简单，造价低；过滤面积大，能耗少；过滤面积大，能耗少；过滤面积大，能耗少；过滤面积大，能耗少；读为间歇操作，推动力读为间歇操作，推动力读为间歇操作，推动力读为间歇操作，推动力较大；较大；较大；较大；洗涤时间长，生产效率洗涤时间长，生产效率洗涤时间长，生产效率洗涤时间长，生产效率低。低。低。低。应用范围广。应用范围广。应用范围广。应用范围广。对原料的适对原料的适对原料的适对原料的适应性强应性强应性强应性强转鼓真空转鼓真空转鼓真空转鼓真空过滤机过滤机过滤机过滤机转筒转筒转筒转筒(滤网、滤网、滤网、滤网、滤布滤布滤布滤布)、分、分、分、分配头、滤浆配头、滤浆配头、滤浆配头、滤浆槽槽槽槽过滤、洗涤、过滤、洗涤、过滤、洗涤、过滤、洗涤、吹干、卸渣吹干、卸渣吹干、卸渣吹干、卸渣真空过滤，推动力较小；真空过滤，推动力较小；真空过滤，推动力较小；真空过滤，推动力较小；连续化生产，自动化程连续化生产，自动化程连续化生产，自动化程连续化生产，自动化程度高，推动力小，滤饼湿度高，推动力小，滤饼湿度高，推动力小，滤饼湿度高，推动力小，滤饼湿度大，设备投资高度大，设备投资高度大，设备投资高度大，设备投资高适于粒度中适于粒度中适于粒度中适于粒度中等，粘度不等，粘度不等，粘度不等，粘度不太大的物料太大的物料太大的物料太大的物料离心过滤离心过滤离心过滤离心过滤机机机机转鼓转鼓转鼓转鼓(滤网、滤网、滤网、滤网、滤布滤布滤布滤布)、机、机、机、机架架架架过滤、洗涤、过滤、洗涤、过滤、洗涤、过滤、洗涤、卸渣等卸渣等卸渣等卸渣等离心过滤，推动力最大；离心过滤，推动力最大；离心过滤，推动力最大；离心过滤，推动力最大；滤液湿度小。滤液湿度小。滤液湿度小。滤液湿度小。应用广泛，应用广泛，应用广泛，应用广泛，适应性强。适应性强。适应性强。适应性强。仪设备成本仪设备成本仪设备成本仪设备成本高，过滤面高，过滤面高，过滤面高，过滤面积小。积小。积小。积小。(q+qe)2=K(+e)几种过滤设备的比较几种过滤设备的比较式中式中V过滤终了时所得滤液体积，过滤终了时所得滤液体积，m3由恒压过滤方程知，过滤终了时的过滤速率为：由恒压过滤方程知，过滤终了时的过滤速率为：洗涤速率：单位时间内消耗的洗涤液体积。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。压下洗涤，则它既是恒压洗涤又是恒速洗涤。九、过滤机的生产能力九、过滤机的生产能力1洗涤速率的计算洗涤速率的计算p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异较大，则应校正，校正后的洗涤速率为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：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：p 对于转筒真空过滤机，洗涤速率与过滤终了速率相等对于转筒真空过滤机，洗涤速率与过滤终了速率相等p对于板框过滤机，洗涤速率等于过滤终了速率的对于板框过滤机，洗涤速率等于过滤终了速率的1/41/4生产能力生产能力:单位时间内获得的滤液体积。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。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时间 D D。一个循环时间一个循环时间T=T=+W W+D D 。其中只有过滤时间真正用于过滤其中只有过滤时间真正用于过滤。2 2 间歇过滤机的生产能力间歇过滤机的生产能力式中式中 V V 一个操作循环内所获得的滤液体积，一个操作循环内所获得的滤液体积，m m3 3；Q Q 生产能力，生产能力，m m3 3/h/h；T T 一个循环时间。一个循环时间。T=+W+D 如果以滤液量如果以滤液量Q Q 表示生产能力，则有表示生产能力，则有p 浸没度浸没度：转筒真空过滤机的转筒表面浸入滤浆中的分数转筒真空过滤机的转筒表面浸入滤浆中的分数 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。没在滤浆中进行过滤。p 有效过滤时间有效过滤时间：某一瞬时开始进入滤浆中的转筒表面，经过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。有效过滤时间。3 3 连续过滤机的生产能力连续过滤机的生产能力由于转筒式真空过滤机为恒压操作，则有由于转筒式真空过滤机为恒压操作，则有 转鼓每转一周得到的滤液体积为：转鼓每转一周得到的滤液体积为：(V+V+V Ve e)2 2=KA=KA2 2(+(+e e)p 过滤时间过滤时间 为为:p 假设转鼓转速为假设转鼓转速为n r/min，则转一周的时间为则转一周的时间为:T=60/n按每小时计的滤液生产能力为：按每小时计的滤液生产能力为：若忽略滤布阻力，则若忽略滤布阻力，则e e=0=0、V Ve e=0=0，则上式简化为：则上式简化为：注意：提高转速可增加生产能力，但若转速太高，则每周期注意：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，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。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。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过滤机的滤框尺寸为81081081081025(25(mm)mm)，共有共有3737个框。已测个框。已测出过滤常数出过滤常数K K=10=10-4-4m m2 2/s/s，q qe e=0.01m=0.01m3 3/m/m2 2，e e=1s=1s。若已知单位若已知单位面积上通过的滤液量为面积上通过的滤液量为0.150.15m m3 3/m/m2 2，所用洗水量为滤液量的所用洗水量为滤液量的1/51/5。求：。求：1)1)过滤面积和滤框内的总容量；过滤面积和滤框内的总容量；2)2)过滤所需的时间；过滤所需的时间；3)3)洗涤时间；洗涤时间；4)4)生产能力生产能力Q(tQ(td d=15min)=15min)。解：解：1)1)过滤面积过滤面积 A=2LBZ=2A=2LBZ=20.810.810.810.8137=48.6m37=48.6m2 2 滤框总容积滤框总容积 V Vz z=LB=LB Z=0.81Z=0.810.810.810.0250.02537=0.607m37=0.607m3 3 2)2)过滤时间过滤时间 3)3)洗涤时间洗涤时间 4)4)生产能力生产能力 (q+q+q qe e)2 2=K(=K(+e e)(0.15+0.01)(0.15+0.01)2 2=10=10-4-4(+1)+1)=255=255s s w w=8 8(q+(q+q qe e)q qw w/5K=8/5K=8(0.15+0.01)(0.15+0.01)0.15/(50.15/(51010-4-4)=348s)=348s 例：用转鼓真空过滤机过滤某种悬浮液，料浆处理量为例：用转鼓真空过滤机过滤某种悬浮液，料浆处理量为2020m m3 3/h/h。已知每得已知每得1 1m m3 3滤液可滤液可得得滤饼滤饼0.040.04m m3 3，要求转筒的浸没度为要求转筒的浸没度为0.350.35，过滤表面上滤饼厚度不低于过滤表面上滤饼厚度不低于5 5mmmm。现测得过滤常数为现测得过滤常数为K K=8=81010-4 4m m2 2/s/s，q qe e=0.01m=0.01m3 3/m/m2 2。试试求过滤机的过滤面积和转筒的转速。求过滤机的过滤面积和转筒的转速。解：解：以以1 1minmin为基准，为基准，v=0.04,v=0.04,=0.35=0.35滤饼体积滤饼体积 0.321 0.3210.04=0.01284 0.04=0.01284 m m3 3/min/min将将n n及及 代入上式，得：代入上式，得：A A=2.771m=2.771m2 2 n n=0.927 r/min=0.927 r/min110987654321817161514131112定盘定盘动盘动盘转筒及分配头的结构转筒及分配头的结构转筒真空过滤机转筒真空过滤机p 定义：定义：p沉降力场：重力、离心力。沉降力场：重力、离心力。在某种力场的作用下，利用分散物质与分散介质的在某种力场的作用下，利用分散物质与分散介质的密度差异，使之发生相对运动而分离的单元操作。密度差异，使之发生相对运动而分离的单元操作。p 沉降操作分类：重力沉降、离心沉降。沉降操作分类：重力沉降、离心沉降。第三节第三节沉降沉降图图 流体绕过颗粒的流动流体绕过颗粒的流动uFdFd与颗粒运动的方向相反与颗粒运动的方向相反 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种作用力通常称为曳力（drag force)drag force)或阻力。或阻力。只要颗粒与流体之间有相只要颗粒与流体之间有相对运动，就会产生阻力。对运动，就会产生阻力。对于一定的颗粒和流体，对于一定的颗粒和流体，只要相对运动速度相同，流只要相对运动速度相同，流体对颗粒的阻力就一样。体对颗粒的阻力就一样。一、颗粒运动时的阻力一、颗粒运动时的阻力 流体密度；流体密度；流体粘度；流体粘度；d dp p颗粒的当量直径；颗粒的当量直径；A A 颗粒在运动方向上的投影面积；颗粒在运动方向上的投影面积；u u 颗粒与流体相对运动速度。颗粒与流体相对运动速度。阻力系数，是雷诺数阻力系数，是雷诺数ReRe的函数，由实验确定。的函数，由实验确定。颗粒所受的阻力颗粒所受的阻力Fd可用可用下式计算下式计算层流区（斯托克斯层流区（斯托克斯StokesStokes区，区，1010-4-4 Re1Re1）注意：其中斯托克斯区的计算式是准确的，其它两个区域的注意：其中斯托克斯区的计算式是准确的，其它两个区域的计算式是近似的。计算式是近似的。过渡区（艾仑过渡区（艾仑AllenAllen区，区，11Re10Re103 3）湍流区（牛顿湍流区（牛顿NewtonNewton区，区，10103 3 Re10Re105 5）图中曲线大致可分为三个区域，各区域的曲线可分别用不同图中曲线大致可分为三个区域，各区域的曲线可分别用不同的计算式表示为：的计算式表示为：自由沉降自由沉降（free settling）：单个颗粒在流体中沉降，或单个颗粒在流体中沉降，或者颗粒群在流体中分散得较好而颗粒之间互不接触互不碰撞的者颗粒群在流体中分散得较好而颗粒之间互不接触互不碰撞的条件下沉降。条件下沉降。二二、重力沉降重力沉降重力沉降重力沉降(gravity settling)：由地球引力作用而由地球引力作用而发生的颗粒沉降过程，称为重力沉降发生的颗粒沉降过程，称为重力沉降。1 1 沉降速度沉降速度1.1 1.1 球形颗粒的自由沉降球形颗粒的自由沉降根据牛顿第二定律，颗粒的重力沉降运动基本方程式应为根据牛顿第二定律，颗粒的重力沉降运动基本方程式应为:u重力重力 Fg阻力阻力 Fd浮力浮力 Fb p p为颗粒密度为颗粒密度随着颗粒向下沉降，随着颗粒向下沉降，u逐渐增大，逐渐增大，du/d 逐渐减少。逐渐减少。当当u增到一定数值增到一定数值ui时，时，du/d=0。颗粒开始作匀速沉降运动。颗粒开始作匀速沉降运动。上式表明：上式表明：颗粒的沉降过程分为两个阶段：颗粒的沉降过程分为两个阶段：沉降速度沉降速度（terminal velocity）：也称为也称为终端速度，终端速度，匀速阶段颗匀速阶段颗粒相对于流体的运动速度。粒相对于流体的运动速度。当当du/d =0时，令时，令u=ut，则可得沉降速度计算式则可得沉降速度计算式加速阶段；加速阶段；匀速阶段。匀速阶段。将不同流动区域的阻力系数分别代入上式，得将不同流动区域的阻力系数分别代入上式，得球形颗粒在球形颗粒在各各区相应的沉降速度分别为：区相应的沉降速度分别为：层流区（层流区（Re1）过渡区（过渡区（11Re500Re500）湍流区（湍流区（500500Re10Re105 5）u ut t与与d dp p有关。有关。d dp p愈大，愈大，u ut t则愈大。则愈大。层流区与过渡区中，层流区与过渡区中，u ut t还与流体粘度有关。还与流体粘度有关。液体粘度约为气体粘度的液体粘度约为气体粘度的5050倍，故颗粒在液体中的沉降速倍，故颗粒在液体中的沉降速度比在气体中的小很多。度比在气体中的小很多。假设流体流动类型；假设流体流动类型；计算沉降速度；计算沉降速度；计算计算ReRe，验证与假设是否相符；验证与假设是否相符；如果不相符，则转如果不相符，则转。如果相符，。如果相符，OK!OK!求沉降速度通常采用试差法。求沉降速度通常采用试差法。沉降速度的求法：沉降速度的求法：例：计算直径为例：计算直径为9595 m m，密度为密度为30003000kg/mkg/m3 3的固体颗粒的固体颗粒分别在分别在20 20 的空气和水中的自由沉降速度。的空气和水中的自由沉降速度。计算计算Re，核算流型：核算流型：假设正确，计算有效。假设正确，计算有效。解：在解：在20 20 的水中：的水中：20 20 水的密度为水的密度为998.2998.2kg/mkg/m3 3，粘度为粘度为1.0051.0051010-3-3 PaPa s s先设为层流区。先设为层流区。1)1)颗粒直径颗粒直径d dp p:应用：应用：啤酒生产，采用絮状酵母，啤酒生产，采用絮状酵母，dpu ut t，使啤酒易于分离和澄清。使啤酒易于分离和澄清。均质乳化，均质乳化，dput，使饮料不易分层。使饮料不易分层。加絮凝剂，如水中加明矾。加絮凝剂，如水中加明矾。2)2)连续相的粘度连续相的粘度：应用：应用：加酶：清饮料中添加果胶酶，使加酶：清饮料中添加果胶酶，使 ut，易于分离。易于分离。增稠：浓饮料中添加增稠剂，使增稠：浓饮料中添加增稠剂，使 ut，不易分层。不易分层。加热：加热：3)两相密度差两相密度差(p-)：2 2 影响沉降速度的因素影响沉降速度的因素(以层流区为例以层流区为例)4)颗粒形状颗粒形状在实际沉降中：在实际沉降中：非球形颗粒的形状可用球形度非球形颗粒的形状可用球形度 s 来描述。来描述。s 球形度；球形度；S 颗粒的表面积，颗粒的表面积，m2；Sp与颗粒体积相等的圆球的表面积，与颗粒体积相等的圆球的表面积，m2。不同球形度下阻力系数与不同球形度下阻力系数与ReRe的关系见课本图示，的关系见课本图示，ReRe中的中的d dp p用当量直径用当量直径d de e代替。代替。球形度球形度 s s越小，阻力系数越小，阻力系数 越大，但在层流区不明显。越大，但在层流区不明显。u ut t非球非球 u ut t球球 。对于细微颗粒对于细微颗粒(d d0.55 m，dpc50=12 m。主要技术参数主要技术参数例：温度为例：温度为20，压力为，压力为0.1010.101Mpa，流量为流量为2.52.5m m3 3/s/s的含尘空的含尘空气，用标准旋风分离器除尘。粉尘密度为气，用标准旋风分离器除尘。粉尘密度为25002500kg/mkg/m3 3，试计试计算临界粒径。选择合适的旋风分离器，使之能算临界粒径。选择合适的旋风分离器，使之能100%100%的分离的分离出出6.56.5 m以上的粉尘。并计算压损。以上的粉尘。并计算压损。解：解：20，0.101Mpa时空气的：时空气的：=1.21kg/m3，=1.811010-5-5PaPa s s1 1、确定进口气速：、确定进口气速：u ui i=20m/s(15-20m/s)=20m/s(15-20m/s)2 2、计算、计算D D和和b b：流量流量 V=V=AuAui=BhuBhu B=D/5,h=3D/5 B=D/5,h=3D/5 2.5=(D/5)2.5=(D/5)(3D/5)(3D/5)20 20 D=1.041m D=1.041m 取取 D=1100 mmD=1100 mm旋风分离器的选用旋风分离器的选用此时此时3、求求dpc4、求、求 p5、求求D，使使dpc=6.5 mB=0.175，D=5B，h=3D/5=3B=0.525，取取ui=17m/sx=1.6，取取x=2D=5B=0.8