化工原理-第三章-沉降与过滤-课件.ppt

1、第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤第一节第一节 概述概述p均相物系均相物系(honogeneous system):均相混合物。物系内均相混合物。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。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非均相物系非均相物系(non-honogeneous system):非均相混合物。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，显著差异。如：悬浮液、乳浊液

2、、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。含尘气体、含雾气体属于气态非均相物系。1ppt课件p分散相分散相：分散物质。在非均相物系中，处于分散分散物质。在非均相物系中，处于分散状态的物质。状态的物质。p连续相连续相：分散介质。包围着分散物质而处于连续分散介质。包围着分散物质而处于连续状态的流体。状态的流体。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2ppt课件非非均相物系分离：均相物系分离：沉降沉降（重力沉降、离心沉降）（重力沉降、离心沉降）过滤过滤分离的目的：分离的目的：1.回收分散物质回收分散物质;2.净化分散介质。净化分散介质。通常先造成一个两相

3、物系，再用机械分离的方法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。分离，如蒸馏，萃取等。均相物系的分离：均相物系的分离：3ppt课件p 沉降沉降：p沉降力场沉降力场：重力、离心力。：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 沉降操作分类沉降操作分类：重力沉降、离心沉降。：重力沉降、离心沉降。4ppt课件图图 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

4、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种作用力通常称为曳力曳力（drag force)drag force)或或阻力阻力。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。颗粒相对于流体的运动颗粒相对于流体的运动5ppt课件 流体密度；流体密度；流体粘度；流体粘度

5、；dp颗粒的当量直径；颗粒的当量直径；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 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Re的函数，由实验确定。的函数，由实验确定。22uAFd)()(udRpe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6ppt课件球形颗粒的球形颗粒的阻力阻力系数系数与与雷诺数雷诺数的关系的关系7ppt课件 Re/248.0/5.18Re44.0层流区（斯托克斯层流区（斯托克斯Stokes区，区，10-4Re2）注意：其中注意：其中斯托克斯区的计算式是准确的斯托克斯区的计算式是准确的，其它两个区域其

6、它两个区域的计算式是近似的的计算式是近似的。过渡区（艾仑过渡区（艾仑Allen区，区，2Re500）湍流区（牛顿湍流区（牛顿Newton区，区，500Re2*105）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：Re/108ppt课件第二节第二节 重力沉降重力沉降一、一、重力沉降速度重力沉降速度（一）球形颗粒的自由沉降（一）球形颗粒的自由沉降自由沉降自由沉降：颗粒浓度低，分散好，沉降过程中颗粒浓度低，分散好，沉降过程中 互不碰撞、互不影响。互不碰撞、互不影响。,p颗粒下沉颗粒下沉u重力重力 Fg阻力阻力

7、Fd浮力浮力 Fb9ppt课件36gppFmgdg 重重力力：gdFpb 36 浮力：浮力：242222uduAFppd 阻力：阻力：ddummaFFFdbg2332366426ppppppudgdgddau重力重力 Fg阻力阻力 Fd浮力浮力 Fb10ppt课件重力沉降速度重力沉降速度:也称为终端速度，颗粒受力平衡时，也称为终端速度，颗粒受力平衡时，匀速阶段颗粒相对于流体的运动速度。匀速阶段颗粒相对于流体的运动速度。4()3pptdgu 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，逐渐减少。逐渐减少。当当u增到一定数值增到一定数值ut时，时，=0。颗粒开始作匀速沉降运动。颗粒开

8、始作匀速沉降运动。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：加速阶段；加速阶段；匀速阶段。匀速阶段。dduddu11ppt课件 将不同流动区域的阻力系数分别代入上式，得球形颗粒在各将不同流动区域的阻力系数分别代入上式，得球形颗粒在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（Re2）18)(2sgdtudgust3122225)(4dgtsu)(3过渡区（过渡区（2Re500）湍流区（湍流区（500Re2*105）ut与与dp有关。有关。dp愈大，愈大，ut则愈大。则愈大。层流区与过渡区中，层流区与过渡区中，ut还与流体粘度有关。还与流体粘度有关。液体粘度约为

9、气体粘度的液体粘度约为气体粘度的50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。12ppt课件（二）（二）沉降速度的计算沉降速度的计算假设流体流动类型；假设流体流动类型；计算沉降速度；计算沉降速度；计算计算Re，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。如果相符，如果不相符，则转。如果相符，OK!求沉降速度通常采用求沉降速度通常采用试差法试差法。13ppt课件例：例：计算直径为计算直径为98 m，密度为密度为3000kg/m3的固体颗粒的固体颗粒分别在分别在20的水中的自由沉降速度。的水中的自由沉降速度。smugdts/107

10、97.9310005.11881.9)2.9983000()1098(18)(362计算计算Re，核算流型：核算流型：29244.0Re33610005.12.99810797.91095udp假设正确，计算有效。假设正确，计算有效。解：在解：在20的水中：的水中：20水的密度为水的密度为998.2kg/m3，粘度为粘度为1.00510-3 Pa s先设为层流区。先设为层流区。14ppt课件（三）影响沉降速度的其它因素（三）影响沉降速度的其它因素1.干扰沉降干扰沉降自由干扰uu2.颗粒形状颗粒形状Ade2 非球形颗粒的表面积非球形颗粒的表面积面积面积与颗粒体积相等的球表与颗粒体积相等的球表球形

11、度球形度 越小，阻力越大，越小，阻力越大，Re相同时沉降速度越小。相同时沉降速度越小。3.壁效应壁效应 使沉降速度下降。使沉降速度下降。15ppt课件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，dpuut 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，

12、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-)：影响沉降速度的因素总结影响沉降速度的因素总结(以层流区为例以层流区为例)16ppt课件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。pSSs 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

13、 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 d0.50.5 m)m)，应考虑分子热运动的影响，不能用沉降公式应考虑分子热运动的影响，不能用沉降公式计算计算u ut t；沉降公式可用于沉降和上浮等情况。沉降公式可用于沉降和上浮等情况。注意：注意：17ppt课件6)干扰沉降干扰沉降（hindered settling）：当非均相物系中的颗粒较多，颗粒之间相互距离较近时，当非均相物系中的颗粒较多，颗粒之间相互距离较近时，颗粒沉降会受到其它颗粒的影响，这种沉降称为干扰沉降。干颗粒沉降会受到其它

14、颗粒的影响，这种沉降称为干扰沉降。干扰沉降速度比自由沉降的小。扰沉降速度比自由沉降的小。5)壁效应壁效应(wall effect)：当颗粒在靠近器壁的位置沉降时，由于器壁的影响，其沉当颗粒在靠近器壁的位置沉降时，由于器壁的影响，其沉降速度较自由沉降速度小，这种影响称为壁效应。降速度较自由沉降速度小，这种影响称为壁效应。18ppt课件二、降尘室二、降尘室 降尘室降尘室：利用重力降分离含尘气体中尘粒的设备。：利用重力降分离含尘气体中尘粒的设备。是一种最原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。始的分离方法。一般作为预分离之用，分离粒径较大的尘粒。降尘室的示意图降尘室的示意图

15、19ppt课件沉降分离条件沉降分离条件假设颗粒运动的水平分速度与气体的流速假设颗粒运动的水平分速度与气体的流速 u 相同；相同；停留时间停留时间 L/u沉降时间沉降时间 tH/ut颗粒分离出来的条件是颗粒分离出来的条件是 L/uH/utLHW净化气体净化气体含尘气体含尘气体uut20ppt课件 即：满足即：满足L/uH/ut 条件的粒径条件的粒径当含尘气体的体积流量为当含尘气体的体积流量为qVs时，时，u=qVs/HW故与临界粒径故与临界粒径dpc相对应的临界沉降速度为相对应的临界沉降速度为utc=qVs/WLutqVs/LW则有则有或或qVs WLut 临界沉降速度临界沉降速度u utctc

16、是流量和面积的函数是流量和面积的函数。dpc（critical particle diameter）：能能100除去的除去的最小粒径。最小粒径。21ppt课件当尘粒的沉降速度小，处于斯托克斯区时，临界粒径为当尘粒的沉降速度小，处于斯托克斯区时，临界粒径为WLqgdsVspc)(18一定粒径的颗粒，沉降室的生产能力只与与底面积一定粒径的颗粒，沉降室的生产能力只与与底面积WL和和 utc有关，而与有关，而与H无关。无关。故沉降室应做成扁平形，或在室内均匀设置多层隔板。故沉降室应做成扁平形，或在室内均匀设置多层隔板。气速气速u不能太大，以免干扰颗粒沉降，或把沉下来的尘粒重新不能太大，以免干扰颗粒沉降

17、，或把沉下来的尘粒重新卷起。一般卷起。一般u不超过不超过3m/s。由此可知：由此可知：22ppt课件 当降尘室用水平隔板分为当降尘室用水平隔板分为N层，则每层高度为层，则每层高度为H/N。水平速度水平速度u不变。此时：不变。此时：多层隔板降尘室示意图多层隔板降尘室示意图 含尘气体含尘气体粉尘粉尘隔板隔板净化气体净化气体尘粒沉降高度为原来的尘粒沉降高度为原来的1/N倍；倍；utc降为原来的降为原来的1/N倍倍(utc=qVs/bl)；临界粒径为原来的临界粒径为原来的 倍倍()；一般可分离一般可分离20m以上的颗粒。多层隔板降尘室排灰不方便。以上的颗粒。多层隔板降尘室排灰不方便。blqgdsVpp

18、c)(18N/123ppt课件（二）沉降槽（增稠器）（二）沉降槽（增稠器）1.悬浮液的沉聚过程悬浮液的沉聚过程24ppt课件2.沉降槽（增稠器）沉降槽（增稠器）25ppt课件 第三节第三节 离心沉降离心沉降一、离心沉降速度一、离心沉降速度（一）沉降过程（一）沉降过程切向速度切向速度 u径向速度径向速度 ur合成合成u合合 合合26ppt课件236RdFPPc离心力236RdFPb浮力2422rPdudF阻力024)(62223rpPudRd颗粒在离心力场中沉降时，在径向沉降方向上受力分析。颗粒在离心力场中沉降时，在径向沉降方向上受力分析。若这三个力达到平衡，则有若这三个力达到平衡，则有颗粒与流

19、体在径向上的相对速度颗粒与流体在径向上的相对速度ur惯性离心力惯性离心力 Fc阻力阻力 Fd向心力（浮力）向心力（浮力）Fb颗粒在离心力场中的受力分析颗粒在离心力场中的受力分析27ppt课件 注：在一定的条件下，重力沉降速度是一定的，而离心注：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。沉降速度随着颗粒在半径方向上的位置不同而变化。23)(4RduPPr离心沉降速度：颗粒在离心沉降速度：颗粒在径向径向上上相对于流体相对于流体的速度，就是这个位的速度，就是这个位置上的离心沉降速度置上的离心沉降速度。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

20、，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，离心沉降速度为离心沉降速度为:4()3pptdgu 重力沉降速度为重力沉降速度为:28ppt课件层流区（斯托克斯层流区（斯托克斯Stokes区，区，10-4Re2）过渡区（艾仑过渡区（艾仑Allen区，区，2Re500）湍流区（牛顿湍流区（牛顿Newton区，区，500Re5 m，dpc50=12 m。主要技术参数主要技术参数38ppt课件例：例：温度为温度为20，压力为，压力为0.101Mpa，流量为流量为2.5m3/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2500kg/m3，试计试计算

21、临界粒径。并计算压损。算临界粒径。并计算压损。解：解：20，0.101Mpa时空气的：时空气的：=1.21kg/m3，=1.8110-5Pa s1、确定进口气速：、确定进口气速：ui=20m/s(15-20m/s)2、计算、计算D和和b：流量流量 qV=Aui=Bhu B=D/5,h=3D/5 2.5=(D/5)(3D/5)20 D=1.041m 取取 D=1100 mm旋风分离器的选用旋风分离器的选用39ppt课件此时此时550,160,220,1200,1100121DhBHDHsmuhBVi/2.17)5/1.13()5/1.1(5.23、求求dpcmuNBdippc3.73)(32.1

22、72500514.322.01081.1540ppt课件kPaupi49.121.13.82/22.17223.8302121HHDDBh4、求、求 p41ppt课件由于分离器各部分的尺寸都是由于分离器各部分的尺寸都是D D的倍数，所以只要进口气速的倍数，所以只要进口气速u ui i相同，不管多大的旋风分离器，其压力损失都相同。相同，不管多大的旋风分离器，其压力损失都相同。ippcuNBd)(3压力损失相同时，小型分离器的压力损失相同时，小型分离器的B=D/5B=D/5值较小，则小型分离值较小，则小型分离器的临界粒径较小。器的临界粒径较小。旋风分离器的使用旋风分离器的使用42ppt课件双联双联

23、四联四联 用若干个小旋风分离器并来代替一个大旋风分离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。器，可以提高分离效率。43ppt课件(二二)旋液分离器旋液分离器 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。及密度不同的颗粒进行分级。结构和工作原理：结构和工作原理：与旋风分离器相似。与旋风分离器相似。44ppt课件l悬浮液从圆筒上部的切向进口进入器内，旋转向下流动。悬浮液从圆筒上部的切向进口进入器内，旋转向下流动。工作过程：工作过程：l液流中的颗粒受离心力作用，沉降到器壁，并随液流下降液流中

24、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。到锥形底的出口，成为较稠的悬浮液而排出，称为底流。l澄清的液体或含有较小较轻颗粒的液体，则形成向上的内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。旋流，经上部中心管从顶部溢流管排出，称为溢流。45ppt课件 液体的粘度约为气体的液体的粘度约为气体的50倍，液体的倍，液体的(p-)比气体的小，悬浮液的进口速比气体的小，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，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

25、离器中的沉降速度。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。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。特点特点旋液分离器的圆筒直径一般为旋液分离器的圆筒直径一般为75300mm。悬浮液进口速度一般为悬浮液进口速度一般为515m/s。压力损失约为压力损失约为50200kPa。分离的颗粒直径约为分离的颗粒直径约为1040 m m。主要技术参数主要技术参数46ppt课件(三三)沉降式离心机沉降式离心机1.管式离心机管式离心机2.碟式离心机碟式离心机3.螺旋式离心机螺旋式离心机 沉降式离心机是利用离心沉降的

26、原理分离悬浮液或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。乳浊液的机械。47ppt课件p特点：特点：离心分离因数可达离心分离因数可达1300013000，也有高达，也有高达10105 5的超速离心机。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。角速度。适用于于分离乳浊液及含细颗粒的稀悬浮液。适用于于分离乳浊液及含细颗粒的稀悬浮液。1 1 管式离心机（管式离心机（tubular-bowl centrifugetubular-bowl centrifuge）48ppt课件p分离乳浊液的管式离心机操作原

27、理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。分别从各自的溢流口排出。p分离悬浮液的管式离心机操作原理分离悬浮液的管式离心机操作原理 流量流量Vs为悬浮液从底部进入，悬浮液是由密度为为悬浮液从底部进入，悬浮液是由密度为的与密度的与密度为为p的少量颗粒形成的。假设转鼓内的液

28、体以转鼓的旋转角速的少量颗粒形成的。假设转鼓内的液体以转鼓的旋转角速度度随着转鼓旋转。液体由下向上流动过程中，颗粒由液面随着转鼓旋转。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。内停留时间的颗粒，均能沉降除去。49ppt课件 分离乳浊液的碟式离心机分离乳浊液的碟式离心机：碟片上开有小孔。乳浊液通过小：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，

29、由重液出口连续排出。而轻液沿着每沉降，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。个碟片的斜面向上移动，汇集后由轻液出口排出。主要分离乳浊液中轻、重两液相，例如油类脱水、牛乳脱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。脂等；也可以澄清含少量细小颗粒固体的悬浮液。澄清悬浮液用的碟式离心沉降机澄清悬浮液用的碟式离心沉降机：碟片上不开孔。只有一个：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

30、。当固体颗粒含量较多时，可采用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。具有喷嘴排渣的碟式离心沉降机，例如淀粉的分离。2 2 碟式离心机（碟式离心机（disk-bowl centrifugedisk-bowl centrifuge）50ppt课件工作原理：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。转鼓壁面渣，被螺旋输送器

31、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。澄清液从转鼓另一端溢流出去。用途：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。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。也可以在高温、高压下操作，例如催化剂回收。3 3 螺旋式离心机（螺旋式离心机（scroll-type centrifugescroll-type centrifuge）51ppt课件第四节第四节 过过 滤滤过滤介质过滤介质:过滤采用的多孔物质；过滤采用的多孔物质；滤浆或料浆滤浆或料浆: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

32、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。在外力的作用下，以某种多孔物质为介质，使悬浮液中在外力的作用下，以某种多孔物质为介质，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。过滤是沉降的后期操作，能耗较实现固液分离的单元操作。过滤是沉降的后期操作，能耗较低，适合去除大量水分。低，适合去除大量水分。52ppt课件过滤操作示意图过滤操作示意图(滤饼过滤滤饼过滤)滤浆滤浆(slurry)：原悬浮液。原悬浮液。滤饼滤饼(filter cake)：截留的固体物质。截留的固体物质。过滤介质过滤

33、介质(filtering medium)：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。53ppt课件一、悬浮液的过滤一、悬浮液的过滤推动力：压力差，离心力，重力推动力：压力差，离心力，重力阻阻 力：滤饼、过滤介质阻力力：滤饼、过滤介质阻力过滤介质过滤介质滤 饼滤 饼滤 浆滤 浆滤 液滤 液54ppt课件（一）两种过滤方式（一）两种过滤方式1.滤饼过滤滤饼过滤55ppt课件2.深层过滤深层过滤56ppt课件（二）过滤介质（二）过滤介质类别：类别：织物介质织物介质 多孔性固体介质多孔性固体介质 堆积介质堆积介质 多孔膜多孔膜：高聚物膜、无机膜高聚物膜

34、、无机膜57ppt课件（三）滤饼的可压缩性与助滤剂（三）滤饼的可压缩性与助滤剂 不可压缩滤饼：空隙不随压力变化不可压缩滤饼：空隙不随压力变化 可压缩滤饼：空隙随压力增加而减小可压缩滤饼：空隙随压力增加而减小 （四）过滤过程物料衡算（四）过滤过程物料衡算加助滤剂加助滤剂（1）湿滤渣密度）湿滤渣密度11CpCC Ckg湿渣湿渣/kg干渣干渣58ppt课件（2）干渣质量与滤液体积之比）干渣质量与滤液体积之比(1)/XwCX cwCv Xkg固体固体/kg悬浮液悬浮液kg干渣干渣/m3滤液滤液（3）湿渣质量与滤液体积之比）湿渣质量与滤液体积之比（4）湿渣体积与滤液体积之比）湿渣体积与滤液体积之比wCk

35、g湿渣湿渣/m3滤液滤液m3滤饼滤饼/m3滤液滤液59ppt课件二、过滤速率基本方程式二、过滤速率基本方程式（一）过滤速率（一）过滤速率过滤过滤速率速率：3/dVmsd 过滤过滤速度速度：/dVmsAd 设为设为层流流动层流流动223232d ppull ddd60ppt课件孔道长度孔道长度AVlc 孔道中流速与过滤速度的关系孔道中流速与过滤速度的关系 AddVu 232cCpdVAdVdA 过滤速度过滤速度dL61ppt课件令令232dr 滤饼的滤饼的比阻比阻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1Pas的滤液以的滤液以1m/s的平均流速通过的平均流速通

36、过厚度为厚度为1m 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愈大，则床层愈致密，对愈大，则床层愈致密，对流体流动的阻滞作用也愈大。流体流动的阻滞作用也愈大。62ppt课件CdVpVAdrA 过滤速度过滤速度滤饼阻力滤饼阻力CcVVRrr vAA过滤介质阻力过滤介质阻力emVRr vA v获得单位体积滤液所形成滤饼的体积，获得单位体积滤液所形成滤饼的体积，m3滤饼滤饼/m3滤液；滤液；Ve过滤介质的当量滤液体积，

37、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。63ppt课件（二）过滤基本方程（二）过滤基本方程12()/()eeeppdVppAAdRRr v VVAr v VV p p1 p2滤液滤液64ppt课件2()edVpAdr v VV 过滤速率过滤速率过滤基本方程过滤基本方程 2pKrv 令令22()edVKAdVV 则则适用于适用于不可压缩滤饼不可压缩滤饼。65ppt课件p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 恒定；恒定；过滤速率逐渐变小。过滤速率逐

38、渐变小。p特点：特点：三、恒压过滤三、恒压过滤66ppt课件K为常数为常数22()edVKAdVV 200()2VeKVV dVA d 222eVVVKA 恒压过滤方程式恒压过滤方程式（一）滤液体积与过滤时间的关系（一）滤液体积与过滤时间的关系 恒压过滤方程式中的恒压过滤方程式中的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。67ppt课件23/,mmAVqAVqee 令令22eqqqK Vo 1V1A68ppt课件(二二)过滤常数的测定过滤常数的测定22eqqqK 12eqqqKK q/qeqK2K1斜率/qq 为直线关系，为直线关系，其斜率为其斜率

39、为 ，截距为截距为eqK2K1由斜率由斜率=1/K，求出求出K;由截距由截距=2qe/K，求出求出qe；69ppt课件三、三、过滤设备及操作过滤设备及操作（一）板框过滤机（一）板框过滤机70ppt课件71ppt课件横穿洗涤法横穿洗涤法 卸渣、清洗、组装卸渣、清洗、组装特点：特点：同同部位、不同时间进行不同的操作。部位、不同时间进行不同的操作。过滤：过滤：洗涤：洗涤：滤液排出：明流、暗流滤液排出：明流、暗流72ppt课件（二）转筒真空过滤机（二）转筒真空过滤机1.结构与操作结构与操作过滤区：过滤区：14吹、卸滤渣区：吹、卸滤渣区：1112吸干洗涤区：吸干洗涤区：5105111410813212特

40、点：特点：同时间、不同部位进行不同的操作。同时间、不同部位进行不同的操作。73ppt课件设设转筒的转速转筒的转速为为N(1/s)操作周期：操作周期：360 转筒总表面积转筒总表面积转筒浸没面积转筒浸没面积 浸液率：浸液率：（浸没分数）（浸没分数）N1N 有效过滤时间：有效过滤时间：FN 2.生产能力生产能力74ppt课件恒压过滤恒压过滤：2222eeeeVKAVVKAVVN 222eVVVKA 生产能力：生产能力：)223(/)eeVQNVNKAVVmsN 当当过滤介质阻力忽略时过滤介质阻力忽略时:23(/)QNKAA KNmsN 75ppt课件（三）（三）离心过滤机离心过滤机1.悬筐式离心机悬筐式离心机2.往复活塞推渣离心机往复活塞推渣离心机3.离心力自动卸渣离心机离心力自动卸渣离心机76ppt课件