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1、第四章第四章 非均相物系的分离非均相物系的分离 一、将降尘室用隔板分层后，若能一、将降尘室用隔板分层后，若能100%100%除去的最小颗粒直径要求不变，除去的最小颗粒直径要求不变，则生产能力将则生产能力将_，沉降速度，沉降速度_，沉降时间，沉降时间_。 习习 题题二、对标准旋风分离器系列，下述说法哪一个是正确的？二、对标准旋风分离器系列，下述说法哪一个是正确的？ A. A. 尺寸大，则处理量大，但压降也大；尺寸大，则处理量大，但压降也大； B. B. 尺寸大，则分离效率高，且压降小；尺寸大，则分离效率高，且压降小； C C 尺寸小，则处理量小，分离效率高；尺寸小，则处理量小，分离效率高； D.
2、 D. 尺寸小，则分离效率差，且压降大。尺寸小，则分离效率差，且压降大。影响因素影响因素分离效率的提高分离效率的提高压降的减少压降的减少D D1 1小的好小的好大些好大些好D D小些好小些好大些好大些好H H2 2稍长些好稍长些好长些好长些好气密性气密性绝对气密绝对气密无影响无影响H H1 1有最佳值有最佳值长的好长的好三、某含尘气体，依次经过一个降尘室和一个旋风分离器进行除尘。若三、某含尘气体，依次经过一个降尘室和一个旋风分离器进行除尘。若气体流量适当增加（其余不变），则降尘室除尘效率气体流量适当增加（其余不变），则降尘室除尘效率_，旋风，旋风分离器除尘效率分离器除尘效率_。四、拟用一降尘室
3、与一个旋风分离器对含尘气体进行分离，若旋风分离四、拟用一降尘室与一个旋风分离器对含尘气体进行分离，若旋风分离器的分离因数为器的分离因数为0.70.7，则应采用，则应采用_进行分离，若分离因数为进行分离，若分离因数为300300，则应采用，则应采用_进行分离。进行分离。第一节第一节 概概 述述第二节第二节 颗粒与颗粒群的特性颗粒与颗粒群的特性第三节第三节 颗粒的沉降颗粒的沉降第四节第四节 过过 滤滤 内内 容容过过滤滤 使使悬悬浮浮液液通通过过多多孔孔性性过过滤滤介介质质，将将固固体体颗颗粒粒截截留留，从从而而实实现现固固- -液液分离的单元操作。分离的单元操作。第四节第四节 过滤过滤一、概述一
4、、概述滤浆滤浆 过滤操作中所处理的悬浮液。过滤操作中所处理的悬浮液。 滤液滤液 通过多孔介质的液体。通过多孔介质的液体。滤渣（滤饼）滤渣（滤饼）被截留住的固体物质。被截留住的固体物质。 实现过滤操作的外力有重力、压力、离实现过滤操作的外力有重力、压力、离心力，化工中应用最多的是心力，化工中应用最多的是压力过滤压力过滤。1 1、过滤的概念、过滤的概念悬浮液悬浮液( (滤浆滤浆) )滤饼滤饼过滤介质过滤介质滤液滤液深深层层过过滤滤：小小于于介介质质孔孔隙隙的的颗颗粒粒进进入入到到介介质质内内部部，在在长长而而曲曲折折的的孔孔道道中中被截留并附着于介质之上。被截留并附着于介质之上。2 2、过滤方式、
5、过滤方式滤滤饼饼过过滤滤：分分为为两两个个步步骤骤。主主要要通通过过颗颗粒粒的的架架桥桥作作用用使使介介质质孔孔径径缩缩小小，达到截留颗粒的目的。达到截留颗粒的目的。( (表面过滤表面过滤) )特特 征：征：无滤饼形成，无滤饼形成，介质介质起过滤作用；主要用于净化含固量起过滤作用；主要用于净化含固量0.1%0.1%0.1%的场合；滤饼积聚到一定程度后，的场合；滤饼积聚到一定程度后，应从表面除去。应从表面除去。3 3、过滤介质、过滤介质过滤介质是滤饼的支承物，应具有下列条件：过滤介质是滤饼的支承物，应具有下列条件： 多孔性：多孔性：孔道适当，对流体的阻力小，又能截住要分离的颗粒。孔道适当，对流体
6、的阻力小，又能截住要分离的颗粒。 物理化学性质稳定：物理化学性质稳定：耐热，耐化学腐蚀。耐热，耐化学腐蚀。 足够的机械强度：足够的机械强度：使用寿命长。使用寿命长。 价格便宜价格便宜工业上常用的过滤介质工业上常用的过滤介质分分 类类材材 料料特性与用途特性与用途织物介质织物介质天然纤维天然纤维 人造纤维人造纤维金属丝金属丝介质薄，阻力小，清洗与更新方便，介质薄，阻力小，清洗与更新方便，价格比较便宜。价格比较便宜。截留颗粒最小直径截留颗粒最小直径5 56565m mm m。多孔性固体介质多孔性固体介质多孔陶瓷管（板）多孔陶瓷管（板）多孔塑料管（板）多孔塑料管（板）多孔金属管（板）多孔金属管（板）
7、介质较厚，孔道细，阻力大。介质较厚，孔道细，阻力大。截留截留1 13 3m mm m的颗粒。的颗粒。堆积介质堆积介质固体颗粒固体颗粒非编织纤维非编织纤维介质较厚，一般用于深层过滤，处介质较厚，一般用于深层过滤，处理含固体量很少的悬浮液。理含固体量很少的悬浮液。多孔膜多孔膜有机高分子膜有机高分子膜无机材料膜无机材料膜膜很薄（几十膜很薄（几十m mm m到到200 200 m mm m ），孔很），孔很小。小。可分离小到可分离小到0.050.05m mm m的颗粒。的颗粒。滤饼滤饼不可压缩滤饼不可压缩滤饼: : 颗颗粒粒有有一一定定的的刚刚性性，所所形形成成的的滤滤饼饼不不因因所所受受的压力差而变
8、形。的压力差而变形。 可可 压压 缩缩 滤滤 饼饼: : 滤滤饼饼在在压压差差的的作作用用下下变变形形，使使滤滤饼饼中中的的流流动动通通道变小，单位厚度阻力增大。道变小，单位厚度阻力增大。助助滤滤剂剂 某某种种质质地地坚坚硬硬且且能能形形成成疏疏松松饼饼层层的的固固体体颗颗粒粒或或纤纤维维状状物物质质，用以增强滤饼的刚性和孔隙率，减小流动阻力。用以增强滤饼的刚性和孔隙率，减小流动阻力。常用助滤剂常用助滤剂 硅藻土、珍珠岩粉、炭粉、石棉粉等。硅藻土、珍珠岩粉、炭粉、石棉粉等。 4 4、滤饼的压缩性与助滤剂滤饼的压缩性与助滤剂注意：当获得纯净滤饼为过滤目的时，不宜选用助滤剂注意：当获得纯净滤饼为过
9、滤目的时，不宜选用助滤剂二、过滤设备二、过滤设备 工业中应用的有工业中应用的有: :板框压滤机、叶滤机、回转真空过滤机、盘式过滤板框压滤机、叶滤机、回转真空过滤机、盘式过滤机和离心过滤机等。机和离心过滤机等。1 1、板框式压滤机、板框式压滤机由许多块带凹凸纹路的滤板与滤框交替排列组装于机架而构成。由许多块带凹凸纹路的滤板与滤框交替排列组装于机架而构成。通过直通过直接给悬浮液加压，迫使其穿过固定在框上的滤布来过滤。接给悬浮液加压，迫使其穿过固定在框上的滤布来过滤。板框式压滤机的结构：板框式压滤机的结构：滤板与滤框装合时，按钮数以滤板与滤框装合时，按钮数以1-2-3-2-11-2-3-2-1-2-
10、3-2-1-2-3-2-1的顺序排列。的顺序排列。 非洗板非洗板板框压滤机的工作原理：板框压滤机的工作原理：框框 板板 框框 板板洗涤板洗涤板非洗涤板非洗涤板悬浮液悬浮液滤液滤液板板非洗涤板非洗涤板问题：过滤面积问题：过滤面积= = 滤液穿过滤饼厚度滤液穿过滤饼厚度= =过滤操作：过滤操作：2框面积框面积厚厚/2洗涤操作：洗涤操作：洗涤液洗涤液洗出液洗出液 2 2 3 3 2 2 1 1洗涤板洗涤板非洗涤板非洗涤板 1 1非洗涤板非洗涤板问题：洗涤面积问题：洗涤面积= 洗液穿过滤饼厚度洗液穿过滤饼厚度=框面积框面积框厚框厚板框压滤机板框压滤机 滤滤板板和和滤滤框框可可为为铸铸铁铁、碳碳钢钢、不
11、不锈锈钢钢、塑塑料料及及木木材材等等，聚聚乙乙烯烯和和聚聚丙丙烯烯是是目目前前较较为为广广泛泛使使用的材料。用的材料。 常常用用规规格格的的板板框框其其厚厚度度为为252560mm60mm, ,边边框框长长为为0.20.22.02.0m m，框框数数由由生生产产所需定，由数个至上百个不等。所需定，由数个至上百个不等。 板框压滤机的操作压强一般在板框压滤机的操作压强一般在0.30.31.0 1.0 MPaMPa之间。之间。 优点：优点：结构简单紧凑，过滤面积大并可承受较高的压差。结构简单紧凑，过滤面积大并可承受较高的压差。缺点：缺点：间歇式操作，所费的装、折、清洗时间较长，劳动强间歇式操作，所费
12、的装、折、清洗时间较长，劳动强 度大，生产效率较低。度大，生产效率较低。 板框式压滤机主要用于含固量较多的悬浮液过滤。板框式压滤机主要用于含固量较多的悬浮液过滤。 2、转筒真空过滤机转筒真空过滤机3、叶滤机、叶滤机 滤液滤液 间歇操作间歇操作 设备紧凑，滤布不用装卸设备紧凑，滤布不用装卸 结构比较复杂，造价较高结构比较复杂，造价较高4、过滤机在炼厂中的应用、过滤机在炼厂中的应用 减渣减渣板框式压滤机板框式压滤机一级一级 脱蜡脱蜡机油机油二级二级脱蜡脱蜡机油机油加入加入酮苯酮苯转筒真空转筒真空过滤机过滤机透平油透平油变压器油变压器油石蜡发汗石蜡发汗 白土精制白土精制 脱蜡脱蜡-10 -20 1、
13、 滤液通过滤饼的流动滤液通过滤饼的流动颗粒床层颗粒床层流体通道流体通道细管细管细管内表面细管内表面= =床层颗粒的全部表面床层颗粒的全部表面细管的总体积细管的总体积= =床层空隙体积床层空隙体积细管直径细管直径= =孔隙的当量直径孔隙的当量直径基本参数基本参数空隙率：空隙率：单位体积床层中的空隙体积，用单位体积床层中的空隙体积，用表示。表示。 = =空隙体积空隙体积 / / 床层体积床层体积 m3/m3颗粒比表面积：颗粒比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积，用单位体积颗粒所具有的表面积，用a表示。表示。 a = =颗粒表面积颗粒表面积 / / 颗粒体积颗粒体积 m2/m3三、过滤基本方程式三、
14、过滤基本方程式 孔道（细管）平均长度：孔道（细管）平均长度：滤液流速滤液流速:孔道（细管）当量直径：孔道（细管）当量直径： L=k1L正比于滤饼厚度，用正比于滤饼厚度，用L表示表示通道的当量直径为：通道的当量直径为： 过滤速度：过滤速度： 单位时间通过单位过滤面积的滤液体积，单位时间通过单位过滤面积的滤液体积，m/s。 过滤速率：过滤速率： 单位时间获得的滤液体积，单位时间获得的滤液体积，m3/s。2、过滤速度与过滤速率、过滤速度与过滤速率悬浮液悬浮液( (滤浆滤浆) )滤饼滤饼过滤介质过滤介质滤液滤液总推动力总推动力总压强差总压强差穿过滤饼的压强差穿过滤饼的压强差穿过过滤介质的压强差穿过过滤
15、介质的压强差总阻力总阻力穿过滤饼的阻力穿过滤饼的阻力穿过过滤介质的阻力穿过过滤介质的阻力3、过滤的推动力与阻力、过滤的推动力与阻力Kozeny实验实验Kozeny方程方程4、 滤液穿过滤饼的推动力和阻力滤液穿过滤饼的推动力和阻力假设：假设：穿过介质层的阻力相当于厚度为穿过介质层的阻力相当于厚度为Le的滤饼，则有：的滤饼，则有：5、滤液穿过滤介质的推动力和阻力、滤液穿过滤介质的推动力和阻力6、 总推动力与总阻力总推动力与总阻力 r的物理意义：当粘度为的物理意义：当粘度为1Pas的滤液，以的滤液，以1 m3/m2s的过滤速度的过滤速度通过厚度为通过厚度为1m的滤饼层的压力损失的滤饼层的压力损失 7
16、、 过滤基本方程式过滤基本方程式不可压缩性滤饼不可压缩性滤饼可压缩性滤饼可压缩性滤饼积分结果与操作方式有关积分结果与操作方式有关恒压过滤恒压过滤 恒速过滤恒速过滤 单位体积滤液产生的滤饼体积单位体积滤液产生的滤饼体积悬浮液悬浮液( (滤浆滤浆) )滤饼滤饼过滤介质过滤介质滤液滤液四、恒压过滤四、恒压过滤特征：特征：压差压差 p 为常数，随着过滤时间的为常数，随着过滤时间的增加，阻力增加、速度降低增加，阻力增加、速度降低形式一形式一形式二形式二dV/dt 箭头所指为箭头所指为时间增加方向时间增加方向 p恒压差恒压差非恒速、恒压非恒速、恒压过滤速度恒定，过滤速度恒定，压差逐渐增大压差逐渐增大。 五
17、、恒速过滤五、恒速过滤特征：特征：形式一形式一形式二形式二形式二形式二dV/dt 箭头所指为箭头所指为时间增加方向时间增加方向 p恒恒速速非恒速、恒压非恒速、恒压先恒速后恒压过滤先恒速后恒压过滤 设：先在恒速条件下过滤了一段时间设：先在恒速条件下过滤了一段时间 ，并获得滤液量，并获得滤液量 ，此时压差升，此时压差升到指定的到指定的 ，此后维持此，此后维持此 不变进行恒压过滤直到终了。不变进行恒压过滤直到终了。若介质阻力略去不计若介质阻力略去不计( )积分结果：积分结果：六、过滤常数的测定六、过滤常数的测定 1、恒压下、恒压下K、qe的测定的测定对于一定恒压下过滤的悬浮液，测出延续的时间对于一定
18、恒压下过滤的悬浮液，测出延续的时间及滤液的累计量及滤液的累计量q（按单（按单位面积计）的数据，绘位面积计）的数据，绘/qq图，由斜率及截距可求得图，由斜率及截距可求得K、qe。七、滤饼的洗涤七、滤饼的洗涤板框式压滤机板框式压滤机 横穿洗涤法横穿洗涤法叶滤机叶滤机 置换洗涤法置换洗涤法特征：特征：滤饼厚度不变，洗涤压差恒定滤饼厚度不变，洗涤压差恒定洗涤液洗涤液洗出液洗出液框框 板板 框框 板板洗涤板洗涤板非洗涤板非洗涤板板板非洗涤板非洗涤板八、过滤机的生产能力八、过滤机的生产能力操作循环操作循环：过滤、：过滤、洗涤洗涤和和卸料清洗卸料清洗 c = + w + D生产中应尽量缩短辅助操作时间生产中
19、应尽量缩短辅助操作时间D 以提高生产能力。以提高生产能力。一般以单位时间得到的滤液量一般以单位时间得到的滤液量 Q 表示，当以滤饼为产品时也有用单位时表示，当以滤饼为产品时也有用单位时间得到的滤饼量来表示。间得到的滤饼量来表示。问题：问题： 对于恒压过滤，是否对于恒压过滤，是否在每一次循环终中所占的比例越大，在每一次循环终中所占的比例越大，过滤机的生产能力就越大？过滤机的生产能力就越大？1、板框式压滤机、板框式压滤机过滤机的生产能力过滤机的生产能力Q受受，w，D影响。影响。一般一般D固定固定 滤饼厚度滤饼厚度 （ ） 生产能力生产能力 滤饼厚度滤饼厚度 （ ） 生产能力生产能力 D 生产能力生
20、产能力因此过滤时间因此过滤时间应有一最佳值，使应有一最佳值，使Qmax（最大）。（最大）。由由Qmax 当过滤介质阻力可忽略时当过滤介质阻力可忽略时 如过滤介质阻力不计，滤饼又不洗涤（如过滤介质阻力不计，滤饼又不洗涤（a=0），此时），此时 D= 2、 连续转筒过滤机连续转筒过滤机过滤时间为：过滤时间为： 生产能力：生产能力：当滤布阻力可以忽略时当滤布阻力可以忽略时 其中：其中： D-转筒直径转筒直径 L- -转筒的长度转筒的长度转速转速n愈高，浸没度愈大，生产能力愈大。愈高，浸没度愈大，生产能力愈大。 ，n Q，n 滤饼变薄且含液量增多 滤饼质量、滤液收率、动力消耗增大。n应选择适宜。 例题
21、例题例题例题 在试验装置中过滤钛白（在试验装置中过滤钛白（ 的水悬浮液的水悬浮液) )，过滤压力为，过滤压力为（表压），求得过滤常数如下：（表压），求得过滤常数如下：又测出滤渣体积与滤液体积之比又测出滤渣体积与滤液体积之比压滤机过滤同样的料液，过滤压力及所用滤布亦与实验时相同。压压滤机过滤同样的料液，过滤压力及所用滤布亦与实验时相同。压滤机型号为滤机型号为BMY33/810-45。机械工业部标准。机械工业部标准TH39-62规定：规定：B代表代表板框式，板框式，M代表明流，代表明流，Y代表采用液压压紧装置。这一型号设备滤代表采用液压压紧装置。这一型号设备滤框长与宽均为框长与宽均为810mm，厚
22、度为，厚度为45mm，共有，共有26个框，过滤面积为个框，过滤面积为33，框内总容量为，框内总容量为0.760m3。试计算：。试计算：（1）过滤进行到框内全部充满滤渣所需要过滤时间；）过滤进行到框内全部充满滤渣所需要过滤时间；（2）过滤后用相当于滤液量）过滤后用相当于滤液量1/10的清水进行横穿洗涤，求洗涤时的清水进行横穿洗涤，求洗涤时 间；间；（3）洗涤后卸渣、清理、装合等共需要）洗涤后卸渣、清理、装合等共需要40分钟，求每台压滤机的分钟，求每台压滤机的生产能力，分别以每小时平均可得多少生产能力，分别以每小时平均可得多少 滤渣计。滤渣计。现要用工业此。现要用工业此解解解解：（1 1）恒压过滤
23、一个操作周期可得滤液体积）恒压过滤一个操作周期可得滤液体积虚拟滤液体积：虚拟滤液体积：由过滤方程式：由过滤方程式：可求得过滤时间为：可求得过滤时间为：（2 2）最终过滤速率由过滤基本方程微分求得：）最终过滤速率由过滤基本方程微分求得：洗涤速率为最终过滤速率的洗涤速率为最终过滤速率的1/41/4。洗涤水量为：。洗涤水量为：洗涤时间洗涤时间 （3 3）操作周期为：）操作周期为：生产能力：生产能力：若以每小时得滤饼量计：若以每小时得滤饼量计： 例例3-9.A=2m2，n=1r/min， =90/360=1/4，C=0.08，r=1.61014m-2，s=0，介质阻力可忽略，滤液为水，介质阻力可忽略，
24、滤液为水，过滤在过滤在20及及13kPa残压下进行。残压下进行。计算：计算： （1）Q （2）n=2n时，能力增加的百分数时，能力增加的百分数 （3）h=2h时，生产能力增加的百分数时，生产能力增加的百分数解：（1）过滤时间 查得20时，=110-3 （2）由）由 （3）原浸没深度为）原浸没深度为h h=R-H当浸没深度加倍当浸没深度加倍 时：时：=24.2=180 2=131.6 生产能力将增加生产能力将增加21% 过滤的操作方式过滤的操作方式过过滤滤：过过滤滤操操作作中中的的主主要要阶阶段段，在在过过滤滤过过程程中中滤滤饼饼不不断断增增厚厚、阻力不断上升，流体的通过能力则不断减小；阻力不断
25、上升，流体的通过能力则不断减小；洗洗涤涤：无无论论是是以以滤滤饼饼还还是是滤滤液液为为产产品品，都都有有必必要要在在卸卸料料之之前前用清液置换滤饼中存留的滤液并且洗涤滤饼；用清液置换滤饼中存留的滤液并且洗涤滤饼；脱湿：以滤饼为产品时洗涤后还可用压缩空气进行脱湿；脱湿：以滤饼为产品时洗涤后还可用压缩空气进行脱湿；卸料：将滤饼从过滤介质上移去；卸料：将滤饼从过滤介质上移去；清洗过滤介质：使被堵塞的网孔清洗过滤介质：使被堵塞的网孔“再生再生”，以便重复使用。，以便重复使用。根根据据提提供供过过滤滤推推动动力力的的方方式式，又又有有重重力力过过滤滤、加加压压过过滤滤、真真空过滤和离心过滤空过滤和离心过
26、滤之分，其目的都是克服过滤阻力。之分，其目的都是克服过滤阻力。 根根据据使使用用的的过过滤滤设设备备、过过滤滤介介质质及及所所处处理理的的物物系系的的性性质质和和产产品收集的要求，过滤操作分为：品收集的要求，过滤操作分为：间歇式：对以上各步骤分阶段操作；间歇式：对以上各步骤分阶段操作；连续式：连续操作完成全部或其中部分阶段。连续式：连续操作完成全部或其中部分阶段。过滤常数的测定过滤常数的测定滤饼常数滤饼常数 k k，滤饼压缩指数滤饼压缩指数 s s的确定：的确定：当量滤液体积当量滤液体积 Ve 或或 qe 和过滤常和过滤常 K 等都由过滤物系固液两相性质决定，需由实验测定。等都由过滤物系固液两
27、相性质决定，需由实验测定。即即在在恒恒压压过过滤滤条条件件下下，t/q 与与 q 的的函函数数关关系系是是以以 1/K 为为斜斜率率、2qe/K 为为截截距距的的直直线线，实实验验测测得得不不同同时时刻刻单单位位过过滤滤面面积积的的累累积积滤滤液液量量 q，即即可可由由上上式回归出式回归出 K 和和 qe。由过滤常数由过滤常数 K 的定义式的定义式 lgK lg( p) 为直线方程，斜率为为直线方程，斜率为 (1-s)、截距为截距为lg(2k)。在不同压差在不同压差 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再通过上式回归出滤饼常数 k 和压缩指数和压缩指数 s。
