1、1第3章 非均相物系的分离和固体流态化2主要内容3.1 概述3.2 颗粒及颗粒床层的特性3.3 沉降分离3.4 过滤3.5 离心机（自学）3.6 固体流态化3基本要求掌握单个颗粒、颗粒群、颗粒床层特性的表示方法；掌握重力沉降和离心沉降的基本原理、沉降速度的定义和基本表示方法；了解并熟悉降尘室、旋风分离器的结构特点、工作原理及其性能参数；掌握过滤的基本操作过程、典型的设备，熟练掌握恒压过滤的操作及计算；了解流化床的主要特征和操作范围；掌握数学模型法。4概述混合物的分类非均相混合物均相混合物无相界面，采用传质方法分离有相界面，采用机械方法分离：过滤、沉降悬浮液-固-液混合物乳浊液-液-液混合物含尘
2、气体-气-固混合物 含雾气体-气-液混合物5概述连续相分散相非均相物系中处于分散状态的物质。如悬浮液中的固体颗粒。包围分散质的处于连续状态的流体。如悬浮液中的液体。非均相物系分离的依据：分散相与连续相之间的物理性质的差异。如密度、颗粒外径等。非均相物系的分离方法：机械法，使分散质与分散相之间发生相对运动，实现分离。6 7概述非均相混合物分离的目的l 回收分散质，如从气固催化反应器的尾气中收集催化剂颗粒；l 净化分散介质，如原料气中颗粒杂质的去除以净化反应原料，环保方面烟道气中煤炭粉粒的除去。l 环境保护与安全生产 83.2.1 颗粒的特性3.2.2 颗粒床层的特性3.2.3 流体通过床层流动的
3、压降3.2 颗粒及颗粒床层的特性91.单一颗粒的特性1）球形颗粒用粒径d（球形颗粒的直径）表示。比表面积表面积体积63dV2dSda/6m2/m3。m2m3单位体积颗粒具有的表面积101.单一颗粒的特性2）非球形颗粒用当量直径和形状系数表示。形状系数（球形度）体积当量直径与非球形颗粒体积相等的球形颗粒的直径。36peVd 非球形颗粒体积表示颗粒形状与球形的差异psSS该颗粒体积相等的圆球的表面积，m2；颗粒的表面积，m2；S1111.单一颗粒的特性2）非球形颗粒比表面积表面积体积36epdVsepdS2esda6122.颗粒群的特性1）粒度分布不同粒径范围内所含粒子的个数或质量。可采用泰勒标准
4、筛通过筛分分析得到。料被截留在筛面上的尺寸大于筛孔尺寸的物料的量筛余量（筛上产品）筛过量（筛下产品）通过筛孔的尺寸小于筛孔尺寸的物料的量132.颗粒群的特性2）颗粒的平均粒径iiiiadxGGdd11平均比表面积直径，mi层筛网的筛余量筛分直径：i-1和i层筛网的平均孔径颗粒总质量质量分数14第3章 非均相物系的分离和固体流态化3.1 概述3.2 沉降分离 3.2.1 重力沉降15概述沉降：悬浮在流体中的固体颗粒借助于外场作用力产生定向运动，从而实现与流体相分离，或者使颗粒相增稠、流体相澄清的一类操作。干扰沉降自由沉降离心沉降重力沉降主要讨论刚性颗粒的自由沉降。受其它颗粒或壁面影响重力作用下沉
5、降离心力作用下沉降沉降不受影响161.沉降速度图3-1 沉降颗粒的受力情况 颗粒受到三个力 重力浮力阻力S3g6Fdg3b6Fdg2d2uFA阻力系数或曳力系数颗粒密度流体密度颗粒在运动方向的投影面积1）球形颗粒的自由沉降171.沉降速度根据牛顿第二运动定律：2323ssd()()6426duudgdd分析颗粒运动情况：加速度最大阻力加速度0u tuuu加速度=0加速段匀速段加速段极短，一般仅考虑匀速段的运动。18 沉降速度 等速阶段中颗粒相对于流体的运动速度ut称为沉降速度。由于这个速度是加速阶段终了时颗粒相对于流体的速度，故又称为“终端速度”。tust4()3gdu1.沉降速度19duRt
6、et),(RefsttRe1.沉降速度2）阻力系数20on定律区）湍流区（牛顿Nuwtn区）过渡区（艾仑Alleokes定律区）层流区（斯托克斯St）（1Re104ttRe24182gdust）（1000Re1t6.0Re5.18t6.0Re27.0tstgdu）（200000Re1000t44.0stgdu74.134gdust1.沉降速度2134gdust（1）流体的粘度 滞流区湍流区过渡区表面摩擦阻力形体阻力1.沉降速度3）影响沉降速度的因素2234gdust（2）颗粒的体积分数（3）器壁效应（4）颗粒形状 体积分数大，发生干扰沉降，ut。由于器壁存在，ut，当容器尺寸大于颗粒尺寸100
7、倍以上时，可忽略。非球形颗粒比等体积球形颗粒沉降速度小，s ，ut，1.沉降速度3）影响沉降速度的因素23（1）试差法 假设沉降属于某一流型 计算沉降速度 核算 Ret 1.沉降速度4）沉降速度的计算stgdu74.1）（1Re104t182gdust）（200000Re1000t）（1000Re1t6.0Re27.0tstgdu24（2）摩擦数群法 2()gKd s32343ReKtReudtt2ReRett曲线图，最后由 Ret 反求 ut，即 查 先计算1.沉降速度252ReRett图3-3 及 关系曲线1ReRett261234()3gReu sttRedutt 若要计算介质中具有某一
8、沉降速度 ut 的颗粒的直径，可先令 1ReRett查 曲线图，可求直径 d，即1.沉降速度27图3-3 及 关系曲线1ReRett2ReRett28（3）用量纲为1的数群K 值判别流型K 2.62为斯托克斯定律区;2.62 K 69.1为艾仑定律区;K 69.1为牛顿定律区。2()gKd s31.沉降速度4）沉降速度的计算292.重力沉降设备液固体系沉降槽气固体系降尘室30 图3-4 降尘室示意图(a)沉降室 (b)尘粒在沉降室内运动情况气流水平通过降尘室速度沉降速度2.重力沉降设备1）降尘室动画31Huttlut 或 lHuut 位于降尘室最高点的颗粒沉降到室底所需的时间为气体通过降尘室的
9、时间为欲使颗粒被分离出来，则降尘室高沉降速度降尘室长气流水平通过降尘室速度2.重力沉降设备思考1：要使颗粒除去，必须满足什么条件？32tuHul即 182gdust2.重力沉降设备思考2：为什么气体进入降尘室后，流通截面积要扩大？t 底底AgVlgHudsSs 1818min思考3：能够被100%除去的最小颗粒粒径dmin=？t或 lHuut33注意：降尘室内气体流速不应过高，以免将已沉降下来的颗粒重新扬起。根据经验，多数灰尘的分离，可取u3m/s，较易扬起灰尘，可取u1.5m/s。降尘室的生产能力与底面积、沉降速度有关，而与降尘室的高度无关。因此通常做成扁平状。bHuVs 2.重力沉降设备降
10、尘室的生产能力VS l u b 气体 ut H 颗粒在降尘室中的运动 tuHul tsbluV tsuAV底底 即：按最小颗粒来算34 对 设 置了n层水平隔板的降尘室，其生产能力为st1Vnblu 图3-5 多层除尘室1-隔板 2、6-调节闸阀 3-气体分配道 4-气体集聚道 5-气道 7-清灰口2.重力沉降设备动画352.重力沉降设备降尘室的特点362）沉降槽2.重力沉降设备利用颗粒的自然沉降实现分离，但由于分离效果差，一般得到含固体颗粒50的增稠液，所以也叫增稠器。37生产能力：一般以澄清液溢出量（清液流量Q0)表示为了提高沉降槽的生产能力，可以采用向槽内添加絮凝剂的方法。常用的絮凝剂主
11、要有：l 无机絮凝剂：石灰、硫酸、明矾、硫酸亚铁、苛性钠、盐酸和氯化锌等；l 天然高分子絮凝剂：有淀粉和含淀粉的蛋白质物质，如马铃薯、玉米粉、红薯粉及动物胶等；l 合成高分子絮凝剂：有离子和非离子型高分子聚合物，如聚丙烯酰胺、羰基纤维素和聚乙烯基乙醇等。2）沉降槽2.重力沉降设备38双锥分级器2.重力沉降设备3）分级器 利用重力沉降可将悬浮液中不同粒度的颗粒进行粗略的分离，或将两种不同密度的颗粒进行分类，这样的过程统称为分级，实现分级操作的设备称为分级器。39第3章 非均相物系的分离和固体流态化3.1 概述3.2 沉降分离 3.2.1 重力沉降 3.2.2 离心沉降40 依靠惯性离心力的作用而
12、实现的沉降过程称为离心沉降。颗粒受到三个力 颗粒与流体在径向上的相对速度236udRT向心力236udRTs惯性离心力2242udr阻力颗粒的圆周运动速度1.惯性离心力作用下的沉降速度uruTuOR颗粒在旋转流场中的运动41 上述三个力达到平衡时，222332TTrs06642uuudddRR 平衡时颗粒在径向上相对于流体的运动速度ur便是它在此位置上的离心沉降速度。2sTr4()3duuR离心沉降速度1.惯性离心力作用下的沉降速度421.惯性离心力作用下的沉降速度离心沉降速度RuduTsr23)(4 l 方向：沿半径向外；l 随位置而变，不是恒定值。l 颗粒实际运动速度在径向上的分量；对照重
13、力场gdust 34cTtrKgRuuu2离心分离因数数值约为几千几万431.惯性离心力作用下的沉降速度RuduTsr23)(4 tRe24 RuduTsr2218 离心沉降时，若颗粒与流体的相对运动处于滞流区(10-4Ret=dur/1)，442.旋风分离器的操作原理用途：适用于含颗粒浓度为0.01500g/m3、粒度不小于5m的气体净化与颗粒回收操作，尤其是各种气-固流态化装置的尾气处理。操作原理：含尘气体切向进入，向下螺旋运动，颗粒抛向气壁，由出灰口排出；气流形成外旋流和内旋流（气芯）由排气管排出。459 BdNucesi旋风分离器的进气口宽度旋风分离器的进口气速气流的有效旋转圈数3.旋
14、风分离器的性能临界粒径Ne：与进口气速有关，风速越大，Ne也越大，对常用形式的旋风分离器，风速在1225m/s,一般可取Ne34.5。1）临界粒径：463.旋风分离器的性能l旋风分离器的尺寸越小，进口流速越高，能完全除尽的颗粒直径就越小，分离效率越高。l当气体处理量很大时，常将若干小型旋风分离器并联使用，以维持较好的除尘效果。ciBdu旋风分离器结构和操作参数对分离效率的影响:对常见的旋风分离器：临界粒径是判断旋风分离器分离效率高低的重要依据。临界粒径越小，说明旋风分离器的分离性能越好。473.旋风分离器的性能 2）分离效率：来的百分率。某粒径的颗粒被分离出二者的关系：分效率p,i：总效率0：
15、niipix1,0 1201CCC121iiiiCCCp48pdi 可通过实测旋风分离器进、出气流中所含尘粒的浓度及粒度分布而获得。粒级效率曲线 粒级效率恰为50%的颗粒直径，称为分割粒径。50s0.27()iDdu分割粒径 50d3.旋风分离器的性能49 同一型式且尺寸比例相同的旋风分离器 50pdd-曲线相同，因此依该曲线估算旋风分离器的效率较为方便。3.旋风分离器的性能50图3-9 标准旋风分离器的 p50dd-曲线 3.旋风分离器的性能51阻力系数：标准旋风分离器为83.旋风分离器的性能 3）压力降：212ipu l越小越好，压力降一般介于5002000Pa。对于同一结构型式及尺寸比例
16、的旋风分离器为常数，不因尺寸大小而变。l 提高入口气速可提高分离效率，但阻力却成平方地增加，不经济。一般控制压降在 0.52kPa 左右（入口气速 1525m/s），而采取缩小直径、多台并联的方式以综合满足分离效率与处理大气量的要求。524.旋风分离器的结构形式与选用旋风分离器分类繁多，分类方法也各有不同。按结构形式可分为：长锥体、圆筒体、扩散式以及旁通式。我国已定型了多种旋风分离器，制定了标准系列，常用的有CLT、CLT/A、CLP/A、CLP/B 以及 CLK 型等。对各种型号的旋风分离器一般以圆筒直径 D 来表示其各部分的比例尺寸，详细尺寸及性能指标可查阅有关资料手册。534.旋风分离器
17、的结构形式与选用1DDBSAH2H1S2CLP/B 型旋风分离器XLP型A型B型旁路进气口位置降低细微粒随一小部分气体在顶部旋转聚集形成灰环，被迫进入旁室后由旁路旋转向下并沿壁面落下。对5m 以上细粉的分离较高。阻力系数一般为 4.8-5.8。544.旋风分离器的结构形式与选用有效防止了上升的净化气体重新把粉尘卷起带出，从而提高了除尘效率。适用于捕集粒度在 5-10m 的干燥的非纤维颗粒粉尘。阻力系数在 7.5-9 之间。d1DBEDSAH2H1CLK 型旋风分离器CLK 型（倒锥体旋风分离器）反射屏(挡灰盘)55PV型粗旋风分离器PV型外置旋风分离器PV型单级旋风分离器PV型一、二级 旋风分
18、离器56为长岭炼油化工有限公司制造的旋风分离器在预组装为九江石油化工厂制造的旋风分离器在预组装为上海氯碱股份有限公司制造的氧氯化反应旋风分离器在预组装57旋风分离器的选用 首先根据系统的物性与任务的要求，结合各型设备的特点，选定旋风分离器的形式，而后通过计算决定尺寸与个数。旋风分离器计算的主要依据有三个方面：一是含尘气的体积流量，二是要求达到的分离效率，三是允许的压强降。4.旋风分离器的结构形式与选用与选用58练 习 题 目思考题1.描述非球形颗粒的参数有哪些？2.颗粒沉降分为哪两个阶段？沉降速度是指哪个阶段的速度？3.分析影响旋风分离器临界粒径的因素。4.选择旋风分离器时应该依据哪些性能指标
19、?练习题：3、559第3章 非均相物系的分离和固体流态化3.1 概述3.2 沉降分离3.3 过滤 3.3.1 过滤操作原理60利用重力或压差等使悬浮液通过多孔性过滤介质，将固体颗粒截留在介质上，从而实现固-液分离操作。概述滤浆（料浆）滤饼过滤介质滤液过滤61 膜过滤深床过滤饼层过滤过滤方式1.过滤方式深床过滤推动力：重力、压力、离心力 饼层过滤滤浆滤饼过滤介质滤液架桥现象过滤介质为很厚的颗粒层不形成滤饼层 622.过滤介质织物介质，如棉、麻、丝、毛、合成纤维、金属丝等编织成的滤布，5-65m，工业应用广泛；堆积介质，细纱、木炭、石棉、硅藻土等细小坚硬的颗粒状物质堆积而成，多用于深床过滤。多孔性
20、固体介质，如多孔陶瓷，多孔塑料及多孔金属制成的板式管。1-3m。多孔膜：有机膜、无机膜。1 m以下 过滤介质的选择：根据悬浮液中固体颗粒的含量及粒度范围，介质所能承受的温度和化学稳定性、机械强度等因素考虑。633.滤饼的压缩性和助滤剂可压缩性滤饼不可压缩性滤饼构成滤饼的颗粒是不易变形的坚硬固体颗粒p ，颗粒形状及e都无显著变化，因此其单位厚度床层的流动阻力可以认为是恒定的，如硅藻土和碳酸钙等。该滤饼由胶体构成，p ，上述三者发生显著变化，如Al（OH）3等。解决办法：加入助滤剂，使滤饼疏松而坚硬。常用作助滤剂的物质有：硅藻土、珍珠岩、炭粉、石棉粉等。助滤剂的加法：掺滤、预涂64第3章 非均相物
21、系的分离和固体流态化3.1 概述3.2 沉降分离3.3 过滤 3.3.1 过滤操作原理 3.3.2 颗粒床层的特性及流体流过床层的压降651.颗粒床层的特性床层体积床层体积颗粒体积e影响因素：颗粒大小、形状、粒度分布、充填方式等。一般非均匀、非球形颗粒的乱堆床层：0.470.7。均匀的球体最松排列时:0.48，最紧密排列时:0.26。1）床层空隙率e662）床层的比表面积ab 单位体积床层中具有的颗粒表面积（即颗粒与流体接触的表面积）,ab。用堆积密度表示用颗粒比表面积a表示如忽略床层中颗粒间相互重叠的接触面积）：ddasbb)1(66e)1(e e aab颗粒的堆积密度颗粒的真实密度1.颗粒
22、床层的特性671.颗粒床层的特性定义：床层截面上未被颗粒占据的、流体可以 自由通过的面积l 对乱堆床层，各向同性，床层自由截面积与床层截面积之比等于空隙率；l 受壁效应影响，壁面附近床层空隙率大于床层内部。改善壁效应的方法通常是限制床层直径与颗粒直径之比不得小于某极限值。若床层的直径比颗粒的直径大得多，则壁效应可忽略。3）床层的自由截面积682.流体通过床层流动的压降 u L 流体通过颗粒层产生压降的主要原因：1）粘性摩擦阻力2）形体阻力 流体通过颗粒层的流动多呈爬流，无边界层脱体现象发生，流动阻力主要为粘性摩擦阻力，由颗粒层内固体表面积大小决定，而颗粒形状并不重要。1）床层的简化模型691)
23、床层的简化模型 u u L L de 流体在固定床内流动的简化模型(1)细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙容积；细管的内表面积等于颗粒床层的全部表面积。(2)细管长度=床层高度L。假定（保证单位体积表面积相等）：流体在固定床内流动的简化模型701)床层的简化模型润湿周边流通截面积4debVa4V4b细管的全部内表面积细管的流动空间e e1aabe ee e14a床层体积细管的当量直径：712)流体通过床层压降的数学描述 221udLpebf)1(4e ee e adeb压降真实流速 u u L L deb 流体在固定床内流动的简化模型 u1流体在固定床内流动的简化模型e euu 1uAAue
24、 e1由质量守恒得：空床气速(表观速度）722)流体通过床层压降的数学描述23)1(uaLpfee23)1(8uaLpf e ee e 说明：是模型参数，固定床的流动摩擦系数，须由实验检验和测定。733)模型参数的实验测定23)1(uaLpfeebKRe e e )1(Re1auudebb（1）康采尼实验结果：流速较低，床层雷诺数Reb2时：322)1(5e e e euaLpf康采尼常数K=5康采尼方程743)模型参数的实验测定（2）欧根实验结果：当Reb0.17330时，23)1(uaLpfee29.0Re17.4b 32322)1(29.0)1(17.4e e e ee e e euau
25、aLpf)/(6esda 75)()1(75.1)()1(15032232esesfduduLpeeeeReb1000时，湍流流动，上式右边第一项可忽略。3)模型参数的实验测定（2）欧根实验结果：23)1(uaLpfee76第3章 非均相物系的分离和固体流态化3.1 概述3.2 沉降分离3.3 过滤 3.3.1 过滤操作原理 3.3.2 颗粒床层的特性及流体流过床层的压降 3.3.3 过滤基本方程式771.滤液通过饼层的流动1）滤液通过饼层流动的特点l 属于流体流经固定床的情况；l 滤饼厚度不断增厚，压力不变时，滤液通过速度减小；l 颗粒尺寸小，滤液在滤饼层中的流动多处于层流区。781.滤液通
26、过饼层的流动2）滤液通过滤饼层流动的数学描述322()5(1)puaLeec322)1(5e e e euaLpf可通过康采尼方程得到。滤液通过滤饼层的压差滤液通过滤饼层的表观流速792.过滤速率与过滤速度过滤速度过滤速率单位时间通过单位过滤面积的滤液体积，单位为m/s。3c22d()d5(1)pVuAaLee单位时间获得的滤液体积，单位为m3/s。322()5(1)A pVaLeecdd80Lapc e ee e322)1(53.滤饼的阻力 Lpauc e ee e223)1(5阻力推动力 2235(1)aree滤饼的比阻 反映了颗粒形状、尺寸及床层的空隙率对滤液流动的影响，为单位厚度床层的
27、阻力，单位1/m2。813.滤饼的阻力Lpucr 反应滤饼的影响，与滤饼层的性质及L有关，单位为1/m。Rpc 滤饼的阻力 RrL824.过滤介质的阻力仿照滤液穿过滤饼层的速度关系式：过滤介质阻力,1/m可以写出滤液穿过过滤介质的速度关系式：RpLpAddVucc r滤液通过过滤介质的压力降mmRpAddVu 83()()ppVpARRRRcmmmdd 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，即将过滤介质与滤饼联合起来考虑,则 emrLR当量滤饼厚度虚拟滤饼厚度4.过滤介质的阻力 一定操作条件下，以一定介质过滤一定悬浮液时，Le为定值；但同一介质在过滤不同悬浮液的操作中，L
28、e值不同。)(erLrLp )(eLLrp 84 若每获得1m3滤液所形成的滤饼体积为(m3)，则任一瞬间的滤饼厚度L与当时已经获得的滤液体积V之间的关系应为vVLA滤饼体积与相应的滤液体积之比，m3/m35.过滤基本方程式vvVLAee同理有过滤介质的当量滤液体积，虚拟滤液体积所以2()VAprv VVedd)(eLLrpAddV 85()rrps 考虑到滤饼的压缩性，通常可借用下面的经验公式来粗略估算压强差增大时比阻的变化，即滤饼的压缩性指数，量纲为1一般情况下，s=01。对于不可压缩滤饼，s=0。几种典型物料的压缩性指数值，列于表35中。5.过滤基本方程式2()VAprv VVedd86
29、5.过滤基本方程式 esVVvrpAddV 12 过滤基本方程式积分的边界条件与过滤方式有关。先恒速后恒压恒速过滤恒压过滤过滤方式87第3章 非均相物系的分离和固体流态化3.1 概述3.2 沉降分离3.3 过滤 3.3.1 过滤操作原理 3.3.2 颗粒床层的特性及流体流过床层的压降 3.3.3 过滤基本方程式 3.3.4 恒压过滤88恒压过滤esVVpAvrddV121 压力p恒定，滤饼层增厚，过滤速率变小。1kr v对于一定的悬浮液，k可视为常数。令21-eddsVkApVV物料特性常数89 恒压过滤时，压强差p不变，k、A、s都是常数。再令 K是由物料特性及过滤压强差所决定的常数，单位为
30、m2/s。1 s2Kk p恒压过滤21-eddsVkApVV)(22eVVKAddV 90恒压过滤dVVVdKAe)(22 222KAVVVe虚拟过滤时间e，虚拟滤液体积Ve，在此阶段均为变量。eeVeedVVdKA0022 eeeeVVVeeeVVdVVdKA002)()(2)(1）虚拟过滤阶段eeKAV 22 2）有效过滤阶段在此阶段e和Ve 为常量91两式相加，得到 恒压过滤方程式恒压过滤)()(22eeKAVV 222KAVVVeeeKAV 22 92+eV+VeV+eeVe0VV+Ve图3-16 恒压过滤的滤液体积与过滤时间关系曲线93恒压过滤令则有单位过滤面积所得滤液体积单位过滤面
31、积所得当量滤液体积2e2qq qKVqAVqAee,eeKqq2eeKq2恒压过滤方程式94第3章 非均相物系的分离和固体流态化3.1 概述3.2 沉降分离3.3 过滤 3.3.1 过滤操作原理 3.3.2 颗粒床层的特性及流体流过床层的压降 3.3.3 过滤基本方程式 3.3.4 恒压过滤 3.3.5 恒速过滤与先恒速后恒压过滤95恒速过滤 维持速率恒定的过滤方式称为恒速过滤。在这种情况下，由于随着过滤的进行，滤饼不断增厚，过滤阻力不断增大，要维持过滤速率不变，必须不断增大过滤的推动力压强差。VVquAARdd常数1.恒速过滤96 在一定的条件下，式中的、r、v、uR及qe均为常数，仅p及q
32、 随而变化，于是得到2RReprvurvu q pab 令于是 对不可压缩滤饼进行恒速过滤时，其操作压强差随过滤时间成直线增大。2RarvuRebrvu q，1.恒速过滤esVVvrpAddV12常数ReuqqrvpAddq2对不可压缩滤饼97先恒速后恒压 图3-17 先恒速后恒压过滤装置1-正位移泵 2-支路泵 3-过滤机2.先恒速后恒压过滤98恒压阶段的过滤方程 222ReRR()2()()VVV VVKAR()R()VV为转入恒压操作后所经历的过滤时间。为转入恒压操作后所得的滤液体积。2.先恒速后恒压过滤99第3章 非均相物系的分离和固体流态化3.1 概述3.2 沉降分离3.3 过滤 3
33、.3.1 过滤操作原理 3.3.2 颗粒床层的特性及流体流过床层的压降 3.3.3 过滤基本方程式 3.3.4 恒压过滤 3.3.5 恒速过滤与先恒速后恒压过滤 3.3.6 过滤常数的测定1001.恒压下 的测定ee,()K V q 在某指定的压强差下对一定料浆进行恒压过滤时，过滤常数K、qe、e可通过恒压过滤实验测定。将恒压过滤方程式e12qqqKK1K2qKe直线的斜率为 ，截距为 。2e2qq qK变换为1012.压缩性指数s的测定 先在若干不同的压强差下对指定物料进行实验，求得若干过滤压强差下的K值，然后对K-p数据加以处理，即可求得s值。12sKk p上式两端取对数，得 lg1lgl
34、g 2KspkK与p的关系在双对数坐标上标绘时应是直线，直线的斜率为(1-s)，截距为2k。102第3章 非均相物系的分离和固体流态化3.1 概述3.2 沉降分离3.3 过滤 3.3.1 过滤操作原理 3.3.2 颗粒床层的特性及流体流过床层的压降 3.3.3 过滤基本方程式 3.3.4 恒压过滤 3.3.5 恒速过滤与先恒速后恒压过滤（自学）3.3.6 过滤常数的测定 3.3.7 过滤设备103概述连续式间歇式过滤操作离心过滤真空过滤加压过滤重力过滤过滤推动力重装卸料脱湿洗涤过滤过滤周期转筒真空过滤机等；如板框压滤机、叶滤机、各种离心机等；1041.板框压滤机结构：滤框、滤框两侧的滤布、滤板
35、 非洗涤板洗涤板1060块不等，过滤面积约为280m2 料液压入滤液流出13245图5-4 板框压滤机组装示意图1 固定头；2滤板；3滤框4滤布；5压紧装置105滤 液料 浆清 洗 水洗 涤 液开启关闭阀 门浆 料清 洗 水1.板框压滤机106 图3-19 板框压缩机内 液体流动路径 (a)过滤阶段 1.板框压滤机1071.板框压滤机 图3-19 板框压缩机内 液体流动路径 (b)洗涤阶段横穿洗涤法：Lw=2L108说明(2)主要优缺点：优点：结构简单紧凑，过滤面积大、可承受高压。缺点：间歇式操作，所费的装、折、清洗时间较长，劳动强度大，生产效率较低。应用：含固量较多的悬浮液过滤。(1)滤板和
36、滤框可为铸铁、碳钢、不锈钢、塑料及木材等，聚乙烯和聚丙烯是目前较为广泛使用的材料。常用规格的板框其厚度为2560mm,边框长为0.22.0m，框数由生产所需定，由数个至上百个不等。板框压滤机的操作压强一般在0.31.0Mpa之间。1.板框压滤机109嵌入式滤布的滤板XASL/630-UB系列XAZ/2000-UB系列XAZ/800-UB系110DY-Q 带式压榨过滤机XKZ系列全自动快开式压滤机1112.加压叶滤机滤 液淤 泥滤 浆1231-滤饼 2-滤布 3-拔出装置 4-橡胶圈滤叶结构：一个操作循环：过滤、洗涤、卸渣、整理重装 特点：1.间歇式2.置换洗涤：Lw=L112优点：过滤面积大，
37、设备紧凑，密闭操作，劳动条件较好密闭操作，适宜处理易汽化及有毒物质，操作稳定，过滤速度快。滤 液淤 泥滤 浆123缺点：结构比较复杂，造价较高，更换滤布困难。2.加压叶滤机113NYB系列高效板式密闭过滤机MYB型全自动板式密闭过滤机114SYB系列水平叶片过滤机WYB系列卧式叶片过滤机1153.转筒真空过滤机置换洗涤：Lw=L属连续式过滤、洗涤、吹松、刮渣转筒-筒的侧壁上覆盖有金属网，长、径之比约为1/22，滤布-蒙在筒外壁上。分配头-转动盘、固定盘 构造：一个操作循环：浸没于滤浆中的过滤面积约占全部面积的3040%转速为0.1至23（转/分）特点：116转鼓真空过滤机优点：自动化程度高，劳
38、动强度小，滤饼厚度可自由调节，便于在转鼓表面预涂助滤剂后用于黏、细物料的过滤。缺点：附属设备度，设备投资费用高，过滤推动力有限，滤饼含液量较大，常达30%。3.转筒真空过滤机117练 习 题 目思考题作业题:7、81.从过滤基本方程式分析提高过滤速率的措施。2.板框压滤机与叶滤机的洗涤方式有什么差别?3.试分析过滤压力差对过滤常数的影响。118第3章 非均相物系的分离和固体流态化3.3 过滤 3.3.1 过滤操作原理 3.3.2 颗粒床层的特性及流体流过床层的压降 3.3.3 过滤基本方程式 3.3.4 恒压过滤 3.3.5 恒速过滤与先恒速后恒压过滤（自学）3.3.6 过滤常数的测定 3.3
39、.7 过滤设备 3.3.8 滤饼的洗涤119滤饼的洗涤 洗涤滤饼的目的是回收滞留在颗粒缝隙间的滤液，或净化构成滤饼的颗粒。()VWdd()VVWWWdd单位时间内消耗的洗水容积，以洗涤速率洗涤时间表示120 影响洗涤速率的因素可根据过滤基本方程式来分析，即1-edd()sVA pr LL 对于一定的悬浮液，r为常数。若洗涤推动力与过滤终了时相同，并假设洗水黏度与滤液黏度相近，则洗涤速率与过滤终了时的过滤速率有一定关系，这个关系取决于过滤设备上采用的洗涤方式。滤饼的洗涤1212()()2()VVKAVVWEedddd 叶滤机等所采用的是置换洗涤法，洗水与过滤终了时的滤液流过的路径基本相同，故ee
40、WELLLL滤饼的洗涤122 板框压滤机采用的是横穿洗涤法，洗水横穿两层滤布及整个厚度的滤饼，流径长度约为过滤终了时滤液流动路径的两倍，而供洗水流通的面积又仅为过滤面积的一半，即eeWE2LLLLW12AA滤饼的洗涤12321()()48()VVKAVVWEedddd将以上关系代入过滤基本方程式，可得 当洗水黏度、洗水表压与滤液黏度、过滤压强差有明显差异时，所需的洗涤时间可按下式进行校正，即WWWW()()pp滤饼的洗涤124第3章 非均相物系的分离和固体流态化3.3 过滤 3.3.1 过滤操作原理 3.3.2 颗粒床层的特性及流体流过床层的压降 3.3.3 过滤基本方程式 3.3.4 恒压过
41、滤 3.3.5 恒速过滤与先恒速后恒压过滤（自学）3.3.6 过滤常数的测定 3.3.7 过滤设备 3.3.8 滤饼的洗涤 3.3.9 过滤机的生产能力1251.间歇过滤机的生产能力生产能力：单位时间内获得的滤液量或滤饼量。DWT辅助时间洗涤时间过滤时间操作周期 T3600VQ 222KAVVVe 其中：WWWddVV 生产能力,m3/hDW3600V一个操作周期所得滤液体积，m3操作周期,s1262.连续过滤机的生产能力操作周期：就是转筒旋转一周所用时间，即 60Tnr/min浸没度：转筒浸入面积占转筒面积的分数360浸没角度,s 回转真空过滤机上的转筒过滤区过滤区洗涤区洗涤区吹干区吹干区卸
42、渣区卸渣区60Tn过滤时间12760Tn代入恒压过滤方程，得每小时所得滤液体积，即生产能力为222ee606060QnVKAnV nV n2.连续过滤机的生产能力当滤布阻力可以忽略时，Ve=0，则上式简化为26060465Qn KAA KnnQn,可见：但这类方法受到一定的限制 128第3章 非均相物系的分离和固体流态化3.1 概述3.2 沉降分离3.3 过滤3.4 非均相混合物分离技术和设备的新进展（自学）3.5 离心机（自学）3.6 固体流态化 3.6.1 流态化的基本概念129概述1、固体流态化：颗粒物料与流动的流体接触，使颗粒物料呈类似于流体的状态。2、流态化技术的优点：连续化操作；温
43、度均匀，易调节和维持；气、固间传质、传热速率高等。3、流态化技术的应用：催化流化床反应器、流化床干燥器、颗粒的输送等。1301.流态化现象 当一种流体自下而上流过颗粒床层时，随着流速的加大，会出现以下三种不同的情况。固定床阶段流化床阶段稀相输送床阶段气速增加 动画081311.流态化现象 图3-34 不同流速时床层的变化(a)固定床(b)初始或临界流化床(c)散式流化床 (d)聚式流化床(e)输送床1322.两种不同的流化形式 聚式流化床：气固体系散式流化床：液固体系133第3章 非均相物系的分离和固体流态化3.1 概述3.2 沉降分离3.3 过滤3.4 非均相混合物分离技术和设备的新进展（自
44、学）3.5 离心机（自学）3.6 固体流态化 3.6.1 流态化的基本概念 3.6.2 流态化的主要特征1341.恒定的压强降1)理想流化床 的压强降图3-32 理想流化床的p-u关系图1352)实际流化床 的压强降图3-33 实际流化床的p-u关系曲线1.恒定的压强降驼峰136(c)(d)(a)(b)pL(e)uuuuuua轻物浮起；b表面水平；c有压降；d颗粒流出；e床面趋于同一水平2.类似液体的特点137 流化床中两相流动特点：颗粒轴向混合，系统颗粒混和均匀；温度、浓度分布均匀，避免局部过热；但温度、浓度均匀会使床层内传热、传质推动力下降，反应进行得不完全；易于连续自动操作。3.流化床中
45、的两相流动138腾涌：高径比太大或气速过高，形成大气泡推动颗粒层沟流：更易发生在大直径床中，气体短路。腾通与沟流都会使气固两相接触不充分、不均匀、流化质量不高，使传热、传质和化学反应效率下降。在设计和操作流化床时应避免其发生。4.流化床的不正常现象139练 习 题 目思考题作业题:10、111一个完整的过滤操作周期包括哪几部分？2.试分析提高回转真空过滤机转速的利弊。3.理想流化床和实际流化床的差别主要是什么？140v 重力沉降 学 习 指 导本章重点掌握的内容v 离心沉降 重力沉降的基本原理重力沉降设备降尘室的设计 离心沉降与重力沉降的差别离心沉降设备旋风分离器的选型 141v 过滤学 习 指 导v 流态化 过滤操作的原理过滤基本方程式的推导思路恒压过滤的计算过滤常数的测定方法过滤机生产能力的计算了解固体流态化的基本概念了解气力输送过程的一般概念
