1、第4章 流体通过颗粒层的流动第4章 流体通过颗粒层的流动 Flow Through Granular Layer第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院24.1 概述概述固定床(fixed bed)：由大量颗粒装填而成的颗粒床层，由于流体以较小的流速从床层的空隙中流动，颗粒所受的曳力较小而使床层保持静止状态。固定床催化反应器固体悬浮液的过滤吸附离子交换器 吸收塔流化床(fluidized bed)：流体自下而上流过颗粒层，颗粒悬浮在床层中进行剧烈的随机运动。第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院34.2.1 单颗粒的性质表示颗粒大小
2、的几何参数：大小（尺寸）、形状、表面积（或比表面积）。1.球形颗粒大 小：用颗粒的某一个或某几个特征尺寸表示，如球形颗粒的大小用直径dp表示。比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积，其单位为m2/m3.对球形颗粒:体积V=dp3/6 表面积S=dp2 比表面积=S/V=6/dp第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院42.非球形颗粒非球形颗粒 非球形颗粒的表面积的球的表面积与非球形颗粒体积相等相同相同第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院5体积当量直径deV，即体积等于颗粒体积的球形颗粒的直径为非球形颗粒的等体积当量直径。表面积当量直
3、径des，即将表面积等于颗粒表面积的球形颗粒的直径定义为非球形颗粒的等表面积当量直径。比表面积当量直径dea，即将比表面积等于颗粒比表面积的球形颗粒的直径定义为非球形颗粒的等比表面积当量直径。32266eVeseaeVeaeseVVSdddadddd2366eeeeddVdSad通常使用体积当量直径，简写为第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院64.2.2 颗粒群的特性颗粒群的特性 1 筛分分析筛分分析 对于工业上常见的中等大小的混合颗粒，一般采用一套标准筛进行测量，这种方法称为筛分。将筛分所得结果在表或图上表示，可直观地表示出颗粒群的粒径分布:用表格表示：筛孔
4、尺寸每层筛上颗粒质量。用图表示：各层筛网上颗粒的筛分尺寸质量分率颗粒粒度测量颗粒粒度测量：筛分法、沉降法、比表面法、显微镜法、电阻变化法、光的散射与衍射法等。第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院7 标准筛：标准筛：有不同的系列，其中泰勒（Tyler）标准筛是较为常用的标准筛之一，其筛孔的大小以每英寸长度筛网上所具有的筛孔数目表示，称为目。筛号越大，筛孔越小。筛号筛号(目数目数)：每英寸边长的筛孔数目 筛过量：筛过量：通过筛孔的颗粒量 筛余量：筛余量：截留于筛面上的颗粒量第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院8筛分筛分(Sievi
5、ng)利用筛孔大小不同的一套筛子进行粒度分级，测定和分析粒度组成特性。显然，各筛网上的颗粒尺寸应介于其上一层筛孔与本层筛孔尺寸之间。第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院9分布函数分布函数Fi:筛孔尺寸dpi的筛过量占试样总量的分率。分布密度函数（频度函数）分布密度函数（频度函数）fi:筛孔尺寸dpi的筛余量占试样总量的分率。dpi=(di1+di)/2第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院102 颗粒群的平均特性参数颗粒群的平均特性参数 颗粒群的平均粒径有不同的表示法，但对于流体与颗粒之间的相对运动过程，主要涉及流体与颗粒表面间
6、的相互作用，即颗粒的比表面积起重要作用，因此通常用来表示颗粒的平均直径，则混合颗粒的平均比表面积dm。piimdxd1xi第i层筛网上颗粒的质量分率 dpi=(di1+di)/261ipiiidx第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院114.2.3 颗粒床层的特性 1.床层的空隙率床层的空隙率:单位体积颗粒床层中空隙的体积。单位体积颗粒床层中空隙的体积。空隙颗粒颗粒床层 一般颗粒床层的空隙率为0.470.7。2.床层的比表面积床层的比表面积B 单位体积床层中颗粒的表面积称为床层比表面积。若忽略因颗粒相互接触而减小的裸露面积，则床层的比表面积B与颗粒的比表面积的关
7、系为：B=(1-)影响床层的比表面积的主要因素：颗粒尺寸。一般，颗粒尺寸越小，床层的比表面积越大。第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院123.床层的自由截面积床层的自由截面积 床层中某一床层截面上空隙所占的截面积（即流体可以通过的截面积）与床层截面积的比值称为床层的自由截面积。对于乱堆的颗粒床层，颗粒的定位是随机的，所以可认为堆成的床层各向同性，即从各个方位看，颗粒的堆积都是相同的。对于这样的床层，其床层自由截面积在数值上与床层空隙率相等。同样，由于壁效应的影响，壁面附近的床层自由截面积较大。当D/dp较小时，必须考虑壁效应。u1 u/u空床流速u1=实际流速
8、第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院13第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院141 模型简化模型简化LeL u u L Le de 流体在固定床内流动的简化模型 第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院15ade)1(4444细管的全部内表面床层流动空间流道长度润湿周边长流道长度通道截面积润湿周边长通道截面积2 流体的压降流体的压降根据以上简化模型，可将流体通过固定床层的流动看作是直管内的流动问题。e1d uRe4(1)ua 床层雷诺数uu1Re(1)ua 第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9
9、-21西北师范大学化学化工学院16223(1)(Re2Re5)aKuKL22233(1)(1)4.170.29(0.17Re420)aauuL222133uLeLe 1-)1-)uuLLde28L （欧根（Ergun）公式通过试验验证：康采尼（Kozeny）公式21fuLehde 2床层压降 第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院17第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院184.4.1 过滤原理过滤原理1 过滤原理：在外力（重力、压力、离心力）作用下，悬浮液中的液体通过多孔介质的孔道而固体颗粒被截留下来，从而实现固、液分离。滤液过
10、滤介质滤饼滤浆 2 过滤术语：过滤操作所处理的悬浮液称为滤浆（filter slurry），所用的多孔物质称为过滤介质（当过滤介质是织物时，也称为滤布(Filter cloth)，通过介质孔道的液体称为滤液(Filtrate)，被截留的物质称为滤饼(Filter cake)或滤渣(filter residue)。第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院19 滤饼过滤滤饼过滤深层过滤深层过滤两种过滤方式两种过滤方式深层过滤深层过滤滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼过滤推动力：重力、压力、离心力推动力：重力、压力、离心力 架桥现象“架桥架桥”现象现象第4章 流体通过颗粒
11、层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院204 4 过滤介质过滤介质 多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。足够的机械强度。工业用过滤介质主要有：工业用过滤介质主要有：织物介质织物介质，如棉、麻、丝、毛、合，如棉、麻、丝、毛、合 成纤维、金属丝等编织成纤维、金属丝等编织 成的滤布；成的滤布；多孔性固体介质多孔性固体介质，如素瓷板或管、，如素瓷板或管、烧结金属等。烧结金属等。滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼过滤第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院216 助滤剂助滤剂 是不可压缩的粉状或纤维状固体，如硅藻土、纤维粉是
12、不可压缩的粉状或纤维状固体，如硅藻土、纤维粉末、活性炭、石棉。末、活性炭、石棉。使用时，可预涂，也可以混入待滤的滤浆中一起过滤。使用时，可预涂，也可以混入待滤的滤浆中一起过滤。5 5 滤饼的压缩性滤饼的压缩性 空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。在某些过滤过程中为了除去滤饼里存留的滤液，或者为了回收滤饼中存留的滤液，在过滤终了时，需要对滤饼进行洗涤。如果滤液为水溶液，一般就用水洗涤。第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院22a 由流体与颗粒表面之间的摩擦所引起的-粘性摩擦阻力 b 流体流动过程中，因孔道截面的突然扩大和收缩以及流体
13、对颗粒的撞击而产生的-形体阻力。8 过滤过程流动的特点过滤过程流动的特点v 流体在固定床中同一截面上的流速分布很不均匀流体在固定床中同一截面上的流速分布很不均匀v 产生压降的主要原因：产生压降的主要原因：:dVdquAddVqA过滤速率通过单位过滤面积的滤液总量。u L 设过滤面积为A,在过滤时间内所获得的滤液量为V9 过滤速率过滤速率第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院23分类过滤是化工、轻工、食品、制药和粉体材料等许多生产领域应用最为广泛的单元操作之一，既有各种不同类型的系列化、大型化、通用化的过滤设备载于手册与样本之中，更有许多结构新颖的过滤装置随过程工
14、业的发展而不断问世第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院24滤框、滤板滤框、滤板 非非洗洗板板洗洗板板结构：结构：一个操作循环：一个操作循环：过滤、洗涤、卸渣、整理重装过滤、洗涤、卸渣、整理重装 10 60块不等，块不等，过滤面积约为过滤面积约为2 80m2 属间歇式属间歇式特点：特点：第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院25洗涤操作：洗涤液由洗涤板上的通道进入其两侧与滤布形成的凹凸空间，穿过滤布、滤饼和滤框另一侧的滤布后排出。洗涤液的行程（包括滤饼和滤布）约为过滤终了时滤液行程的2倍，而流通面积却为其1/2，故洗涤速率约为过滤
15、终了速率的1/4。洗洗板板板框压滤机板框压滤机框框非非洗洗板板洗洗板板滤液流出滤液流出悬悬浮浮液液入入口口洗涤液流出洗涤液流出洗洗涤涤液液入入口口过滤操作：过滤阶段悬浮液从通道进入滤框，滤液在压力下穿过滤框两边的滤布、沿滤布与滤板凹凸表面之间形成的沟道流下，既可单独由每块滤板上设置的出液旋塞排出，称为明流式；也可汇总后排出，称为暗流式。第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院26滤板和滤框可为铸铁、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
16、 框 压 滤 机 的 操 作 压 强 一 般 在0.31.0MPa之间。优点：结构简单紧凑，过滤面积大并可承受较高压差。缺点：间歇式操作，所需装、折、清洗时间较长，劳动强度大，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。滤液料浆清洗水洗涤液开启关闭阀门浆料清洗水第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院27嵌入式滤布的滤板XASL/630-UB系列XAZ/2000-UB系列XAZ/800-UB系第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院28结构与原理：由起过滤作用的滤叶和起密闭作用的筒体构成，操作为间歇式。滤叶有圆形和矩形等
17、多种形式，由金属丝网组成的框架上覆以滤布构成，使用时可将多块平行排列的滤叶组装成一体插入箱体内。滤液淤泥滤浆123 滤浆 滤液 滤叶的构造第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院29操作：悬浮液被加压送入或借真空泵进行抽吸，滤液穿过滤布进入丝网构成的中空部分并汇集于下部总管流出，颗粒则沉积在滤布上形成滤饼，当滤饼达到一定厚度时停止过滤。视悬浮液的性质和操作压强的大小，滤饼厚度通常在535mm之间。优点：过滤面积大，设备紧凑，密闭操作，劳动条件较好。不必每次循环装卸滤布，劳动强度也大大降低。缺点：结构比较复杂，造价较高。过滤结束后，根据要求可通入洗涤液对滤饼进行洗涤
18、，洗涤液的行程和流通面积与过滤终了时滤液的行程和流通面积相同，在洗涤液与滤液的性质接近的情况下，洗涤速率约为过滤终了时速率。可用振动或压缩空气及清水等反吹卸滤渣。第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院30SYB系列水平叶片过滤机WYB系列卧式叶片过滤机第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院31结构与原理：转筒的多孔表面上覆盖滤布，内部分隔成互不相通的若干扇形过滤室。转动盘与机架上的固定盘紧密贴合构成分配头，转筒回转时各过滤室通过分配头依次与真空抽滤系统、洗水抽吸回收系统和压缩空气反吹系统相通。为了不使这些系统彼此串通，在固定盘上设
19、有不与任何通道相通的非开孔区。连续操作。1转筒；2滤饼；3割刀；4分配头 5吸走滤液的真空凹槽；6吸走洗水的真空凹槽；7通入压缩空气的凹槽；I过滤区；II洗涤脱水区；III卸渣区 5671234IIIIIIa.转动盘b.固定盘第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院32过滤操作：转筒旋转一周，每一个扇形过滤室依次完成真空过滤、洗涤、脱水、吸干滤饼和压缩空气吹松、刮刀卸料、反吹清洗表面等全部操作，相应分为过滤区、洗涤脱水区、卸料区和表面再生区等几个不同的工作区域。转筒转速多在0.13 r/min，浸入悬浮液中的吸滤面积约占总表面的3040%。滤饼厚度范围大约340m
20、m。优点：连续进料，操作自动化，便于在转鼓表面预涂助滤剂后用于黏、细物料的过滤。缺点：过滤推动力有限，滤饼含液量较大，常达30%。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渣区卸渣区第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院33结构与原理：沿园周分布排列的若干个扇形过滤盘，各通过径向管道与中心分配头的转动盘相连。扇形过滤盘的多孔底板上敷设滤布作为过滤介质。各扇形盘回转到不同的圆周位置时，借助于分配头依次进行真空抽滤、洗涤、脱水、翻盘(吹气)卸渣和滤布清洗等全部操作。滤饼洗涤滤浆加入滤布干燥滤布洗净滤饼卸下滤饼脱水洗水稀洗液滤饼脱水滤饼脱水浓洗液未稀
21、释的 母液空气吹入真空分配器第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院34第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院35DU 胶带真空水平过滤机工作原理第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院36结构与原理：在高速旋转的多孔转鼓内壁敷设滤布。悬浮液中的液体在惯性离心力的作用下穿过颗粒层和滤布流到转鼓外部空间。推动力：设液层以与转鼓相同的半径 r 和角速度 匀速旋转，则液体中会产生沿半径向外的离心加速度 r2。分离因素：同一质量的流体所受的离心力与重力之比222Tmrrumggrg分离因素与转鼓半径和转速的平方
22、成正比，通常可达数百、数千，超高速离心机甚至可达5万以上。无论是过滤速度还是分离程度都比其它过滤方式大得多，因此滤饼含液量少得多。第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院37卧式刮刀离心机三足刮刀下离心机卧式活塞推料离心机三足式离心机第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院381 过滤过程的物料衡算过滤过程的物料衡算：质量分数质量分数（kg固体固体/kg悬浮液）悬浮液）体积分数体积分数(m3固体固体/m3悬浮液悬浮液)密度。分别为固体颗粒和滤液、PPP)1(/4.5.1 过滤过程的数学描述过滤过程的数学描述 第4章 流体通过颗粒层的流
23、动2023-9-21西北师范大学化学化工学院39(1)VVLAVLA悬悬tAVuddVqA1Lq u L 1Lq悬浮液中颗粒的体积分数远小于滤饼的孔隙率第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院40过滤过程中，滤液通过滤布和滤饼的流速较低，其流动一般处于层流状态，在康采尼公式适用的低雷诺数范围。2 2 过滤速率过滤速率 3221(1)dVdquAddaKL223(1)aKuL3221(1)uL Ka1Lq23(1)K ar令32(1)dVdqAddKadqdrq推动力阻力第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院41滤液通过过滤介质的阻力
24、可视为通过单位过滤面积获得某当量滤液量qe所形成的虚拟滤饼层的阻力。1212edqdqdrqdrq设和分别是滤饼和过滤介质两侧压降滤液通过过滤介质的阻力12()()eedqdrqqrqq 第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院422Kr令22()edVKAdVV2()edqKdqq第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院434.5.2 间歇过滤的滤液量与过滤时间间歇过滤的滤液量与过滤时间 过滤操作方式过滤操作方式 第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院441 恒压过滤 悬浮液一定，压差恒定，K为常数，
25、且过滤开始即为恒压操作。00()2qeKqq dqd若介质阻力可忽略不计，则可简化为：222KAVKq或2()edqKdqq22eqqqK222eVVVKA或恒压过滤方程第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院4511()2qeqtKqq dqd22111()2()()eqqq qqK222111()2()()eVVV VVKA或第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院462 恒速过滤2()edqKqdqq常数22eKqqq222eKVVVA或第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院473 过滤常数的计算
26、测定过滤常数一般在恒压下进行2212eeqqqKqqqKK 在恒压过滤时,/q与q呈直线关系，直线的斜 率为1/K，截距为 2qe/K。由此可知，只要测出不同过滤时间时单位过滤面积所得的滤液量，即可由上式求得K和qe。)(2)(11111qqKqqKqqe 1500 1000 q 500 0 0 0.025 0.05 0.075q斜率1/K/qq 图截 距 2 qe/K如果恒压过滤时间从 1、已经得到滤液量q1开始22111()2()()eqqq qqK1111111111()()2()()(2)()(22)eeeqqqqq qqqqqqqqqqqqqqq第4章 流体通过颗粒层的流动2023-
27、9-21西北师范大学化学化工学院484.5.34.5.3洗涤速率与洗涤时间洗涤速率与洗涤时间 洗涤的目的：洗涤的目的：回收滞留在颗粒缝隙间的滤液，净化滤饼颗粒，在过滤终了时，需要对滤饼进行洗涤。如滤液为水溶液，一般就用水洗涤。洗涤过程计算的内容：洗涤过程计算的内容：确定使用一定量洗涤液时所需要的洗涤时间。为此需要确定洗涤速率。洗涤速度是单位时间通过单位面积的洗涤液量。洗涤液用量取决于对滤渣的质量要求或滤液的回收要求。由于在洗涤过程中，滤饼的厚度不再增加，所以洗涤速率基本上为常数，其大小与洗涤液的性质及洗涤方法有关，后者又与所用的过滤设备结构有关。第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西
28、北师范大学化学化工学院491 叶滤机：置换洗涤法 特点：洗涤液流经滤饼通道与过滤终了时滤液通道相同()()()WWWeWWWdqdrqqqdqd 洗涤速率洗涤时间 滤浆 滤液 滤叶的构造22()2()2()()WWWeWeWWWdVdVKAddVVVVV VdVKAd 当有第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院50 特点：过滤终了，滤液通过滤饼层的厚度为框厚的一半，过滤面积为全部滤框面积的2倍。洗涤时，洗涤液将通过两倍于过滤终了时滤液的途径。洗涤面积为过滤面积的一半221()48()8()()WWWeWeWWWdVdVKAddVVVVV VdVKAd 当过滤L洗
29、涤L()()()WWWeWWWdqdrqqqdqd 洗涤速率洗涤时间第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院514.5.4 间歇过滤机的生产能力间歇过滤机的生产能力 过滤机的生产能力可用单位时间内所得的滤液量或滤渣量表示。操作周期=+W+D 生产能力生产能力Q=V/Q=V/:单位时间得到的滤液量。过滤时间的相对长短，直接影响过滤机的生产能力 若一个操作周期中过滤时间短，则形成的滤饼薄，过滤速率大，但非过滤时间所占的比例相对较大，生产能力不一定就大。相反，过滤时间长，形成的滤饼则厚，过滤速率小，生产能力也可能小。第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范
30、大学化学化工学院524.5.5 回转真空过滤机的生产能力回转真空过滤机的生产能力该过滤机特点：过滤、脱水、洗涤、卸料等操作在转筒的不同区段中同时进行，在一个周期中，只有部分时间进行过滤操作。转筒表面浸入滤浆中的分数称为浸没度，以表示，=浸没角度/360。在一个操作周期内，整个转筒表面上任何一小块过滤面积所经历的过滤时间为：=/n 转筒转速n:r/snKAQVVKAnVnnqAQqqKVeeeee2222,0,)(:有当滤布阻力可略生产能力体积转筒转一周所得的滤液第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院53改善滤饼结构 助滤剂如硅藻土改变悬浮液中的颗粒聚集状态 加入
31、聚合电解质如明矾等絮凝剂 加入硫酸铝无机电解质动态过滤 人为干扰限制滤饼增长 动态过滤机第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院541.用一板框过滤机，对某种悬浮液进行恒压过滤，过滤时间为20min,得到滤液20m3,滤饼不洗涤，拆装时间为15min,滤饼不可压缩，介质阻力可忽略不计。试求该机的生产能力，以m3(滤液)/h表示之。如果将该机的过滤压力增加20%，拆装时间不变，试求该机的生产能力为多少m3(滤液)/h？22260,400/(1/3)1200/eqVKAKAmh1.21.2KPPPKK，32037.89()/0.277800.25Qmh滤液 过滤压力增
32、加20%，过滤面积、滤液量不变 WDVQ生产能力 221.2 12004000.2778VK Ah32034.3()/11034mh滤液第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院55.2.板框过滤机恒压过滤某悬浮液，一个操作周期的滤液板框过滤机恒压过滤某悬浮液，一个操作周期的滤液6m3，其中过其中过滤需时滤需时30min，洗涤及拆装等共用去洗涤及拆装等共用去40min，设滤饼不可压缩，介质阻力设滤饼不可压缩，介质阻力忽略不计。试求：忽略不计。试求：（1）该机的生产能力；该机的生产能力；（2）仅将操作压力加倍，而过滤时间、辅助时间等其他条件都不变，该仅将操作压力加倍，
33、而过滤时间、辅助时间等其他条件都不变，该机生产能力将提高多少？机生产能力将提高多少？（3）若改用真空转筒过滤机，该机旋转一周可得若改用真空转筒过滤机，该机旋转一周可得0.0428m3滤液，该机转滤液，该机转速为多少方能维持生产能力与（速为多少方能维持生产能力与（1）相同？）相同？解（1）=30/60 h，W+D=40/60 h，V=6m3 Q=V/（+W+D）=660/（30+40）=5.14 m3/h第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院56（3）设转速为）设转速为n（r/min），生产能力为），生产能力为Q则有：则有：Q=0.042860n=5.14故：故：
34、n=5.14/（0.042860）=2 r/min（2）K p ，V2Kp (V2/V1)2=2 ，V2=V121/2=621/2 =8.49 m3生产能力提高：（生产能力提高：（8.49-6）/6=41.5%222KAVKq或第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院5711 11 3.固相固相3%（体）的某种悬浮液，用一小型板框过滤机进（体）的某种悬浮液，用一小型板框过滤机进行恒压过滤，滤框尺寸为行恒压过滤，滤框尺寸为200mm200mm20mm，总框数为总框数为10个，滤渣充满滤框所需时间为个，滤渣充满滤框所需时间为2h。已知滤饼中固相体积分已知滤饼中固相体积
35、分率为率为60%，滤饼不可压缩，过滤介质阻力可忽略不计。若洗水，滤饼不可压缩，过滤介质阻力可忽略不计。若洗水粘度、洗涤压差分别与滤液的粘度、过滤压强差相同，洗水体粘度、洗涤压差分别与滤液的粘度、过滤压强差相同，洗水体积为滤液体积的积为滤液体积的10%，每次卸渣、清理、装盒等辅助操作时间，每次卸渣、清理、装盒等辅助操作时间的总和为的总和为0.5h。试计算：试计算：（1）过滤常数过滤常数K；（2）过滤机的生产能力）过滤机的生产能力Q（m3滤液滤液/h）。）。第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院580.030.05310.60.03LAV222KAVKq或1Lq20
36、.2 0.2 10 20.8Am过滤面积30.02 0.2 0.2 100.008LAm滤饼体积30.15LAVmLAV滤液体积22222220.150.017580.82VKAVmKhA介质阻力忽略不计，（1）过滤常数过滤常数K第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院5922230.01758 0.80.03752()22 0.15edVKAKAmhdVVV331()9.38 104WdVdVmhdd1.6()WWWVhdVd30.150.03662 1.60.5WDVmQh滤液生产能力（2）过滤机的生产能力）过滤机的生产能力Q（m3滤液滤液/h）WDVQ()W
37、WWVdVd第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院60 4.拟在9.81103Pa的恒定压强差下过滤某悬浮液。已知该悬浮液由直径为0.1mm的球形颗粒状物质悬浮于水中组成，固体颗粒的体积分数为0.333，过滤时形成不可压缩滤饼，其空隙率为60%，水的粘度为1.010Pas，过滤介质阻力可以忽略。试求：1）每平方米过滤面积上获得1.5m3滤液所需的过滤时间；2）若将此过滤时间延长一倍，可再得滤液多少？第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院612Kr242333666 10/0.1 106dammdd22410235 6 101 0.
38、61.333 100.6rm 33231 029.8 11 04.4 21 0/1.01 01.3 3 31 00.3 3 3Kms2231.55094.42 10qsK1）过滤时间p=9.81103Pa，=1.0103Pas，=0.333m3/m2滤饼的空隙率=0.623(1)K ar5.0K 球形颗粒的比表面222KAVKq或第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院6222 50910183324.42 1010182.12/qKmm322.12 1.50.62/qqmm 2）过滤时间加倍时增加的滤液量 即每平方米过滤面积上将再得0.62m3滤液。第4章 流体
39、通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院635 某板框过滤机有某板框过滤机有5个滤框，框的尺寸为个滤框，框的尺寸为635 635 25mm。过滤操作在过滤操作在20、恒定压差下进行，过滤常数、恒定压差下进行，过滤常数K=4.24 10-5m2/s，qe=0.0201m3/m2，滤饼体积与滤液体积之比，滤饼体积与滤液体积之比v=0.08m3/m3，滤饼不洗涤，卸渣、重整等辅助时间为，滤饼不洗涤，卸渣、重整等辅助时间为10分钟。试分钟。试求框全充满所需时间和生产能力。求框全充满所需时间和生产能力。解解:以一个框为基准进行计算。框全充满时滤饼的体积为：以一个框为基准进行计算。框全充
40、满时滤饼的体积为：2806.0635.0635.022mAA侧侧 过滤面积过滤面积30101.0025.0635.0635.0mV 饼饼滤液量滤液量 饼VV 3126.008.00101.0m 第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院64 Kqqqe 22根据恒压过滤方程根据恒压过滤方程min0.129.7211024.40201.0156.02156.02522 sKqqqe 23/156.0806.0126.0mm AVq 板框过滤机的生产能力为：板框过滤机的生产能力为：smVQD/10773.460100.12126.05534 第4章 流体通过颗粒层的流动
41、2023-9-21西北师范大学化学化工学院65第第4 4章章 小结小结过过滤滤阻阻力力过过滤滤推推动动力力 AddVu()erqq22eKAVVr 与与滤滤饼饼的的结结构构、性性质质（比比表表面面积积 a、空空隙隙率率）有有关关spK 1Ve 与与过过滤滤介介质质的的性性质质有有关关恒恒压压过过滤滤方方程程 222KAVVVe Kqqqe 22Re(1)ua 1Lq第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院66wWWVdVd14wdVdVdd（板框）洗洗涤涤：222AKVVVe 恒恒速速过过滤滤方方程程 22Kqqqe 常常数数 AddVuwdVdVdd生产能力生产能力WDVQ设备：设备：板框机、叶滤机、转筒真空过滤机第4章 流体通过颗粒层的流动2023-9-21西北师范大学化学化工学院67END
