第三章非均相物系的分離3.1概述3.1.1混合物的分類混合物均相混合物（均相物系）非均相混合物（非均相物系）物系內(nèi)部各處組成均勻且不存在相界面物系內(nèi)部有隔開兩相的界面存在且界面兩側(cè)的物料性質(zhì)截然不同例如：溶液及混合氣體例如：含塵氣體、懸浮液等非均相物系分散相（分散物質(zhì)）：處于分散狀態(tài)的物質(zhì),如固體顆粒、液滴、氣泡連續(xù)相（分散介質(zhì)）：包圍著分散物質(zhì)而處于連續(xù)狀態(tài)的物質(zhì)3.1.2非均相物系的分類根據(jù)連續(xù)相的狀態(tài)分：液態(tài)非均相物系：固、液、氣分散在液相中。懸浮液、乳濁液、泡沫液氣態(tài)非均相物系：固、液分散在氣相中。含塵氣體、含霧氣體3.1.3非均相物系的分離目的

回收有用的分散相凈化連續(xù)相環(huán)境保護(hù)的需要3.1.4非均相物系的分離方法1、沉降：顆粒相對(duì)于流體運(yùn)動(dòng)。重力沉降離心沉降2、過(guò)濾：流體相對(duì)于固體顆粒床層運(yùn)動(dòng)。重力過(guò)濾加壓過(guò)濾真空過(guò)濾離心過(guò)濾73.2顆粒及顆粒床的特性

3.2.1顆粒的特性表示顆粒大小的幾何參數(shù)：大小（尺寸）、形狀、表面積（或比表面積）。1、球形顆粒2、非球形顆粒(1)球形度亦稱形狀系數(shù)，用于表征顆粒的形狀與球形的差異程度。定義：體積與實(shí)際顆粒相等時(shí)球形顆粒表面積與實(shí)際顆粒的表面積之比，即：(2)當(dāng)量直徑等體積當(dāng)量直徑dv等表面積當(dāng)量直徑ds等比表面積當(dāng)量直徑da3、顆粒群的特性由大小和形狀不同的顆粒組成的集合體稱為顆粒群。（1）粒度分布不同粒徑范圍內(nèi)所含粒子的個(gè)數(shù)或質(zhì)量占顆粒總量的百分?jǐn)?shù)稱為粒度分布；對(duì)工業(yè)上常見的尺寸大于40μm的顆粒群，一般采用標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行粒度分布測(cè)量，稱為篩分。（2）篩分分析與泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩目數(shù)孔徑μm目數(shù)孔徑μm3468101420356680469933272362165111688334174865100150200270400295208147104745338泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩（3）顆粒群的平均粒徑da：平均比表面積直徑；di：篩分直徑（兩篩號(hào)篩孔的算術(shù)平均值）；xi：di

粒徑段內(nèi)顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。3.2.2顆粒床的特性由顆粒堆積而成的顆粒層稱為顆粒床層。1、床層的空隙率

單位體積床層所具有的空隙體積(m3/m3)。

空隙率通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得一般亂堆床層的空隙率大致在0.47~0.70之間2、床層的比表面積

單位體積床層所具有的顆粒的表面積稱為床層的比表面積。

ab=(1-ε)aab—床層比表面積；a—顆粒的比表面積；ε—床層空隙率。3.3顆粒的沉降3.3.1重力沉降3.3.2

重力沉降分離設(shè)備3.3.3

離心沉降3.3.4

離心沉降設(shè)備3.3.1重力沉降1、球形顆粒的自由沉降與干擾沉降自由沉降:顆粒在流體中沉降時(shí)，不受其它顆粒或器壁的影響。

干擾沉降以下討論自由沉降過(guò)程。2、球形顆粒的自由沉降速度設(shè)直徑為dp、密度為ρp的光滑球形顆粒在密度為ρ，粘度為μ的靜止流體中作自由沉降。顆粒受力：FbFgFd重力浮力阻力u↑則Fd↑根據(jù)牛頓第二定律可知↑↓↑上式稱為重力沉降速度基本方程式。

3、沉降速度實(shí)用公式因次分析曳力系數(shù)ξ與ReP的關(guān)系：(1)圓球(2)圓盤(3)圓柱10-410-310-210-11.01010210310410510610-11.010102103105RePξ

(1)

(2)

(3)①層流區(qū)（Stokes定律區(qū)，Re0<2）

②過(guò)渡區(qū)（Allen定律區(qū)，2<Re0<1000）

③湍流區(qū)（Newton定律區(qū)，1000<Re0<2×105）4、強(qiáng)化重力沉降的方法增加顆粒的直徑，加凝聚劑、助附著劑減小流體的密度、粘度ρ↓μ↓→ut↑

減μ——對(duì)于液體μ=f(T)T↑μ↓

對(duì)于氣體μ=f(T)T↓μ↓5、重力沉降公式的應(yīng)用試差法若ut未知→Ret未知→ξ未知→無(wú)法選擇計(jì)算公式→無(wú)法計(jì)算ut，此時(shí)可采用試差法。假定流動(dòng)處于層流區(qū)，Stokesut

Ret(？<2)，yes結(jié)束no換用相應(yīng)區(qū)域公式ut

Ret

判斷，修正無(wú)量綱參數(shù)判別法(K判據(jù)法）計(jì)算步驟：計(jì)算根據(jù)K選擇公式計(jì)算ut6、沉降速度的影響因素顆粒的體積濃度顆粒的體積濃度小于0.2%時(shí)，理論計(jì)算值的偏差在1%以內(nèi)；顆粒濃度較高時(shí)便發(fā)生干擾沉降,需要根據(jù)濃度進(jìn)行修正。器壁效應(yīng)顆粒形狀的影響當(dāng)容器尺寸D遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于顆粒尺寸dp時(shí)(100倍以上)，器壁效應(yīng)可忽略，否則需加以考慮。同一種固體物質(zhì)，球形或近球形顆粒比同體積非球形顆粒的沉降快一些。實(shí)際計(jì)算時(shí)非球形顆粒的大小可用當(dāng)量直徑表示。顆粒大小的影響顆粒直徑＜0.5um時(shí)，沉降受到流體分子布朗運(yùn)動(dòng)的影響。3.3.2重力沉降分離設(shè)備1、降塵室工作原理氣體入室減速顆粒的沉降運(yùn)動(dòng)&隨氣體運(yùn)動(dòng)，合速度：拋物線沉降運(yùn)動(dòng)時(shí)間<氣體停留時(shí)間分離所需沉降時(shí)間θt=H/ut在室內(nèi)停留時(shí)間θ=L/u分離滿足的條件：流道面積擴(kuò)大

說(shuō)明：（1）不同直徑d的顆粒ut不同，相應(yīng)的θt不同。

d

，ut

容易除去。（2）當(dāng)某直徑的顆粒滿足θt

≤θ時(shí)，它能夠被完全（100%）地分離；當(dāng)某直徑的顆粒滿足θt＞θ時(shí)，它不是不能被分離，仍然可以被分離，只不過(guò)是不能被完全分離。（3）能(100%)被除去的最小顆粒直徑

最低沉降速度~能被分離的最小粒徑

（4）最大處理量（生產(chǎn)能力）

Vmax≤ut·Lb=utA0①Vmax為某一粒徑能100%被去除的最大處理量，即沉降速度ut應(yīng)按需要完全分離下來(lái)的最小顆粒計(jì)算；②Vmax與(100%去除的)d,A0有關(guān)，而與H無(wú)關(guān)。

多層降塵室清潔氣流含塵氣流擋板隔板降塵室一般用水平隔板做成多層，間距為40～100mm。多層降塵室生產(chǎn)能力(n層水平隔板)：

VS≤(n+1)ut·Lb〖說(shuō)明〗氣流速度u不應(yīng)太高，以免干擾顆粒的沉降或把已經(jīng)沉降下來(lái)的顆粒重新卷起。為此，應(yīng)保證氣體流動(dòng)的雷諾準(zhǔn)數(shù)處于滯流范圍之內(nèi)；降塵室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，流動(dòng)阻力小，但體積龐大，分離效率低，通常僅適用于分離直徑大于50μm的顆粒，用于過(guò)程的預(yù)除塵。多層降塵室雖能分離細(xì)小的顆粒，并節(jié)省地面，但出灰麻煩。

（1）一球形石英顆粒，在空氣中按斯托克斯定律沉降，若空氣溫度由20℃升至50℃，則其沉降速度將

。（2）在除去某粒徑的顆粒時(shí)，若降塵室的高度增加一倍，則沉降時(shí)間

，氣流速度

，生產(chǎn)能力

。

課堂練習(xí)（3）在滯流（層流）區(qū)，顆粒的沉降速度與顆粒直徑的

次方成正比；在湍流區(qū)，顆粒的沉降速度與顆粒直徑的

次方成正比。【例】采用降塵室回收常壓爐氣中所含球形固體顆粒。降塵室底面積為10㎡，寬和高均為2m。操作條件下氣體密度為0.75kg/m3，粘度為2.610-5Pas，顆粒密度為3000kg/m3。降塵室的生產(chǎn)能力為3m3/s。試求：（1）理論上可完全回收的最小顆粒直徑；（2）粒徑為40m的顆粒的回收百分率；（3）如將降塵室改為多層以完全回收10m的顆粒，在原降塵室內(nèi)需設(shè)置多少層水平隔板及板間距。解：（1）理論上可完全回收的最小顆粒直徑在降塵室中能完全被分離出的最小顆粒的沉降速度為假設(shè)沉降在層流區(qū)，用Stokes公式求最小顆粒直徑核算沉降流型假設(shè)成立，求得的最小粒徑有效。（2）粒徑為40m的顆粒的回收百分率假設(shè)顆粒在爐氣中的分布是均勻的，則在氣體的停留時(shí)間內(nèi)顆粒沉降的高度與降塵室的高度之比即為該尺寸顆粒被分離下來(lái)的分率。由于各種尺寸的顆粒在降塵室內(nèi)的停留時(shí)間均相同，故40m的顆粒的回收率也可用其沉降速度ut’與69.1m的顆粒的沉降速度ut之比來(lái)確定，在層流區(qū)（3）需設(shè)置水平隔板層數(shù)及板間距由上面計(jì)算可知，10m的顆粒的沉降必在層流區(qū)，可用stokes公式計(jì)算沉降速度需設(shè)置水平隔板層數(shù)板間距核算氣體在多層降塵室內(nèi)的流型：若忽略隔板厚度所占的空間，則氣體的流速為即氣體在降塵室的流動(dòng)為層流，設(shè)計(jì)合理。2、沉降槽（增稠器）用來(lái)提高懸浮液濃度并同時(shí)得到澄清液體。間歇式連續(xù)式3.3.3離心沉降離心沉降：依靠慣性離心力的作用從而實(shí)現(xiàn)沉降的過(guò)程。離心沉降效率較重力沉降效率高。對(duì)于兩相密度差較小或顆粒粒徑較小的情況，應(yīng)采用離心分離。

1、離心沉降速度流體作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，形成慣性離心力場(chǎng)。當(dāng)顆粒在距中心r處旋轉(zhuǎn)時(shí)，其切向速度uT，徑向速度ur。慣性離心力場(chǎng)強(qiáng)度：

uT2/r軌跡：逐漸擴(kuò)大的螺旋線r1r2ArCBuruuT顆粒在旋轉(zhuǎn)流體中的運(yùn)動(dòng)uTurrFcFbFDdp，p的球形顆粒受力分析：離心力向心力阻力（方向向外）（方向向內(nèi)）（方向向內(nèi)）當(dāng)三個(gè)力達(dá)到平衡時(shí)：Fc-Fb-FD=02、離心沉降速度與重力沉降速度的比較

表達(dá)式：重力沉降速度公式中的重力加速度改為離心加速度數(shù)值：1）重力沉降速度基本上為定值2）離心沉降速度為絕對(duì)速度在徑向上的分量，數(shù)值隨顆粒在離心力場(chǎng)中的位置而變。3、離心分離因數(shù)同一顆粒在同種介質(zhì)中的離心沉降速度與重力沉降速度的比值。3.3.4離心沉降設(shè)備氣固

旋風(fēng)分離器液固旋液分離器旋風(fēng)分離器

1、結(jié)構(gòu)

:主體的上部為圓筒形,下部為圓錐形,中央有一升氣管。矩形切線入口。旋風(fēng)分離器尺寸及操作原理示意圖（各部分尺寸——按比例以D為基準(zhǔn)）2、工作原理氣流旋轉(zhuǎn)向下螺旋運(yùn)動(dòng)到錐口向上螺旋運(yùn)動(dòng)（氣芯）頂部中央排氣口顆粒器壁與氣流分離，滑落離心力54評(píng)價(jià)指標(biāo)總效率粒級(jí)效率分離效果壓強(qiáng)降臨界直徑分離效率3、旋風(fēng)分離器的性能1）臨界粒徑定義：理論上在旋風(fēng)分離器中能被完全分離下來(lái)的最小顆粒。計(jì)算公式的推導(dǎo)：假設(shè)：（1）氣流嚴(yán)格按螺旋形路線作等速運(yùn)動(dòng)，其切向速度等于進(jìn)口氣速ui；（2）顆粒向器壁沉降時(shí)，必須穿過(guò)厚度等于進(jìn)氣寬度B的氣流層，方能達(dá)到器壁而被分離；（3）顆粒的流動(dòng)類型為滯流。Stokes公式可用，旋轉(zhuǎn)半徑取rm（平均旋轉(zhuǎn)半徑）顆粒沉降速度假設(shè)沉降時(shí)間旋轉(zhuǎn)圈數(shù)=N運(yùn)行距離有效停留時(shí)間某一粒徑能(100%)被分離出的條件:——其穿越B所需時(shí)間<停留時(shí)間理論上d>dc的顆粒=1;實(shí)際上d<dc,入器時(shí)如其B’<B，也可以被分離〖說(shuō)明〗D↑或B=D/4↑，則dC↑，η↓

設(shè)備尺寸（直徑、進(jìn)氣口寬度）不能太大，以維持較高的分離效率。

多級(jí)旋風(fēng)分離器V↑或

ui↑，則dC↓，η↑

B一定時(shí)，提高氣流量或提高進(jìn)口氣速，可提高分離效率，但進(jìn)口阻力增加，同時(shí)湍流狀況增大，易帶起灰塵，所以一般不采用此法。當(dāng)氣體處理量大時(shí)，使用若干小尺寸旋風(fēng)分離器并聯(lián)使用。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器，一般取Ｎ＝５

C1：旋風(fēng)分離器進(jìn)口氣體含塵濃度，g/m3；C2：旋風(fēng)分離器出口氣體含塵濃度，g/m3。2）分離效率（1）總效率0進(jìn)入旋風(fēng)分離器的全部顆粒中被分離下來(lái)顆粒的質(zhì)量分率。（2）粒級(jí)效率或分級(jí)效率i某種粒度的顆粒被分離下來(lái)的質(zhì)量分率。C1：粒徑為di的顆粒在旋風(fēng)分離器進(jìn)口氣體含塵濃度，g/m3；C2：粒徑為di的顆粒在旋風(fēng)分離器出口氣體含塵濃度，g/m3。同一型式且尺寸比例相同的旋風(fēng)分離器，該曲線相同。粒級(jí)效率曲線：粒級(jí)效率i與顆粒直徑di的對(duì)應(yīng)關(guān)系。ηi～di/d50函數(shù)曲線3）壓強(qiáng)降：進(jìn)氣管、排氣管、器壁摩擦阻力、流動(dòng)局部阻力、氣體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能損失總效率和粒級(jí)效率之間的關(guān)系：

式中：xi－粒徑為di的顆粒的質(zhì)量分率。標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器

課堂練習(xí)（1）沉降操作是指在某種

中利用分散相和連續(xù)相之間的

差異，使之發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)分離的操作過(guò)程。沉降過(guò)程有

沉降和

沉降兩種方式。（2）旋風(fēng)分離器性能的好壞，主要以

來(lái)衡量。

越小，說(shuō)明分離性能越好。3.4過(guò)濾3.4.1

過(guò)濾的基本概念3.4.2

過(guò)濾基本方程式3.4.3

過(guò)濾設(shè)備3.4.4

過(guò)濾計(jì)算1、過(guò)濾操作3.4.1過(guò)濾的基本概念以某種多孔物質(zhì)為介質(zhì)，在外力的作用下，使懸浮液中的液體通過(guò)介質(zhì)的孔道，固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而實(shí)現(xiàn)固/液分離的操作。過(guò)程推動(dòng)力：重力；壓力(差)；離心力操作目的：獲得固體或清凈的液體洗滌——回收濾餅中殘存的濾液或除去其雜質(zhì)2、過(guò)濾方式（1）濾餅過(guò)濾：固體沉積物在介質(zhì)表面堆積、架橋而形成濾餅層。濾餅層是有效過(guò)濾層。適用于：處理固體含量較高的混懸液。（2）深層過(guò)濾：過(guò)濾介質(zhì)是較厚的粒狀介質(zhì)的床層，過(guò)濾時(shí)懸浮液中的顆粒沉積在床層內(nèi)部的孔道壁面上，而不形成濾餅。適用于：生產(chǎn)量大而懸浮顆粒粒徑小、含量微或是粘軟的絮狀物。3、過(guò)濾介質(zhì)

——支撐濾餅或截留顆粒，使濾液通過(guò)。要求：1）多孔性，孔道大小合適（既對(duì)流體的阻力小，又能截住要分離的顆粒）；2）具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度；3）化學(xué)穩(wěn)定性好（耐腐蝕、耐熱、抗老化）；4）價(jià)格便宜。

過(guò)濾介質(zhì)種類：①織物介質(zhì)

—濾布(織物、網(wǎng))，截留的粒徑5μm以上，工業(yè)應(yīng)用廣泛②多孔固體介質(zhì)—具有微細(xì)孔道的固體，截留粒徑1～3μm的微細(xì)粒子③堆積介質(zhì)—固體顆粒或纖維等堆積，適用于深層過(guò)濾④微孔膜—由高分子材料制成的薄膜狀多孔介質(zhì)。適用于濾除0.02～10μm的混懸微粒。4、濾餅的壓縮性和助濾劑（1）濾餅的壓縮性濾餅不可壓縮濾餅:可壓縮濾餅:顆粒有一定的剛性，所形成的濾餅并不因所受的壓力差而變形。顆粒較軟，所形成的濾餅在壓差的作用下變形，使濾餅中的流動(dòng)通道變小，阻力增大。（2）助濾劑助濾劑—具有一定剛性的顆粒或纖維狀的固體。加入助濾劑可減少可壓縮濾餅的流動(dòng)阻力。加入方法預(yù)涂用助濾劑配成懸浮液，在正式過(guò)濾前用它進(jìn)行過(guò)濾，在過(guò)濾介質(zhì)上形成一層由助濾劑組成的濾餅。將助濾劑混在濾漿中一起過(guò)濾預(yù)混1、顆粒床層的物理模型與基本參數(shù)顆粒床層一組平行細(xì)管—流體通道①細(xì)管內(nèi)表面=床層顆粒的全部表面②細(xì)管的總體積=床層空隙體積3.4.2過(guò)濾基本方程式合理簡(jiǎn)化本質(zhì)近似基本參數(shù)①空隙率：床層的空隙體積/床層的總體積②比表面積a：顆粒表面積/顆粒體積③孔道(細(xì)管)平均長(zhǎng)度l：

床層厚度L④孔道(細(xì)管)當(dāng)量直徑de：2、過(guò)濾速度及其表達(dá)

1）定義A—濾餅層總截面積；—過(guò)濾時(shí)間；V—濾液體積濾液流速u1:u1與u的關(guān)系仿照Hagen-Poiseuille

方程由于濾液在濾餅中的流動(dòng)為層流2）公式推導(dǎo)因此，過(guò)濾速度①恒壓降速:l(L)，如pc不變，則u②恒速升壓:l(L)，如u不變，則pc說(shuō)明：3）濾餅的阻力對(duì)不可壓縮濾餅，其形狀、大小不變，故ε、a為常數(shù)，則式中：R－濾餅的阻力，1/m

r－濾餅的比阻，1/m2推動(dòng)力阻力過(guò)濾推動(dòng)力：促成濾液流動(dòng)的因素，即壓強(qiáng)差ΔpC過(guò)濾阻力：μrL=μR濾液本身的粘性：μ濾餅阻力：R=rL4）過(guò)濾介質(zhì)的阻力濾餅壓降過(guò)濾介質(zhì)壓降相應(yīng)的總阻力也等于兩層阻力之和。設(shè)想過(guò)濾介質(zhì)相當(dāng)于厚度為L(zhǎng)e的一層濾餅則過(guò)濾介質(zhì)阻力為總推動(dòng)力總阻力＝

μR＋μRm＝μrL＋μrLeLe—過(guò)濾介質(zhì)的當(dāng)量濾餅厚度過(guò)濾截面積不變，則以整個(gè)截面積計(jì)算的濾液通過(guò)濾餅層和過(guò)濾介質(zhì)的速度相等，即當(dāng)量濾餅層厚度，m

上式表明：可用濾液通過(guò)串聯(lián)的濾餅與濾布的總壓強(qiáng)降表示過(guò)濾推動(dòng)力，用兩層的阻力之和表示總阻力。

5）過(guò)濾基本方程式υ

V=AL系數(shù)：υ—獲取單位體積濾液所得濾餅體積Ve—當(dāng)量濾液體積，與Le對(duì)應(yīng)的濾液體積若每獲得1m3濾液形成的濾餅體積為vm3，則每獲得Vm3濾液形成的濾餅體積為vVm3不可壓縮濾餅:其中濾餅的壓縮指數(shù)s=0~1，對(duì)于不可壓縮濾餅s=0可壓縮濾餅:r是壓強(qiáng)差的函數(shù)，可表示為——過(guò)濾基本方程式3、恒壓過(guò)濾方程式

υ、r’、與時(shí)間無(wú)關(guān),Ve、A、p常數(shù)與過(guò)濾介質(zhì)阻力相對(duì)應(yīng)的虛擬濾液體積為Ve，假定需要過(guò)濾時(shí)間為θe，此階段實(shí)際獲得濾液V=0，則上式簡(jiǎn)化為積分限：時(shí)間0～θe，體積：0～Ve（1）在有效過(guò)濾階段，Ve、θe為常數(shù)，積分積分限：時(shí)間θe～θe＋θ，體積：Ve～Ve＋V（1）和（2）相加得——恒壓過(guò)濾方程式，表明恒壓過(guò)濾時(shí)濾液體積與過(guò)濾時(shí)間的關(guān)系為一拋物線。（2）總結(jié)：恒壓過(guò)濾方程式以絕對(duì)濾液量為基準(zhǔn)以相對(duì)濾液量為基準(zhǔn)(V+Ve)2=KA2(θ＋θe)V2+2VeV

=KA2θVe2=KA2θe(q+qe)2=K(θ＋θe)q2+2qeq

=Kθqe2=Kθe過(guò)濾介質(zhì)阻力忽略V2=KA2θq2=KθK—過(guò)濾常數(shù)，由物料特性和過(guò)濾壓強(qiáng)差決定；qe、θe—介質(zhì)常數(shù)，反映過(guò)濾介質(zhì)阻力的大小4、恒速過(guò)濾方程式

恒速過(guò)濾時(shí)，V（或q）與θ的關(guān)系是通過(guò)原點(diǎn)的直線。對(duì)于不可壓縮濾餅對(duì)于不可壓縮濾餅進(jìn)行恒速過(guò)濾時(shí)，其操作壓強(qiáng)差隨過(guò)濾時(shí)間成直線增高。因此，可采用先恒速后恒壓的復(fù)合式操作。原理一過(guò)濾方程同除以Kq/q~q作圖，直線斜率=1/K，截距=2qe/K恒壓過(guò)濾下連續(xù)測(cè)定，q5、過(guò)濾常數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定

（1）恒壓下K、qe、θ

e的測(cè)定

對(duì)過(guò)濾方程進(jìn)行微分微分用增量代替連續(xù)測(cè)定，q算出一系列及對(duì)應(yīng)q/q~q作圖，直線斜率=2/K，截距=2qe/K原理二（2）壓縮性指數(shù)s的測(cè)定

原理兩邊取對(duì)數(shù)：對(duì)一定物料k、s為常數(shù)，故此式表明lgK與lg△p為直線關(guān)系，其斜率為(1-s)，截距為lg(2k)。因此在不同壓強(qiáng)差下進(jìn)行恒壓過(guò)濾，測(cè)得對(duì)應(yīng)的K值，即可根據(jù)上式通過(guò)作圖法或最小二乘法求出s。（1）恒壓過(guò)濾時(shí)，濾漿溫度降低，則濾液粘度

，過(guò)濾速率

。

（2）恒壓過(guò)濾操作，一個(gè)周期中，過(guò)濾時(shí)間為τ，獲濾液量為V，現(xiàn)將過(guò)濾壓差增加一倍，其他條件不變，則過(guò)濾時(shí)間變?yōu)?/p>

。（設(shè)濾餅不可壓縮且介質(zhì)阻力不計(jì)）

課堂練習(xí)（4）已知q為單位過(guò)濾面積所得濾液體積V/S，qe為Ve/S，Ve為過(guò)濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液體積（濾液體積為Ve時(shí)所形成的濾餅層的阻力等于過(guò)濾介質(zhì)的阻力），在恒壓過(guò)濾時(shí)，測(cè)得，過(guò)濾常數(shù)K＝

，qe=

。（3）在恒壓過(guò)濾時(shí)，如過(guò)濾介質(zhì)的阻力忽略不計(jì)，且面積恒定，則所得的濾液量與過(guò)濾時(shí)間的

次方成正比，而對(duì)一定的濾液量則需要的過(guò)濾時(shí)間與過(guò)濾面積的

次方成

比。【例】用過(guò)濾面積為0.04m2的小型板框壓濾機(jī)恒壓過(guò)濾含固體10%（質(zhì)量％）的濾漿，濾餅不可壓縮，濾餅含水量20%。過(guò)濾時(shí)間分別為0，38.2s，114.4s時(shí)的濾液量分別為0，0.004m3，0.008m3。若在相同條件下處理濾漿10t/h。需要多大的過(guò)濾面積？濾液密度為1000kg/m3。

解：將已知條件代入得解得10噸懸浮液中含液體：10×1000（1-0.1）/1000=9m39m3的液體有一部分滯留在濾餅中，設(shè)滯留在濾餅中的液體x噸計(jì)算得x=0.25t=0.25m3因此，濾液量V為V=9-0.25=8.75m3將恒壓過(guò)濾方程

變形為操作方式壓濾機(jī)吸濾機(jī)離心過(guò)濾機(jī)間歇過(guò)濾機(jī)連續(xù)過(guò)濾機(jī)壓強(qiáng)差3.4.3

過(guò)濾設(shè)備常用：板框過(guò)濾機(jī)、轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)1、板框過(guò)濾機(jī)

最普遍使用的一種過(guò)濾機(jī)由許多塊濾板與濾框交替排列組合而成。主要工作部件:濾板（過(guò)濾板1和洗滌板3）濾框2組裝:1-2-3-2-1-2-3-2-1-2-3-2-1濾布—框的兩側(cè)

過(guò)濾：濾漿由總管入框框內(nèi)形成濾餅濾液穿過(guò)餅和布經(jīng)每板上旋塞排出(明流)或從板流出的濾液匯集于某總管排出(暗流)

洗滌：洗滌液由總管入板濾布濾餅濾布非洗滌板排出工作原理：過(guò)濾過(guò)程洗滌過(guò)程1232112321過(guò)濾階段橫穿洗滌：洗滌面=(1/2)過(guò)濾面積洗水路徑=2倍過(guò)濾終了時(shí)過(guò)濾路徑說(shuō)明:①間歇操作——過(guò)濾、洗滌、卸渣、整理、裝合②主要優(yōu)缺點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、過(guò)濾面積較大、濾餅的含水量少、操作壓強(qiáng)高、適應(yīng)能力強(qiáng)。效率較低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。代號(hào)例：BMS20/635-25B：板框壓濾機(jī)M：明流S：手動(dòng)壓緊20：過(guò)濾面積，㎡635：框內(nèi)邊長(zhǎng)，mm25：框厚，mm洗滌液行程與濾液相同。洗滌面積=過(guò)濾面積置換洗滌：2、加壓葉濾機(jī)葉濾機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：1、過(guò)濾推動(dòng)力大；2、單位地面所容過(guò)濾面積大；3、濾餅洗滌充分；4、勞動(dòng)強(qiáng)度較低，操作環(huán)境較好（密閉空間）。

缺點(diǎn)：構(gòu)造復(fù)雜，造價(jià)較高。

適用場(chǎng)合：固體含量少,需要產(chǎn)品主要是液體。3、轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理②當(dāng)位于水噴頭下，對(duì)應(yīng)濾餅、濾布—對(duì)應(yīng)管—

轉(zhuǎn)動(dòng)盤孔——凹槽1—洗水真空管—洗水通道—洗滌③吹氣管—凹槽3—轉(zhuǎn)動(dòng)盤孔—

對(duì)應(yīng)管—濾布—濾餅

—壓縮空氣通道—吹松④遇到刮刀

—卸渣⑤兩凹槽之間的空白處：沒(méi)有通道

——停工—兩區(qū)不致串通

工作過(guò)程①當(dāng)浸入濾漿中時(shí)，對(duì)應(yīng)濾布—對(duì)應(yīng)管—轉(zhuǎn)動(dòng)盤孔—凹槽2—濾液真空管—濾液通道—過(guò)濾優(yōu)點(diǎn)：能連續(xù)自動(dòng)操作，節(jié)省人力，生產(chǎn)能力大，適用于處理大而容易過(guò)濾的料漿。缺點(diǎn)：附屬設(shè)備較多，投資費(fèi)用高，過(guò)濾面積不大。過(guò)濾推動(dòng)力有限，不能過(guò)濾高溫的懸浮液，洗滌不充分。

3.4.4過(guò)濾計(jì)算

1、間歇過(guò)濾機(jī)的計(jì)算

1）操作周期與生產(chǎn)能力

操作周期總時(shí)間總時(shí)間過(guò)濾時(shí)間洗滌時(shí)間卸渣、清理、裝合設(shè)計(jì)和操作計(jì)算要基于C生產(chǎn)能力：一個(gè)操作周期中，單位時(shí)間(以小時(shí)計(jì))內(nèi)得到的濾液或?yàn)V餅體積已知K，qe，由過(guò)濾方程，F(xiàn)VFQ

2）洗滌速率和洗滌時(shí)間洗滌速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)濾餅層的洗滌液體積。影響洗滌速率的因素可根據(jù)過(guò)濾基本方程式來(lái)分析。m3濾液/hm3濾餅/h(1)葉濾機(jī)的洗滌速率和洗滌時(shí)間——置換洗滌洗滌速率恒定濾餅厚度不變假定：洗滌液與濾液相同；洗滌p與過(guò)濾時(shí)相同(2)板框壓濾機(jī)的洗滌速度和洗滌時(shí)間——橫穿洗滌洗滌時(shí)間2、連續(xù)過(guò)濾機(jī)的計(jì)算1）操作周期與過(guò)濾時(shí)間

轉(zhuǎn)筒過(guò)濾機(jī)，每分n周，則C=60/n—每圈用時(shí)轉(zhuǎn)筒表面浸入分?jǐn)?shù)：一個(gè)周期中任何部分表面經(jīng)歷過(guò)濾時(shí)間

2）生產(chǎn)能力當(dāng)濾布阻力可以忽略恒壓過(guò)濾方程轉(zhuǎn)筒每轉(zhuǎn)一周所得的濾液體積【例】用26個(gè)框的BMS20/635-25板框壓濾機(jī)過(guò)濾每升水含25克顆粒的懸浮液,過(guò)濾壓力為3.39×105Pa時(shí)，測(cè)得過(guò)濾常數(shù)K=1.678×10-4m2/s,qe=0.0217m3/m2。洗滌時(shí)，水溫、壓力與過(guò)濾時(shí)相同，其體積為濾液體積的8％。輔助操作時(shí)間為15min。已知固體密度為2930kg/m3，濕濾餅密度為1930kg/m3。求板框壓濾機(jī)的生產(chǎn)能力。

解：過(guò)濾面積A=(0.635)2×2×26=21m2濾框總?cè)莘e=(0.635)2×0.025×26=0.262m3懸浮液過(guò)濾濕餅Vc濾液V干餅水25g/1L水懸浮液中每升水含25克顆粒濾餅中各量關(guān)系解上述兩個(gè)方程式得代入恒壓過(guò)濾方程式過(guò)濾時(shí)間對(duì)于板框壓濾機(jī)洗滌時(shí)間生產(chǎn)能力【例】有一轉(zhuǎn)筒過(guò)濾機(jī)，轉(zhuǎn)速為2分鐘轉(zhuǎn)一周，生產(chǎn)能力為4m3/h，現(xiàn)將生產(chǎn)能力增大到5m3/h，試問(wèn)轉(zhuǎn)速應(yīng)增大到多少？濾餅厚度為原來(lái)的多少倍？

解：生產(chǎn)能力與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為

濾餅厚l與濾餅體積的關(guān)系第三章小結(jié)要求：1、理解均相混合物與非均相混合物的基本概念2、理解重力沉降與離心沉降的概念以及適用的范圍3、掌握沉降速度（特別是層流區(qū)）的計(jì)算4、掌握降塵室內(nèi)顆粒分離出來(lái)的條件5、理解過(guò)濾操作的基本原理、基本方程式6、掌握恒壓過(guò)濾基本方程式及應(yīng)用7、掌握過(guò)濾常數(shù)的測(cè)定8、掌握過(guò)濾設(shè)備的工作原理及計(jì)算知識(shí)結(jié)構(gòu)圖非均相分離顆粒沉降過(guò)濾重力沉降離心沉降基本理論設(shè)備及過(guò)濾計(jì)算過(guò)濾速率基本方程式恒壓過(guò)濾方程式恒速過(guò)濾方程式間歇過(guò)濾機(jī)的計(jì)算連續(xù)過(guò)濾機(jī)的計(jì)算重力沉降速度強(qiáng)化重力沉降方法能去除的最小顆粒直徑生產(chǎn)能力重力沉降速度u0

層流區(qū)(Stokes區(qū))

強(qiáng)化重力沉降的方法（1）增加顆粒的直徑，