化工原理(上)第三章2

沉降速度的计算1试差法假设沉降属于某一流型计算出Ut检验Ret是否满足条件不一致一致问题得解按算出的Ret重选流型一、概述过滤：在推动力的作用下，使混合物流体通过多孔过滤介质，固体颗粒被过滤介质截留，从而实现的固体与流体分离的操作。通常将原悬浮液称为滤浆，滤浆中的固体颗粒称为滤渣，过滤时积聚在过滤介质上的滤渣层称为滤饼，通过过滤介质的液体称为滤液。滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤操作示意图任务2.4过滤分离原理及方法用1、过滤方式滤饼过滤：悬浮液中的颗粒沉积在过滤介质表面形成滤饼层，滤液穿过滤饼层中的空隙流动叫做滤饼过滤。深层过滤：固体颗粒不形成滤饼，而是沉积在过滤介质内部叫做深层过滤。用于去除直径小于5μm的细小颗粒,滤介质要定期更换或清洗再生。2、过滤介质定义：过滤操作中使流体透过而截留固体的可渗透材料，是过滤设备的核心，过滤过程的关键。过滤介质的作用是支撑滤饼，故除有孔隙外，还应具有足够的机械强度及尽可能小的阻力。工业上常用的过滤介质有：深层过滤：均质的固体颗粒，如砂粒、无烟煤、活性炭、由纤维制成的深层多空介质及素烧磁芯等。滤饼过滤：筛网或织物介质，如编制金属网、滤布等。多孔性固体介质多孔性陶瓷板多孔性塑料板多孔性金属陶瓷板或管（由金属粉末烧结而成）特点：能截流小到1——3μm的固体微粒。堆积介质由颗粒状的细沙、石、炭屑等堆积而成的颗粒床层非编织纤维玻璃棉等的堆积层特点：用于处理含固体微粒少的悬浮液，如水的净化。选择过滤介质时应考虑的问题悬浮液中固体微粒的含量及粒度介质所能承受的温度及其化学稳定性、机械强度等优质的过滤介质所应具备的特点滤液清洁，固相损失量小滤饼容易卸除过滤时间短过滤介质不致因突然地或逐渐地堵塞而破坏过滤介质再生容易3、滤饼的压缩性和助滤剂1）可压缩滤饼：由刚性颗粒形成的滤饼，在过滤过程中颗粒形状和颗粒间的空隙率保持不变。2）不可压缩滤饼：由非刚性颗粒形成的滤饼，在压强差作用下会变形。3）助滤剂：是某种质地坚硬而能形成疏松床层的固体微粒使用原因：在过滤某些细微而有粘性的微粒时，很容易形成致密的滤饼层，使流体阻力很大；也有时因微粒过于细密而将过滤介质通道堵塞。要求：刚性颗粒；良好的物理、化学稳定性；不可压缩性、物美价廉。常用：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。使用：可预涂，也可以混入待滤的滤浆中一起过滤。常用助滤剂硅藻土：使用最广，其形成的滤饼空隙率可达85﹪珠光粉碳粉纤维粉末石棉使用场合：只需要获得清净的滤液，滤饼则作为废料与助滤剂一起卸除。用量：助滤剂用量一般是滤饼的1——10﹪。4、过滤推动力过滤推动力是指滤饼和过滤介质两侧的压力差。此压力差可以是重力、离心力或人为压差。增加过滤推动力的方法有：1、增加悬浮液本身的液柱压力，一般不超过50KN/m2，称为重力过滤。2、增加悬浮液液面的压力，一般可达500KN/m2称为加压过滤。3、在过滤介质下面抽真空，通常不超过真空度86.6KN/m2，称为真空过滤。此外，过滤推动力还可以用离心力来增大，称为离心过滤。5、过滤阻力过滤操作刚开始时，阻力只是过滤介质的阻力随着过滤过程的进行，阻力为过滤介质阻力与滤渣阻力之和当滤饼层沉积到相当厚度时，过滤介质阻力可忽略当滤饼增厚到阻力太大时，应将滤饼除去再过滤滤饼微粒，则阻力6、过滤基本参数处理量：通常用悬浮液体积Vs、滤液体积V或滤饼体积Vc表示。（m3）生产能力:以m3滤液/h表示。生产率G：单位过滤面积单位时间内过滤出的干固体质量，kg干固体/(m2s)。过滤面积A：允许滤液通过的过滤介质总面积。m2悬浮液固相浓度c：单位体积悬浮液中固体颗粒的总体积。体积百分数表示，是选择过滤设备的重要参数。滤饼含液量w：滤饼中所含液体的质量分数。滤饼与滤液的体积比υ：获得单位体积滤液同时形成的滤饼体积。m3滤饼/m3滤液(VS=V(1+υ))过滤速率dV/dt：单位时间获得的滤液体积，m3滤液/s过滤速度dV/Adt：单位时间单位过滤面积上获得的滤液体积。m3滤液/(m2s)6.滤饼的洗涤滤饼的颗粒间隙中总会残留一定量的滤液，过滤终了，要用洗涤液（一般为清水）进行滤饼的洗涤，以回收滤液或得到较纯净的固体颗粒。洗涤速率取决于洗涤压强差、洗涤液通过的面积及滤饼厚度。例题3-3见书一）过滤基本方程式表述（一）过滤的基本方程流体通过滤渣层的空隙，由于空隙通道直径很小、又弯曲，所以流体流动呈层流。根据层流时损失压力降：将通过滤饼和过滤介质的阻力折合成通过长度为l和le的直径为d0直管阻力。du64Re6422udllpef2)(32dullpef二、恒压过滤将式中局部阻力折合为当量长度的直管阻力及当量直径做如下简化：1、AA:O过滤面积自由截面积滤饼的空隙率Ao：滤饼空隙的平均流通截面积（自由截面积）；A：过滤面积对一定颗粒构成的不可压缩滤饼，为定值。2、滤液流过滤饼的瞬间平均速度等于瞬间过滤速度与平均流通截面积之商，即：dtAdVdtAdVuo3、将滤液通过滤饼看做以速度u通过许多平均直径为d0、长度为滤饼厚度L的并联小管。流体阻力可折合为长度为L、直径为d0的直管阻力。20)(32duLLpef过滤压降可表示为4、将通过过滤介质的流动阻力也折合为相当于流速为u流过厚度为L、直径为Le的滤饼的阻力，Le称为过流介质的当量滤饼厚度。dtAdVdtAdVuo)(3220efllpddtAdV)(3220efLLpdAdtdV2032dr滤饼的比阻滤饼结构越紧密、空隙越小，ε越小，通道越曲折，r越大，过滤越困难。)(efLLrpAdtdV根据滤饼与滤液体积比v的定义：υV=ALL=υV/ALe=υVe/A过滤的基本方程根据过滤速度定义，整理得：适用于不可压缩滤饼）()(2efVVvrpAdtdV△pf：过滤压差；υ：滤饼与滤液体积比；V：生成厚度为L的滤饼获得的滤液量；Ve：过滤介质的当量滤液体积。）饼之间，对于不可压缩滤－般在为滤饼的压缩指数（一为单位压差下的比阻式中01000ssrprrs过滤的基本方程表示：任一瞬时的过滤速率与物系性质、当时压力差、该时刻以前的累积滤液量之间的关系。过滤的基本方程是微分方程式，计算时，要根据不同的操作条件进行积分。过滤操作方式恒压过滤（变速率）开始阶段，恒速率；压力升至最大后恒压恒速率（变压差）（二）恒压过滤方程恒压过滤时，△pf保持恒定，由于滤渣不断增厚，过滤阻力逐渐增大。过滤基本方程两端分离变量积分：tfVedtvrpAdVVV020)(tAvrpVVVfe2222vrPKf2令V2+2VeV=KA2t（衡压过滤方程）AVq令液量）（单位面积上过滤的滤AVqeeq2+2qeq=Kt（衡压过滤方程）)(22eVVKAdtdVKtqtKAV222或衡压过滤方程简化为：介质阻力时，当滤饼阻力远大于过滤（三）过滤常数K、Ve、qe的测定根据恒压过滤方程，测两个时间t1、t2的滤液体积V1、V2，联立方程组即可估算其值。V12+2VeV1=KA2t1V22+2VeV2=KA2t2K、VeAVqee实验室测定过滤常数q2+2qeq=Kt两边同时除以qK得t/q=q/K+2qe/K，即y=x/k+2qe/ktVq=V/At/q横坐标纵坐标斜率为1/K，截距为2qe/K,采用作图法可求出K和qe以压力差为推动力：如板框压滤机、叶滤机、回转真空过滤机等；以离心力为推动力：如各种离心机。五、过滤设备及过滤计算过滤设备25/341、板框过滤机五、过滤设备及过滤计算滤框、滤板非洗板洗板结构：洗板板框压滤机框非洗板洗板一个操作循环：过滤、洗涤、卸渣、整理重装滤液流出悬浮液入口1060块不等，过滤面积约为280m2洗涤液流出洗涤液入口属间歇式特点：横穿洗涤：Lw=2L26/34DwVVVt板框悬浮液入口1、板框过滤机五、过滤设备及过滤计算辅助时间洗涤时间过滤时间操作周期Dw生产能力：操作周期：单位时间内获得的滤液量或滤饼量。222KAVVVe其中：2)(8KAVVVddVVe洗涤经过的滤饼厚度为过滤时的两倍，流通面积却是过滤面积的一半。若洗液与滤液性质相同，则在同样的压强差下，洗涤速率约为过滤终了时的过滤速率的1/4.板框压滤机优点：结构简单，过滤面积大而占地小，过滤压力高，便于用耐腐蚀材料制造，操作灵活，过滤面积可根据生产任务调节。缺点：间歇操作，劳动强度大，生产效率低。例题3-628/34置换洗涤：Lw=L属连续式过滤、洗涤、吹松、刮渣2、转鼓真空过滤机五、过滤设备及过滤计算转筒---筒的侧壁上覆盖有金属网，长、径之比约为1/22，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3040%转速为0.1至23（转/分）特点：回转真空过滤机上的转筒过滤区洗涤区吹干区卸渣区Tn1操作周期)(60snt)/)(60(606032hmqqnKnAnAqVteeKtqqqe22其中：设转筒浸入面积占全部转筒面积的分率为浸没分数五、过滤设备及过滤计算过滤时间：操作周期：nKAV22若介质阻力忽略不计，则转鼓每分钟转数为neeqqKtq2生产能力回转真空过滤机上的转筒过滤区洗涤区吹干区卸渣区nBnKAVt6060五、过滤设备及过滤计算Vtn生产能力转速浸没度,可见：但这类方法受到一定的限制3、过滤离心机五、过滤设备及过滤计算离心过滤机分为立式和卧式两种。离心过滤机是一种利用物料在转鼓表面受到的离心力的分力进行过滤的全自动过滤机。离心过滤机生产能力大、适应范围广，适用于分离固相颗粒＞0.05mm的易过滤悬浮液。对悬浮液浓度变化适应性强，脱水和洗涤效果好，生产能力大，但不易保持晶粒的完整。