大学课件-化工原理-第3章过滤2

1沉降（单元操作）(1)重力沉降①球形颗粒的自由沉降速度3)(4sstgdu球形颗粒：18)()(2gduStokessst公式：斯托克斯层流区:过渡区:6.0)(27.0:)(epsstgRduAllen公式阿伦湍流区:gduNewdonsst)(74.1)(公式：牛顿小结计算方法：试差法或判据法(避免试差)②非球形颗粒的沉降速度处理方法：可先假定为颗粒球形，然后校正。③不均匀颗粒的沉降速度④影响沉降速度的其它因素◇颗粒浓度对沉降速度的影响◇流体表观物性的影响t沉降时间停留时间tVbLuq由分离条件得：②颗粒分离(沉降)条件③生产能力(可处理的尘气体积流量qV)说明：生产能力由底面积、沉降速度决定，与降尘室高度无关2重力沉降设备(1)降尘室①结构及工作原理3离心沉降(1)离心沉降速度离心沉降速度ur：随颗粒旋转半径r变化rdussr)(4对球形颗粒：sPsrAmru)(2通式：rudussr18)(22或：(2)衡量离心分离性能的指标离心分离因素gaKrCrgugr22KC越大，分离效能越高层流Stokes区18)(22rdussr进气排气出灰口图3-14旋风分离器B4离心沉降设备(1)旋风分离器结构和工作原理(标准型)生产能力的影响因素:气体种类、圆柱筒直径D、进口气速(2)旋风分离器的性能参数◆临界粒径dc：能够分离出的最小颗粒直径。scNuBd9临界粒径：◆分离效率：（1）总效率（2）分级效率%100全部颗粒质量分离出的颗粒质量%100颗粒的总质量直径颗粒质量分离出的直径iiiddiiw分割粒径d50◆旋风分离器的阻力是旋风分离器的经济指标(1)常见旋风分离器的形式1）进口方式切向进口：切向进口方式结构简单，较常用。螺旋面进口：结构复杂，设计制造不方便。蜗壳形进口：结构简单，减小阻力。2）常用型式标准型、CLT/A型、CLP型、扩散式等Lu(a)u(b)(1)床层的简化模型1）床层孔道平行，孔道长度与床层高度成正比；2）孔道内表面积=颗粒的全部外表面积；3）孔道体积等于床层中的空隙体积；5流体通过固定床的流动Lu(a)u(b)虚拟细管的当量直径：润湿周边长度流通截面积44Herd表面积颗粒外孔道内体积空隙孔道)()(4BHar))1((aaB)1(64aedd当量直径：CLl孔道长度：LL)1(a)1(6ad)6(ada22udlpf以1m3床层为基准，(2)流体流过固定床的阻力层流232efduCLp/uu代入：))((PVssuusq164aedd：流体在孔道中流速其中，u)(表观流速：流体空床流速u)32(2dlupf/uuCLl322)1(362afduCLP得：150362C232)1(150afduLPKozenyBlake方程：5.0,适用条件：流体为层流2、湍流范宁公式变形：22udlpef,/uu代入：164aedd,CLl23)1(46afduCLp得：5.346C23)1(75.1afduLpPlummerBurke方程：适用：高度湍流，摩擦系数为常数232)1(150afduLPKozenyBlake方程：湍流5.0,床层空隙率适用条件：流体为层流层流23)1(75.1afduLpPlummerBurke方程：适用：高度湍流，摩擦系数为常数欧根(Ergun)方程将以上两方程叠加得到,优点：适应于各种流型aafduduLp23232)1(75.1)1(150欧根方程的其它形式75.1)1(150132aafudLduP132LduPfafF无量纲数群：aepudR75.1)1(1501epFRf则：2.5.3193，图关系：书PRpepf75.1)1(150132aafudLduP△层流,10)1/(时epR1)1(150ePFRf322')1(uakLpf康采尼方程：△湍流,1000)1/(时epR75.1Ffada用比表面积悬浮液过滤介质滤液图3-32深层过滤清夜过滤介质悬浮液滤饼图3-33滤饼过滤3.6过滤分离物系:液-固非均相混合物（悬浮液）(1)工业过滤方式:深层、滤饼过滤过滤介质架桥现象“架桥”现象(2)过滤介质要求：具有多孔性，足够的机械强度。①丝织物品：棉、麻、合纤、金属网(滤布、滤纸)②多孔性固体介质：多孔塑料③堆积介质：砂、木炭、石棉粉等(3)过滤推动力克服流体流动阻力，提高过滤速度。推动力:重力、离心力、压力差滤饼过滤中，流体→滤饼层(固定床)+过滤介质清夜过滤介质悬浮液滤饼图3-33滤饼过滤(5)助滤剂目的：减小过滤阻力；使用方法：预涂法、预混法(6)过滤过程特点▲服从流体经过固定床的流动规律，▲随过滤进行，床层厚度↑，过滤阻力↑(4)滤饼的压缩性不可压缩滤饼：可压缩滤饼：推动力↑时，ε不变；阻力随厚度↑推动力↑时，ε↓，阻力↑↑。LV,)(滤液悬浮液滤浆,,V滤饼LV,)(空隙中滤液Vs)1(,固体颗粒衡算基准：(1)滤饼中固体颗粒质量=滤浆质量×滤浆中固体颗粒质量分率xxVVVVsLLs)1()1(设：获得单位体积滤液所形成滤饼体积vxxxVVvLsL)1)(1(3.6.2过滤过程的物料衡算VVVsL)1((2)衡算滤饼质量Lss空隙率：用途：测滤饼空隙率ε3.6.3过滤基本方程式(1)过滤速度与过滤速率过滤速率：过滤速度：ddVsm/3AddVusm/计算过滤阻力计算前提：*过滤可归为流体通过固定床的流动*过滤多处于层流区1）滤饼层阻力LpakAddVu1223)1(322)1(akr滤饼比阻：11rLpAddVu过滤速度阻力推动力2）过滤介质(滤布)阻力Le：滤布阻力折成滤饼阻力的折合厚度（当量滤饼厚度）erLpAddVu2)(eLLrpAddV加和：21ppp总推动力：)(eLLr总阻力：3）过滤总阻力(2)过滤的基本方程式滤饼厚度：当量滤饼厚度：AvVLAvVLee)(2eVVrvpAddV)(eLLrpAddVVVv(3)滤饼比阻r及常数k1）滤饼比阻322)1(akr反映：滤饼结构对过滤阻力的影响，大小与滤饼特性常数a、ε有关。r与压差关系不可压缩滤饼:可压缩滤饼：a、ε=常数，则r与Δp无关rp，则时，sprr0r0：单位压差下的滤饼比阻，与Δp无关s：压缩指数不可压缩滤饼s=0可压缩滤饼s≠0(0.2-0.8)esVVpkAddV12过滤基本方程式：vrk01反映物料特性的常数影响因素：滤液性质、滤浆浓度、滤饼性质k与Δp无关2）滤饼常数)(2eVVrvpAddV△计算内容（设计型）已知：生产任务(滤液量V)，选定过滤面积A求：所需过滤时间τ△过滤的操作方式三种方式：恒压过滤：Δp一定，过滤阻力↑，u↓恒速过滤：u一定，则需Δp↑先恒速，后恒压组合操作。明确：过滤过程----非稳态过程VeVpkAddVs123.6.4过滤计算一、恒压过滤过滤基本方程式0120120)(dpkAdpkAdVVVssVe常数常数常数ApkKps12恒压时：或：222KAVVVe)()(22eeKAVV过滤介质：22KAV忽略介质阻力，spkK12过滤常数：sm/2eeKAV22vrps012AVq/令：Kqqqe22恒压时，)()(2eeKqqAVqee/Kqqe20时，eeKqq20时，(2)恒速过滤特点：速度恒定，V均匀，要求Δp↑。常数VeVpkAVddVs12pkAVVVe22恒速：pkqqqe2或：(3)先恒速，后恒压过滤分段计算（注意边界条件）1112)(dpkAdVVVsVVe恒压段积分：)()(2)(121212KAVVVVVe恒压段：)()(2)(11212Kqqqqqe或：112121sepkAVVV恒速段：0120)(dpkAdVVVsVe)()()(11110120ddpkAdVVVdVVeVsVVeV(4)过滤常数的测定测定数据：实验条件：0rsqKee、、、、同种悬浮液，恒定压差、恒定温度Kqqqpe22：对某一压差eqKqKq21作图，为一条直线，qqK1斜率：eqK2截距：eeqK、可求固定压差下的)(2eeKq1、实验测K，qe，τe问题：Δp与过滤常数K的关系22112122pkpkKK2121ppKKspkK12vrps012不可压缩滤饼pK可压缩滤饼：spK1pskpsrKlog)1(2loglog)1(2loglog0作图，为一条直线，pKlglgs1斜率：kvr2lg2lg0截距：不同压差下，测K，做图求s，r0，2、实验测s，r0常数洗涤速率：wddV)(洗涤速率洗涤液用量洗涤时间：)(3-6-5滤饼的洗涤目的：回收滤饼中滤液，或除去滤饼中可溶性杂质方法：恒压洗涤，压差为过滤的最终压差特点：洗涤速率恒定（滤饼厚度不变，阻力恒定）作业:P2311215