大学课件-化工原理-第3章过滤3

3过滤（1）基本概念：①工业过滤方式:深层、滤饼过滤②过滤介质要求：具有多孔性，足够的机械强度。③过滤推动力重力、离心力、压力差④滤饼的压缩性⑤助滤剂（2）过滤过程的物料衡算①获得单位体积滤液所形成滤饼体积vxxxVVvLsL)1)(1(Lss②空隙率(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/esVVpkAddV12（2）过滤基本方程式（3）关于k，r和svrk01①滤饼常数※k与Δp无关②滤饼比阻322)1(akr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0③压缩指数不可压缩滤饼s=0可压缩滤饼s≠0(0.2-0.8)△计算内容设计型、操作型△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3.6.4过滤计算恒压过滤方程式：过滤介质：22KAV忽略介质阻力spkK12过滤常数：sm/2222KAVVVe)()(22eeKAVVeeKAV22vrps012（1）恒压过滤VeVpkAddVs12AVqee/Kq2忽略介质阻力，eeKq2AVq/令：Kqqqe22恒压时，)()(2eeKqq(2)恒速过滤特点：速度恒定，V均匀，要求Δp↑。常数VeVpkAVddVs12sepkAVVV122恒速：sepkqqq12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(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恒定：eqKqKq21变形：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根据定义：可压缩滤饼：spK1psrKlog)1(2loglog0作图，为一条直线，pKlglgs1斜率：vr02lg截距：不同压差下，测K，做图求s，r0，②实验测定s，r0spkK12vrps012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）3.6.6过滤机及其生产能力过滤机分类：压力差：板框式压滤机（间歇操作）叶滤机（间歇操作）回转真空过滤机（连续操作）离心力：离心过滤机(1)板框式压滤机①结构和工作原理滤框、滤板---洗涤板，非洗涤板料液通道2钮1钮3钮洗涤液通道洗涤板框非洗涤板排列方式：板、框交替，个数可调。操作方式：间歇操作操作周期：装合→过滤→洗涤→卸渣→整理过滤滤液滤浆洗涤洗液废洗液优点：操作灵活，过滤面积大，可承受较大压力；缺点：劳动强度大，操作不连续，生产效率低。4悬浮液入口3126滤液流出（A）过滤阶段1-板；2-框；3-滤布；4-悬浮液入口5-滤饼；6-滤液流出5洗水入口4213876洗水流出关（B)洗涤阶段1-非洗涤板；2-洗涤板；3-框；4-滤布；5-洗水入口；6-滤饼；7-阀门；8-洗水流出②板框过滤机的生产能力生产能力：一个周期内，单位时间可获得滤液量DwhVV辅助时间洗涤时间过滤时间一个生产周期▲过滤时间τ的计算222KAVVVe恒压时，)()(22eeKAVV)(2)()(212EEsEVVKAVVPkAddV洗涤L过滤L滤液穿过滤饼厚度L/2L流通截面2A(A框面积)A推动力过滤终了Δp洗涤Δp速率EddVwddV▲洗涤时间τw的计算洗涤条件：洗涤压差=过滤最终压差洗涤时，滤饼厚度不变洗涤液粘度与滤液相近采用方法：横穿洗涤法速率间关系EwddVddV)(41)(洗涤速率最终过滤速率EwddVddV)(41)()(2)(2eEVVKAddV)(81)(2ewVVKAddV洗涤速率：VVaWw令：22)(8)(KAVVVaddVVe洗涤时间：时，0eV③最佳过滤周期最佳：安排操作周期，使生产能力最大。DewehKAVVVaKAVVVVV2222)(8222)81(KAVawD时，0eVDw最佳生产周期：dVh/dV=0时，过滤机生产能力最大42531图3-40滤叶的构造1-空框;2-金属网;3-滤布;4-顶盖;5-滤饼(2)叶滤机①结构和工作原理主要部件：机壳，滤叶操作方式：间歇操作操作周期：过滤→洗涤→卸渣洗涤方式：置换法时，0eVwwa2②叶滤机的生产能力DwhVV)(2)()(2eEwVVKAddVddV22)(2KAVVVaeww洗涤时间：③最佳操作周期22)21(KAVawD洗涤时间：时，0eVDw最佳生产周期：(3)回转真空过滤机①结构和工作原理主要部件：水平转筒、分配头操作方式：恒压、连续操作操作周期(旋转一周)：过滤→洗涤→吸干→吹松→卸渣123451,2与滤液贮罐相通的槽；3与洗液贮罐相通的槽；4,5通压缩空气的孔回转真空过滤机的分配头卸渣区洗涤脱水区过滤区1234561-转筒；2-分配头；3-洗涤水喷嘴4-刮刀；5-悬浮液槽；6-抖搅器回转真空过滤机操作简图卸渣区洗涤脱水区过滤区1234561-转筒；2-分配头；3-洗涤水喷嘴4-刮刀；5-悬浮液槽；6-抖搅器回转真空过滤机操作简图设：转筒过滤面积A，一生产周期得滤液量V，转筒浸没分率，转数n（rps）生产周期：过滤时间：过滤基本方程式：nT1nT)()(22eeKAVVeeVKAV)(2一周期滤液量：eVnKAe)(2TVVVDwh②生产能力Vh时，0eVKnAVh3600),,,(KAnfVh影响因素：n：0.1-3rpm，过高，滤饼薄，不易卸料；：过滤面积为转筒总面积的30%-40%为宜。(4)其它过滤设备自学])([360036002eehnVnnKAnVV生产能力：3.6.7离心过滤(1)工作原理过滤推动力：离心力(2)离心过滤的计算忽略介质阻力,离心过滤的基本方程式为:rvVpAddV2若滤饼厚度相对转鼓半径可忽略不计,过滤面积可视为常数rvRRK)(21222令：22AKV(3)离心过滤机型式及操作(自学)LmLmfLL（a)(b)(c)(d)(e)气体或液体（低速）气体或液体液体气体气体或液体（高速）图3-30不同流速下床层状态的变化：（a）固定床（b）流化开始（c）散式流化床（d）聚式流化床（e）水力或气力输送3.7.1床层的流态化过程三个阶段：固定床、流化床、颗粒输送3.7固体流态化及气力输送(1)固定床阶段颗粒静止（流体空床流速小，颗粒受曳力小）床层高度、空隙率，均保持不变，阻力服从欧根方程(）fpu,(2)流化床(沸腾床)阶段空床流速↑，颗粒受曳力↑，把颗粒托起；问题：1）如何由固定床达到流化态临界流化状态：最小流化速度tmfuuuumfmfL，空隙率为床层增高为2）如何保持流化态，空隙率时，床层高度mfuutuuu同时孔道中流速不变：空床流速一定时，有一个稳定的床层上界面。流化床层阻力=单位面积床层中颗粒的总重力，因此流化床阶段，床层压降基本恒定。(3)颗粒（气力或液力）输送当u=ut时，颗粒被带走。带出速度：颗粒被吹出的临界速度。3.7.2流化床类似液体的特性(1）密度比床层密度小的物体能浮在床层的上面;(2）床层倾斜，床层表面仍能保持水平；(3）床层中任意两截面间的压差可用静力学关系式表示（△p=ρgL,）；(4）有流动性，颗粒能像液体一样从器壁小孔流出(5）联通两个高度不同的床层时，床层能自动调整平衡12351020304050100水力或气力输送流化床固定床斜率=1umfu1aa'夹带开始△P,mmH2O△P=mg/Ae空气流速u，cm/s图3-31流化床阻力损失与流速的关系——由空气、沙粒进行实验测得；图中a,b,c,d,e与图3-30相对应c,db3.7.3流体通过流化床的阻力固定床阶段，阻力服从欧根方程，如图中a段流化床阶段，床层压降基本恒定。如图中cd段3.7.5流化床的流化类型与不正常现象(1)散式流化:液-固系统常见，颗粒分散均匀，混合程度高(2)聚式流化:气-固系统常见，分散程度不大(3)腾涌(4)沟流现象LmLmfLL（a)(b)(c)(d)(e)气体或液体（低速）气体或液体液体气体气体或液体（高速）图3-30不同流速下床层状态的变化：（a）固定床（b）流化开始（c）散式流化床（d）聚式流化床（e）水力或气力输送3.7.5流化床的操作范围(1)临界流化速度umf临界流化状态：可按固定床计算(2)带出速度ut流化床的带出速度等于颗粒在流体中的沉降速度。计算不均匀颗粒床层的带出速度，用最小颗粒直径。(3)流化床操作范围操作范围较小颗粒较大颗粒tmfuuu6.91/mftuu9/mftuumftuu/流化数：浓相区高度：床层上界面以下的床层高度浓相区高度与操作气速、床层孔隙率间关系书P22411mfmfLL物料衡算得：3.7.6流化床的高度与直径高度=浓相区高度+稀相区高度(1)浓相区浓相区稀相区ukLLmfmf31流动阻力分析得：(2)稀相区高度浓相区上部某一区域，颗粒浓度明显低于浓相区，浓度随高度增加而逐步减少，最终恒定。分离空间：浓相区上界面到稀相区颗粒浓度恒定处的距离，为颗粒减速提供时间。(3)流化床的直径确定好流化床的操作气速后，即可根据气体的处理量确定流化床所需的直径DuVD4V-气体的处理量，u-流化床的实际操作气速，m/s3.7.7气力输送的一般概念气力输送：颗粒被流体从床层带出而与流体一起流动，利用气体进行颗粒输送的过程。主要优点：(1)系统密闭,避免物料飞扬，减少物料损失,改善劳动条件。(2)输送管线受地形与设备布置的限制小。(3)在输送的同时易于进行物料的干燥、加热、冷却等操作。(4)设备紧凑，易于实现过程的连续化与自动化。作业:P2321820