大連理工大學(xué)化工原理課程講義-過濾.ppt

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1、固定床：流體以較小的流速通過顆粒床層，顆粒保持靜止?fàn)顟B(tài)。 流動(dòng)情況：流體在床層的空隙中流動(dòng)； 復(fù)雜性：孔道的形狀、數(shù)目、流動(dòng)狀態(tài)隨機(jī)， 孔道中流動(dòng)屬層流，但局部出現(xiàn)湍流。 處理方法：簡(jiǎn)化床層，管外流問題管內(nèi)流問題。,3.5流體通過固定床的流動(dòng),床層阻力：床層中所有顆粒所受曳力之和。,優(yōu)點(diǎn)：用簡(jiǎn)化的模型來(lái)代替床層內(nèi)的真實(shí)流動(dòng)，便于用數(shù)學(xué) 方法來(lái)處理，然后再通過實(shí)驗(yàn)加以校正。,3.5.1 固定床的床層簡(jiǎn)化模型,1）顆粒床層由許多平行的細(xì)管組成，孔道長(zhǎng)度與床層高度成正比； 2）孔道內(nèi)表面積之和 = 全部顆粒的外表面積； 3）孔道內(nèi)全部流動(dòng)空間 = 床層中空隙的體積；,簡(jiǎn)化模型：,根據(jù)

2、模型：,以1m3床層為基準(zhǔn),虛擬細(xì)管的當(dāng)量直徑：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

3、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

4、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,L,,,u,(a),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

5、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,u,(b),,,實(shí)際床層 簡(jiǎn)化模型,3.5.2 流體流過固定床的阻力 (1) 層流,(2) 湍流 根據(jù) 范寧公式：,適用條件：高度湍流，摩擦系數(shù)為常數(shù)。,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，,,(3) 歐根(Ergun)方程 將以上兩方程疊加得到：,(4) 歐根方程的其它形式,優(yōu)點(diǎn)：適應(yīng)于各種流型。,層流,湍流,fF與ReP/(1-)的關(guān)系,過濾目的：從懸浮液中分離出固體顆粒。 過濾原理：在外力的作用下，懸浮液中的液體通過多孔介質(zhì)的 孔道而固體顆粒被截留下來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)固、液分離。 過濾術(shù)語(yǔ)： 濾漿：過濾操作所處理的懸浮液 過濾介質(zhì)：所

6、用的多孔物質(zhì)（過濾介質(zhì)是織物時(shí)，稱為濾布)； 濾液：通過介質(zhì)孔道的液體； 濾餅（濾渣）：被截留的物質(zhì)。,3.6 過濾,(1) 工業(yè)過濾方式: 深層過濾、濾餅過濾,特點(diǎn)：固體顆粒的沉積發(fā)生在較厚的粒狀過濾介質(zhì)內(nèi)部，過濾介質(zhì)表面上無(wú)顆粒層形成 。,特點(diǎn)：固體顆粒呈餅層狀沉積于過濾介質(zhì)的上游一側(cè)，形成濾餅層 。,適用：處理顆粒含量較高的懸浮液，是化工生產(chǎn)中的主要過濾方式。,適用：懸浮液中顆粒尺寸甚小而且含量甚微的場(chǎng)合。,濾餅過濾中 流體濾餅層(固定床)+過濾介質(zhì) 過濾后期，濾餅為主要的“過濾介質(zhì)”。,(2) 過濾介質(zhì) 要求：具有多孔性，足夠的機(jī)械強(qiáng)度。 絲織物品：棉、麻、合纖、金屬網(wǎng)(濾布、

7、濾紙)； 多孔性固體介質(zhì)：多孔塑料； 堆積介質(zhì)：砂、木炭、石棉粉等。,(3) 過濾推動(dòng)力 克服流體流動(dòng)阻力，提高過濾速度。 過濾推動(dòng)力 : 重力、離心力、壓力差。 化工生產(chǎn)上常用壓差作推動(dòng)力，壓差有可調(diào)性。,(5) 助濾劑 目的：減小過濾阻力； 使用方法：預(yù)涂法、預(yù)混法。 要求：助濾劑應(yīng)能較好地懸浮于料液中，顆粒大小合適， 助濾劑中還不應(yīng)含有可溶于濾液的物質(zhì)。如硅藻土。 注意：當(dāng)濾餅是產(chǎn)品時(shí)不能使用助濾劑。 (6) 過濾過程特點(diǎn) 服從流體經(jīng)過固定床的流動(dòng)規(guī)律， 隨過濾進(jìn)行，床層厚度，過濾阻力。,(4) 濾餅的壓縮性 不可壓

8、縮濾餅：,推動(dòng)力時(shí)，不變；阻力隨厚度；,可壓縮濾餅：推動(dòng)力時(shí)，，阻力。,(1) 對(duì)所得固體顆粒進(jìn)行質(zhì)量衡算 濾餅中固體顆粒質(zhì)量=濾漿質(zhì)量濾漿中固體顆粒質(zhì)量分率x,設(shè)：獲得單位體積濾液所形成濾餅體積 v,(2) 對(duì)濾餅進(jìn)行質(zhì)量衡算,3.6.2過濾過程的物料衡算,,,3.6.3 過濾基本方程式 (1) 過濾速度與過濾速率 過濾速率： 過濾速度：,計(jì)算前提：* 過濾過程可視為流體通過固定床的流動(dòng)； * 濾液通過濾布和濾餅的流動(dòng)多處于層流區(qū)。 濾餅層阻力, 過濾介質(zhì) (濾布) 阻力 Le：濾布阻力折成濾餅阻力的當(dāng)量厚度。, 過濾總阻力,(2) 過濾的基本方

9、程式,(3) 濾餅比阻 r 及常數(shù) k 濾餅比阻,說(shuō)明：濾餅結(jié)構(gòu)對(duì)過濾阻力的影響，大小與濾餅特性 常數(shù) a、有關(guān)。,濾餅厚度：,當(dāng)量濾餅厚度：,r與壓差p關(guān)系,不可壓縮濾餅：a ,=常數(shù)，則 r 與p無(wú)關(guān),r0：?jiǎn)挝粔翰钕碌臑V餅比阻，與p無(wú)關(guān)。 s ：壓縮指數(shù) 不可壓縮濾餅 s =0； 可壓縮濾餅 s0 (0.20.8)。,影響因素：濾液性質(zhì)、濾漿濃度、濾餅性質(zhì)。,說(shuō)明：k與p無(wú)關(guān)。, 濾餅常數(shù) k,可壓縮濾餅：,反映物料特性的常數(shù)。,計(jì)算內(nèi)容： 設(shè)計(jì)型、操作型。 過濾的操作方式： 恒壓過濾：p一定，過濾阻力，u； 恒速過濾： u 一定， 則需p；

10、 先恒速，后恒壓組合操作。 明確：過濾過程 非穩(wěn)態(tài)過程。,3.6.4過濾計(jì)算,（1）恒壓過濾 過濾基本方程式：,(2) 恒速過濾 特點(diǎn)：速度恒定，V均勻 ， 要求p 。,(3) 先恒速后恒壓過濾分段計(jì)算（注意邊界條件）,(4) 過濾常數(shù)的測(cè)定 測(cè)定數(shù)據(jù)： 實(shí)驗(yàn)條件：,同種懸浮液，恒定壓差、恒定溫度。,實(shí)驗(yàn)測(cè)定 K 、 qe、e,p 與過濾常數(shù) K 的關(guān)系：,不可壓縮濾餅：,根據(jù)定義：,可壓縮濾餅：,不同壓差下，測(cè)K，做圖求 s，r0。,實(shí)驗(yàn)測(cè)定 s ， r0,3.6.5 濾餅的洗滌 目的：回收濾餅中濾液，或除去濾餅中可溶性雜質(zhì)； 方法：恒壓洗滌，

11、壓差為過濾的最終壓差； 特點(diǎn)：洗滌速率恒定（濾餅厚度不變，阻力恒定） 計(jì)算的內(nèi)容：使用一定量洗滌液時(shí)所需要的洗滌時(shí)間 。,洗滌液用量：取決于對(duì)濾渣的質(zhì)量要求或?yàn)V液的回收要求； 洗滌速率 ：與洗滌液的性質(zhì)及洗滌方法有關(guān)，后者又與所用的 過濾設(shè)備結(jié)構(gòu)有關(guān) 。,3.6.6過濾機(jī)及其生產(chǎn)能力 以壓力差為推動(dòng)力：板框式壓濾機(jī)（間歇操作）； 葉濾機(jī)（間歇操作）； 回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)（連續(xù)操作）。 以離心力為推動(dòng)力：離心過濾機(jī)。,(1) 板框式壓濾機(jī) 結(jié)構(gòu)和工作原理 濾框、濾板 洗滌板，非洗滌板。,排列方式：板、框交替，個(gè)數(shù)可調(diào)

12、。,操作周期：組裝過濾洗滌卸渣整理。,操作方式：間歇操作,過濾過程：,洗滌過程：,優(yōu)點(diǎn)：操作靈活，過濾面積大，可承受較大壓力； 缺點(diǎn)：勞動(dòng)強(qiáng)度大，操作不連續(xù)，生產(chǎn)效率低。,板框過濾機(jī)的生產(chǎn)能力 生產(chǎn)能力：一個(gè)周期內(nèi)，單位時(shí)間可獲得濾液量。,洗滌時(shí)間w的計(jì)算： 洗滌條件：洗滌壓差=過濾最終壓差； 洗滌時(shí)，濾餅厚度不變； 洗滌液粘度與濾液相近。,,,,洗滌方法：橫穿洗滌法,速率間關(guān)系：,最終過濾速率：, 最佳過濾周期 最佳：安排操作周期，使生產(chǎn)能力最大。,時(shí)，過濾機(jī)生產(chǎn)能力最大,,葉濾機(jī)的生產(chǎn)能力,(2) 葉濾機(jī) 結(jié)構(gòu)和工作原理 主要部件：

13、機(jī)殼，濾葉 操作方式：間歇操作 操作周期：過濾 洗滌 卸渣 洗滌方式：置換法,,,最佳操作周期,(3) 回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī) 結(jié)構(gòu)和工作原理 主要部件：水平轉(zhuǎn)筒、分配頭； 操作方式：恒壓、連續(xù)操作； 操作周期 (旋轉(zhuǎn)一周)： 過濾 洗滌 吸干 吹松 卸渣。,回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)操作簡(jiǎn)圖,回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)的分配頭,轉(zhuǎn)動(dòng)盤,固定盤,1、2與濾液儲(chǔ)槽相同的槽；3與洗液相通的槽； 4、5通壓縮空氣的孔,設(shè)：轉(zhuǎn)筒過濾面積A，一生產(chǎn)周期得濾液量V， 轉(zhuǎn)筒浸沒分率，轉(zhuǎn)數(shù) n（rps）, 生產(chǎn)能力 Vh,生產(chǎn)周期：,過濾時(shí)間：,過濾基本方程式：,n： 0.1-3 rpm，過高，濾餅薄

14、，不易卸料； ：過濾面積為轉(zhuǎn)筒總面積的30%- 40% 為宜。 (4) 其它過濾設(shè)備, 預(yù)涂層轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī) 普通回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)的改進(jìn)型式 優(yōu)點(diǎn)：濾餅層很薄，過濾速度較高，濾餅可卸得很干凈 ； 適用：一些粒度小、易受壓變形，且滲透性很差的固體顆粒形成的懸浮液。,真空式帶式過濾機(jī),特點(diǎn)：濾餅薄，過濾速度大，可用于顆粒小、可壓縮性濾餅的過濾，卸餅快且干凈，輔助時(shí)間較短。 適用：有色冶金、化工、制藥、磷酸工業(yè)和環(huán)境保護(hù)。,1預(yù)涂層加料槽 2配料罐 3懸浮液 4密封罩 5濾餅 6真空室, 可變?nèi)莘e過濾機(jī) 可變?nèi)莘e過濾機(jī)的結(jié)構(gòu)類似于板框壓濾機(jī)，但其濾板用鋼 材加強(qiáng)的硬橡皮制成，因厚度小，使過濾空間增大。

15、,（a）,（b）,（a）過濾,1料液 2濾餅 3濾液 4濾布 5橡皮膜,（b）壓縮脫水,1被壓縮濾餅 2鋼板 3壓縮空氣, 管式壓濾機(jī) 管式壓濾機(jī)由一根或多根鉆孔管組成，這些管由支撐板支撐排列在受壓的筒體容器內(nèi)，有臥式和立式兩種類型。,優(yōu)點(diǎn)：更換過濾介質(zhì)容易，過濾周期可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，濾餅損失量小，濾液在殼內(nèi)容易排凈，得到的濾餅含濕量小且維修方便。 缺點(diǎn)：更換介質(zhì)等需人工操作，密度大的顆粒可能沉積在封頭與管板組成的加料室內(nèi)。 適用：小型工廠和中試場(chǎng)合，過濾較細(xì)顆粒物料。,臥式,立式, 帶式壓榨過濾機(jī),脫水過程：重力過濾區(qū)、楔形擠壓區(qū)、擠壓壓榨區(qū) 擠壓區(qū)段是該機(jī)的主要脫水區(qū),1加料；2重力

16、區(qū)；3上帶調(diào)偏；4下帶張緊；5上帶張緊；6楔行區(qū)；7下帶調(diào)偏聽偏；8卸料；9壓力區(qū),3.6.7 離心過濾 (1) 工作原理 過濾推動(dòng)力：離心力； 離心機(jī)分類：常速、高速、超速離心機(jī)。 (2) 離心過濾計(jì)算,作用在薄圓筒形液體上的離心力為：,由此產(chǎn)生的徑向壓力差為：,顆粒在旋轉(zhuǎn)流體中的運(yùn)動(dòng),則積分基本方程式有：,(3) 離心過濾機(jī)型式及操作,若濾餅厚度相對(duì)轉(zhuǎn)鼓半徑可忽略不計(jì)，則過濾面積可視為常數(shù)， 令,忽略介質(zhì)阻力, 離心過濾的基本方程式為：, 三足式離心機(jī),優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)周期靈活； 缺點(diǎn)：卸料時(shí)勞動(dòng)條件差、檢修不方便； 適用：小批量物料處理，各種鹽類結(jié)晶的過濾和脫水。,1底盤；2支柱；3緩沖彈簧；4擺桿；5鼓壁；6轉(zhuǎn)鼓底；7攔液板；8機(jī)蓋；9主軸；10軸承座；11制動(dòng)呂手柄；12外殼；13電動(dòng)機(jī)；14制動(dòng)輪；15濾液出口, 刮刀卸料式離心機(jī),優(yōu)點(diǎn)：連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、生產(chǎn)能力大、勞動(dòng)條件好； 適用：直徑在0.1mm以上的顆粒的過濾； 不適用：細(xì)、粘顆粒的過濾，必須保持晶粒完整的物料的過濾。, 活塞往復(fù)式卸料離心機(jī),適用：顆粒直徑較大（0.15mm)、濃度大（30%)的濾漿 食鹽、硫酸銨、尿素等的生產(chǎn)中。,1原料液 2洗滌液 3脫液固體 4洗出液 5濾液,作業(yè): P232 15 18 20,