1、固定床：流体以较小的流速通过颗粒床层，颗粒保持静止状态。流动情况：流体在床层的空隙中流动；复杂性：孔道的形状、数目、流动状态随机，孔道中流动属层流，但局部出现湍流。处理方法：简化床层，管外流问题管内流问题。,3.5 流体通过固定床的流动,床层阻力：床层中所有颗粒所受曳力之和。,优点：用简化的模型来代替床层内的真实流动，便于用数学方法来处理，然后再通过实验加以校正。,3.5.1 固定床的床层简化模型,1）颗粒床层由许多平行的细管组成，孔道长度与床层高度成正比；2）孔道内表面积之和 = 全部颗粒的外表面积；3）孔道内全部流动空间 = 床层中空隙的体积；,简化模型：,根据模型：,以1m3床层为基准,
2、虚拟细管的当量直径：,L,u,(a),u,(b),实际床层 简化模型,3.5.2 流体流过固定床的阻力(1) 层流,(2) 湍流根据 范宁公式：,适用条件：高度湍流，摩擦系数为常数。,实验数据证明，,(3) 欧根(Ergun)方程将以上两方程叠加得到：,(4) 欧根方程的其它形式,优点：适应于各种流型。, 层流, 湍流,fF与ReP/(1-)的关系,过滤目的：从悬浮液中分离出固体颗粒。 过滤原理：在外力的作用下，悬浮液中的液体通过多孔介质的孔道而固体颗粒被截留下来，从而实现固、液分离。 过滤术语：滤浆：过滤操作所处理的悬浮液过滤介质：所用的多孔物质（过滤介质是织物时，称为滤布)；滤液：通过介质
3、孔道的液体；滤饼（滤渣）：被截留的物质。,3.6 过滤,(1) 工业过滤方式: 深层过滤、滤饼过滤,特点：固体颗粒的沉积发生在较厚的粒状过滤介质内部，过滤介质表面上无颗粒层形成 。,特点：固体颗粒呈饼层状沉积于过滤介质的上游一侧，形成滤饼层 。,适用：处理颗粒含量较高的悬浮液，是化工生产中的主要过滤方式。,适用：悬浮液中颗粒尺寸甚小而且含量甚微的场合。,滤饼过滤中 流体滤饼层(固定床)+过滤介质 过滤后期，滤饼为主要的“过滤介质”。,(2) 过滤介质要求：具有多孔性，足够的机械强度。 丝织物品：棉、麻、合纤、金属网(滤布、滤纸)； 多孔性固体介质：多孔塑料； 堆积介质：砂、木炭、石棉粉等。,(
4、3) 过滤推动力克服流体流动阻力，提高过滤速度。过滤推动力 : 重力、离心力、压力差。化工生产上常用压差作推动力，压差有可调性。,(5) 助滤剂目的：减小过滤阻力；使用方法：预涂法、预混法。 要求：助滤剂应能较好地悬浮于料液中，颗粒大小合适，助滤剂中还不应含有可溶于滤液的物质。如硅藻土。注意：当滤饼是产品时不能使用助滤剂。 (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：,推动力时，不变；阻力随厚度；,可压缩滤饼：推动力时，阻力。,(1) 对所得固体颗粒进行质量衡算 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,
5、设：获得单位体积滤液所形成滤饼体积 v,(2) 对滤饼进行质量衡算,3.6.2 过滤过程的物料衡算,3.6.3 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：,计算前提：* 过滤过程可视为流体通过固定床的流动；* 滤液通过滤布和滤饼的流动多处于层流区。 滤饼层阻力, 过滤介质 (滤布) 阻力Le：滤布阻力折成滤饼阻力的当量厚度。, 过滤总阻力,(2) 过滤的基本方程式,(3) 滤饼比阻 r 及常数 k 滤饼比阻,说明：滤饼结构对过滤阻力的影响，大小与滤饼特性常数 a、有关。,滤饼厚度：,当量滤饼厚度：,r与压差p关系,不可压缩滤饼：a ,=常数，则 r 与p无关,r0：单位压差
6、下的滤饼比阻，与p无关。s ：压缩指数 不可压缩滤饼 s =0；可压缩滤饼 s0 (0.20.8)。,影响因素：滤液性质、滤浆浓度、滤饼性质。,说明：k与p无关。, 滤饼常数 k,可压缩滤饼：,反映物料特性的常数。,计算内容： 设计型、操作型。 过滤的操作方式：恒压过滤：p一定，过滤阻力，u； 恒速过滤： u 一定， 则需p； 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,（1）恒压过滤过滤基本方程式：,(2) 恒速过滤特点：速度恒定，V均匀 ， 要求p 。,(3) 先恒速后恒压过滤分段计算（注意边界条件）,(4) 过滤常数的测定测定数据：实验条件：,同种悬浮液，
7、恒定压差、恒定温度。, 实验测定 K 、 qe、e,p 与过滤常数 K 的关系：,不可压缩滤饼：,根据定义：,可压缩滤饼：,不同压差下，测K，做图求 s，r0。, 实验测定 s ， r0,3.6.5 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）计算的内容：使用一定量洗涤液时所需要的洗涤时间 。,洗涤液用量：取决于对滤渣的质量要求或滤液的回收要求； 洗涤速率 ：与洗涤液的性质及洗涤方法有关，后者又与所用的过滤设备结构有关 。,3.6.6 过滤机及其生产能力以压力差为推动力：板框式压滤机（间歇操作）；叶滤
8、机（间歇操作）；回转真空过滤机（连续操作）。以离心力为推动力：离心过滤机。,(1) 板框式压滤机 结构和工作原理 滤框、滤板 洗涤板，非洗涤板。,排列方式：板、框交替，个数可调。,操作周期：组装过滤洗涤卸渣整理。,操作方式：间歇操作,过滤过程：,洗涤过程：,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。, 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。,洗涤时间w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。,洗涤方法：横穿洗涤法,速率间关系：,最终过滤速率：, 最佳过滤周期最佳：安排操作周期，使
9、生产能力最大。,时，过滤机生产能力最大, 叶滤机的生产能力,(2) 叶滤机 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, 最佳操作周期,(3) 回转真空过滤机 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。,回转真空过滤机操作简图,回转真空过滤机的分配头,转动盘,固定盘,1、2与滤液储槽相同的槽；3与洗液相通的槽； 4、5通压缩空气的孔,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）, 生产能力 Vh,生产周期：,过滤时间：,过滤基本方
10、程式：,n： 0.1-3 rpm，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, 预涂层转鼓真空过滤机 普通回转真空过滤机的改进型式 优点：滤饼层很薄，过滤速度较高，滤饼可卸得很干净 ； 适用：一些粒度小、易受压变形，且渗透性很差的固体颗粒形成的悬浮液。, 真空式带式过滤机,特点：滤饼薄，过滤速度大，可用于颗粒小、可压缩性滤饼的过滤，卸饼快且干净，辅助时间较短。 适用：有色冶金、化工、制药、磷酸工业和环境保护。,1预涂层加料槽 2配料罐 3悬浮液 4密封罩 5滤饼 6真空室, 可变容积过滤机可变容积过滤机的结构类似于板框压滤机，但其滤板用钢材
11、加强的硬橡皮制成，因厚度小，使过滤空间增大。,（a）,（b）,（a）过滤,1料液 2滤饼 3滤液 4滤布 5橡皮膜,（b）压缩脱水,1被压缩滤饼 2钢板 3压缩空气, 管式压滤机 管式压滤机由一根或多根钻孔管组成，这些管由支撑板支撑排列在受压的筒体容器内，有卧式和立式两种类型。,优点：更换过滤介质容易，过滤周期可根据需要调节，滤饼损失量小，滤液在壳内容易排净，得到的滤饼含湿量小且维修方便。 缺点：更换介质等需人工操作，密度大的颗粒可能沉积在封头与管板组成的加料室内。 适用：小型工厂和中试场合，过滤较细颗粒物料。,卧式,立式, 带式压榨过滤机,脱水过程：重力过滤区、楔形挤压区、挤压压榨区挤压区段
12、是该机的主要脱水区,1加料；2重力区；3上带调偏；4下带张紧；5上带张紧；6楔行区；7下带调偏听偏；8卸料；9压力区,3.6.7 离心过滤(1) 工作原理过滤推动力：离心力；离心机分类：常速、高速、超速离心机。(2) 离心过滤计算,作用在薄圆筒形液体上的离心力为：,由此产生的径向压力差为：,颗粒在旋转流体中的运动,则积分基本方程式有：,(3) 离心过滤机型式及操作,若滤饼厚度相对转鼓半径可忽略不计，则过滤面积可视为常数， 令,忽略介质阻力, 离心过滤的基本方程式为：, 三足式离心机,优点：构造简单、运转周期灵活； 缺点：卸料时劳动条件差、检修不方便； 适用：小批量物料处理，各种盐类结晶的过滤和脱水。,1底盘；2支柱；3缓冲弹簧；4摆杆；5鼓壁；6转鼓底；7拦液板；8机盖；9主轴；10轴承座；11制动吕手柄；12外壳；13电动机；14制动轮；15滤液出口, 刮刀卸料式离心机,优点：连续运转、生产能力大、劳动条件好； 适用：直径在0.1mm以上的颗粒的过滤； 不适用：细、粘颗粒的过滤，必须保持晶粒完整的物料的过滤。, 活塞往复式卸料离心机,适用：颗粒直径较大（0.15mm)、浓度大（30%)的滤浆食盐、硫酸铵、尿素等的生产中。,1原料液 2洗涤液 3脱液固体 4洗出液 5滤液,作业: P232 15 18 20,
