大連理工大學(xué)化工原理課程講義-過(guò)濾.ppt

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1、固定床:流體以較小的流速通過(guò)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(wèn)題管內(nèi)流問(wèn)題。,3.5流體通過(guò)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(guò)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)模型:,以1m3

2、床層為基準(zhǔn),虛擬細(xì)管的當(dāng)量直徑:,L,u,(a),u,(b),實(shí)際床層 簡(jiǎn)化模型,3.5.2 流體流過(guò)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(guò)濾目的:從懸浮液中分離出固體顆粒。 過(guò)濾原理:在外力的作用下,懸浮液中的液體通過(guò)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(guò)濾術(shù)語(yǔ): 濾漿:過(guò)濾操作所處理的懸浮液 過(guò)濾介質(zhì):所用的多孔物質(zhì)(過(guò)濾介質(zhì)是織物時(shí),稱為濾

3、布); 濾液:通過(guò)介質(zhì)孔道的液體; 濾餅(濾渣):被截留的物質(zhì)。,3.6 過(guò)濾,(1) 工業(yè)過(guò)濾方式: 深層過(guò)濾、濾餅過(guò)濾,特點(diǎn):固體顆粒的沉積發(fā)生在較厚的粒狀過(guò)濾介質(zhì)內(nèi)部,過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)濾中 流體濾餅層(固定床)+過(guò)濾介質(zhì) 過(guò)濾后期,濾餅為主要的“過(guò)濾介質(zhì)”。,(2) 過(guò)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、濾紙); 多孔性固體介質(zhì):多孔塑料; 堆積介質(zhì)

4、:砂、木炭、石棉粉等。,(3) 過(guò)濾推動(dòng)力 克服流體流動(dòng)阻力,提高過(guò)濾速度。 過(guò)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(guò)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(guò)濾過(guò)程特點(diǎn) 服從流體經(jīng)過(guò)固定床的流動(dòng)規(guī)律, 隨過(guò)濾進(jìn)行,床層厚度,過(guò)濾阻力。,(4) 濾餅的壓縮性 不可壓縮濾餅:,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

5、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(guò)濾過(guò)程的物料衡算,3.6.3 過(guò)濾基本方程式 (1) 過(guò)濾速度與過(guò)濾速率 過(guò)濾速率: 過(guò)濾速度:,計(jì)算前提:* 過(guò)濾過(guò)程可視為流體通過(guò)固定床的流動(dòng); * 濾液通過(guò)濾布和濾餅的流動(dòng)多處于層流區(qū)。 濾餅層阻力, 過(guò)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(guò)濾總阻力,(2) 過(guò)濾的基本方程式,(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(guò)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

6、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(guò)濾的操作方式: 恒壓過(guò)濾:p一定,過(guò)濾阻力,u; 恒速過(guò)濾: u 一定, 則需p; 先恒速,后恒壓組合操作。 明確:過(guò)濾過(guò)程 非穩(wěn)態(tài)過(guò)程。,3.6.4過(guò)濾計(jì)算,(1)恒壓過(guò)濾 過(guò)濾基本方程式:,(2) 恒速過(guò)濾 特點(diǎn):速度恒定,V均勻 , 要求p 。,(3) 先恒速后恒壓過(guò)濾分段計(jì)算(注意邊界條件

7、),(4) 過(guò)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(guò)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,壓差為過(guò)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(guò)濾設(shè)備結(jié)構(gòu)有關(guān) 。,3.6.

8、6過(guò)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(guò)濾機(jī)(連續(xù)操作)。 以離心力為推動(dòng)力:離心過(guò)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)。,操作周期:組裝過(guò)濾洗滌卸渣整理。,操作方式:間歇操作,過(guò)濾過(guò)程:,洗滌過(guò)程:,優(yōu)點(diǎn):操作靈活,過(guò)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(guò)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(guò)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

9、方法:橫穿洗滌法,速率間關(guān)系:,最終過(guò)濾速率:, 最佳過(guò)濾周期 最佳:安排操作周期,使生產(chǎn)能力最大。,時(shí),過(guò)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:機(jī)殼,濾葉 操作方式:間歇操作 操作周期:過(guò)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(guò)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(guò)濾 洗滌 吸干 吹松 卸渣。,回轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)操作簡(jiǎn)圖,回轉(zhuǎn)真空過(guò)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(guò)濾面積A,一生產(chǎn)周期得濾

10、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(guò)濾時(shí)間:,過(guò)濾基本方程式:,n: 0.1-3 rpm,過(guò)高,濾餅薄,不易卸料; :過(guò)濾面積為轉(zhuǎn)筒總面積的30%- 40% 為宜。 (4) 其它過(guò)濾設(shè)備, 預(yù)涂層轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī) 普通回轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)的改進(jìn)型式 優(yōu)點(diǎn):濾餅層很薄,過(guò)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(guò)濾機(jī),特點(diǎn):濾餅薄,過(guò)濾速度大,可用于顆粒小、可壓縮性濾餅的過(guò)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

11、密封罩 5濾餅 6真空室, 可變?nèi)莘e過(guò)濾機(jī) 可變?nèi)莘e過(guò)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(guò)濾空間增大。,(a),(b),(a)過(guò)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(guò)濾介質(zhì)容易,過(guò)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??赡艹练e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(guò)濾

12、較細(xì)顆粒物料。,臥式,立式, 帶式壓榨過(guò)濾機(jī),脫水過(guò)程:重力過(guò)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(guò)濾 (1) 工作原理 過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)濾面積可視為常數(shù), 令,忽略介質(zhì)阻力, 離心過(guò)濾的基本方程式為:, 三足式離心機(jī),優(yōu)點(diǎn)

13、: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(guò)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(guò)濾; 不適用:細(xì)、粘顆粒的過(guò)濾,必須保持晶粒完整的物料的過(guò)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,

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