页数：63页文件大小：2.89 MB来源： 化工原理ppt课件
本课件讲授流体通过颗粒层的流动，介绍颗粒床层的空隙率、自由截面积与比表面等特性，建立固定床压降的简化模型与数学模型，并系统讲解过滤原理、板框过滤机、叶滤机、转筒过滤机等设备以及过滤过程计算。
4.2颗粒床层的特性（1）床层空隙率ε固定床层中颗粒堆积的疏密程度可用空隙率来表示，其定义如下：ε的大小反映了床层颗粒的紧密程度，ε对流体流动的阻力有极大的影响。
4.2颗粒床层的特性（2）床层自由截面积分率A。空降率与床层自由截面积分率之间有何关系？假设床层颗粒是均匀堆积（即认为床层是各向同性的)。想象用力从床层四周往中间均匀压紧，把颗粒都压到中间直径为长为L的圆柱中（圆柱内设有空隙）。所以对颗粒均匀堆积的床层(各向同性床层），在数值上
4.2颗粒床层的特性(3)床层比表面颗粒比表面取的床层考虑，，所以*此式是近似的，在忽略床层中固颗粒相互接触而彼此覆盖使裸露的颗粒表面积减少时成立。
4.3.1颗粒床层的简化模型（2）流体压降的数学模型流体流过圆管的阻力损失数学描述：体积流量所以
4.3.1颗粒床层的简化模型
4.4.1过滤原理
4.4.2.1板框过滤机板和框的结构如图所示。悬浮液从框右上角的通道1（位于框内）进入滤框，固体颗粒被截留在框内形成滤饼，滤液穿过滤饼和滤布到达两侧的板，经板面从板的左下角旋塞排出。待框内充满滤饼，即停止过滤。如果滤饼需要洗涤，先关闭洗涤板下方的旋塞，洗液从洗板左上角的通道2（位于框内）进入，依次穿过滤布、滤饼、滤布，到达非洗涤板，从其下角的旋塞排出。
板框过滤机
板框过滤机
（2）主要优缺点板框压滤机构造简单，过滤面积大而占地省，过滤压力高，便于用耐腐蚀材料制造，操作灵活，过滤面积可根据产生任务调节。主要缺点是间歇操作，劳动强度大，产生效率低。
4.4.2.2叶滤机（1）结构与工作原理：叶滤机由许多滤叶组成。滤叶是由金属多孔板或多孔网制造的扁平框架，内有空间，外包滤布，将滤叶装在密闭的机壳内，为滤浆所浸没。滤浆中的液体在压力作用下穿过滤布进入滤叶内部，成为滤液后从其一端排出。过滤完毕，机壳内改充清水，使水循着与滤液相同的路径通过滤饼进行洗涤，故为置换洗涤。最后，滤饼可用振动器使其脱落，或用压缩空气将其吹下。滤叶可以水平放置也可以垂直放置，滤浆可用泵压入也可用真空泵抽入。
叶滤机
（2）主要优缺点：叶滤机也是间歇操作设备。它具有过滤推动力大，过滤面积大，滤饼洗涤较充分等优点。其产生能力比压滤机还大，而且机械化程度高，劳动力较省。缺点是构造较为复杂，造价较高，粒度差别较大的颗粒可能分别聚集于不同的高度，故洗涤不均匀。
转筒过滤机
（1）结构与工作原理设备的主体是一个转动的水平圆筒，其表面有一层金属网作为支承，网的外围覆盖滤布，筒的下部浸入滤浆中。圆筒沿径向被分割成若干扇形格，每格都有管与位于筒中心的分配头相连。凭借分配头的作用，这些孔道依次分别与真空管和压缩空气管相连通，从而使相应的转筒表面部位分别处于被抽吸或吹送的状态。这样，在圆筒旋转一周的过程中，每个扇形表面可依次顺序进行过滤、洗涤、吸干、吹松、卸渣等操作。
转筒过滤
厢式压滤机
厢式压滤机仅由滤板组成，外表与板框压滤机相似。每块滤板凹进的两个表面与另外的滤板压紧后组成过滤室。料浆通过中心空加入，滤液在下角排出，带有中心孔的滤布覆盖在滤板上，滤布的中心加料孔部位压紧在两壁面上或把两壁面的滤布用编织管缝合。图4-14为厢式压滤饼机的示意图。
回转真空过滤机
在水平安装的中空转鼓表面上覆以滤布，转鼓下部浸入盛有悬浮液的滤槽中并以的转速转动。转鼓内分12个扇形格，每格与转鼓端面上的带孔圆盘相通。此转动盘与装于支架上的固定盘藉弹簧压力压紧叠合，这两个互相叠合而又相对转动的圆盘组成一付分配头。转鼓表面的每一格按顺时针方向旋转一周时，相继进行着过滤、脱水、洗涤、卸渣、再生等操作。
离心机离心过滤
是藉旋转液体产生的径向压差作为过滤的推动力。离心过滤在各种间歇或连续操作的离心过滤机中进行。间歇式离心机中又有人工及自动卸料之分。三足式离心机是一种常用的人工卸料的间歇式离心机，图4-17为其结构示意图。离心机的主要部件是一篮式转鼓，壁面钻有许多小孔，内壁衬有金属丝及滤布。整个机座和外罩藉三根弹簧悬挂于三足支柱上，以减轻运转时的振动。图4-17三足式离心机
离心机三足式离心机的转鼓直径
一般很大，转速不高（<2000r/min）,过滤面积约为。它与其他型式的离心机相比，具有构造简单，运转周期可灵活掌握等优点，一般可用于间歇生产过程中的小批量物料的处理，尤其适用与各种盐类结晶的过滤和脱水，晶体较少受到破损。它的缺点是卸料时的劳动条件较差，转动部位位于机座下部，检修不方便。
刮刀卸料式离心机图
4-18为刮刀卸料离心机的示意图。悬浮液从加热管进入连续运转的卧式转鼓，机内设有粑齿以使沉积的滤渣均布于转鼓内壁。得滤饼达到一定厚度时，停止加料，进行洗涤、沥干。然后，藉液压传动的刮刀逐渐向上移动，将滤饼刮入卸料斗卸出机外，然后清洗转鼓。整个操作周期均在连续运转中完成，每一步骤均采用自动控制的液压操作。图4-18刮刀卸料式离心式1—进料管；2—转鼓；3—滤网；4—外壳；5—滤饼
活塞往复式卸料离心机
这种离心机的加料过滤、洗涤、沥干、卸料等操作同时在转鼓内的不同部位进行，图4-19为其结构示意图。料液加入旋转的锥形料斗后被洒在近转鼓底部的一小段范围内，形成约mm厚的滤渣层。转鼓底部装有与转鼓一起旋转的推料活塞，其直径梢小于转鼓内壁。活塞与料斗还一起做往复运动，将滤渣逐步推向加料斗的右边。图4-19活塞推料离心机
过滤过程计算
4.5.1过滤过程的数学描述(1)物料衡算对固体颗粒在液体中不发生溶胀（体积无变化）的物系，以每Kg悬浮液为基准，按体积加和原则可得：所以
4.5.1过滤过程的数学描述(1)物料衡算总物料体积衡算固体体积衡算对一定的悬浮液一定，若滤饼一定一定，。一般，则所以
4.5.1过滤过程的数学描述(2)过滤速率液体在滤饼空隙中的流动多处于康采尼公式适用的低雷诺数范围。由康采尼公式得式中，，并令所以式中——滤饼两侧的压强差，即过滤推动力，
4.5.1过滤过程的数学描述——滤饼的比阻。的单位为当，在数值上难过滤，故r的数值大小可反映过滤操作的难易程度。
4.5.1过滤过程的数学描述仿照当量长度表示管件局部阻力的办法，假设过滤介质对滤液流动的阻力与厚度为的滤饼层阻力相等，而过滤得到厚度为的滤饼层所通过的滤液量为，单位过滤面积上通过的滤液量为。实际上是虚拟的量，实际上没有的滤饼，也没有、的滤液。所以式中——过滤总推动力，。若滤液通大气若滤液通到真空的一侧
4.5.1过滤过程的数学描述过滤基本方程式：令，称为过滤物料特性常数。K称为过滤常数。所以
4.5.2间歇过滤的滤液量与过滤时间的关系（4）过滤常数的测定①在恒速条件下：在恒定过滤时之间具有线性关系，直线的斜率为，截距为。在直角坐标上标绘得一直线，由直线斜率可求出K，由直线截距及Ｋ可求出，由，求
4.5.2间歇过滤的滤液量与过滤时间的关系（4）过滤常数的测定②比阻r与压降性指数s的测定由可知等参数有关。a对不可压缩滤饼滤饼的关系比较简单明确，若实验条件的与工业生产条件的不一样时，很容易将实验条件的值换算到工业生产条件时的值。b对可压缩滤饼滤饼，把不同对应的在双对数坐标上标绘得出一条直线。进而根据斜率截距求出过滤常数。或者用最小二乘法求出。
4.5.3洗涤速率与洗涤时间(1)洗涤速率过滤终了时的速率为洗涤速率为
4.5.3洗涤速率与洗涤时间(1)洗涤速率①叶滤机的洗涤速率叶滤机洗涤方式为置换洗涤，洗水的路径与过滤终了时滤液所走的路径相同，洗涤面积与过滤面积相同，即若或
4.5.3洗涤速率与洗涤时间(1)洗涤速率②板框压滤机的洗涤速率板框压滤机的洗涤方式为横穿洗涤，洗水走的路径为过滤终了时滤液走的路径的两倍，洗涤面积为过滤面积的一半，即，若或
4.5.3洗涤速率与洗涤时间(2)洗涤时间令若介质阻力忽略不计
思考题
若，如何求？①因为，所以②将计算式中的K改为
4.5.4过滤过程的计算（3）间歇式过滤机生产能力已知A，计算，这是典型的操作型问题。叶滤机和板框压滤机都是典型的间歇式过滤机。其特点是：过滤、洗涤、卸饼、清洗滤布、组装等操作是依次分阶段进行的。在过滤阶段全部过滤面积都是有滤液通过（换句话说全部A都在进行过滤）。过滤阶段以外的时间虽然没有滤液得到，但仍要计入生产时间之内。即计算必须以一个操作周期所需的总时间为基准。一个操作周期的总时间：生产能力：在一个操作周期内，是固定的，与产量无关。
4.5.4过滤过程的计算（3）间歇式过滤机生产能力。V由生产任务所定若但滤饼厚度，平均过滤速率，一定的幅度，。平均过滤速率，，但，而一定且在一个周期内所占比例，幅度小于的幅度，从上面的分析可知，对恒定过滤每一操作周期中必定存在一最佳的过滤时间使最大。因此存在一个最佳操作周期。
4.5.4过滤过程的计算（3）间歇式过滤机生产能力为求解方便，将求问题转化为求问题。对恒压过滤：
4.5.4过滤过程的计算（3）间歇式过滤机生产能力即*
4.5.4过滤过程的计算（3）间歇式过滤机生产能力③若滤饼不洗涤，或若介质阻力略去不计，滤饼不洗涤时实际上能否达到上述条件下的必须核算。若（滤渣满框时的值），则达不到，此时只能是过滤至滤渣满框时的值。
4.5.4过滤过程的计算(4)回转真空过滤机（连续式过滤机）的生产能力回转真空过滤机的特点是连续过滤，即过滤、洗涤、去湿、卸饼、滤布再生等操作是在过滤机内分区域同时进行的，其生产能力的计算也要以一个操作周期即转鼓旋转一周所经历的时间为基准。但全部转鼓面积中只有浸入悬浮液中属于过滤区的那部分面积即有滤液通过，属于过滤面积。沉浸度
4.5.4过滤过程的计算过滤时间：（一个周期均（一个周期中（一个周期中的为过滤时间）的部分时间）部分时间）过滤时间：（转换表面浸A（全部转鼓面积）A（全部面积）入悬浮液中的面积为过滤面积）这样就把回转真空过滤机部分转鼓表面的连续过滤转换为全部转鼓表面的间歇过滤，使恒压过滤方程依然适用：
4.5.4过滤过程的计算将上式改写成：生产能力若介质阻力略去不计则
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