第三章 复习

二、过滤设备 压滤机、叶滤机、转筒过滤机 1、板框压滤机 （1）结构与工作原理
板框压滤机 1-非洗板；2-框；3-洗板 组装：1-2-3-2-1-2-3-2-1-2-3-2-1 滤布——框的两侧
板框压滤机

过滤：
非洗涤板 悬浮液
洗涤板
非洗涤板
滤液 板 框 板 框 板
板框压滤机
非洗涤板 洗涤液 洗涤板 非洗涤板
Re 0 (3 ~ 10) 10
5
近似取 0.1
三、沉降公式使用方法
①事前能够确认流动区域，直接用对应公式；
②流动区域不能确定，采用试差法；
假定流动处于层流区（Stokes) →u0→Re0(? ＜2),yes→结束 no→换用相应区域公式→u0→Re0→判断，修正
③通过实验整理数据得到（Re0＜2×105）
u0 0.269
gd ( s ) Re 0.6 0

③湍流区（牛顿区）
500 Re 0 200000
形体阻力占主导地位，表皮阻力可以忽略 阻力∝u2 阻力系数与Re0无关
0.44
④Re0＞2×105 阻力系数突然下降
u0 1.74
gd ( s )

尾流边界层→湍流边界层 分离点后移，尾流区收缩，形体阻力突然下降
将上式代入
dV A2 p d rc(V Ve )
（3-40）
令
得 或
2p1 s K r0 c dV KA 2 d 2(V Ve )
（3-42）
（3-43）
dq K d 2( q qe )
Ve （3-43a） 式中 q e A
通常称K、qe(Ve)为过滤常数，其值由实验测定。
过滤介质
①织物介质 最常用的过滤介质，工业上称为滤布(网)，由天 然纤维、玻璃纤维、合成纤维或者金属丝编织而成。可截留 的最小颗粒视网孔大小而定，一般在5~65μm范围。 ②多孔材料 制成片、板或管的各种多孔性固体材料，如素 瓷、烧结金属或玻璃、多孔性塑料以及滤纸和压紧的毡与棉 等。此类介质较厚，孔道细，能截留1～3mm的微小颗粒。 ③固体颗粒床层 由沙、木炭之类的固体颗粒堆积而成的床 层，称作滤床，用作过滤介质使含少量悬浮物的液体澄 清。——深层 纤维膜与聚酰胺膜。膜过滤属精密过滤或超滤(ultrafiltration)， 可以分离1 μm以下的微粒。
过滤方法 ②深层过滤：过滤介质一般为介质层较厚的 滤床类（如沙层、硅藻土等）。小于介质孔 隙的颗粒可进入到介质内部，在长而曲折的 孔道中被截留并附着于介质之上。
深层过滤无滤饼形成，主要用于净化含固量
很少（<0.1%）的流体，如水的净化、烟气除 尘等。
过滤的操作




过滤：过滤操作中的主要阶段，在过程中滤饼 不断增厚、阻力不断上升，流体的通过能力则 不断减小； 洗涤：无论是以滤饼还是滤液为产品，都有必 要在卸料之前用清液置换滤饼中存留的滤液并 且洗涤滤饼； 脱湿：以滤饼为产品时洗涤后还可用压缩空气 进行脱湿； 卸料：将滤饼从过滤介质上移去； 清洗过滤介质：使被堵塞的网孔“再生”，以 便重复使用。
转筒真空过滤机
转筒真空过滤机
过滤操作：转筒旋转一周，每一个扇形过滤室依次完成真空 过滤、洗涤、脱水、吸干滤饼和压缩空气吹松、刮刀卸料、 反吹清洗表面等全部操作，相应分为过滤区、洗涤脱水区、 卸料区和表面再生区等几个不同的工作区域。
转筒转速多在0.1～3 r/min，浸入悬浮液中的吸滤面积约占 总表面的30～40%。滤饼厚度范围大约3～40mm。
①层流区（Stokes区） 不发生边界层分离
Re 0 0.3
表皮阻力占主导地位
24 Re 0
②过渡区（Allen区）
d 2 (s ) g u0 18
——可以近似用到Re0=2
2 Re 0 500
开始发生边界层分离 颗粒后部形成漩涡——尾流 尾流区压强低→形体阻力增大
18.5 0 .6 Re 0

叶滤机
结构与原理：由起过滤作用的滤叶 和起密闭作用的筒体构成，操作为 间歇式。
滤叶有圆形和矩形等多种形式，由
金属丝网组成的框架上覆以滤布构成， 使用时可将多块平行排列的滤叶组装 成一体插入箱体内。
淤泥 滤液 滤浆
3
1
2
叶滤机
操作：悬浮液被加压送入或借真空泵进 行抽吸，滤液穿过滤布进入丝网构成的 中空部分并汇集于下部总管流出，颗粒 则沉积在滤布上形成滤饼，当滤饼达到 一定厚度时停止过滤。视悬浮液的性质 和操作压强的大小，滤饼厚度通常在 5~35mm之间。
优点：连续进料，操作自动化，便
于在转鼓表面预涂助滤剂后 用于黏、细物料的过滤。
缺点：过滤推动力有限，滤饼含液
量较大，常达30%。
转鼓真空过滤机
三、过滤的基本理论
(一)过滤速度
过滤速度是指单位时间单位过滤面的滤液体积
dV dq u Ad d
U——瞬时过滤速度，m3/(m2•s)即m/s； V——滤液体积，m3； A——过滤面积，m2 q——单位过滤面积所得的滤液量，m3/m2，q=V/A
一般取N=5
9B dc Nui s
3、分离效率 粒级效率、总效率 粒级效率：某尺寸的颗粒被分离出的分率。
直径大于等于dc的颗粒，其粒级效率等于1。
总效率：进入旋风分离器的全部尘粒中实际被分离 出来的总质量分率。 影响总效率的因素： （1）粒级效率； （2）颗粒的粒度分布； （3）颗粒的浓度。
滤浆
3
1
滤液
2
淤泥
过滤结束后，根据要求可通入洗涤液对滤饼进行洗涤，洗涤 液的行程和流通面积与过滤终了时滤液的行程和流通面积相同， 在洗涤液与滤液的性质接近的情况下，洗涤速率约为过滤终了 时速率。——置换洗法 优点：过滤面积大，设备紧凑，密闭操作，劳动条件较好。 不必每次循环装卸滤布，劳动强度也大大降低。 缺点：结构比较复杂，造价较高。
七、沉降槽
间歇式和连续式。 悬浮液中颗粒浓度 较高，沉降多属于 干扰沉降。 强化沉降操作的方法： （1）悬浮液中加入少量电解质，提高颗粒的沉降速度。 （2）先把悬浮液加热以后送入沉降槽内，可以降低悬浮 液的黏度，同时也可以提高颗粒的沉降速度。
沉降槽的生产能力与降尘室一样由沉降槽的底面积 决定，而与槽的高度无关。
非洗涤板
洗涤板
非洗涤板

洗涤操作： 悬浮液
滤 液 板 框 板 框 板
洗出液 板 框 板 框 板
洗涤液的行程约为过滤终了时滤液行程的2倍，而流通 面积却为其1/2，故洗涤速率约为过滤终了速率的1/4。
——横穿洗法
板框压滤机
常用规格的板框其厚度为25~60mm,边 框长为0.2~2.0m，框数由生产所需定， 由数个至上百个不等。 板框压滤机的操作压强一般在 0.3~1.0Mpa之间。 优点：结构简单紧凑，过滤面积大并可 承受较高的压差。 缺点：间歇式操作，所费的装、折、清 洗时间较长，劳动强度大，生产效率较 低。 板框式压滤机主要用于含固量较多的悬
n
在牛顿区n=1
在阿仑区 n=1/2~1
自由沉降：流体中单颗粒的沉降。 干扰沉降：流体中颗粒的含量较大时，颗粒沉降时 彼此相互影响。液-固重力沉降分离中更为突出。
五、重力沉降分离设备
L 固体颗粒在降尘室内的停留时间： t u
降尘室最高点的颗粒降到室低所需时间： 0 停留时间≥沉降时间
2
2 t
d 2 s ui2 ur 18rm
B 18rm B 沉降时间 2 ur d s ui2
气体在筒内旋转的圈数=N 运行距离=2πrmN
2rm N 停留时间 ui
某一颗粒能（100%）被分离出的条件 停留时间≥沉降时间
18rm B 2rm N 2 2 d c s ui ui
八、离心沉降
ut2 ar为离心加速度，可以用 表示，其中ut 是颗粒的切线速度 r
4d ( s )ut2 ur 3 r
d 2 ( s ) ut2 ur r 18
九、旋风分离器
1、构造与操作 气体通过进气口的 速度为10~25m/s。 旋风分离器能够分离出直 径大于5μm的所有颗粒。 旋风分离器出灰口密封 要良好。
(三)恒压过滤方程式 积分式（3-43）或（3-43a）得
V 2 2VeV KA2
（3-44） （3-45）
q 2qeq K
2
恒压过滤方程式
当过滤介质阻力可忽略不计时Ve或qe=0
V KA
2 2
（3-46）
q K
2
d min
Vs 18 g ( s ) A0
六、悬浮液的沉聚过程
100 A 清液区 A B B B C C 0 D D D C C D D D A A 均匀沉降区 C=C0 浓缩区 沉聚区
界面高度％
75
A
A
50 25
t0
t1
t2
t3
时间
t4
t5
t6
A区：清液区； B区：均匀沉降区。该区颗粒分布均匀，浓度与原始悬浮液 相同(c=c0)； C区：浓缩区。此区自上而下颗粒浓度增高、粒度也增大； D区：沉淀堆集的沉聚区。
r——虑饼的比阻。
则
dV p u Ad rL
考虑过滤介质的阻力
dV p Ad r ( L Le )
c——获取单位体积滤液时所得的滤饼体积
dV A p d rc(V Ve )
2
若考虑虑饼的可压缩性，应计入比阻 r 随过滤压力的变化。
r r0 p s
2、分离性能的估计 旋风分离器主要的分离性能就是旋风分离器能够分 离出的最小颗粒大小。 假定三个条件： （1）颗粒和气体在旋风分离器内的切线速度ut恒定， 而且与进口速度ui相等。 （2）颗粒沉降过程中气流的最大厚度等于进气口的 宽度B。 （3）颗粒与气流的相对运动属于层流区。 ——临界直径dc