,化 工 原 理,
（上）
主讲人：戴猷元
2003.2
目 录绪论第一章 流体流动第二章 流体输送机械第三章 流体流过颗粒和颗粒层的流动第四章 非均相物系的分离第五章 传热第六章 蒸发总结第四章 非均相混合物的分离第一节 重力沉降及设备第二节 离心沉降及设备第三节 过滤第四节 非均相体系分离的强化讨论题,4－ 8
已知,ρS=2300kg/m3 ρ=0.674kg/m3
VS=1000m3/h μ=3.6× 10-5Pa·s，标准式
0,4 0,2,0,1D m h m B m
1 0 0 0 / 3 6 0 0 1 3,8 9 /
0,1 0,2iu m s
59 9 3,6 1 0 0,1
8,0 3 53,1 4 5 1 3,8 9 2 3 0 0C
iS
Bdm
Nu
50 0,2 7 5,7 3
Si
Ddm
u
2
28 4 0,6 7 4 1 3,8 9 5 2 0
2
i
f
up P a
<3 3-5 5-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 >60
3 11 17 27 12 9.5 7.5 6.4 6.6
ηi(=di/dc)2
3.5% 24.78% 87.12% 100%
8 6,6 4 %o i ix 3( ) /,20.04 /o c c c g m入 出出c
由 ηo中各 ηi核算，若 ηo = 90%，
3~5段颗粒 ηi约为 40%,0.4=(di/dc)2→d c约 6.32?m
若 Δpf不变，即 ui不变：
取 D=0.24m,B=0.06m,h=0.12m，
当
/ ' /,0,0 6 2CB B d d B m
313.89 /,13.89 0.06 0.12 360 /iSu m s V m h时取 N=3
1 0 0 0 / 3 / 3 6 0 0 1 2,8 6 /
0,0 6 0,1 2iu m s
/ / 1 3,8 9 0,0 6 / 1 2,8 6 0,1 0,8 0 5C C i id d u B u B
6.49Cdm
<3 3～ 5 >5
5.34% 38.0% 100% →η=90.34%
∴ D=0.24m,N=3
假设取求出 D=0.3316，取 D=0.34m,B=0.085m
1 1 0 0,2 0,2 /ip P a u m s
21,/ 8
S i iN V u Bh u D
2
1 0 0 0 / 3 6 0 0 1 9,2 2 /
0,3 4 / 8iu m s
13.89 0.085 8.035 0.784 8.035 6.3
19.22 0.1Cdm?
可以满足要求。
第四章 非均相混合物的分离第一节 重力沉降及设备第二节 离心沉降及设备第三节 过滤第四节 非均相体系分离的强化第三节 过滤一,基本概念
1,利用多孔介质截留悬浮液中的固体颗粒,
液体从孔隙中流过实现固液分离 。
△ 目的：固液分离 ― 要滤液；要滤并
△ 过程：深层过滤 ― 孔径 ＞颗粒体积分率＜ 0.1％
表面过滤 ― 架桥,过滤,洗涤,去湿,卸料
△ 介质 织物 （ 滤布,金属网 ）
粒状 砂粒,藻土多孔固体介质 （ 高分子膜,陶瓷 ）
△ 助滤剂：对于压缩滤并：保证一定疏松状态 △ 予涂 △ 加入可压缩不可压缩
.c o n st
二,过滤基本方程过程特点：
有一定的推动力 △ P
存在过滤阻力 （ 介质,滤并 ）
过滤,洗涤,去湿,卸料四步骤基本物理量,△ p；过滤面积 A；
过滤时间?；滤液体积 V；
//
( / )
u d v A d d q d
q V A
过滤速度：
若,单位面积滤液量假设滞流,满足 Kozeny方程忽略滤并高度先忽略介质阻力,按 Kozeny公式
.const
22
3
3
22
51
51
a
p u L
d V p
u
A d La
2
23
3
33
,5 1 / ( )
/
//
/
c o n s t r a
d V d q p p
R
Ad d r L R
m
mm
L A V L V A R Vr A
d V d q p p
Ad d Vr A q r
设 比阻 体系
,：阻力项假设：单位体积滤液形成滤并为,
,滤并 滤液若考虑过滤介质阻力：当量高度 Le,相当于 Ve滤液量产生 。
2
ee
e
e
dV A p
L A V
d r V V
dq p
d r q q
或若考虑滤并可以压缩：
r0,压差为 1N/m2,S：压缩指数 0~1 2 1 1
0
00
( ),
( ) ( )
,( )
,( ),(,)
SS
S
ee
ee
d V A p d q p
r r p
d r V V d r q q
qV
ra
S
，
：过滤介质 用滤液体系表示 ；
体系 浓度函数 ； 体系 ；
：滤液；,体系三,过滤过程的计算
1,恒压过滤,（ 恒定高位槽供料 ）
0
21
21
00
2 2 1
1 / ( )
//
22
S
e
V
S
e
S
e
kr
dV d k A p V V
V V dV k A p d
V V V k A p
令 过滤体系物性
1
2
2
00
22
22
2
2
2 ( )
2
2
2
:
S
e
V
e
e
e e e
ee
K k p
d V KA
d V V
KA
V V d V d
V V V KA
V V KA
V V KA
e
令 与操作条件有关假定 对应可以写作：
讨论
22
2
( 1 )
( 2) ( )
2
/.
e
e
e
V V V K A
VV
V V K A
dV d c on st
当滤并阻力 过滤介质阻力：
，
当 砂滤,
等速过滤
2,恒速过滤,（ 正位移泵供料 ）
2
22
2
2
,( )
e
e
d V V K A
d V V
K
V V V A
Kp
；
随 变化 随 变化
3,恒速后恒压若?1 时,?p达到定值
11
2
2 2 2
1 1 1
22
1 1 1 2 1
2
2
,
2
V
e
V
e
e
KA
V V d V d
V V V V V KA
K
V V V V A
Kp
其中 满足：,
为达 时的值四,过滤常数的测定
2
2
1
12
/ ( 2 / ) ( 2 / ) / ~
/ / ( 2 / ) / ~
22
e e e
e
ee
e
S
K q q qq K
d dq K q K q q q
qK
q q K K q q q
p K k p
、,,,由恒定或
、改变五,过滤设备
1,板框压滤机滤板滤框 交替排列
2,加压叶滤机 滤叶外加滤布,外? 内
3,转筒真空过滤机六,间歇过滤机的生产能力
1,操作周期与生产能力过滤周期 洗涤 Σθ=θF+θW+θD
卸料,安装 生产能力 Q=V/Σθ
2,洗涤速率
① 洗涤压力＝过滤压力
② 洗水 μ?滤液 μ
洗涤速率与恒压过滤的最终过滤速率有关
3,最佳操作周期
2
2
2
2 ( )
2 ( )
2
2
2
/
e
e
w e
FF
F F e F
F F e
F F eF
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d q K
q q q K
d q q
d q K
d q q
Vq
q q q q
qq
KK
J q q qJq
q J q
d q d K
若终了时滤液量为,
若洗涤量,
2
2
2
2
0
1 / 2 /
0,/
2/
FF
F e F e D
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F
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WF
D F w
q J q
q q q q
KK
dQ
q
dq K J K
q q K
J q K
取 解出若忽略介质阻力可推出,板框不满为条件七,连续式过滤机生产能力直径 D,长度 L,转速 n(1/S),浸没率
φ=β/2π=浸入角度 /360,若旋转一周时间
1/n(S),过滤时间 （ 全面积 ） θ=φ/n,旋转一周的滤液量 V。
2
2 /
ee
ee
V K A V
K A n V
2
1
3600
0,0 ( )
3 6 0 0 3 6 0 0
,1 /
/ 4 6 5
( 2 )
ee
S
Q n V
V
Q n K A A K n
nS
n Q A K n
A D L K k p
每小时滤液量,
若 介质阻力不计若,转 分,
，
1 2 1 2
2
1 1 1 2
2 2 2 12
360 0 / /
()
/
Q A K n Q Q n n
V A KV
H V n
H V V n
并1
并相同基准：相同时间
，
一个周期内 一圈忽略介质阻力讨论题,D4－ 4
一、原生产能力：
A＝ 0.8× 0.8× 10× 2＝ 12.8m2
充满滤框 V并 ＝ 0.8× 0.8× 10× 0.1=0.64m3
θ1=1h V1=26.24m3 θ2=2h V2=37.75m3
(充满滤框,V浆 ＝ 38.39m3）
2 2 2 2
1 1 2 2 2 222eeV V V KA V V V KA，
可以解出：
清水密度 ρ水,（ 固相衡算 ）
2 3 3 24.724 / 1.629 0.127 /
eeK m h V m q m m，，
2 0,5 2,5 h 32 / 3 7,7 5 / 2,5 1 5,1 /Q V m h
23 0.7520 / 20 00 /0,25 / 0,75 /V k g m V k g m 固并浆固水
3999,35 /k g m
水二、改造方案生产能力：
1、求 V稀,V稠基准,充满滤框的 V浆 =38.39m3(固相基准）
2 0,12 0 /
0,1 / 0,1 /
V k g m V
浆 稠浆 固 水
3
3
3
7,3
3 8,3 9 7,3 3 1,0 9
7,3 0,6 4 6,6 6
Vm
Vm
Vm
稠浆稀稠
2、求 θ稀以介质阻力为主要的等速过滤
(可以采用不同体系表示 )
3、求 θ稠 利用 计算
①求 K’：
/ / 2,edq d K q c on st
/ 31,0 9 / 12,8 0.131
/ 2 4,72 4 / ( 2 0,12 7 )e
VA h
Kq
稀稀
2'2 eq q q K 稠
0
22 pK k p
r
' 0,6 4 / 3 7,7 5
0,1 7 6 40,6 4 / 6,6 6KK
'20,8 3 3 /K m h?
② 求 q’e
③ 求 θ稠
4,求 Q′
'
0 22ee
d q K K
d q q
'
0,1 7 6 4e
e
q K
qK
320.0224 /eq m m
2 2
'2
2 6,6 6 2 6,6 6 0,0 2 2 4 1 2,8 0,3 5 3
0,8 3 3 1 2,8
eq q q h
K?
稠
33 7,7 5 3 8,3 6 /
0,3 5 3 0,1 3 1 0,5Q m h
' / 2,5 4QQ?
（上）
主讲人：戴猷元
2003.2
目 录绪论第一章 流体流动第二章 流体输送机械第三章 流体流过颗粒和颗粒层的流动第四章 非均相物系的分离第五章 传热第六章 蒸发总结第四章 非均相混合物的分离第一节 重力沉降及设备第二节 离心沉降及设备第三节 过滤第四节 非均相体系分离的强化讨论题,4－ 8
已知,ρS=2300kg/m3 ρ=0.674kg/m3
VS=1000m3/h μ=3.6× 10-5Pa·s，标准式
0,4 0,2,0,1D m h m B m
1 0 0 0 / 3 6 0 0 1 3,8 9 /
0,1 0,2iu m s
59 9 3,6 1 0 0,1
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3 11 17 27 12 9.5 7.5 6.4 6.6
ηi(=di/dc)2
3.5% 24.78% 87.12% 100%
8 6,6 4 %o i ix 3( ) /,20.04 /o c c c g m入 出出c
由 ηo中各 ηi核算，若 ηo = 90%，
3~5段颗粒 ηi约为 40%,0.4=(di/dc)2→d c约 6.32?m
若 Δpf不变，即 ui不变：
取 D=0.24m,B=0.06m,h=0.12m，
当
/ ' /,0,0 6 2CB B d d B m
313.89 /,13.89 0.06 0.12 360 /iSu m s V m h时取 N=3
1 0 0 0 / 3 / 3 6 0 0 1 2,8 6 /
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<3 3～ 5 >5
5.34% 38.0% 100% →η=90.34%
∴ D=0.24m,N=3
假设取求出 D=0.3316，取 D=0.34m,B=0.085m
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1 0 0 0 / 3 6 0 0 1 9,2 2 /
0,3 4 / 8iu m s
13.89 0.085 8.035 0.784 8.035 6.3
19.22 0.1Cdm?
可以满足要求。
第四章 非均相混合物的分离第一节 重力沉降及设备第二节 离心沉降及设备第三节 过滤第四节 非均相体系分离的强化第三节 过滤一,基本概念
1,利用多孔介质截留悬浮液中的固体颗粒,
液体从孔隙中流过实现固液分离 。
△ 目的：固液分离 ― 要滤液；要滤并
△ 过程：深层过滤 ― 孔径 ＞颗粒体积分率＜ 0.1％
表面过滤 ― 架桥,过滤,洗涤,去湿,卸料
△ 介质 织物 （ 滤布,金属网 ）
粒状 砂粒,藻土多孔固体介质 （ 高分子膜,陶瓷 ）
△ 助滤剂：对于压缩滤并：保证一定疏松状态 △ 予涂 △ 加入可压缩不可压缩
.c o n st
二,过滤基本方程过程特点：
有一定的推动力 △ P
存在过滤阻力 （ 介质,滤并 ）
过滤,洗涤,去湿,卸料四步骤基本物理量,△ p；过滤面积 A；
过滤时间?；滤液体积 V；
//
( / )
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过滤速度：
若,单位面积滤液量假设滞流,满足 Kozeny方程忽略滤并高度先忽略介质阻力,按 Kozeny公式
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设 比阻 体系
,：阻力项假设：单位体积滤液形成滤并为,
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2
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或若考虑滤并可以压缩：
r0,压差为 1N/m2,S：压缩指数 0~1 2 1 1
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：过滤介质 用滤液体系表示 ；
体系 浓度函数 ； 体系 ；
：滤液；,体系三,过滤过程的计算
1,恒压过滤,（ 恒定高位槽供料 ）
0
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2 2 1
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令 与操作条件有关假定 对应可以写作：
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( 1 )
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当滤并阻力 过滤介质阻力：
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当 砂滤,
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2,恒速过滤,（ 正位移泵供料 ）
2
22
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随 变化 随 变化
3,恒速后恒压若?1 时,?p达到定值
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其中 满足：,
为达 时的值四,过滤常数的测定
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、,,,由恒定或
、改变五,过滤设备
1,板框压滤机滤板滤框 交替排列
2,加压叶滤机 滤叶外加滤布,外? 内
3,转筒真空过滤机六,间歇过滤机的生产能力
1,操作周期与生产能力过滤周期 洗涤 Σθ=θF+θW+θD
卸料,安装 生产能力 Q=V/Σθ
2,洗涤速率
① 洗涤压力＝过滤压力
② 洗水 μ?滤液 μ
洗涤速率与恒压过滤的最终过滤速率有关
3,最佳操作周期
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若终了时滤液量为,
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取 解出若忽略介质阻力可推出,板框不满为条件七,连续式过滤机生产能力直径 D,长度 L,转速 n(1/S),浸没率
φ=β/2π=浸入角度 /360,若旋转一周时间
1/n(S),过滤时间 （ 全面积 ） θ=φ/n,旋转一周的滤液量 V。
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每小时滤液量,
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并1
并相同基准：相同时间
，
一个周期内 一圈忽略介质阻力讨论题,D4－ 4
一、原生产能力：
A＝ 0.8× 0.8× 10× 2＝ 12.8m2
充满滤框 V并 ＝ 0.8× 0.8× 10× 0.1=0.64m3
θ1=1h V1=26.24m3 θ2=2h V2=37.75m3
(充满滤框,V浆 ＝ 38.39m3）
2 2 2 2
1 1 2 2 2 222eeV V V KA V V V KA，
可以解出：
清水密度 ρ水,（ 固相衡算 ）
2 3 3 24.724 / 1.629 0.127 /
eeK m h V m q m m，，
2 0,5 2,5 h 32 / 3 7,7 5 / 2,5 1 5,1 /Q V m h
23 0.7520 / 20 00 /0,25 / 0,75 /V k g m V k g m 固并浆固水
3999,35 /k g m
水二、改造方案生产能力：
1、求 V稀,V稠基准,充满滤框的 V浆 =38.39m3(固相基准）
2 0,12 0 /
0,1 / 0,1 /
V k g m V
浆 稠浆 固 水
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2、求 θ稀以介质阻力为主要的等速过滤
(可以采用不同体系表示 )
3、求 θ稠 利用 计算
①求 K’：
/ / 2,edq d K q c on st
/ 31,0 9 / 12,8 0.131
/ 2 4,72 4 / ( 2 0,12 7 )e
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② 求 q’e
③ 求 θ稠
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