化工原理课件3非均相物系分离知识讲稿.ppt

第三章 颗粒与流体之间的相对运动 图解法求过滤常数步骤： 在恒定压强差下实验，测定一系列θ～q值 据恒压实验数据计算q、θ/q 在直角坐标系中以θ/q～q做图 读图的斜率m，截距b 计算K、 qe 计算θe 2.解析法 用最小二乘法回归直线方程Y=mX+b，求m,b步骤： 测定一系列Xi，Yi数据 计算XiYi，Xi2 计算∑Xi 、∑Yi 、∑XiYi 、∑Xi2 计算m，b Xi Yi XiYi Xi2 0 1 n ∑ 解析法求过滤常数步骤： 在恒定压强差下实验，测定一系列θ～q值 计算θ/q 令Y=θ/q，X=q，m=1/K，b=2qe/K 利用最小二乘法计算m,b 计算K,qe 计算θe 3.3.5.2 压缩性指数s的测定 原理： 将K=2k△p1-s 两边取对数： lgK=(1-s)lg△p+lg(2k) 对一定物料k、s为常数，故此式表明lgK与lg△p为直线关系，其斜率为(1-s)，截距为lg(2k)。 因此在不同压强差下进行恒压过滤，测得对应的K值，即可根据上式通过作图法或最小二乘法求出s。 3.3.1.2 过滤介质filter medium 作用是使清液通过，截留和支承滤饼。对其要求是： 1.具有多孔性，孔道大小合适； 2.具有足够的机械强度和尽可能小的流动阻力； 3.具有相应的耐腐蚀性、耐热性、抗老化性等。 工业上常用的过滤介质种类主要有： 织物介质(滤布)：由棉、毛、丝、麻等天然纤维或尼纶、聚氯乙烯纤维等合成纤维及玻璃丝、金属丝(Cu、Ni、不锈钢)等材料制成的网。被截留的最小颗粒直径5～65μm，应用最广； 粒状介质(堆积介质)：由细而硬的粒状物质(砂、木碳、硅藻土、石绵、纤维球、碎石等)堆积而成。用于深床过滤 多孔固体介质：多孔陶瓷、多孔塑料等具有细微孔道固体材料。被截留的最小颗粒直径1～3μm，适于处理含量少、颗粒小的腐蚀性悬浮液或其它特殊场合。 3.3.1.3 滤饼的压缩性和助滤剂 由悬浮液中被截留下来的颗粒累积而成的床层，随过滤进行而增厚，根据其变形情况分为： 不可压缩滤饼：当滤饼厚度增加或压强差增大时，颗粒的形状和颗粒间的空隙不发生明显变化，故单位滤饼层厚度的流体阻力基本恒定。 可压缩滤饼：当滤饼厚度增加或过滤压强差增大时，颗粒的形状和颗粒间空隙发生明显变化，单位滤饼层厚度的流体阻力不断增大。 滤饼的压缩性用压缩性指数s衡量，其值在0～1之间。通过实验测定。 S=0：不可压缩滤饼，无压缩性 S=0～1：可压缩滤饼，s愈大，压缩性愈强 为了克服可压缩滤饼被压缩后难于进行过滤，可在其中加入一种质地坚硬的固体颗粒或预涂于过滤介质上，以形成稀松的饼层，以改变滤饼结构，提高刚性，减少阻力。 这种预涂或预混的粒状物质称为助滤剂。对助滤剂的要求： 应是能形成多孔饼层的刚性颗粒 具有化学稳定性和不溶于液相中 过滤操作的压强差范围内，具有不可压缩性 常用作助滤剂的物质有： 硅藻土：单细胞水生植物的沉积化石，经过干燥或焙烧，含85％以上的SiO2 珍珠岩：将一种玻璃状的火山岩熔融后倾入水中，得到中空的小球，再打碎而成 其它：炭粉、石绵粉、纸浆粉等 3.3.2 过滤基本方程式 3.3.2.1 滤液通过饼层的流动 滤饼是由被截留的颗粒堆积而成的固定床层，颗粒之间存在着网络状的空隙，滤液即从中流过。这样的固定床层可视为一个截面形状复杂多变而空隙截面积维持恒定的流通通道。对于颗粒中的通道，可简化成长度为l的一组平行细管，细管的当量直径可由床层的空隙率和颗粒的比表面积来计算。 空隙率ε：单位体积床层中的空隙体积，m3/m3，即： 比表面积a：单位体积颗粒所具有的表面积，m2/m3 当量直径de：仿照第一章非圆形管当量直径的计算，写出颗粒床层的当量直径： de∝rH 取面积为1m2，厚度为1m的滤饼考虑： 床层体积=1×1=1 m3 假设细管的全部流动空间等于床层的空隙体积： 流道容积(空隙体积)＝床层体积×ε＝1×ε＝ε m3 若忽略床层中因颗粒相互接触而彼此覆盖的表面积，则： 流道表面积＝颗粒表面积＝颗粒体积×比表面积＝(1-ε)a m2 平均流速u 因构成滤饼的颗粒通常很小且排列极不规则，因而粒间空隙十分细微，形状曲折，流动阻力大，流速较低，属于滞流流动。所以可仿照第一章圆管内滞流流动的哈根·泊谡叶公式。 在与过滤介质垂直的方向上，床层空隙中滤液流速u1与平均流速u关系： 将(1)、(3)式代入(2)式中，并写成等式，即： 式中：ε－床层的空隙率，m3/m3 a－颗粒的比表面积， m2/m3 ΔpC－滤饼上下游两侧的压强差，Pa μ－滤液粘度，Pa·s