学习目标

掌握单个颗粒、颗粒群、颗粒床层特性的表示方法；

掌握重力沉降和离心沉降的基本原理、沉降速度的定义和基本表示方法；

了解并熟悉降尘室、旋风分离器的结构特点、工作原理及其性能参数；

掌握过滤的基本操作过程、典型的设备，熟练掌握恒压过滤的操作及计算；

了解流化床的主要特征和操作范围；

掌握数学模型法；

典型设备的结构特性，能够根据生产工艺的要求，合理选择设备。

1、洗涤速率

2、生产能力G

3、曳力公式

4、Stokes公式

1、颗粒的当量直径：dev

2、筛分分析：①频率函数 ②分布函数曲线

3、柯士尼公式 ：

4、滤液流速dV/dτ，过滤速率dV/(A.dτ) 

5、单位面积上的滤液量：q=V/A

6、过滤操作过程：①过滤τ_F；②洗涤τ_w；③清理和组装τ_R

7、最大生产能力的条件：τ_F＋τ_w=τ_R

8、当q_e≈0，

板框：

叶滤：

9、助滤剂：(SiO₂)硅藻土，珍珠岩，石棉粉，炭粉。

10、自由沉降:

11、重力沉降室：τ_沉≤τ_停    

12、分离效率：η

13、分离因数：K=(u_T²/R)/g       

14、流态化:聚式(G-S)、散式(L-S)流化

压降～速度图 △p=L(1－ε)(ρ_s－ρ)g

学习指南

基本要求 ：

球形颗粒和均匀床层的特性的理解；一维固定床层的流动压降的计算。

正确理解液体过滤操作的基本原理；掌握过滤基本方程式及其应用；掌握过滤过程及设备的计算和过滤常数的测定方法。

了解重力沉降运动的基本原理，掌握重力沉降设备的计算。

重    点：

影响固定床层流动压降的主要因素；

恒压过滤基本方程式及其应用；

板框过滤机的操作和工艺计算；

球形颗粒的重力自由沉降速度的计算；

斯托克斯公式；

除尘室的生产能力计算。

难    点：

可压缩滤饼的过滤常数的理解与应用；

滤布阻力的确定与当量滤饼层概念的引入；

颗粒沉降的因次分析法的应用；

应用直接判据法计算沉降速度。

知识内容

3.1 概述及筛分

均相混合物，非均相混合物；

非均相物系分离的依据和方法；

颗粒与颗粒群的特性；

筛分的原理，筛的有效性与生产能力。

3.2 沉降分离

重力沉降原理，自由沉降和干扰沉降；

重力沉降过程和沉降速度的基本概念，颗粒重力自由沉降计算式；

重力沉降设备，降尘室的结构及优缺点，降尘室工艺计算；

离心沉降的基本原理，离心沉降速度；

离心沉降身背，旋风分离器的结构、原理及工艺计算，临界粒径，评价旋风分离器的性能指标。

3.3过滤

过滤的概念，深层过滤、滤饼过滤，过滤介质；

过滤速率、推动力和阻力的概念；

过滤基本方程的推导（数学模型法），过滤速度，滤饼洗涤，洗涤时间；

过滤设备及过滤计算，板框过滤机结构、操作、特点和计算，叶滤机，转筒真空过滤机；

过滤机的生产能力，加快过滤速率的途径；

离心分离的原理和设备。

3.4 固体流态化

固体流态化的概念，流态化过程的几个阶段；

流化床的两种形态，聚式流化床中两种不正常现象；

流化床的主要特性；

流化床的操作流速范围，起始流化速度，带出速度。

实践

实践内容

1. 熟悉板框压滤机的构造和操作方法。

2. 通过恒压过滤实验，验证过滤基本理论。

实践原理

以多孔介质截留悬浮于流体中的颗粒，从而实现固体颗粒与流体分离的操作称为过滤。若悬浮液中固体浓度较高，固体颗粒在多孔介质表面会形成滤饼，因此，除刚开始过滤时外，过滤主要是滤饼层起过滤介质作用，此种过滤称为滤饼过滤。（以上为原理部分）     （以下为数据处理部分）滤饼过滤的推动力是压差。由于设备耐压等原因，过滤一般情况下都是在恒压条件下进行。在恒压滤饼过滤过程中，由于滤饼不断增厚，过滤阻力不断增大，过滤速率越来越小，因此，恒压过滤虽然操作压差在过滤过程可保持恒定，但它是一个非定态过程。实践装置及参数

实践装置

图一  恒压过滤实验流程示意图

1─调速器;2─电动搅拌器;3、4、6、11、14─阀门;

5、7─压力表8─板框过滤机;  9─压紧装置;10─滤浆槽;

12─旋涡泵；13-计量桶 。

图二 板框过滤机固定管路分布图

常见问题

1.过滤常数与哪些因素有关？

答：其与悬浮液性质 （体积分数）、（滤液黏度）、滤饼特性r及虚拟压强差有关。

2.颗粒的自由沉降速度是否仅是颗粒与流体的特性？

答：不仅与颗粒和流体的特性有关，还与其他因素有关：

（1）干扰沉降

（2）端效应               

（3）分子运动

（4）非球形

（5）液滴或气泡的运动

3.在考虑流体通过固定床流动的压降，颗粒群的平均直径是按什么原则定义的？

答：颗粒群的平均直径是以比表面积相等为准则来确定的，因为固体颗粒很小，流体在颗粒层内流动是极其缓慢的爬流，无脱体现象发生，这样流体阻力主要由颗粒层内固体表面积的大小决定，而颗粒的形状并不重要，基于对流动过程的此种认识，应以比表面积相等为准则确定颗粒层平均直径。

4.加快过滤速率的途径

答：（1）改变滤饼结构（2）改变悬浮液聚集状态（3）动态过滤

5：评价旋风分离器性能指标

答：分离效率和气体通过旋风分离器的压降

6.在表面过滤方式中，何谓架桥现象？

答：过滤过程中部分颗粒进入过滤介质网孔，并在孔道就会产生架桥现象

7.实际流化现象有哪些？通常各自发生于什么系统？

答：从床内流动和颗粒的运动状况来看，实际中存在两种截然不同的流化现象：

（1）散式流化：一般发生于液-固系统，散式流化床较接近理想流化床；

（2）聚式流化：一般发生于气-固系统，聚式流化床层不如散式流化那样平稳，而是频繁的起伏波动

8.何谓流化床层的内生不稳定性？如何抵制？

答：设有一正常操作的流化床，由于某种干扰在床内某局部区域出现一个空穴，该处床层密度即流动阻力必然减小，附近的气体便优先取道此空穴而通过，空穴处气体流量急剧增加，可将空穴顶部更多颗粒推开，空穴变大，又使该处阻力进一步减小，气体流量进一步增加，从而产生恶性循环，这种恶性循环成为流化床的内生不稳定性。

为抵制这一不利现象，通常设计适当开孔率和压降的分布板来增加分布板的阻力，设置水平挡板，采用小直径宽分布的颗粒，采用细颗粒高气速流化床。

知识结构