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1.间歇过滤机的计算 (1)操作周期与生产能力:间歇过滤机的特点是在整个过滤机上依次进行一个过滤循环中的过滤、洗涤、卸渣、清理、装合等操作。在每一操作循环中,全部过滤面积只有部分时间在进行过滤,但是过滤之外的其它各步操作所占用的时间也必须计入生产时间内。一个操作周期内的总时间为: 其中, —操作周期; —一个周期内的过滤时间; —一个操作周期内的洗涤时间; —操作周期内的卸渣、清理、装合所用的时间。间歇过滤机的生产能力计算和设备尺寸计算都应根据 而不是 来定。间歇过滤机的生产能力定义为一个操作周期中单位时间内获得的滤液体积或滤饼体积来表示: (2)洗涤速率和洗涤时间:洗涤的目的是回收滞留在颗粒缝隙间的滤液,或净化构成滤饼的颗粒。当滤饼需要洗涤时,洗涤液的用量应该由具体情况来定,一般认为洗涤液用量与前面获得的滤液量成正比。即 。 洗涤速率定义为单位时间的洗涤液用量。在洗涤过程中,滤饼厚度不再增加,故洗涤速率恒定不变。将单位时间内获得的滤液量称为过滤速率。我们研究洗涤速度时作如下假定:洗涤液粘度与滤液相同;洗涤压力与过滤压力相同。 ①叶滤机的洗涤速率和洗涤时间:此类设备采用置换洗涤法,洗涤液流经滤饼的通道与过滤终了时滤液的通道完全相同,洗涤液通过的滤饼面积也与过滤面积相同,所以终了过滤速率与洗涤速率相等。由式(1)可得: (6) 用洗涤液总用量除以洗涤速率,就可得到洗涤时间: (7) ②板框压滤机的洗涤速度和洗涤时间:板框压滤机过滤终了时,滤液通过滤饼层的厚度为框厚的一半,过滤面积则为全部滤框面积之和的两倍。但由于其采用横穿洗涤,洗涤液必须穿过两倍于过滤终了时滤液的路径,所以 ;而洗涤面积为过滤面积的1/2,即 ,由 的定义可知 将洗涤过程看成是滤饼不再增厚度的过滤过程,则单位时间内通过滤饼层的洗涤液量: (7) 此时过滤最终速率仍可用式(6)来计算。式(7)说明,采用横穿洗涤的板框式压滤机其洗涤速率为最终过滤速率的1/4。 洗涤时间: (8) (3)最佳操作周期 在一个操作循环中,过滤装置卸渣、清理、装合这些工序所占的辅助时间往往是固定,与生产能力无关。现在可变的就是过滤时间和洗涤时间。若采用较短的过滤时间,由于滤饼较薄而具有较大的过滤速度,但非过滤操作时间在整个周期中所占的比例较大,使生产能力较低;相反,若采用较长的过滤时间,非过滤时间在整个操作周期中所占比例较小,但因形成的滤饼较厚,过滤后期速度很慢,使过滤的平均速度减小,生产能力也不会太高。综上所述,在一操作周期中过滤时间应该有一个使生产能力达到最大的最佳值。可以证明,当过滤与洗涤时间之和等于辅助时间时,达到一定生产能力所需要的总时间最短少,即生产能力最大。板框过滤机的框厚度应据此最佳过滤时间内生成的滤饼厚度来决定。 2.连续过滤机的计算 (1)操作周期与过滤时间: 转筒过滤机的特点是过滤、洗涤、卸渣等操作是在过滤机分区域同时进行的。任何时间内都在进行过滤,但过滤面积中只有属于过滤区的那部分才有滤液通过。连续过滤机的操作周期就是转筒旋转一周所经历的时间。设转筒的转速为每秒钟n次,则每个操作周期的时间: 转筒表面浸入滤浆中分数为: 。于是一个操作周期中的全部过滤面积所经历的过滤时间为该分数乘以操作周期长度: 如此,我们将一个操作周期中所有时间但部分面积在过滤转换为所有面积但部分时间在过滤。这样,转筒过滤机的计算方法便于间歇取得一致。 (2)生产能力 转筒过滤机是在恒压操作的。设转筒面积为 ,一个操作周期中(即旋转一周)单位过滤面积的所得滤液量为 ,则转筒过滤机的生产能力为: 而 可由恒压过滤方程求得: 上式可以变为: 于是 (9) 当滤布的阻力可以忽略时, ,式(9)可以变为: (10) 式(9)和(10)可用于转筒过滤机生产能力的计算。 说明:旋转过滤机的生产能力首先取决于转筒的面积;对于特定的过滤机,提高转速和浸入角度均可提高其生产能力。但浸入角度过大会引起其它操作的面积减小,甚至难以操作;若转速过大,则每一周期中的过滤时间很短,使滤饼太薄,难于卸渣,且功率消耗也很大。合适的转速需要通过实验来确定。
例题2 在试验装置中过滤钛白( )的水悬浮液,过滤压力为 (表压),求得过滤常数如下: , 。又测出滤渣体积与滤液体积之比 。现要用工业压滤机过滤同样的料液,过滤压力及所用滤布亦与实验时相同。压滤机型号为BMY33/810-45。机械工业部标准TH39-62规定:B代表板框式,M代表明流,Y代表采用液压压紧装置。这一型号设备滤框空处长与宽均为810mm,厚度为45mm,共有26个框,过滤面积为33㎡,框内总容量为0.760m3。试计算: (1)过滤进行到框内全部充满滤渣所需要过滤时间; (2)过滤后用相当于滤液量1/10的清水进行横穿洗涤,求洗涤时间; (3)洗涤后卸渣、清理、装合等共需要40分钟,求每台压滤机的生产能力,分别以每小时平均可得多少 滤渣计。 解(1)一个操作周期可得滤液体积 虚拟滤液体积: 由过滤方程式: 可求得过滤时间为: (2)最终过滤速率由过滤基本方程微分求得: 洗涤速率为最终过滤速率的1/4。洗涤水量为: 洗涤时间 (3)操作周期为: 生产能力:
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