压滤机过滤面积的设计计算

2计算公式推导过程

　　过滤基本方程式为:

　　式中:V一滤液体积,m3

　　τ一过滤时间,s

　　K一过滤常数,㎡/s

　　A一过滤面积,㎡

　　Ve一过滤介质的虚拟滤液体积,m3

　　2.1过滤阶段

　　过滤阶段分为两部分：恒速过滤和恒压过滤。在恒速过滤中,过滤速度为常数,得到的滤液体积V'为：

　　整理得恒速过滤所得的滤液体积和所需时间分别为：

　　式中：V’一恒速过滤得到的滤液体积,m3

　　UR一恒速过滤的过滤速度,m3/㎡﹒s

　　τ’一恒速过滤所用时间,s

　　对恒压过滤,对过滤基本方程式积分整理:

　　得：

　　则恒压过滤的时间为：

　　2.2洗涤阶段

　　洗涤阶段为恒压操作,因板框压滤机采用横穿洗涤法,故洗涤面积为过滤面积的一半,洗涤阻力为过滤阻力的!倍,若洗涤压力与恒压过滤压力相同,洗水粘度与滤液粘度相近,则洗涤速率(wash)与终过滤速率(end)间的关系为：

　　洗水体积与滤液体积成正比，即Vw=aV，故：

　　式中：Vw一洗水体积,m3

　　a一洗水体积与滤液体积之比,无因次

　　τ’w一洗涤时间,s

　　若洗涤压力与恒压过滤压力不同或洗水粘度与滤液粘度不同,则洗涤时间须用下式校正:

　　其中

　　式中，μw，μ一分别为洗水黏度和滤液黏度，N﹒S/㎡

　　ΔPw，ΔP一分别为洗涤压力和恒压过滤压力，Pa

　　S一滤饼的压缩性指数，无因次

　　2.3生产能力

　　压滤机的生产能力通常用单位时间获得的滤液体积表示。在一个操作周期中,过滤阶段以外的时间虽不进行过滤,但仍要计入生产时间内。即按一个操作周期所用的总时间计算生产能力。

　　压滤机的生产能力可用下式计算：

　　式中：τD一卸渣、清洗、装合等辅助操作时间,s

　　Q一压滤机的生产能力，m3/s

　　分别将(3)、(4)带入上式，并令：

　　得：

　　为得到生产能力的大值，令

　　：

　　求得

　　：

　　将(8)代入(7)式，则得大生产能力为：

　　2.4操作压力对过滤的影响

　　过滤常数K随压滤机的操作压力而改变：

　　式中，k一表征过滤物料特性的常数，m4/N﹒s

　　过滤介质阻力可用下式计算：

　　式中，Re一过滤介质阻力，1/m

　　γ0一单位压力差下滤饼的比阻，1/㎡

　　υ一滤饼体积与相应的滤液体积之比，无因次

　　3举例计算过滤面积和操作条件

　　生产中过滤某种悬浮液，要求过滤机达到21m3/h的生产能力，恒速阶段的过滤速度UR=9.5×10-4m3/㎡﹒s，洗水体积与滤液体积之比为百分之八，洗涤时操作压力与恒压过滤时操作压力相等，洗水黏度为1.04mPa﹒s，滤液黏度为2.31mPa﹒s，该悬浮液在操作压力为300kPa下用小型压滤机实验，测得过滤常数K’=1.5×10-4㎡/s，单位面积上虚拟滤液体积qe’=0.029m3/㎡，滤饼的压缩性指数S=0.3，试问应选用多大过滤面积的压滤机，并确定操作条件。

　　普通压滤机的操作压力一般不超过800kPa，所以先假设操作压力为该值。

　　根据(10)、(11)两式，因k、s、Re、γ0、υ、A均不随操作压力改变，所以：

　　恒速阶段的滤液体积和时间分别由(1)、(2)两式求出：

　　大生产能力可由(9)式求出：

　　当大产能为所达到的5.83×10-3m3/s时，压滤机的过滤面积为28.2㎡。根据压滤机的系列标准，选择接近的过滤面积为30㎡的压滤机。并由此计算确定压滤机的操作条件。

　　假设压滤机的操作压力为672kPa，仿照以上算法，得：

　　所以，该压滤机在672kPa操作压力下可完成生产任务。

　　在一个操作周期中获得的滤液体积由(8)式求出：

　　分别由(3)、(4)两式求出恒压过滤时间和洗涤时间：

　　一个操作周期所需总时间为：

　　4结果讨论

　　由以上计算可见,可选择过滤面积为30㎡的板框压滤机,采用672kPa的操作压力和佳操作周期,即先恒速过滤122s再恒压过滤987s,然后用292s洗涤,后用20min卸渣、清洗、重装,正好达到21m3/h的生产能力。

　　压滤机的生产能力除了与过滤面积有关外,还与悬浮液的性质和操作条件有关,也就是说,当过滤某种悬浮液时,压滤机的生产能力随操作压力和操作周期而变。在一定的操作压力下,当按佳操作周期进行操作时,压滤机的生产能力大。因此,在确定压滤机的过滤面积时,应先求出大操作压力下的大生产能力与过滤面积的关系式,当大生产能力等于要求达到的生产能力时,对应的过滤面积为大操作压力下所需的小过滤面积,即经济合理的过滤面积,然后依据压滤机的系列标准选择适用的压滤机。