非均相物系,分离理论概要

m3/m2s。
过滤速率: 单位时间内获得的滤液体积，m3/s。
任一瞬间的过滤速度为：
pc dV 3 u 2 ( ) 2 Ad 5a (1 ) L
Apc dV 3 2 ( ) 2 d 5a (1 ) L
过滤速率为：
式中 V —— 滤液量，m3； θ —— 过滤时间，s； A —— 过滤面积，m2。
比阻r
单位厚度滤饼的阻力；
在数值上等于粘度为1Pa·s的滤液以1m/s的平均流速通过
厚度为1m 的滤饼层时所产生的压强降； 比阻反映了颗粒特性(形状、尺寸及床层空隙率)对滤液流 动的影响； 床层空隙率ε 愈小及颗粒比表面a愈大，则床层愈致密， 对流体流动的阻滞作用也愈大。
5 过滤介质的阻力
pc dV 3 u 2 ( ) 2 Ad 5a (1 ) L
pc pc dV Ad rL R
式中
r——滤饼的比阻，1/m2, 其计算式为：
r 5a 2 (1 ) 2
3
R——滤饼阻力，1/m, 其计算式为：
R=rL
3 过滤速率
过滤速度: 单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积，
假设：厚度为 Le 的滤饼产生的阻力与滤布相同，而过程仍 能完全按照原来的速率进行，则：rLe=Rm
dV p p Ad (rL rLe ) r ( L Le )
式中Le——过滤介质的当量滤饼厚度，或称虚拟滤饼厚度，m。 在一定的操作条件下，以一定介质过滤一定悬浮液时，Le 为定值；但同一介质在不同的过滤操作中，Le值不同。
4.过滤阻力
• • • • 介质阻力：可视为平变，且一般过滤初较明显 滤饼阻力: 滤饼厚度：随过滤进行而增加 滤饼特性：颗粒形状、大小，粒
• 大多情况下，过滤阻力主要取决于滤饼阻力。
二、过滤的基本理论
1 滤液通过饼层的流动
对于颗粒层中不规则的通道，可以简化成由一组当量直径
为de的细管，而细管的当量直径可由床层的空隙率和颗粒的
的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而
实现固液分离的单元操作。
过滤介质: 过滤采用的多孔物质； 滤浆:或滤渣: 被截留的固体物质。
滤浆
滤饼
过滤介质
滤液
过滤操作示意图
(滤饼过滤)
深床过滤
2 过滤介质
过滤介质的分类： 织物介质(又称滤布) ：
通常，滤饼与滤布的面积相同。所以两层中的过滤速度应 相等，则：
pc pm dV p Ad ( R Rm ) ( R Rm )
式中：Δp — 滤饼与滤布两侧的总压强差，称为过滤压强差。 上式表明，可用滤液通过串联的滤饼与滤布的总压强降来 表示过滤推动力，用两层的阻力之和来表示总阻力。
比表面积来计算。
2 颗粒床层的特性
颗粒床层的特性可用空隙率、当量直径等物理量来描述。
空隙率：单位体积床层中的空隙体积称为空隙率。
比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积称为比表面积。
依照第一章中非圆形管的当量直径定义，当量直径为：
管道截面积 d e 4 水力半径 4 润湿周边长
式中 de——床层流道的当量直径，m 故对颗粒床层直径应可写出：
第三章
非均相物系的分离
第一节
均相物系(honogeneous
概述
自然界的混合物分为两大类：
system): 均相混合物。物系内
部各处均匀且无相界面。如溶液和混合气体都是均相物系。
非均相物系(non-honogeneous
system): 非均相混合物。
物系内部有隔开不同相的界面存在，且界面两侧的物料性质有 显著差异。如：悬浮液、乳浊液、泡沫液属于液态非均相物系， 含尘气体、含雾气体属于气态非均相物系。
通常把过滤介质的阻力视为常数，仿照滤液穿过滤饼层的速 度方程则可写出滤液穿过过滤介质层的速度关系式：
pm dV Ad Rm
式中 Δpm—— 过滤介质上、下游两侧的压强差，Pa； Rm —— 过滤介质阻力，l/m 由于很难划定过滤介质与滤饼之间的分界面，更难测定分 界面处的压强，在操作过程中总是把过滤介质与滤饼联合起来 考虑。
流道截面积 流道长度 de 润湿周边长 流道长度
流道容积 de 流道表面积 (1 )a
滤液通过饼层的流动常属于滞流流型，可以仿照圆管内滞流 流动的泊稷叶公式 (哈根方程)来描述滤液通过滤饼的流动，则 滤液通过饼床层的流速与压强降的关系为：
F A p
32 lu d2
d e (pc ) u1 L
2
式中 u1 —滤液在床层孔道中的流速，m/s；
L —床层厚度，m,
Δ pc —滤液通过滤饼层的压强降，pa； 阻力与压强降成正比，因此可认为上式表达了过滤操作中 滤液流速与阻力的关系。
床层空隙中的滤液流速u1 床层截面积计算的滤液平均流速u
u1
u

u1
2
u

d e (pc ) u1 L
pc 1 3 u ( ) 2 2 K a (1 ) L
de (1 ) a
上式中的比例常数K′与滤饼的空隙率、颗粒形状、排列及
粒度范围诸因素有关。对于颗粒床层内的滞流流动，K′值可 取为5。
4 滤饼阻力
对于不可压缩滤饼，滤饼层中的空隙率ε可视为常数，颗 粒的形状、尺寸也不改变，因而比表面a 亦为常数，则有
非均相物系的分离原理：
•在非均相物系中，分散物质和分散介质组成
•由于非均相物的两相间的密度等物理特性差异较 大，因此常采用机械方法进行分离。按两相运动 方式的不同，机械分离大致分为沉降和过滤两种 操作。
第二节 过 滤
一、过滤操作的基本概念
1 过滤(filtration)
以某种多孔物质为介质，在外力的作用下，使悬浮液中
由棉、毛、麻、丝等天然纤维及合成纤维制成的织物，以 及玻璃丝、金属丝等织成的网；
堆积介质
由各种固体颗粒（细砂、硅藻土等）堆积而成， 多用于 深床过滤；
多孔固体介质
这类介质具有很多细微孔道，如多孔陶瓷、多孔塑料等。
多用于含少量细微颗粒的悬浮液，
3.过滤推动力
• • • • 悬浮液自身压强差，重力 悬浮液的—侧加压 过滤介质的—侧抽真空 离心力