矿大北京化工原理3-05

2 2 3
比阻 r 反映了单位饼层厚度L产生的阻力。
15
四、过滤介质的阻力 过滤初时，介质的阻力不可小视；但随饼层 的增厚，其影响逐渐减弱甚至可以忽略不计。 滤介的致密度及厚度、滤浆的特性不同的 过滤介质阻力。不过，一旦确定滤介和物料，介 质阻力可视为常数。仿照滤液穿过“滤饼”时的 速度计算式写出滤液穿过“滤介”时的速度 u 式

过滤速率u'：单位时间内获得的滤液体积dV/d， m3/s。 过滤速度u：单位过滤面积上的过滤速率，m/s:
u dV / d A
q=V/A
dq u d
结合(3-35)，过滤速率式：
dV 1 d 5 (1 ) 2 a 2
3Leabharlann 14 Apc L (3-35c)
增加使流道 l 增长，流阻R 增加。 适用于固体体积分率 >1% 的悬浮液。
3
⑵深床过滤(深层过滤)
过滤介质——砂子或砂子、砾石
混级或其它堆积介质。介质层较厚，里面形成长而曲
折的流道。通常处理颗粒直径<流道直径的悬浮液。
过滤时，颗粒随流体进入孔道靠拦截、惯性碰
撞、扩散沉积、重力沉积及静电效应等使颗粒沉积在
体积、滤饼 以及滤浆的浓度有关。对水作物料 衡算求出: 滤液体积+滤饼中水的体积=相应滤浆中水的体积
0.5 L 1 (0.5 L 1)(1 0.1)
L=0.1667m
R rL 1.333 1010 0.1667 2.22 109 m 1
20
空过滤机和活塞推料离心机中的操作。
7
二、过滤介质 足够的机械强度、尽小的流阻及耐腐蚀、
耐热性。
介质 织物 堆积介质 多孔固介 多孔膜* 1~3m 0.005m
滤渣dmin 5~65m
8
三、滤饼的压缩性和助滤剂 由坚硬固体颗粒 ( 如：硅藻土、碳酸钙等 ) 形 成滤饼，增大其两侧的压差时，颗粒的形状和颗 粒间隙均无显著变化，即单位厚度饼层的流阻
①装置中设移动的刮片，使饼层始终限制在刮片与
滤介间隙范围内，使过滤在较高的速率下大体保持
恒定。生产能力比传统方式的过滤机提高很多。
5
②双功能过滤 过滤过程快速循环进行，滤饼积 累到一定厚度 (很薄 )就停止过滤，抖动滤介使滤 饼脱落，接着进行下一个循环。 ③错流过滤 滤浆流向与滤液流向垂直。使过滤
第三节
过滤
是分离液-固、气-固甚至气-液(雾)等非均相物 系的最普遍又行之有效的单元操作之一。
工业上，过滤不仅能分离粗、细颗粒，也可以
分离细菌、病毒和高分子。 与沉降相比，滤液的清洁度高、滤饼的含水量 比沉降槽底流的低，且拦截的颗粒更细。常将沉降 槽底流送入过滤机 ( 如污水厂的污泥脱水 )，降低排
三、滤饼的阻力
dV 1 3 d 5 (1 ) 2 a 2
3
Apc L
过滤速率式中的 2 2 反映了滤饼颗 5(1 ) a
粒的特性。对于不可压缩滤饼，该部分为常量； 对于可压缩滤饼，该部分随、a而变化。 滤饼比阻 r 为其倒数：
r 5(1 ) a / pc dV A pc 推动力 则： 速率 d rL (1 / A) R 阻力
放污泥的含水量，便于输送、焚烧等后处理。
本章以悬浮液为对象进行讨论。其结果同样适
用于气体为介质的非均相物系。 1
过滤的关键构件 —— 具 有 丰富细 微孔道 的 “过滤介质”。将混合物置于“介质”一侧，其 中的易流动相在推动力作用下穿过介质，进入另 一侧，实现分离。
滤浆
过滤时的推动力：
滤渣 (滤饼) 压差过滤——加压 / 真空； 介质
或：
dV A 2 p d rv (V Ve )
21
(3-44a)
dV A 2 p d rv (V Ve )
上式是“不可压缩滤饼”物料的过滤基本方程式。
但对于“可压缩滤饼”， r r ' ( p) s ，∴其过滤
∵ 2 1 s A p 基本方程式为： dV d r ' v (V Ve ) (3-46)
de
11
流道的 d e 4rH 4 A /
Al 流道容积 1 l 流道表面积 1 (1 )a
de 4 (1 )a
(3-32)
鉴于滤液在饼层中的流动常处滞流区，
d ( p ) 仿照泊谡叶公式： u 32 l 描述滤液通过饼层的流动情况
2
(3-46) 式是过滤计算、强化过滤操作的基本依
据，也是通式。
22
23
始终在不积或少积滤饼的条件下进行，过滤速率
始终较高。滤浆不可过稠。
6
⒊ 按操作方式分为“间歇过滤”和“连续过 滤”
⑴间歇过滤 过滤的同时不能卸料。随饼层滤 液通过饼层的流阻∵(p/L)过滤速率滤 液流出量 。如：板框压滤机和加压液滤机中的
操作。
⑵连续过滤 滤液、滤渣同时排出。如：转筒真
(1-46)
d e ( pc ) u1 L
12
2
(3-33)
∵Ll 流阻为保持一定的 u ，pc，
∴pc间接的反映了流阻的大小。即 (3-33) 表达了
de 4 而： (1 )a
滤液流速u与流阻间的关系。 u1 = u / (3-34)
d e ( pc ) u1 L
——比阻r 恒定——“不可压缩滤饼”。s =0。
由如氢氧化物的胶体物质构成的滤饼，随
p，颗粒发生形变并挤压流道，且随 p r
——“可压缩滤饼”。s =0~1
9
减小“可压缩滤饼” 流阻的方法：
⑴将另一种质地坚硬、能形成疏松饼层的固体作 为助滤剂，①混入悬浮液；②预先在过滤介质上 构成一层不可压缩的饼层——预涂。但在助滤剂 与滤液不互溶和不发生化反时，该两法对滤液无 影响。 ⑵对滤液∵ 流阻的情况，可以考虑加入助
若将滤介表示成与滤饼有相同 r 的物质， 对应的当量厚度为Le，即Rm=rLe 。上式为：
dV / d p A r ( L Le )
(3-41)
此式更明确了只有滤饼的、a，滤液的， 滤介都是某一确定值时，滤介阻力才为常数。
18
p168 例3-8 直 径 为 0.1mm 的 球 形 颗 粒 状 物 料悬浮于水中，用过滤分离。届时形成不可压 缩滤饼，其 =60%，①求：r ；②滤浆的固相 体积分率为10%，求：获滤液 0.5 m3/ m2滤介时 的滤饼阻力R。 解：⒈ 求r ：①小球比表面积
重力过滤——滤浆(介)层p； 离心过滤——离心力。
2
滤液
一、过滤分类
⒈ 按机理分为“表面过滤”和“深床过
滤”
⑴表面过滤 (滤饼过滤或饼层过滤 ) 过滤介质 ——织物、多孔固体或多孔膜。过 滤初时滤液混浊，“架桥”使流道更狭窄，滤液
逐
渐变清，滤饼形成后，滤液便澄清了。显然，有
效过滤靠的是滤饼而非滤介。当然，饼层厚度 L
：
dV / d pm A Rm
16
(3-39)
悬浮液 p1 pc L p
滤饼
过滤介质
pm
滤液 p2
过滤速率 =
过滤推动力 过滤阻力
17
推动力p= pc+ pm
阻力R= Rc+ Rm
将滤饼和滤介联合考虑，有：
dV / d pc pm p (3-40) u A ( R Rm ) ( R Rm )
滤介的孔道中，与流体分开。
多用于处理量大、颗粒细小含量甚微的物料， 如自来水厂的水净化、烟气除尘或合成气除雾。
4
⒉ 按过滤过程介质与滤饼的变化情况分为“澄 清 过滤”、“滤饼过滤”和“限制滤饼增长的过 滤” ⑴澄清过滤 特指除去流体中少量颗粒而获得纯净的
液体。多数是深床过滤。 ⑵滤饼过滤 见前。
⑶限制滤饼增长的过滤
2
将(3-32)和(3-34)代入(3-33)：
1 3 u K ' (1 ) 2 a 2
pc L
(3-35)
与 、颗粒形状、排 列及粒度范围等有关，饼 层内滞流时=5。
13
二、过滤速率
1 3 u K ' (1 ) 2 a 2
pc L
剂“破粘”的办法，此时应考虑滤液是否受影响。
10
3-3-2 过滤基本方程式 一、滤液通过饼层的流动 由于颗粒堆积的随意性，使饼层中的流道很 不规则。但相对较大过滤面积而言，细小、曲折 的流道在饼层任意截面上的总面积可视为恒定。
为此，可将不规则流道简化成一组直径为de、长
为 l 的平行细管(如图 dp )。
a d 2 /(d 3 / 6) 6 / d 6 104 m 2 / m 3
2 2 3 r 5 ( 1 ) a / ②
5(1 0.6)2 (6 104 )2 / 0.63 1.333 1010 m 2
19
⒉ R= rL 单位过滤面积上，滤饼厚度与滤液
五、过滤基本方程式
设每获得1 m3 滤液，有v m3 滤饼，则任一瞬 间滤饼厚度L 与当时已获滤液体积V 的关系为： LA=vV L= vV /A (3-42) (3-43)
对应的滤介： L vV / A e e
dV / d p p 改写(3-41)： A r ( L Le ) rv (V Ve ) / A