化工原理第三章过滤
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说明：随着过滤过程的进行，滤饼逐Fra Baidu bibliotek加厚，过滤阻力不断 增加，可以想见，如果过滤压力不变，即恒压过滤时，过滤 速度将逐渐减小。因此上述定义为瞬时过滤速度。
（二）涉及的几个术语
1. 空隙率: 单位体积床层中的空隙体积，用ε表示。 ε=空隙体积 / 床层体积 m3/m3
2. 颗粒比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积，用a表示。 a=颗粒表面 / 颗粒体积
③多孔固体介质：具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶 瓷、多孔塑料、多孔金属制成的管或板，能拦截1-3m的微细 颗粒。
④多孔膜：用于膜过滤的的各种有机高分子膜和无机材料膜。 醋酸纤维素和芳香酰胺系两大类有机高分子膜。可用于截留 1m以下的微小颗粒。
4、滤饼的压缩性及助滤剂
1）滤饼的可压缩性
滤饼
①织物介质(又称滤布) ②堆积介质
③多孔固体介质
④多孔膜
①织物介质：滤布， 用棉、毛、丝、麻 等天然纤维及合成 纤维织成的织物， 由玻璃丝或金属丝 织成的网。能截留 颗粒的最小直径为 5-65m。工业上的 应用最为广泛。
②堆积介质：由各种固体颗粒（砂、木碳、石棉、 硅藻土）或非纺织纤维等堆积而成，多用于深床过滤 中。
定义滤饼层的空隙率为： 滤饼层的总体积
滤液体积流量 u 滤饼的截面积
滤液体积流量
滤液体积流量
u1 滤饼截面中空隙部分的面积 滤饼空隙率 滤饼截面积
所以
u1
u
（1）
②孔道的平均长度可以认为与滤饼的厚度成正比：
le=K0L
（2）
③孔道的当量直径
de
4 流通截面积 润湿周边长
L L
4 空隙体积 颗粒表面积
加入助滤剂可减少可压缩滤饼的流动阻力
预涂 用助滤剂配成悬浮液，在正式过滤前用它进
加入方法
行过滤，在过滤介质上形成一层由助滤剂组 成的滤饼。
将助滤剂混在滤浆中一起过滤
二、过滤的基本理论
（一）过滤速度
定义：单位时间通过单位过滤面积的滤液体积
u dV dq
Ad d
u---瞬时过滤速率，m3·m-2·s-1即m·s-1 q--单位过滤面积所得的滤液量，q=V/A， m3·m-2
不可压缩滤饼: 颗粒有一定的刚性，当滤饼两侧的压 力差增大时，颗粒的形状和颗粒间的 空隙不会发生明显变化，单位厚度床 层的流动阻力可视作恒定。
可压缩滤饼:
颗粒比较软，当滤饼两侧的压力差增 大时，颗粒的形状和颗粒间的空隙会 有明显的改变，单位厚度饼层的流动 阻力随压力差增大而增大。
2）助滤剂 助滤剂是某种质地坚硬而能形成疏松饼层的固体颗粒或纤 维状物质，将其混入悬浮液或预涂于过滤介质上，可以改善 饼层的性能，使滤液得以畅流。
4 滤饼层体积空隙率 比表面积 颗粒体积
4 滤饼层体积空隙率
比表面积 滤饼层体积 1 空隙率
重力沉降分离
一、重力沉降原理
一)自由重力沉降
u0
4dg(s ) 3
——沉降速度表达式
a) 层流区或斯托克斯(stokes)定律区（10 –4＜Re0<2）
u0
d
2 s
18
——斯托克斯公式
b) 过渡区或艾伦定律区（Allen）（2＜Re0<500）
u0 0.269
gd s Re00.6
——艾伦公式
2、过滤基本方程的推导 简化模型：假定： (1)流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。 (2)细管的内表面积等于全部颗粒的表面积。
u 空床速度（表观速度）
p1
L
u le
de
真实速度
u1
流体在固定床内流动的简化模型
讨论： 设滤饼的体积为Vc，颗粒的比表面积为a
① u1与u的关系
滤饼层的空隙体积
Vs BLu0 A0u0 ——降尘室的生产能力
二）分级器 三）沉降槽 ---用于分离出液-固混合物
第四节 过 滤
• 一、过滤操作的基本概念 • 二、过滤基本理论 • 三、过滤设备 • 四、滤饼的洗涤 • 五、过滤机的生产能力
一、过滤操作的基本概念
1、过滤的概念
1）定义：在外力作用下， 使悬浮液中的液体通过多孔 介质的孔道，而悬浮液中的 固体颗粒被截留在介质上， 从而实现固、液分离的操作。
c) 湍流区或牛顿定律区（Nuton）（500＜Re0＜ 2×105）
u0 1.74
d s g
——牛顿公式
常用沉降速度的计算：
u0
假设沉降属于层流区
d 2 s
18
Re0 du0
u0
Re0
艾伦公式（牛顿公式）
Re0＞2
二）干扰沉降
u0为所求
Re0＜2
二、重力沉降分离设备
一）降尘室---气固体系 L H ——降尘室使颗粒沉降的条件 u u0
3. 管道的当量直径： de=4×水力半径=4×管道截面积 / 润湿周边
（三）过滤基本方程
1、滤液通过滤饼层的流动特点 1）非稳态过程 实际过滤过程中，随着过滤的进行，滤饼的厚度不断 增加，流动阻力逐渐加大 。因此，是一个非稳态流动。
2）层流流动
滤饼层是由许多细小颗粒堆积而成，这些颗粒提供了 很大的液，固接触表面，液体在滤饼层的流动速度很慢 ，因此，滤液在滤饼层的流动是层流流动。
(b) 架桥现象 饼层过滤
进料液
1）饼层过滤
要求颗粒的直径大多要比过滤介质的孔道大，随着过 滤的进行，固体颗粒沉积于过滤介质表面而形成滤饼。
适用于处理固相含量稍高（固相体积分率在1%以上） 的悬浮液。
(a)饼层过滤
(b) 架桥现象
图 3-18 饼层过滤
2）深层过滤
颗粒尺寸比介质的孔道小很多，但孔道弯曲细长，颗 粒进入后很容易被截流，同时这种过滤是在过滤介质内 部进行的，介质表面无滤饼形成。过滤用的介质为粒状 床层或素烧（不上釉的）陶瓷筒或板。
此法适用于从液体中除去很小量的固体微粒，例如饮 用水的净化。
3、过滤介质 （1）对过滤介质的性能要求
a) 多孔性，对流体的阻力小，又能截住要分离的颗粒,孔 道又不宜大 。 b) 物理化学性质稳定，耐热，耐化学腐蚀。 c)足够的机械强度，使用寿命长 d) 价格便宜
（2）工业上常用的过滤介质的种类
说明: ①推动力：重力、压力（或压差）和离心力；
②目的:获得清净的液体产品，或者得到固体产品；
2）过滤的相关术语
滤浆：过滤操作中所处理的原始悬浮液 滤液：通过多孔介质后的液体 滤渣（滤饼）：被截留住的固体颗粒堆积层
2、过滤方式
1）饼层过滤 √ 2）深层过滤 3）膜过滤
浓缩液
渗透液
(a)饼层过滤 图 3-18
（二）涉及的几个术语
1. 空隙率: 单位体积床层中的空隙体积，用ε表示。 ε=空隙体积 / 床层体积 m3/m3
2. 颗粒比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积，用a表示。 a=颗粒表面 / 颗粒体积
③多孔固体介质：具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶 瓷、多孔塑料、多孔金属制成的管或板，能拦截1-3m的微细 颗粒。
④多孔膜：用于膜过滤的的各种有机高分子膜和无机材料膜。 醋酸纤维素和芳香酰胺系两大类有机高分子膜。可用于截留 1m以下的微小颗粒。
4、滤饼的压缩性及助滤剂
1）滤饼的可压缩性
滤饼
①织物介质(又称滤布) ②堆积介质
③多孔固体介质
④多孔膜
①织物介质：滤布， 用棉、毛、丝、麻 等天然纤维及合成 纤维织成的织物， 由玻璃丝或金属丝 织成的网。能截留 颗粒的最小直径为 5-65m。工业上的 应用最为广泛。
②堆积介质：由各种固体颗粒（砂、木碳、石棉、 硅藻土）或非纺织纤维等堆积而成，多用于深床过滤 中。
定义滤饼层的空隙率为： 滤饼层的总体积
滤液体积流量 u 滤饼的截面积
滤液体积流量
滤液体积流量
u1 滤饼截面中空隙部分的面积 滤饼空隙率 滤饼截面积
所以
u1
u
（1）
②孔道的平均长度可以认为与滤饼的厚度成正比：
le=K0L
（2）
③孔道的当量直径
de
4 流通截面积 润湿周边长
L L
4 空隙体积 颗粒表面积
加入助滤剂可减少可压缩滤饼的流动阻力
预涂 用助滤剂配成悬浮液，在正式过滤前用它进
加入方法
行过滤，在过滤介质上形成一层由助滤剂组 成的滤饼。
将助滤剂混在滤浆中一起过滤
二、过滤的基本理论
（一）过滤速度
定义：单位时间通过单位过滤面积的滤液体积
u dV dq
Ad d
u---瞬时过滤速率，m3·m-2·s-1即m·s-1 q--单位过滤面积所得的滤液量，q=V/A， m3·m-2
不可压缩滤饼: 颗粒有一定的刚性，当滤饼两侧的压 力差增大时，颗粒的形状和颗粒间的 空隙不会发生明显变化，单位厚度床 层的流动阻力可视作恒定。
可压缩滤饼:
颗粒比较软，当滤饼两侧的压力差增 大时，颗粒的形状和颗粒间的空隙会 有明显的改变，单位厚度饼层的流动 阻力随压力差增大而增大。
2）助滤剂 助滤剂是某种质地坚硬而能形成疏松饼层的固体颗粒或纤 维状物质，将其混入悬浮液或预涂于过滤介质上，可以改善 饼层的性能，使滤液得以畅流。
4 滤饼层体积空隙率 比表面积 颗粒体积
4 滤饼层体积空隙率
比表面积 滤饼层体积 1 空隙率
重力沉降分离
一、重力沉降原理
一)自由重力沉降
u0
4dg(s ) 3
——沉降速度表达式
a) 层流区或斯托克斯(stokes)定律区（10 –4＜Re0<2）
u0
d
2 s
18
——斯托克斯公式
b) 过渡区或艾伦定律区（Allen）（2＜Re0<500）
u0 0.269
gd s Re00.6
——艾伦公式
2、过滤基本方程的推导 简化模型：假定： (1)流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。 (2)细管的内表面积等于全部颗粒的表面积。
u 空床速度（表观速度）
p1
L
u le
de
真实速度
u1
流体在固定床内流动的简化模型
讨论： 设滤饼的体积为Vc，颗粒的比表面积为a
① u1与u的关系
滤饼层的空隙体积
Vs BLu0 A0u0 ——降尘室的生产能力
二）分级器 三）沉降槽 ---用于分离出液-固混合物
第四节 过 滤
• 一、过滤操作的基本概念 • 二、过滤基本理论 • 三、过滤设备 • 四、滤饼的洗涤 • 五、过滤机的生产能力
一、过滤操作的基本概念
1、过滤的概念
1）定义：在外力作用下， 使悬浮液中的液体通过多孔 介质的孔道，而悬浮液中的 固体颗粒被截留在介质上， 从而实现固、液分离的操作。
c) 湍流区或牛顿定律区（Nuton）（500＜Re0＜ 2×105）
u0 1.74
d s g
——牛顿公式
常用沉降速度的计算：
u0
假设沉降属于层流区
d 2 s
18
Re0 du0
u0
Re0
艾伦公式（牛顿公式）
Re0＞2
二）干扰沉降
u0为所求
Re0＜2
二、重力沉降分离设备
一）降尘室---气固体系 L H ——降尘室使颗粒沉降的条件 u u0
3. 管道的当量直径： de=4×水力半径=4×管道截面积 / 润湿周边
（三）过滤基本方程
1、滤液通过滤饼层的流动特点 1）非稳态过程 实际过滤过程中，随着过滤的进行，滤饼的厚度不断 增加，流动阻力逐渐加大 。因此，是一个非稳态流动。
2）层流流动
滤饼层是由许多细小颗粒堆积而成，这些颗粒提供了 很大的液，固接触表面，液体在滤饼层的流动速度很慢 ，因此，滤液在滤饼层的流动是层流流动。
(b) 架桥现象 饼层过滤
进料液
1）饼层过滤
要求颗粒的直径大多要比过滤介质的孔道大，随着过 滤的进行，固体颗粒沉积于过滤介质表面而形成滤饼。
适用于处理固相含量稍高（固相体积分率在1%以上） 的悬浮液。
(a)饼层过滤
(b) 架桥现象
图 3-18 饼层过滤
2）深层过滤
颗粒尺寸比介质的孔道小很多，但孔道弯曲细长，颗 粒进入后很容易被截流，同时这种过滤是在过滤介质内 部进行的，介质表面无滤饼形成。过滤用的介质为粒状 床层或素烧（不上釉的）陶瓷筒或板。
此法适用于从液体中除去很小量的固体微粒，例如饮 用水的净化。
3、过滤介质 （1）对过滤介质的性能要求
a) 多孔性，对流体的阻力小，又能截住要分离的颗粒,孔 道又不宜大 。 b) 物理化学性质稳定，耐热，耐化学腐蚀。 c)足够的机械强度，使用寿命长 d) 价格便宜
（2）工业上常用的过滤介质的种类
说明: ①推动力：重力、压力（或压差）和离心力；
②目的:获得清净的液体产品，或者得到固体产品；
2）过滤的相关术语
滤浆：过滤操作中所处理的原始悬浮液 滤液：通过多孔介质后的液体 滤渣（滤饼）：被截留住的固体颗粒堆积层
2、过滤方式
1）饼层过滤 √ 2）深层过滤 3）膜过滤
浓缩液
渗透液
(a)饼层过滤 图 3-18