化工原理课件过滤

3.1 过滤（Filteration）
3.1.1 概述
过滤是在外力作用下，利用过滤介质使悬浮液中的液体 通过，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固液分离的一 种单元操作。过滤介质具有多孔结构，可以截留固体物质， 而让液体通过；我们把待过滤的悬浮液成为滤浆（Slurry） ，而过滤后分离出的固体称为滤渣或滤饼（Filter cake）， 通过过滤介质的液体称为滤液（Filtrate）。
滤液通过滤饼层的截流面通积
A0
滤饼层的截面积
将滤饼层转化为如图所示的圆环柱，根
d
据空隙率和自由截面积分率的定义，有：
4
d2L D2L
d 2 D
4
A0
4
d2 D2
d 2
D
4
L
A0
D
3.1.3 过滤基本理论
（3）滤饼比表面积aB和颗粒比表面积 S0 颗粒总表面积
aB 滤饼层体积
颗粒总表面积 S0 颗粒总体积
流 通流 截通 面 l 滤 截 积饼 面 4层 积 4体 d e 4 润 湿 4 润 周湿 边 l 滤 周 饼 边 a B 层 1 体 S 0
u流 体通 积截 流 流 体 面 量 通 积 积 截 流 滤 滤面 量 饼 饼积 层 层 A u 截 截 0u面 面积 积
l K0L
3.1.3 过滤基本理论
过滤速率 过过滤滤推阻动力力 l1uNm N 2sm m 2m /sm 12
滤饼的空隙率↓，r↑，所以对可压缩滤饼推动力不同时， 比阻也不同；由于滤液流过滤饼而对滤饼中的颗粒产生向前 的压缩力（压紧力），使得滤饼表面空隙率较大，而内部的 空隙率较小，阻力较大；因此空隙率、比阻不仅与过滤推动 力有关，还与滤饼层的位置有关，它们在滤饼中的不同位置 分布是不均匀的。且上式过滤速率只考虑了滤饼的过滤阻力 ，还未考虑过滤介质的过滤阻力。
3.1.2 过滤设备
② 流程
装合、过滤、洗涤、卸渣、整理，1232123212321……
3.1.2 过滤设备
③ 特点
优点：结构简单，过滤面积大（100×100mm~1500 × 1500mm）而占地省，过滤压力高（可达1.5MPa），操作灵 活，便于用耐腐蚀材料制造，所得滤饼水分含量少，又能充 分地洗涤。
3.1.2 过滤设备
（3）转筒真空过滤机（Rotary vacuum drum filter） ① 结构与工作原理：
3.1.2 过滤设备
3.1.2 过滤设备
②流程 过滤、洗涤、吸干、吹松、卸渣
③特点 优点：操作连续、自动 缺点：设备体积庞大，过滤面积相对较小，过滤、洗涤推
动力小，洗涤不充分，适用于处理量大而容易过滤的悬浮液 分离。
将以上关系代入哈根—泊谡叶方程：
p 13K 2 0 L u 1 4 S 0 22 K 0 L 1 3 u 2S 0 2
3
u
p1
滤饼的比阻（Lewis
2K012S02 L
Specific filtration
滤饼两侧
resistance）
r2K012S02
3
的压力差
u dV p1
Ad rL
②流程
装合、过滤、洗涤、卸渣、整理
③ 特点
优点：间歇过滤，单位地面所容纳的过滤面积大，洗涤 充分，生产能力比压滤机大，机械化程度高，劳动力省，密 闭过滤，操作环境较好。
缺点：构造复杂，造价高，滤饼中粒度差别较大的颗粒 可能分别积聚于不同的高度，使洗涤不均匀。
置换洗涤（洗涤液的流通路径与过滤滤液流通路径相同 ，洗涤液的流通截面积与过滤滤液流通截面积相等；洗涤速 率与过滤终了速率相等）。
（1）过滤介质（Filter medium）：
过滤介质应具有以下特性：多孔性，足够的机械强度， 尽可能小的流动阻力，耐腐蚀性，耐热性，易于再生。
工业上常见的过滤介质：织物介质、堆积介质、多孔固 体介质、多孔膜。
3.1.1 概述
（2）过滤分类： 深层过滤（Deep bed filteration） 滤饼过滤（Cake filteration）
悬浮液
悬浮液 滤饼
深层过滤
过滤介质
过滤介质 滤液
滤饼过滤
3.1.1 概述
（3）过滤推动力： 重力（漏斗过滤）、压力（加压过滤）或真空（抽滤） 、离心力（离心过滤）。
（4）滤饼的可压缩性 （5）助滤剂 助滤剂本身就是一性能良好的过滤介质，是一种坚硬、 不规则的小颗粒，它能形成结构疏松、空隙率大、不可压缩 的滤饼，很大程度改善过滤难度。助滤剂使用方法主要有两 种：混合、预涂。
3 过滤
化工原理课件过滤
3 过滤
均相混合物：所需分离的物质在同一相中，不能用机械
混合物
的方法分离；
非均相混合物：具有一个以上的相，可以用机械的方
法分离。相界面两侧的物质性质不同。
非均相混合物
固体——固体：固体混合物 固体——液体：悬浮液 固体——气体：含尘气体 液体——气体：含雾气体 液体——液体：乳浊液
洗涤方式为置换洗涤。
3.1.3 过滤基本理论
3.1.3.1 滤饼层特性 （1）滤饼层空隙率ε
滤饼中空隙体积
滤饼层体积
空隙率反映了滤饼层中固体颗粒的堆积密度； ε↓，颗 粒堆积紧密，同样流量下，阻力↑；ε↑，颗粒堆积疏松，同 样流量下，阻力↓。
3.1.3 过滤基本理论
（2）滤饼自由截面积分率A0
颗粒总体积
滤饼层体1积
滤
饼 层 体 颗积粒 总 体 滤饼层体积
积
aB 1
S0
aB1S0
3.1.3 过滤基本理论
3.1.3.2 滤液通过滤饼层的流动
流动阻力可用哈根—泊谡叶方程表示：
p1
32lu
de2
式中 l'—— 滤饼孔道的平均长度，m；
u'——为滤饼孔道中滤液的流速， m/s；
de —— 为孔道的当量直径，m。
3.1.2 过滤设备
过滤设备按生产压差的方式不同分成两大类: ① 压滤和吸滤 如叶滤机、板框压滤机，回转真空过滤 机等； ② 离心过滤 如各种间歇卸渣和连卸渣离心机。
3.1.2 过滤设备
（1）板框压滤机（Plate-and-frame type filter press） ① 结构与工作原理
3.1.2 过滤设备
缺点：间歇过滤，劳动强度大，适用于中小规模的生产 及有特殊要求的场合。
横穿洗涤（洗涤液的流通路径是过滤滤液流通路径的两 倍，洗涤液的流通截面积为过滤滤液流通截面积的一半；故 洗涤速率为过滤终了速率的四分之一）。
3.1.2 过滤设备
（2）叶滤机（Leaf filter） ① 结构与工作原理：
3.1.2 过滤设备