过滤介质分类
多介质过滤器设计方案
多介质过滤器设计方案引言多介质过滤器是目前广泛应用于水处理领域的一种常见设备。
本文将详细介绍多介质过滤器的设计方案，包括工作原理、结构设计、材料选择和操作维护等方面，以帮助读者更好地了解和应用多介质过滤器。
工作原理多介质过滤器主要是利用了不同物理性质的介质层对水进行多级过滤，以去除其中的杂质和悬浮物。
其工作原理如下：1.上层介质：粗颗粒介质–用于过滤较大颗粒的悬浮物和杂质，如泥沙、砂石等。
–通常使用石英砂、石英石、绿石、陶瓷球等作为上层介质。
2.中层介质：中等颗粒介质–用于进一步过滤较小颗粒的悬浮物和杂质。
–通常使用活性炭、炭砂、煤炭等作为中层介质。
3.下层介质：细颗粒介质–用于最细颗粒的过滤，以保证水质的最终脱色和净化。
–通常使用石英砂、铁砂、锰砂等作为下层介质。
整个多介质过滤器系统中，水从上至下通过不同层级的过滤介质，逐级去除杂质和悬浮物，最终得到清澈的水质。
结构设计多介质过滤器的结构设计包括滤器罐体、滤料层理和进出水管道等几个方面。
1.滤器罐体：一般采用环氧内胆和玻璃钢外衣的结构，以保证过滤器的耐腐蚀性和机械强度。
2.滤料层理：根据实际需要，可设计为单层、双层或多层结构，以满足不同水质的过滤要求。
每一层滤料之间需要设置分隔层，以保证水流均匀通过每一层滤料。
3.进出水管道：进出水口需要设计在滤料层的上部和下部，以保证水能均匀进入和退出滤料层，达到更好的过滤效果。
材料选择多介质过滤器的材料选择直接关系到设备的耐久性和过滤效果。
1.滤料材料：石英砂、石英石、绿石、陶瓷球、活性炭、炭砂、煤炭、铁砂、锰砂等。
根据水质和处理目标，可选用单一材料或组合使用多种材料。
2.罐体材料：环氧内胆可保证耐腐蚀性，玻璃钢外衣可增强罐体的机械强度。
3.进出水管道材料：一般选择耐腐蚀的塑料管道或不锈钢管道，以防止出现二次污染。
操作维护为保证多介质过滤器的正常运行和长期稳定性，需要进行一定的操作维护。
1.定期冲洗：根据水质和使用时间，每隔一段时间需进行定期冲洗，清除滤料堵塞和杂质嵌积，以保证过滤效果。
过滤材料分类
过滤介质的分类凡是能使滤浆中流体通过,其所含固相颗粒被截留,以达固液分离目的的多孔物都统称为过滤介质。
它是过滤机上关键组成部分,它决定了过滤操作的分离精度和效率,也直接影响过滤机的生产强度及动力消耗。
工业上应用的过滤介质种类繁多,按其结构分为挠性介质,刚性介质及松散性过滤介质三大类:∙挠性过滤介质：o金属过滤介质o非金属过滤介质：棉织物、毛织物、丝织物、合成纤维织物、玻璃纤维织物、非织造纤维织物：非织造滤布（、滤纸、滤毡、过滤衬垫）o金属、非金属混合介质∙刚性过滤介质o烧结金属网、金属纤维烧结毡、粉末烧结材料、多孔陶瓷、烧结多孔塑料、烧结铝氧化物、玻璃过滤介质∙松散过滤介质o硅藻土、膨胀珍珠岩粉、纤维素，砂，木炭粉、无烟过滤介质的作用原理与过滤操作机理相关。
用于滤饼过滤的过滤介质技术特性必须满足此种过滤的特殊要求:介质的结构能保证开始过滤时,颗粒能迅速在介质表面"架桥",使细颗粒不致流失(即穿滤);介质的孔道内夹持颗粒的比率低,介质的堵塞最小;滤饼能容易地完全地卸除;介质结构便于清洗再生。
常用的滤饼过滤介质主要有滤布,滤纸,滤网,侧边式滤芯等,对用作深层过滤的介质,则要求其结构满足指定的截留精度,能阻挡要求阻挡的颗粒;床层要有足够的容量,使其被颗粒堵塞的进程缓慢,以延长操作周期。
对各种过滤介质的共同要求是:优良的过滤特性(比阻小,截留精度高等);良好的物理、机械性能(强度高,搞蠕变,刚柔性,耐磨性高等),在一定工艺操作条件及环境下,化学稳定性好(耐腐蚀,耐高温及微生物等),清洗、再生方便,价格便宜,来源可靠。
常用过滤介质及其主要性能1.3.1 滤布这是在工业上品种最多,应用最广泛的过滤介质。
滤布有纺织滤布与非纺织滤布之分。
其构成材料均为天然纤维(棉,毛,丝,麻)或合成纤维。
滤布的过滤性能决定于材质,纤维织法及后处理加工。
(1)纺织滤布纺织滤布由三种不同类型的纱线织成:单纤(单缕纱),复丝长纤(定长纤维纱)和短纤(多缕纱)。
沉降与过滤：过滤
过滤方式：饼层过滤和深层过滤
过滤设备
滤池：完成过滤工艺的构筑物 分类：快滤池、压力滤池、转筒真空过滤机、微滤机、
布袋除尘器等 工作原理：过滤和反洗
其他气体净制方法
重力沉降与离心沉降主要用于固体浓度较高的含尘气体 的分离净制，而对分离效率要求高的净制工艺或对含尘浓 度低且含微细尘气的净制，需要其他的气体净制方法和 设备。
沉降与过滤：过滤
过滤
概念
过滤：在外力的作用下，悬浮液中的液体通过多孔介 质的孔道，而使固体颗粒被截留下来，从而实现非均相物 系的固液分离单元操作。
过滤推动力：过滤介质两侧的压力差。其由自身重力、 离心力、外加压力等力产生；
过滤介质：过滤操作所用的多孔性介质 工业上分类：
a. 织物介质：由天然或合成纤维、金属丝等编织而成的筛 网、滤布，适于滤饼过滤。 b. 多孔性固体介质：由素瓷、金属或玻璃烧结物、塑料细 粉粘结而成的多孔性塑料管等，适于含粘软性絮状悬浮颗 粒或腐蚀性混悬液的过滤。 c. 粒状介质：由各种固体颗粒或非编织纤维堆积而成，适 于深层过滤。 d. 微孔滤膜：由高分子材料制成的薄膜状多孔介质，适于 精滤。
干法净制 气体净制的分类 湿法净制
电净制
干法净制
袋滤器：是用过滤法将含
尘气体中尘粒滤
除的气体净制方
法。 主要构造：
气体由袋外进入袋内
滤袋；滤袋支撑骨架；进气口；
灰斗；出灰口； 出气口。
湿法净制
概念：是使含尘气体与水接触使其中尘粒被水粘 附除去的净制方法。
基本原理：在设备内产生气-固-水三相高度湍动， 以提高三相的接触，使尘粒粘附。
文丘里洗涤器 主要构造：收缩管、喉管、扩散管
旋风分离器
电净制
过滤的基本概念
滤饼阻力Rc
Rc
单位过滤面积上干滤饼的质量
过滤基本方程式
（4）基本过滤方程
由达西定律有
dV Ap
dt
由于
p pc pm
得出常用的过滤基本方程
p
c
A2
V
dV dt
A
Rm
dV dt
滤饼过滤方程式的几种形式
（1）恒压过滤 Δp一定, 过滤阻力↑, u↓
对过滤方程积分，其边界条件为: T=0，V=0;T=t，v=V
悬浮液
过滤介质
滤液
深层过滤
过滤基本方程式
(1) 达西定律
p dV
L kA dt
式中 dV为时间微元dt内的滤液体积, 即dV/dt=q
P为压差；
L为颗粒床层的厚度；
为流体粘度
A为颗粒床层的截面积
过滤基本方程式
（2）滤饼的比阻（m/kg）
1 k C s
k为渗透率（m2） C为滤饼固体颗粒体积分数
过滤推动力 : 重力、离心力、压力差。
化工生产上常用压差作推动力, 压差有可调性。
(2) 过滤介质 要求: 具有多孔性，足够的机械强度。 ① 丝织物品: 棉、麻、合纤、金属网(滤布、滤纸)； ② 多孔性固体介质: 多孔塑料； ③ 堆积介质: 砂、木炭、石棉粉等。
过滤的基本概念
(3) 滤饼的压缩性 不可压缩滤饼: 推动力↑时，滤饼的孔隙率ε不变；阻力 随厚度↑； 可压缩滤饼: 推动力↑时，ε↓，阻力急剧↑ 。
(4) 过滤过程特点 ▲ 服从流体经过固定床的流动规律 ▲ 随过滤进行, 床层厚度↑, 过滤阻力↑
过滤的基本概念
（5） 滤饼的洗涤 目的: 回收滤饼中残留的滤液，或除去滤饼中可溶性杂 ；
过滤的基本概念
滤饼的压缩性和助滤剂
滤饼是由截留下的固体颗粒堆积而成的床层，随着 操作过程的进行，滤饼的厚度和流动阻力都逐渐增加。滤 饼按可压缩性可分为两类：
藻土），当滤饼两侧压差增大，颗粒形状和颗粒间的孔隙 率不变，单位厚度床层的流动阻力可视作恒定。
不可压缩滤饼：不易变形的坚硬固体（如碳酸钙、硅 可压缩滤饼：空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。 助滤剂 ：在过滤操作中，为了降低过滤阻力，增加过
1.按过滤机理分：有表面过滤和深层过滤 2.按促使流体流动的推动力分：
•重力过滤：在水位差的作用下被过滤的混合液通过过滤介 质进行过滤，如水处理中的快滤池。
•真空过滤：在真空下过滤，如水处理中的真空过滤机。
•压力差过滤：在加压条件下过滤，如水处理中的压滤滤池。 •离心过滤：使被分离的混合液旋转，在所产生的惯性离心 力的作用下，使流体通过周边的滤饼和过滤介质，从而实 现与颗粒物的分离。
属丝等编制成的滤布。
• 多孔固体介质：如素烧陶瓷板或管、烧结金属板或管等。 • 多孔膜：由高分子有机材料或无机材料制成的薄膜，根据 分离孔径的大小，可分为微滤、超滤等。 •基本要求：适宜的孔径、滤阻小，同时因过滤介质是滤饼
的支承物，应具有足够的机械强度和耐腐蚀性
第一节 过滤操作的基本概念
三、过滤分类
滤速率或得到高度澄清的滤液所加入的一种辅助性的粉粒 状物质，称为助滤剂 。注意：当滤饼是产品时不能使用 助滤剂。
• 助滤剂的基本要求: • 1.能形成多空饼层的刚性颗粒，使滤饼有良好 的渗透性及较低的流体阻力。 • 2.具有化学稳定性。 • 3.在操作压强范围内具有不可压缩性。 滤饼的洗涤 洗涤的目的：在某些过滤过程中为了除去滤饼里存 留的滤液，或者为了回收滤饼中存留的滤液，在 过滤终了时，需要对滤饼进行洗涤。如果滤液为 水溶液，一般就用水洗涤。
过滤介质、滤饼
由棉、毛、丝、麻等天然纤维和由各种合成纤维制成的织物，以及 由玻璃丝、金属丝等织成的网。 造价低、清洗、更换方便，可截留的最小颗粒粒径为5～65μ m。
（2）粒状介质
一般由细砂、石粒、活性炭、硅藻土、玻璃渣等细小坚硬的粒状物
堆积成一定厚度的床层构成。
粒状介质多用于深层过滤，如城市和工厂给水的滤池中。
滤饼
硅藻土、碳酸钙
可压缩滤饼 ：滤饼由容易变形的物质构成 某些氢氧化物之类的胶体
三、助滤剂
助滤剂一般是质地坚硬的细小固体颗粒，如硅藻土、石棉、炭粉等。 将助滤剂加入悬浮液中，在形成滤饼时便能均匀地分散在滤饼中间，改善 滤饼结构，使液体得以畅通，或预敷于过滤介质表面以防止介质孔道堵塞。
图10 硅藻土助滤剂
过滤介质及其种类；
滤饼及其种类；
助滤剂的作用。
1、 过滤介质一般分为几种？工业上最常用的是哪一种？ 2、加入助滤剂对过滤起到什么作用？如果滤饼需要回收 还适宜加助滤剂吗？为什么？
过滤介质、滤饼、助滤剂介绍
〖知识回顾〗
1、指出下图中各部分名称。
滤浆 滤饼 过滤介质 滤液
图1 过滤操作示意图
2、过滤的方法有几种？ 回答：滤饼过滤和深层过滤。
一、过滤介质
（1）口罩：过滤介质——纱布
（2）滤芯：过滤介质——颗粒层
（3）活性炭
（4）多孔陶瓷
1、什么是过滤介质？ 凡是能使虑浆中流体通过，其所含固相颗粒被截留，以达到
（3）多孔固体介质 是具有很多微细孔道的固体材料
图7 多孔陶瓷管
图8 微孔铝板
图9 微孔塑料滤芯
具有耐腐蚀、孔隙小、过滤效率比较高等优点 常用于处理含少量微粒的腐蚀性悬浮液及其它特殊场合。
多介质过滤器原理
多介质过滤器是一种常用的水处理设备，用于去除水中的悬浮颗粒、悬浮物和杂质。
它由多个层次的过滤介质组成，每个介质层具有特定的物理和化学性质，共同协作以达到净化水的目的。
以下是多介质过滤器的工作原理：
过滤介质层次：多介质过滤器通常由多个不同颗粒大小和密度的过滤介质层组成，按照粗细程度从上到下排列。
典型的过滤介质包括砂、石英砂、煤炭、活性炭等。
理化作用：当水通过多介质过滤器时，悬浮物和杂质会受到不同过滤介质层的物理和化学作用。
筛选：较粗的过滤介质层可以筛选掉较大的颗粒和悬浮物，如砂层可以过滤掉较大的杂质。
吸附：较细的过滤介质层可以通过表面吸附作用吸附住更小的悬浮物和杂质，如活性炭层可以吸附有机物质和某些化学物质。
孔隙过滤：过滤介质层之间的孔隙可以提供微小的通道，通过孔隙过滤作用，进一步去除较小的颗粒和悬浮物。
清洗和回水：随着过滤介质层逐渐被杂质堵塞，多介质过滤器的过滤效果会下降。
因此，定期清洗和回水是保持过滤效果的重要步骤。
清洗可以通过逆冲洗或反洗的方式，将堵塞的杂质冲刷出去，回水则可以将清洗后的水重新注入过滤器。
总的来说，多介质过滤器通过多层过滤介质的协作作用，利用筛选、吸附和孔隙过滤等机制，去除水中的悬浮颗粒和杂质。
它是一种有效的水处理方法，广泛应用于工业、民用和商业领域中的水净化和水处理过程。
过滤介质
％左右，此外还有少量的K2O和Na2O以及少量的Fe、Mg、Ca等氧
化物。其化学性质稳定，与硅藻土类似，除在热的浓碱和氢氟酸
中外，均不易溶解。
膨胀珍珠岩的渗透率和孔径尺寸范围不如硅藻土的宽，其平
均孔径也远小于硅藻土助滤剂。因此，膨胀珍珠岩无法象硅藻土
那样高效地滤去微生物和其他微细粒。此外珍珠岩的颗粒形状大
(3)膜过滤没有特别的温度要求，所以可进行热敏感或热不稳定物质 的常温膜过滤。如用于药品、酶制剂、食品、饮料的分离、分级、 浓缩、富集等。
(4)膜过滤可用于浓缩过程，对回收微量有价值物质十分有益。
膜过滤的原理
1、微孔过滤原理
微孔过滤的介质为均质多孔结构的滤膜，它类似多层叠置的筛网， 其截留微粒的作用局限于膜的表面，能将液体中大于额定孔径的微 粒全部阻拦，且不会因压力差升高而导致大于孔径的微粒穿过滤膜。
(1)膜面的机械截留(筛分)；
(2)膜面及微孔内的吸附(一次吸附)；
(3)在微孔中持留而被去除(阻塞)。
超滤膜的机械截留效果是由溶质粒子的大小、形状与膜孔径的
大小、形状之间的关系决定的。吸附和阻塞过程则是膜与溶质粒子
物化性质之间的相互作用结果。这三个过程相结合的统一效应构成
了超滤的物质分离机理。
可能在滤孔中发生架桥现象。重新构成的新滤孔处继续将细小粒
子截留，而只允许液体通过。
在扁平胶状固体物料过滤时，因形状易为压力所改变，滤孔
往往可能为其本身所阻塞，这种情况下，不仅固体微粒不能通过，
流体流动亦受阻碍。此时，可采用加入某种助滤剂的办法。此外，
当悬浮液中固体颗粒粒度太细及液体含固量太低又无法使之凝聚
1、滤布的材质及原料性能 滤布的化学稳定性，吸水等物理性能及机械强度等是
过滤介质
固液分离过程中过滤介质的选择与应用天津大学谭蔚教授1.概述2.过滤介质的分类3.编织滤布4.过滤介质的特性及影响因素5.机织过滤介质的堵塞6.过滤介质的选择1. 概述成功的过滤操作很大程度上取决于选择合适的过滤介质。
实验来选择存在问题滤布选择在润滑油白土过滤时均采用两层滤布与滤纸对新的过滤介质华北制药集团Vc 生产中不知道有双层复合滤布操作条件不合适在润滑油白土过滤时，原来在120℃时过滤，滤布发黄，寿命短，后来改为80 ℃操作，滤布寿命提高一倍。
使用合适的滤布或者过滤介质可有以下优点：2、过滤介质的分类2.1 按过滤原理分类滤饼过滤澄清过滤2.2 按材质分类天然纤维合成纤维金属、塑料及陶瓷2.3 按结构分类活性炭石榴石磁铁矿石英砂无烟煤松散性过滤介质无机滤膜滤 芯多孔玻璃多孔金属多孔陶瓷多孔塑料刚性过滤介质柔性过滤介质过滤介质非金属过滤介质纸板非织造布高分子有机滤膜非金属过滤介质非织物类过滤介质金属过滤介质织物类过滤介质金属过滤介质不锈钢纤维毡滤纸板状滤网条状滤网天然纤维织物合成纤维织物金属丝编织滤网纺织物滤布 2 微米非编织介质纤维毡10微米滤纸2微米滤板0.5微米刚性多孔介质陶瓷1微米烧结金属3微米松散固体介质（纤维、粉末等，<1微米）膜（高分子有机膜和无机膜）金属丝网5微米2绕线或绕纤维的缠绕式筒式10织造滤布天然或者人工合成纤维编织织物1005孔板金属网金属板5-25金属丝缠绕滤管扇形洗涤元件金属缝隙过滤元件最小截留粒径（μm ）实例种类单丝，复丝，人造短纤维纱线的混纺织物。
3. 编织滤布按滤布纱线构成分类单丝复丝短纤维按滤布纱线构成分类单丝滤布按滤布纱线构成分类复丝滤布按滤布纱线构成分类短纤维纱滤布改变经纱线和纬纱线的编织方式可织出不同结构的滤布。
3.1 单丝和复丝单丝滤布这种滤布很容易通过反冲洗来清洗。
（包括热处理和砑光等现代的发展趋势是由细的和粗的单丝生产复合滤布。
复合滤布实际上这种滤布是仿照顶层过滤滤布被一个辅助滤布支撑的复合情况设计的。
过滤的基础知识
过滤的基础知识摘录自《过滤介质及其选用》一、过滤的基本类型过滤分为筛滤、深层过滤及滤饼过滤等几种基本类型。
1．筛滤过滤介质有大的孔隙，只要固体粒子的尺寸大于该孔隙，它们就会沉淀在过滤介质上，而尺寸小于孔隙的粒子，则随滤液一起通过介质。
此种过滤机理在杆筛、平纹编织网及膜上都起着主要作用。
由于粒子是沉淀在介质的表面上，所以此种过滤现象也称为表面筛滤。
如果筛滤机理出现在介质的深处——流道窄小到比固体粒子尺寸还小的地方，那么此种筛滤称为深部筛滤。
例如毡子、非织造布及膜等介质，都具有深部筛滤机理。
2．深层过滤其过滤介质具有立体的孔隙结构，能捕集小于孔隙的固体粒子，甚至远小于孔隙（流道）的固体粒子，也能在介质的深部被捕集。
深层过滤具有复杂的混合机理。
固体粒子在惯性力、液压力或布朗运动（分子运动）作用下，首先同孔隙流道壁相接触，然后粒子附在孔隙流道壁上，或者粒子在范德华力或其他表面力作用下彼此附聚在一起。
这些力的大小和效果取决于水溶液中离子的浓度和种类及气体的湿度。
深层过滤体现在毡子和非织造布中，在高效空气过滤机和深层砂过滤机中尤其重要。
3．滤饼过滤简单地说，随着过滤的进行，介质上形成了滤饼。
滤饼本身起着过滤介质的作用，固体粒子被滤饼表面截留，而液体则透过滤饼和介质成为滤液。
滤饼逐渐增厚，滤液也逐渐清澈。
在过滤的初期，由介质截留住大于其孔隙的粒子，而细小的粒子则透过介质随滤液排除。
此时的滤液不够清澈，应打循环返回到悬浮液槽中。
经过一定时间的循环后，再收集合格的滤液。
在大粒子被介质截留的同时，有些小于介质孔隙的细小粒子会在孔隙上“架桥”。
架起的桥会拦住细小粒子透过过滤介质，因而被截留住的大粒子和小粒子逐渐累积成薄饼层，乃至厚饼层。
此后，过滤便转入了滤饼过滤阶段。
显然在过滤的初期，过滤介质起着决定性作用，并且会长久影响滤饼的结构和整个过滤过程。
4．十字流过滤随着过滤应用领域的扩大，难过滤的物质已屡见不鲜（如极小粒子或金属氢氧化物等）。
过滤材料的分类
过滤材料的分类在生活和工业生产中，过滤材料起着非常重要的作用。
通过不同的过滤材料，可以实现对各种物质的分离和纯化。
根据材料的性质和用途不同，过滤材料可以分为多种分类。
本文将就常见的过滤材料进行分类和介绍。
一、物理过滤材料物理过滤材料是利用物理方法对混合物进行分离的材料。
常见的物理过滤材料包括滤纸、滤膜、滤网等。
滤纸是一种多孔性材料，能够通过孔隙将固体颗粒截留在表面，而让液体通过。
滤膜则是一种薄膜状材料，具有微孔结构，可以实现对微小颗粒和溶质的分离。
而滤网则是由金属丝、塑料丝等材料编织而成，具有不同的孔径和孔隙率，适用于不同粒径的颗粒物质过滤。
二、化学过滤材料化学过滤材料是利用化学作用对混合物进行分离的材料。
常见的化学过滤材料包括活性炭、离子交换树脂等。
活性炭是一种多孔性吸附剂，能够吸附溶液中的有机物、气体和杂质，起到净化和脱色的作用。
离子交换树脂则是一种具有特定功能基团的高分子材料，能够选择性地吸附或释放离子物质，用于水处理、金属离子的分离等。
三、生物过滤材料生物过滤材料是利用生物体或生物反应进行分离的材料。
常见的生物过滤材料包括细菌过滤膜、生物膜反应器等。
细菌过滤膜是一种微孔滤膜，能够有效地截留细菌和微生物，用于食品、医药等行业的微生物检测和分离。
生物膜反应器则是一种利用微生物在膜表面生长形成生物膜，通过微生物的代谢作用实现废水处理和有机物降解的设备。
四、复合过滤材料复合过滤材料是将不同种类的过滤材料组合在一起，形成具有多种功能的过滤系统。
常见的复合过滤材料包括混合纤维滤料、多层滤网等。
混合纤维滤料是将不同尺寸和材质的纤维混合在一起，形成具有机械过滤和吸附功能的滤料。
多层滤网则是将不同孔径和结构的滤网层叠加在一起，实现对不同颗粒的分离和过滤。
总结通过以上分类，我们可以看到过滤材料的种类繁多，各具特点，适用于不同的领域和用途。
在实际应用中，选择合适的过滤材料对于提高过滤效率、保护设备和产品质量都至关重要。
环境工程原理第07章过滤
解得： q3 2.073102 m3/m2
2 2 3 所以 q3 q2 0.1 2.073 10 1.6 10 0.1 0.473 10 m3
因此可再得到的滤液为 0.473L。
（二）恒速过滤
dV 过滤推动力 V 常数 特点： K不为常数， u At Adt 过滤阻力
1 s
dV KA Adt 2(V Ve )
令 q=V/A， qe=Ve/A
K 过滤常数，与滤饼的颗粒性质、 悬浮液浓度、滤液黏度、滤饼的 可压缩性有关，由实验测定。 qe：过滤介质特性参数
滤饼过滤基本方程
dq K dt 2(q qe )
二、过滤过程的计算
过滤计算的基本问题：确定过滤速度与推动力、 阻力等因素的具体关系。 1、恒压过滤： dV 过滤推动力 对指定悬浮液，K为常数。 u Adt 过滤阻力 dV KA V t 2 2(V Ve )dV KA dt Adt 2(V Ve ) 0 0 q t dq K 2(q qe )dq Kdt dt 2(q qe ) 0 0
掌握过滤过程的基本计算、过滤常数及其测定，
掌握过滤机生产能力的计算。
一、过滤基本方程 主要特征：过滤是一种不稳定流动过程，随过滤的进 行，流体中的固体颗粒被截留在过滤介质表面并逐渐 积累成滤饼层。 滤饼厚度：随过滤时间的延长而增厚，其增厚速率与 过滤所得滤液量成正比。 过滤速度：由于滤饼厚度增加，过滤速度逐渐减小。
同理，生成厚度Le的滤饼获得过滤介质的当量滤液体 积用Ve表示
fVe Le A
dV Ap 则： u Adt r f (V Ve )
滤饼比阻 r 有两种情况：
不可压缩滤饼：滤饼层的颗粒结构稳定，在压力作用
化工单元操作任务三_过滤操作技术
引入比例因数K’过滤速度为： dV K'u K' d12pc
Adt
32L
另：1 K ' d12
r' 32
则有： dV
pc
Adt r' L
式中 V —— 滤液量，m3； t —— 过滤时间，s； A —— 过滤面积，m2。 r’—滤饼参量，m-2
4、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；
⑤多孔塑料过滤介质。 ⑥垂熔玻璃过滤介质。 ⑦多孔陶瓷。 ⑧微孔滤膜。
滤饼的压缩性和助滤剂
随着过滤的进行，滤饼的厚度增大，滤液的流动阻力亦逐 渐增大，导致滤饼两侧的压强差增大。滤饼的压缩性对压强差 有较大影响。
不可压缩滤饼：若颗粒由不易变形的坚硬固体组成，则当
压强差增大时，滤饼的结构不发生明显变化，单位厚度滤饼 的流动阻力可视作恒定，这类滤饼称为不可压缩滤饼。
V V 0
Ve d V kA2 p1s
t
dt
0
令K=2kp1-s
V 2 +2Ve V=KA2t
（1）
又令 q=V/A，qe=Ve/A
若忽略过滤介质阻
q 2 +2qqe =Kt
(2)
力，Ve=0
V2=KA2t
(1)和(2)式都称为恒压过滤方程式。
（三） 恒速过滤
若维持过滤速率恒定，这样的过滤操作方式称为恒速过滤。
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。
床层空隙体积
床层总体积
过滤的实训报告
本次实训旨在通过实际操作，使学生了解和掌握过滤的基本原理、方法和应用，提高学生的实验操作技能和工程实践能力。
通过实训，学生能够熟悉过滤设备的结构、工作原理和操作流程，学会分析和解决过滤过程中遇到的问题。
二、实训内容1. 过滤原理与分类（1）过滤原理：过滤是利用过滤介质对固体颗粒进行分离的方法。
根据过滤介质的种类和过滤机理，过滤可分为深层过滤、表面过滤和膜过滤。
（2）过滤分类：根据过滤介质的种类，过滤可分为机械过滤、化学过滤、生物过滤和电磁过滤等。
2. 过滤设备（1）机械过滤设备：包括筛分设备、离心设备、沉降设备等。
（2）化学过滤设备：包括沉淀池、絮凝池、中和池等。
（3）生物过滤设备：包括生物滤池、生物转盘等。
（4）电磁过滤设备：包括电磁过滤器、磁力过滤器等。
3. 过滤操作（1）机械过滤操作：主要包括筛分、离心、沉降等。
（2）化学过滤操作：主要包括沉淀、絮凝、中和等。
（3）生物过滤操作：主要包括生物滤池、生物转盘等。
4. 过滤效果分析（1）过滤效率：指过滤介质的过滤能力，通常以过滤介质的过滤速度、过滤精度和过滤面积来衡量。
（2）过滤阻力：指过滤过程中过滤介质对流体流动的阻碍程度，通常以过滤介质的过滤速度来衡量。
（3）过滤精度：指过滤介质的过滤能力，通常以过滤介质的过滤速度和过滤面积来衡量。
1. 实验前准备（1）熟悉实验设备、操作流程和注意事项。
（2）了解实验原理和目的。
（3）预习实验内容，明确实验步骤。
2. 实验操作（1）按照实验步骤进行过滤操作，观察实验现象。
（2）记录实验数据，如过滤速度、过滤阻力、过滤精度等。
（3）分析实验结果，总结实验现象。
3. 实验结果分析（1）根据实验数据，分析过滤效率、过滤阻力和过滤精度。
（2）对比不同过滤方法的效果，总结优缺点。
（3）针对实验中出现的问题，提出改进措施。
四、实训总结1. 通过本次实训，掌握了过滤的基本原理、方法和应用。
2. 学会了过滤设备的操作和实验数据的处理。
过滤介质分类
过滤介质分类凡是能使滤浆中流体通过,其所含固相颗粒被截留,以达固液分离目的的多孔物都统称为过滤介质。
它是过滤机上关键组成部分,它决定了过滤操作的分离精度和效率,也直接影响过滤机的生产强度及动力消耗。
工业上应用的过滤介质种类繁多,按其结构分为挠性介质,刚性介质及松散性过滤介质三大类:・挠性过滤介质：o金属过滤介质o非金属过滤介质：棉织物、毛织物、丝织物、合成纤维织物、玻璃纤维织物、非织造纤维织物：非织造滤布（、滤纸、滤毡、过滤衬垫）o金属、非金属混合介质・刚性过滤介质o烧结金属网、金属纤维烧结毡、粉末烧结材料、多孔陶瓷、烧结多孔塑料、烧结铝氧化物、玻璃过滤介质・松散过滤介质o硅藻土、膨胀珍珠岩粉、纤维素，砂，木炭粉、无烟过滤介质的作用原理与过滤操作机理相关。
用于滤饼过滤的过滤介质技术特性必须满足此种过滤的特殊要求:介质的结构能保证开始过滤时,颗粒能迅速在介质表面"架桥",使细颗粒不致流失(即穿滤);介质的孔道内夹持颗粒的比率低,介质的堵塞最小;滤饼能容易地完全地卸除;介质结构便于清洗再生。
常用的滤饼过滤介质主要有滤布,滤纸,滤网,侧边式滤芯等,对用作深层过滤的介质,则要求其结构满足指定的截留精度,能阻挡要求阻挡的颗粒;床层要有足够的容量,使其被颗粒堵塞的进程缓慢,以延长操作周期。
对各种过滤介质的共同要求是:优良的过滤特性(比阻小,截留精度高等);良好的物理、机械性能(强度高,搞蠕变,刚柔性,耐磨性高等),在一定工艺操作条件及环境下,化学稳定性好(耐腐蚀,耐高温及微生物等),清洗、再生方便,价格便宜,来源可靠。
1.2选择过滤介质的基本要求(1)过滤介质对固体颗粒的捕集能力这关系到过滤的分离次序。
所谓捕集能力就是能截留的最小颗粒尺寸。
捕集能力取决于介质本身的孔隙大小及分布情况。
下表为各类过滤介质能捕集的最小颗粒。
介质类型举例能够截留的最小颗粒（微米）滤布天然及合成纤维编织的滤布10滤网金属丝编织网>5非织造纤维介质纸（纤维素）纸（玻璃纤维材料）毛毡5210多孔材料薄膜0.005刚性多孔材料陶瓷金属陶瓷13松散固体介质硅藻土膨胀珍珠岩<1<1(2)渗透率过滤介质的渗透率反映了它对滤液流动的阻力,它影响过滤机的生产强度和过滤推动力---压强差过滤介质的渗透率可由达西方程来描述:对由颗粒或纤维填充的过滤床,其渗透率K可用柯兹尼-卡尔曼方程式给出:单丝纺织纤维介质的渗透率可由以下半经验方程给出:由此可见,过滤介质的渗透率与介质本身的孔隙率有关。
滤过法-过滤介质
过滤介质⼜称滤材，是⽤于⽀撑滤饼、阻留颗粒的⼀些材料的总称。
理论上对滤材的要求是：①滤材应是⼀种惰性物质，即不易与滤液发⽣化学反应和产⽣物理变化。
②限度的滤过液体和阻留颗粒。
③有⼀定的机械强度，能耐受过滤时的压⼒。
④不吸附或很少吸附溶质。
不同滤材，其性质不同，⽤途及效率也不同，应根据过滤的⽬的和滤浆的性质，加以正确的选⽤。
常⽤过滤介质有以下⼏种： 1、滤纸可分为普通滤纸和分析滤纸，其致密性和孔径⼤⼩相关较⼤。
普通滤纸孔径为1-7µm，常⽤于⼩量液体药剂的过滤。
经环氧树脂和⽯棉处理的α-纤维素滤纸，提⾼了滤纸的强度和过滤性能。
2、脱脂棉供过滤⽤的脱脂棉应为长纤维的，否则纤维易脱落到滤液中，影响滤液的澄清，适合于⼝服液体药剂的过滤。
3、织物介质 ⼜称滤布，主要包括①棉织品，常⽤于精滤前的预滤⽤。
②丝织品，常⽤有绢布，因其质地⽐棉布细，既可⽤于⼀般液体滤过，也可⽤于包裹滤棒，⽤于注射剂的脱碳过滤。
③合成纤维类如尼龙、聚脂等，特点是耐酸、耐碱性强，不易被微⽣物污染，常⽤作框板压滤机的滤布。
④其它有⿇织品、⽑制品等。
4、烧结⾦属过滤介质将⾦属粉末烧结成多孔过滤介质，⽤于过滤较细的微粒。
如⽤钛粉烧结成的滤器，⽤于注射剂的过滤。
5、多孔塑料过滤介质系⽤聚⼄烯、聚丙烯或聚⼄烯醇缩甲醛等⽤烧结法制备的管状滤材。
可⽤于注射剂过滤。
此类滤材优点是化学性质稳定，耐酸、耐碱耐腐蚀，缺点是不耐热。
6、垂熔玻璃过滤介质系中性硬质玻璃细粉烧结在⼀起制成的孔隙错综交叉的多孔性滤板，再固定在玻璃器⽫上制成的漏⽃状、球状或棒状滤器，⼴泛⽤于药液，特别是注射液的过滤。
7、多孔性陶瓷过滤介质系⽤硅藻⼟或⽩陶⼟等烧结成的筒式滤材。
根据孔径⼤⼩有三种规格，慢速、中速和快速。
8、微孔滤膜系⼀种⾼分⼦薄膜过滤材料，其厚度为0.12-0.15mm，在薄膜上分布许多穿透性⼩孔，孔径从0.25-14µm，分成多种规格.按薄膜材料不同分为醋酸纤维素酯膜、硝酸纤维素酯膜及⼆者的混合纤维素膜、聚氯⼄烯膜、聚酰按膜、聚四氟⼄烯膜等。
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过滤介质分类
凡是能使滤浆中流体通过,其所含固相颗粒被截留,以达固液分离目的的多孔物都统称为过滤介质。
它是过滤机上关键组成部分,它决定了过滤操作的分离精度和效率,也直接影响过滤机的生产强度及动力消耗。
工业上应用的过滤介质种类繁多,按其结构分为挠性介质,刚性介质及松散性过滤介质三大类:
・挠性过滤介质：
o金属过滤介质
o非金属过滤介质：棉织物、毛织物、丝织物、合成纤维织物、玻璃纤维织物、非织造纤维织物：非织造滤布（、滤纸、滤毡、过滤衬垫）
o金属、非金属混合介质
・刚性过滤介质
o烧结金属网、金属纤维烧结毡、粉末烧结材料、多孔陶瓷、烧结多孔塑料、烧结铝氧化物、玻璃过滤介质
・松散过滤介质
o硅藻土、膨胀珍珠岩粉、纤维素，砂，木炭粉、无烟
过滤介质的作用原理与过滤操作机理相关。
用于滤饼过滤的过滤介质技术特性必须满足此种过滤的特殊要求:介质的结构能保证开始过滤时,颗粒能迅速在介质表面"架桥",使细颗粒不致流失(即穿滤);介质的孔道内夹持颗粒的比率低,介质的堵塞最小;滤饼能容易地完全地卸除;介质结构便于清洗再生。
常用的滤饼过滤介质主要有滤布,滤纸,滤网,侧边式滤芯等,对用作深层过滤的介质,则要求其结构满足指定的截留精度,能阻挡要求阻挡的颗粒;床层要有足够的容量,使其被颗粒堵塞的进程缓慢,以延长操作周期。
对各种过滤介质的共同要求是:优良的过滤特性(比阻小,截留精度高等);良好的物理、机械性能(强度高,搞蠕变,刚柔性,耐磨性高等),在一定工艺操作条件及环境下,化学稳定性好(耐腐蚀,耐高温及微生物等),清洗、再生方便,价格便宜,来源可靠。
1.2选择过滤介质的基本要求
(1)过滤介质对固体颗粒的捕集能力
这关系到过滤的分离次序。
所谓捕集能力就是能截留的最小颗粒尺寸。
捕集能力取决于介质本身的孔隙大小及分布情况。
下表为各类过滤介质能捕集的最小颗粒。
介质类型举例能够截留的最小颗粒（微米）
滤布天然及合成纤维编织的滤布10
滤网金属丝编织网>5
非织造纤维介质纸（纤维素）纸（玻璃纤维材料）毛毡5210
多孔材料薄膜0.005
刚性多孔材料陶瓷金属陶瓷13
松散固体介质硅藻土膨胀珍珠岩<1<1
(2)渗透率
过滤介质的渗透率反映了它对滤液流动的阻力,它影响过滤机的生产强度和过滤推动力---压强差
过滤介质的渗透率可由达西方程来描述:
对由颗粒或纤维填充的过滤床,其渗透率K可用柯兹尼-卡尔曼方程式给出:
单丝纺织纤维介质的渗透率可由以下半经验方程给出:
由此可见,过滤介质的渗透率与介质本身的孔隙率有关。
常用过滤介质的空隙率如下表:
介质名称金属丝网平纹、斜纹陶瓷特级多孔材料薄膜纸硅藻土精制
空隙率%15~2530~3530~50708060~9580~90
(3)卸渣和清洗再生性能
卸渣能力就是指过滤结束后能利用滤饼自身策略或压缩空气吹除,机械刮除等措施把滤饼从介质表面除净的能力,这对于象转鼓,翻盘,带式真空过滤机等连续过滤机来说是维持正常操作的先决条件。
过滤过程中总有少量滤渣颗粒堵塞在介质孔隙中,必须在每个操作循环的卸渣工序结束后用冲洗,吹扫等方法把颗粒从介质表面,孔隙中清洗掉,以维持介质的过滤效率和性能。
再生性能主要取决于过滤介质的构成材料和纺织、加工方法(制造工艺)。
(4)化学稳定性能
由于过滤过程所处理的物料多种多样,它们的化学性质各不相同。
有酸性,碱性,强氧化性,有机溶剂等,而且都在一定的温度下过滤。
这就要求所选用的过滤介质结构材料能在被处理的物料中具有良好的化学稳定性,耐化学腐蚀,耐温度变化,耐微生物作用。
一般而言,聚丙烯纤维具有良好的耐酸性。
耐碱性和耐氧化剂作用,聚乙稀纤维在室温下对酸,碱溶液具有稳定性,涤纶材料具有良好的耐酸性。
(5)材料的物理,机械性能
材料的物理,机械性能包括吸湿性,耐磨性,机械强度,伸延率等,均影响介质的过滤性能及使用寿命。
不同类型结构的过滤机对介质物理、机械性能要求也有差异,
如板框过滤机与叶片过滤机、转鼓过滤机相比,对滤布的机械强度要求更高。
带式过滤机对滤布的强度要求比倾覆盘式过滤机高,而且要求一定负荷下延伸率尽可能低。