化工原理(上)第三章2

多孔性固体介质
多孔性陶瓷板 多孔性塑料板 多孔性金属陶瓷板或管（由金属粉末烧结而成） 特点：能截流小到1——3μm的固体微粒。
堆积介质
由颗粒状的细沙、石、炭屑等堆积而成的颗粒床层 非编织纤维玻璃棉等的堆积层 特点：用于处理含固体微粒少的悬浮液，如水的净化。
选择过滤介质时应考虑的问题
悬浮液中固体微粒的含量及粒度 介质所能承受的温度及其化学稳定性、机械强度等
五、过滤设备及过滤计算
3、过滤离心机
离心过滤机分为立式和卧式两种。
离心过滤机是一种利用物料在转鼓表面受到的 离心力的分力进行过滤的全自动过滤机。
离心过滤机生产能力大、适应范围广，适用于 分离固相颗粒＞0.05mm的易过滤悬浮液。对悬浮液 浓度变化适应性强，脱水和洗涤效果好，生产能力 大，但不易保持晶粒的完整。
洗涤区
吹干区
若介质阻力忽略不计，则 V 2 KA 2

n
卸渣区 过滤区
回转真空过滤机上的转筒
五、过滤设备及过滤计算
Vt 60 A 60 Kn B n
可见： 浸没度 , 转速n 生产能力Vt 但这类方法受到一定的限 制
吹干区 洗涤区 卸渣区 过滤区
回转真空过滤机上的转筒
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五、过滤设备及过滤计算
1 操作周期： 操作周期 T n
转鼓每分钟转数为n
过滤时间：
60 2 q 2qqe Kt t ( s) 其中： n
q Kt qe2 qe
设转筒浸入面积占全部转筒面积的分率为浸没分数 生产 能力
60K Vt 60 nAq 60 nA( qe2 qe)( m3 / h) n
洗 悬 浮 涤 液 入 口 非 洗 洗 板框板 洗 板
过滤、洗涤、卸渣、整理 重装
特点： 属间歇式 横穿洗涤：Lw=2L
洗涤液流出 滤液流出 板框压滤机
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五、过滤设备及过滤计算
1、板框过滤机
操作周期：
操作周期 过滤时间 洗涤时间 辅助时间
w D
2
V 2VVe 其中： KA2
常用助滤 剂
硅藻土：使用最广，其形成的滤饼空隙率可达85﹪ 珠光粉 碳粉 纤维粉末 石棉 使用场合：只需要获得清净的滤液，滤饼则作为废料与助滤 剂一起卸除。 用量：助滤剂用量一般是滤饼的1——10 ﹪ 。
4、过滤推动力
过滤推动力是指滤饼和过滤介质两侧的压力差。此压 力差可以是重力、离心力或人为压差。增加过滤推动 力的方法有： 1、增加悬浮液本身的液柱压力，一般不超过50KN/m2， 称为重力过滤。
2、增加悬浮液液面的压力，一般可达 500KN/m2 称为 加压过滤。
3、在过滤介质下面抽真空，通常不超过真空度 86.6KN/m2，称为真空过滤。 此外，过滤推动力还可以用离心力来增大，称为离心 过滤。
5、过滤阻力
过滤操作刚开始时，阻力只是过滤介质的阻力
随着过滤过程的进行，阻力为过滤介质阻力与滤渣阻力之
和 当滤饼层沉积到相当厚度时，过滤介质阻力可忽略 当滤饼增厚到阻力太大时，应将滤饼除去再过滤 滤饼
微粒
，则阻力
6、过滤基本参数
处理量：通常用悬浮液体积Vs、滤液体积V或滤饼 体积Vc表示。（m3） 生产能力:以m3滤液/h表示。 生产率G：单位过滤面积单位时间内过滤出的干固 体质量，kg干固体/(m2 s)。 过滤面积A：允许滤液通过的过滤介质总面积。 m2
式中r r 0 p s r 0为单位压差下的比阻 s为滤饼的压缩指数（一般在0－1之间，对于不可压缩滤饼s 0）
A2 p f
过滤的基本方程表示：任一瞬时的过滤速率与物 系性质、当时压力差、该时刻以前的累积滤液量 之间的关系。 过滤的基本方程是微分方程式，计算时，要根 据不同的操作条件进行积分。 恒压过滤（变速率） 过滤操作方式
p f
根据滤饼与滤液体积比v的 定义：υV= AL L=υV/A
滤饼结构越 紧密、空隙 越小，ε 越 小，通道越 曲折，r越 大，过滤越 困难。
Le=υVe/A
过滤的基本方程
根据过滤速度定义，整理得：
dV (适用于不可压缩滤饼） dt rv (V Ve )
△pf：过滤压差； υ：滤饼与滤液体积比； V：生成厚度为L的滤饼获得的滤液量； Ve：过滤介质的当量滤液体积。
V V Vt w D
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板框压滤机 优点：结构简单，过滤面积大而占地小，过滤压 力高，便于用耐腐蚀材料制造，操作灵活，过滤 面积可根据生产任务调节。 缺点：间歇操作，劳动强度大，生产效率低。 例题3-6
五、过滤设备及过滤计算
2、转鼓真空过滤机 构造： 转筒---筒的侧壁上覆盖有金属网，长、径之比约为1/22， 滤布---蒙在筒外壁上。 分配头---转动盘、固定盘 浸没于滤浆中的过滤面积约占全部面积的3040% 转速为0.1至23（转/分） 一个操作循环： 过滤、洗涤、吹松、刮渣 特点： 属连续式 置换洗涤：Lw=L
w
Hale Waihona Puke Vw 8Vw(V Ve) KA2 dV d w
板 悬浮液 入口 框
洗涤经过的滤饼厚度为过滤时的两倍，流通面积却是 过滤面积的一半。若洗液与滤液性质相同，则在同样 的压强差下，洗涤速率约为过滤终了时的过滤速率的 1/4.
生产能力： 单位时间内获得的滤液量或滤饼量 。
悬浮液固相浓度c：单位体积悬浮液中固体颗粒的总 体积。体积百分数表示，是选择过滤设备的重要参 数。
滤饼含液量w：滤饼中所含液体的质量分数。 滤饼与滤液的体积比υ：获得单位体积滤液同时形成 的滤饼体积。m3滤饼/m3滤液 (VS=V(1+ υ)) 过滤速率dV/dt：单位时间获得的滤液体积，m3滤液/s 过滤速度dV/Adt ：单位时间单位过滤面积上获得的
沉降速度的计算
1 试差法
假设沉降属 于某一流型
计算出Ut
检验Ret是否 满足条件
不一致 一致
按算出的 Ret重选 流型
问题 得解
任务2.4过滤分离原理及方法用
一、概述
过滤：在推动力的作用下，使混合 物流体通过多孔过滤介质，固体颗 粒被过滤介质截留，从而实现的固 体与流体分离的操作。 通常将原悬浮液称为滤浆，滤浆中 的固体颗粒称为滤渣，过滤时积聚 在过滤介质上的滤渣层称为滤饼， 通过过滤介质的液体称为滤液。
dV dV u Ao dt Adt
3、将滤液通过滤饼看做以速度u通过许多平均直径为d0、长度 为滤饼厚度L的并联小管。流体阻力可折合为长度为L、直径为 d0的直管阻力。
4、将通过过滤介质的流动阻力也折合为相当于流速 为u流过厚度为L、直径为Le的滤饼的阻力，Le称为 过流介质的当量滤饼厚度。
滤浆 滤饼 过滤介质 滤液
滤饼过滤操作示意图
1、过滤方式
滤饼过滤：悬浮液中的颗粒沉积 在过滤介质表面形成滤饼层，滤
液穿过滤饼层中的空隙流动叫做
滤饼过滤。
深层过滤：固体颗粒不形成滤 饼，而是沉积在过滤介质内部
叫做深层过滤。用于去除直径
小于5μm的细小颗粒,滤介质要 定期更换或清洗再生。
2、过滤介质
优质的过滤介质所应具备的特点
滤液清洁，固相损失量小 滤饼容易卸除 过滤时间短 过滤介质不致因突然地或逐渐地堵塞而破坏 过滤介质再生容易
3、滤饼的压缩性和助滤剂
1）可压缩滤饼：由刚性颗粒形成的滤饼，在过滤过程中颗粒 形状和颗粒间的空隙率保持不变。
2）不可压缩滤饼：由非刚性颗粒形成的滤饼，在压强差作用 下会变形。 3）助滤剂：是某种质地坚硬而能形成疏松床层的固体微粒 使用原因：在过滤某些细微而有粘性的微粒时，很容易形成 致密的滤饼层，使流体阻力很大；也有时因微粒过于细密 而将过滤介质通道堵塞。 要求：刚性颗粒；良好的物理、化学稳定性；不可压缩性、 物美价廉。 常用：不可压缩的粉状或纤维状固体如硅藻土、纤维粉末、 活性炭、石棉。 使用：可预涂，也可以混入待滤的滤浆中一起过滤。
恒速率（变压差）
开始阶段，恒速率；压力升至最大 后恒压
（二）恒压过滤方程
恒压过滤时， △pf保持恒定，由于滤渣不断增厚，过 滤阻力逐渐增大。 过滤基本方程两端分离变量积分：

V
0
(V Ve )dV
A p f
2
rv

2
t
0
dt
V 2VeV
2
2p f rv
At
令K
2Pf rv
V2+2VeV=KA2t（衡压过滤方程）
V 令q A
Ve qe （单位面积上过滤的滤液量） A
q2+2qeq=Kt（衡压过滤方程）
dV AK dt 2(V Ve )
2
当滤饼阻力远大于过滤介质阻力时， 衡压过滤方程简化为： V 2 KA2 t或q 2 Kt
（三）过滤常数K、Ve、qe的测定
根据恒压过滤方程，测两个时间t1、t2的滤液 体积V1、 V2，联立方程组即可估算其值。
V12+2VeV1=KA2t1 V22+2VeV2=KA2t2
K、Ve
Ve qe A
实验室测定过滤常数
q2+2qeq=Kt两边同时除以qK
得t/q= q/K+2qe/K，即y=x/k+2qe/k
t V q=V/A 横坐标 t/q 纵坐标
32 ( L Le )u 过滤压降可表示为p f 2 d0 dV dV u Ao dt Adt
dV Adt 32 (l le )
d 0 2 p f
2 d 0 p f dV Adt 32 ( L Le )
32 r 2 d 0
滤饼的比阻
dV Adt r ( L Le )