环境工程原理 第六章 过滤

dV dV KA2 ( )w ( )E d d 2(V Ve )
2aw (V 2 VVe ) 洗涤时间： w KA2
Ve 0时，
③ 最佳操作周期
w 2aw
V2 洗涤时间： D (1 2aw ) KA2
(3) 回转真空过滤机 ① 结构和工作原理 主要部件：水平转筒、分配头； 操作方式：恒压、连续操作； 操作周期 (旋转一周)：
③ 可变容积过滤机 可变容积过滤机的结构类似于板框压滤机，但其滤板用钢 材加强的硬橡皮制成，因厚度小，使过滤空间增大。
（a）过滤 1－料液 2－滤饼
3－滤液
4－滤布 5－橡皮膜 （b）过滤
1－被压缩滤饼
2－钢板
（a）
（b）
3－压缩空气
④ 管式压滤机
管式压滤机由一根或多根钻孔管组成，这些管由支撑板支撑排列在 受压的筒体容器内，有卧式和立式两种类型。
卧式
立式
优点：更换过滤介质容易，过滤周期可根据需要调节，滤饼损失 量小，滤液在壳内容易排净，得到的滤饼含湿量小且维修方便。 缺点：更换介质等需人工操作，密度大的颗粒可能沉积在封头与 管板组成的加料室内。 适用：小型工厂和中试场合，过滤较细颗粒物料。
恒压段： (V 2 V12 ) 2(V V1 )Ve KA2 ( 1 )
或： (q q ) 2(q q1 )qe K ( 1 )
2 2 1
(4) 过滤常数的测定 测定数据：
K、qe、 e、s、r0
e
实验条件： 同种悬浮液，恒定压差、恒定温度 ① 实验测定 K ， qe，τ
先恒速，后恒压组合操作。
明确：过滤过程 —— 非稳态过程。
（1）恒压过滤 过滤基本方程式：
V
dV kA2 p1 s d V Ve
2 1 s
积分： (V Ve )dV kA p
0 0

d kA p
2
1 s


0
d
代入：p 常数, K 2kp1s 常数, A 常数
r
k a 2 (1 ) 2
3
说明：滤饼结构对过滤阻力的影响，大小与滤饼特性 常数 a、ε 有关。
r与压差Δp关系
不可压缩滤饼：a、ε =常数，则 r 与Δ p无关
可压缩滤饼：
p 时， ，则r
s
r r0 p
r0：单位压差下的滤饼比阻，与Δ p无关。
s ：压缩指数 不可压缩滤饼 s =0； 可压缩滤饼 s≠0 ② 滤饼常数 k (0.2-0.8)。
dV 1 KA 2 洗涤速率： ( )w d 8 (V Ve )
令：aw VW V
Ve 0时，
③ 最佳过滤周期 最佳：安排操作周期，使生产能力最大。
V Vh 2 V 2VVe 8aw (V 2 VVe ) D 2 2 KA KA
dVh 0时，过滤机生产能力最大 dV
dV p 加和： Ad r ( L Le )
总推动力： p p1 p2
总阻力： r ( L Le )
(2) 过滤的基本方程式
vV 滤饼厚度： L A
当量滤饼厚度：
vV e Le A
dV A2 p d rv (V Ve )
(3) 滤饼比阻 r 及常数 k ① 滤饼比阻
滤饼过滤中
流体→滤饼层(固定床)+过滤介质
过滤后期，滤饼为主要的“过滤介质”。
(2) 过滤介质 要求：具有多孔性，足够的机械强度。 ① ② ③ 丝织物品：棉、麻、合纤、金属网(滤布、滤纸)； 多孔性固体介质：多孔塑料； 堆积介质：砂、木炭、石棉粉等。
(3) 过滤推动力 克服流体流动阻力，提高过滤速度。 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。
恒压过滤方程式：
过滤介质：
则有：
忽略介质阻力
过滤常数： K 2kp
令：q V / A
1 s
2p1 s r0v
m2 / s
(2) 恒速过滤 特点：速度恒定，V均匀 ， 要求Δ p↑ 。
(3) 先恒速后恒压过滤——分段计算（注意边界条件）

V
0
(V Ve )dV kA p
(4) 滤饼的压缩性
不可压缩滤饼： 推动力↑时，ε 不变；阻力随厚度↑； 可压缩滤饼：推动力↑时，ε ↓，阻力↑↑。 (5) 助滤剂
目的：减小过滤阻力；
使用方法：预涂法、预混法。 要求：助滤剂应能较好地悬浮于料液中，颗粒大小合 适，助滤剂中还不应含有可溶于滤液的物质。 注意：当滤饼是产品时不能使用助滤剂。
洗液
废洗液
优点：操作灵活，过滤面积大，可承受较大压力； 缺点：劳动强度大，操作不连续，生产效率低。
②
板框过滤机的生产能力 生产能力：一个周期内，单位时间可获得滤液量。
一个生产周期 过滤时间 洗涤时间 w 辅助时间 D
洗涤时间τw的计算： 洗涤条件：洗涤压差=过滤最终压差； 洗涤时，滤饼厚度不变； 洗涤液粘度与滤液相近。
V LV (1 ) sV
s 空隙率： s L
3.6.3 过滤基本方程式
(1) 过滤速度与过滤速率 过滤速率： 过滤速度：
u dV Ad
dV d
m /s
3
m/s
计算前提：* 过滤过程可视为流体通过固定床的流动； * 滤液通过滤布和滤饼的流动多处于层流区。 ① 滤饼层阻力
dV 洗涤速率： ( ) w 常数 d
Vw 洗涤液用量 dV 洗涤速率 ( )w d 洗涤液用量：取决于对滤渣的质量要求或滤液的回收要求； 洗涤时间： w
洗涤速率 ：与洗涤液的性质及洗涤方法有关，后者又与所用的
过滤设备结构有关 。
3.6.6 过滤机及其生产能力
以压力差为推动力：板框式压滤机（间歇操作）； 叶滤机（间歇操作）；
2
1 s


0
d
2 1 s

V1
0
(V Ve )dV (V Ve )dV kA p
V1
V
( d d )
0
1

1
恒速段： V1 V1Ve kA2p1s1
2
恒压段积分： (V Ve )dV kA p
2 V1
V
1 s
d
1

V2 D (1 8aw ) 2 KA
(2) 叶滤机 ① 结构和工作原理 主要部件：机壳，滤叶 操作方式：间歇操作 操作周期：过滤 → 洗涤 → 卸渣 洗涤方式：置换法 ② 叶滤机的生产能力
1
4 2 1-空框; 5
2-金属网; 3-滤布; 3 4-顶盖; 5-滤饼
滤叶的构造
Vh
V
w D
滤饼中固体颗粒质量=滤浆质量×滤浆中固体颗粒质量分率x
V (1 ) s V L V L V (1 ) s x
设：获得单位体积滤液所形成滤饼体积 v ，
V L x v V s (1 )(1 x) L x
(2) 对滤饼进行质量衡算
2p1 s r0v
K1 2k1p1 K2 2k 2 p2
可压缩滤饼：
K1 p1 K2 p2
②
实验测定 s ， r0
K 2kp1s
2p1 s r0v
2 log K log (1 s) log p r0
log(K)
lg K lg p作图，为一条直线，
1 k r0 v
反映物料特性的常数。
影响因素：滤液性质、滤浆浓度、滤饼性质 。 说明：k与Δ p无关。
dV kA p 过滤基本方程式： d V Ve
2
1 s
3.6.4 过滤计算
计算内容： 设计型、操作型。
过滤的操作方式：
恒压过滤：Δ p一定，过滤阻力↑，u↓；
恒速过滤： u 一定， 则需Δ p↑；
斜率： 1 s
2 截距： lg r0v
b
a
log(p)
不同压差下，测K，做图求 s，r0。
3.6.5 滤饼的洗涤
目的：回收滤饼中滤液，或除去滤饼中可溶性杂质； 方法：恒压洗涤，压差为过滤的最终压差； 特点：洗涤速率恒定（滤饼厚度不变，阻力恒定）
计算的内容：使用一定量洗涤液时所需要的洗涤时间 。
悬浮液
深层过滤、滤饼过滤
悬浮液 滤饼
过滤介质
过滤介质 清液
滤液
深层过滤
滤饼过滤
特点：固体颗粒的沉积发生 在较厚的粒状过滤介质内部， 过滤介质表面上无颗粒层形 成。 适用：悬浮液中颗粒尺寸 甚小而且含量甚微的场合。
特点：固体颗粒呈饼层状沉 积于过滤介质的上游一侧， 形成滤饼层 。 适用：处理颗粒含量较高的悬 浮液，是化工生产中的主要过 滤方式。
(6) 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↑。
3.6.2 过滤过程的物料衡算
滤浆(悬浮液) x
滤液V， L 滤饼V , ,
滤液(空隙中)V , L
固体颗粒 s , (1 )V
(1) 对所得固体颗粒进行质量衡算
3.6 过滤
过滤目的：从悬浮液中分离出固体颗粒。
过滤原理：在外力的作用下，悬浮液中的液体通过多孔介质的
孔道而固体颗粒被截留下来，从而实现固、液分离。
过滤术语：
滤浆：过滤操作所处理的悬浮液
过滤介质：所用的多孔物质（过滤介质是织物时，称为滤布)；
滤液：通过介质孔道的液体；
滤饼（滤渣）：被截留的物质。
(1) 工业过滤方式:
对某一压差 p：q2 2qqe K
1 2 变形： q qe q K K


1 q作图，为一条直线， 斜率： K q
2 截距： qe K
可求固定压差下的 K、qe e
(qe K e )
2
Δ p 与过滤常数 K 的关系： 根据定义： 不可压缩滤饼：
K 2kp
1 s
过滤 → 洗涤 → 吸干 →Baidu Nhomakorabea吹松 → 卸渣。
3 2 1 4 卸渣区
5
6
1-转筒；2-分配头；3-洗涤水喷嘴
4-刮刀；5-悬浮液槽；6-抖搅器
回转真空过滤机操作简图
3 2
4
5
1 转动盘
固定盘
1、2－与滤液储槽相同的槽；3－与洗液相通的槽； 4、5－通压缩空气的孔
回转真空过滤机的分配头
② 生产能力 Vh
洗涤方法：横穿洗涤法
过滤 L 推动力 滤液穿过 滤饼厚度 流通截面 速率 速率间关系： 过滤终了Δp L/2
洗涤 洗涤Δp L
L
2A(A框面积)
dV d E
A
dV d w
dV 1 dV ( )w ( )E d 4 d
最终过滤速率：
dV KA2 ( )E d 2(V Ve )
回转真空过滤机（连续操作）。
以离心力为推动力：离心过滤机。 (1) 板框式压滤机 ①
1钮
结构和工作原理
2钮
滤框、 滤板— 洗涤板，非洗涤板。
3钮
料液通道 洗涤液通道
非洗涤板
框
洗涤板
排列方式：板、框交替，个数可调。
操作方式：间歇操作 操作周期：组装→过滤→洗涤→卸渣→整理。 过滤过程：
滤浆
滤液
洗涤过程：
dV 3 p1 u Ad k (1 ) 2 a 2 L
滤饼比阻：r
k a 2 (1 ) 2
3
推动力 阻力
p1 dV 过滤速度 : u Ad rL1
② 过滤介质 (滤布) 阻力
Le：滤布阻力折成滤饼阻力的当量厚度。
③ 过滤总阻力
dV p2 u Ad rLe
KA2 (

n
e ) Ve
2
生产能力：Vh 3600nV 3600[ A K (n n e ) nVe ]
影响因素： Vh f (n, , A, K )
n： 0.1-3 rpm，过高，滤饼薄，不易卸料； φ ：过滤面积为转筒总面积的30%- 40% 为宜。
Vh
V
w D

V T
3
设：转筒过滤面积A，一生产周期得滤液量V，
转筒浸没分率φ ，转数 n（rps）
生产周期： 过滤时间：
1 T n
2
1
4
卸渣区
T

n
2 2
5
6
过滤基本方程式： (V Ve ) KA ( e )
一周期滤液量： V KA2 ( e ) Ve
(4) 其它过滤设备
① 预涂层转鼓真空过滤机 普通回转真空过滤机的改进型式
优点：滤饼层很薄，过滤速度较高，滤饼可卸得很干净 ；
适用：一些粒度小、易受压变形，且渗透性很差的固体颗粒
形成的悬浮液。
②
真空式带式过滤机
1－预涂层加料槽 2－配料罐
3－悬浮液
4－密封罩 5－滤饼
6－真空室
特点：滤饼薄，过滤速度大，可用于颗粒小、可压缩性滤饼的过 滤；卸饼快且干净；辅助时间较短。 适用：有色冶金、化工、制药、磷酸工业和环境保护。