化工原理第三章---过滤
化工原理课件第三节过滤
•设备革新
增大过滤面积
弹性压榨隔膜
第二章
29
第二章
30
dV A2p
dt rv(V Ve)
V
(VVe)dV
A2pt
dt
0
rv 0
恒压过滤方程
V2 2VeV2A2pt
rv
令 K 2p
rv
K——过滤常数，m2/s
V22VeV K2A t
第二章
13
二、恒压过滤方程
V22VeV K2A t
令 q=V/A qe=Ve/A
压滤是利用压缩空气
或液体输送设备在输
送料液时产生的压力 为推动力完成过滤。
第二章
18
板框压滤机
间歇操作 压滤设备
由机头（固定头）、滤框、滤板、头板、尾板、压紧装置等组成。
第二章
19
板框压滤机
框、板形状 ：
材料：金属（铸铁、碳钢、不锈钢、铝）、塑料、木材等。 过滤面积：框——长×宽×2 板——两面
qe——过滤常数，m3/m2
q2 2qeqKt
——均为恒压过滤方程 * 当滤饼阻力远远大于过滤介质阻力时：
V2 KA2t & q2 Kt
第二章
14
三、过滤常数K、qe测定
恒压条件下，测得t1、t2时间获得的滤液体积V1、V2 ：
V12 2VeV1 KA2t1
V22 2VeV2 KA2t2
每旋转一周的生产能力为 Q=60nV
优缺点：
适于处理量大而又容易过滤的料浆，对不易过滤的细、粘料浆可采 用助滤剂的方法也很方便（刮刀稍微离开转鼓表面一定距离）。附 属设备较多，投资费用高；滤饼含液量较高（约30％）；料浆温度 不能过高。
化工原理第三章沉降与过滤PPT
利用真空泵降低过滤介质两侧 的压力差进行过滤，适用于易 产生泡沫或悬浮液中含有大量
气体的场合。
过滤设备与操作
板框压滤机
由滤板和滤框组成，适 用于各种颗粒分离，但
操作较繁琐。
转筒真空过滤机
叶滤机
袋式过滤器
结构简单，操作方便， 但只适用于颗粒较大的
分离。
适用于精细颗粒的分离， 但设备成本较高。
过滤原理
利用颗粒大小、形状、密度等物 理性质的差异，使不同颗粒在过 滤介质两侧形成不同的速度或动 量，从而实现分离。
过滤操作的分类
恒压过滤
在恒定压力下进行过滤，适用 于颗粒粒度较小、悬浮液粘度
较大的情况。
变压过滤
在改变压力下进行过滤，适用 于颗粒粒度较大、悬浮液粘度 较小的情况。
热过滤
在加热条件下进行过滤，适用 于悬浮液中含有热敏性物质的 情况。
设备
沉降槽、沉降池、离心机等。
操作
将悬浮液引入沉降设备中，在重力作用下使固体颗粒下沉，上清液从上部排出， 底部沉积的固体经过排出装置排出。操作过程中需控制适当的温度、流量和停留 时间等参数，以保证分离效果。
02
过滤
过滤的定义与原理
过滤定义
通过多孔介质使固体颗粒截留， 从而使液体与固体分离的操作。
实验步骤 1. 准备实验装置，包括过滤器、压力计、流量计等。
2. 将过滤介质放入过滤器中。
过滤实验操作
3. 将待测流体引入过滤器，并施加一定的压力。 5. 收集过滤后的流体样本，测量其中颗粒的浓度。
4. 记录不同时刻的流量和压差数据。
注意事项：确保过滤器密封性好，避免流体泄漏；保持 恒定的流体流量和压力，以获得准确的实验数据。
化工原理课件3 过滤
流动阻力可用哈根—泊谡叶方程表示： 32l u p1 2 de 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。
de 4 流通截面积 流 通 截 面 积 l 滤 饼 层 体 积 4 4 4 润湿周边 润 湿 周 边 l 滤 饼 层 体 积 a B 1 S 0
K称为过滤常数，m2/s，与滤液性质、悬浮液浓度、温 度、过滤压力、压缩性指数等因素有关；对一定的悬浮液 在恒压条件下过滤，压力差、滤液粘度、悬浮液浓度、滤 饼比阻、压缩性指数等为常数，即为常数，那么过滤基本 方程为：
dV KA 2 u d 2V Ve
3.1.3 过滤基本理论
dV KA 2 u d 2V Ve
1 s
K p 若比阻r与参数c没有变化则 p K
1 s
u 体积流量 体积流量 滤饼层截面积 u u 流 通 截 面 积 流 通 截 面 积 滤 饼 层 截 面 积 A0
l K0 L
3.1.3 过滤基本理论
将以上关系代入哈根—泊谡叶方程：
2 32K 0 Lu 1 S 0 2 K 0 Lu 1 2 S 0 p1 4 3 p1 3 u 2 2 K 0 1 2 S 0 L 2
压力
（1） （3） （4） （5） 速率 （2）
在工业应用实际中采用哪种操作方式？恒压？恒速？ 先恒速后恒压？先恒压后恒速？
3.1.3 过滤基本理论
dV A p 1 s u Ad r0 c V Ve
令 k
1 r0 c
(完整版)化工原理第三章沉降与过滤课后习题及答案(1)
第三章 沉降与过滤沉 降【3-1】 密度为1030kg/m 3、直径为的球形颗粒在150℃的热空气中降落，400m μ求其沉降速度。
解 150℃时，空气密度，黏度./30835kg m ρ=.524110Pa s μ-=⨯⋅颗粒密度，直径/31030p kg m ρ=4410p d m -=⨯假设为过渡区，沉降速度为()(.)()./..1122223345449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ--⎡⎤-⎡⎤⨯==⨯⨯=⎢⎥⎢⨯⨯⨯⎢⎥⎣⎦⎣⎦验算 .Re ..454101790．835=24824110p t d u ρμ--⨯⨯⨯==⨯为过渡区【3-2】密度为2500kg/m 3的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。
试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。
解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为()/218t p p u d g ρρμ=-由此式得（下标w 表示水，a 表示空气）()()2218= p w pw p a pat w ad d u g ρρρρμμ--=pw pad d =查得20℃时水与空气的密度及黏度分别为./,.339982 100410w w kg m Pa sρμ-==⨯⋅./,.35120518110a a kg m Pa sρμ-==⨯⋅已知玻璃球的密度为，代入上式得/32500p kg m ρ=.961pw pad d ==【3-3】降尘室的长度为10m ，宽为5m ，其中用隔板分为20层，间距为100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为，气体密度为，黏度为10m μ./311kg m ，颗粒密度为4000kg/m 3。
试求：(1)最小颗粒的沉降速度；(2)若需要.621810Pa s -⨯⋅最小颗粒沉降，气体的最大流速不能超过多少m/s? (3)此降尘室每小时能处理多少m 3的气体？解 已知,/./.6336101040001121810pc p d m kg m kg m Pa sρρμ--=⨯===⨯⋅,,(1) 沉降速度计算 假设为层流区().()(.)./.26269811010400011001181821810pc p t gd u m sρρμ---⨯⨯-===⨯⨯验算 为层流..Re .66101000111000505221810pc t d u ρμ--⨯⨯⨯===<⨯，(2) 气体的最大流速。
化工原理 第三章 过滤
1、恒压过滤方程式
dV
A 2 p
据
d rv(V Ve )
条件：恒压 Δ p=const 设备一定 A=const
过滤介质一定 Ve=const 悬浮液一定 r、μ 、v =const
令
K 2p
rv
——过滤常数
则
dV
KA2
d 2(V Ve )
2(V Ve )dV KA2 d
2019/8/3
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5、助滤剂 （1）滤饼的种类
不可压缩滤饼：颗粒有一定的刚性，所形成的滤饼并
滤饼
不因所受的压力差而变形 ；
可压缩滤饼：颗粒比较软，所形成的滤饼在压差的作
用下变形，使滤饼中的流动通道变小，
阻力增大。
助滤剂一般用于可压缩滤饼。
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（2）助滤剂的作用 对于可压缩滤饼，过滤阻力在过滤压力提高时明显增大，
几点说明：
①其中多孔介质称为过滤介质；所处理的悬浮液称为滤浆； 滤浆中被过滤介质截留的固体颗粒称为称为滤饼或滤渣；通 过过滤介质后的液体称为滤液；
②驱使液体通过过滤介质的推动力可以有重力、压力（或压 差）和离心力，工业过程中经常采用的是压力；
③过滤操作的目的可能是为了获得清净的液体产品，也可能 是为了得到固体产品；
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V+V V e
V+V e
V
B
V e0
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0' e
e
e
恒压过滤的滤液体积与过滤时间关系曲线.swf
（5）由比阻r的定义可以看出，其值与滤饼的空隙率ε 及比
例系数有关。如果滤饼不可压缩，则这两个量便与压力无关
化工原理习题第三章 过滤 习题3
三非均相物系分离沉降速度计算3.1 计算直径为1mm的雨滴在20℃空气中的自由沉降速度。
应用Stokes方程计算液体粘度3.2 将直径为6mm的钢球放入某液体中，下降距离位200mm时，所经历时间为7.32秒，此液体密度为1300[Kg/m3],钢球密度为7900[Kg/m3]，求此液体粘度为多少厘泊？降沉室的计算,设计型3.3 欲用降尘室净化温度为20℃、流量为2500(m3/h)的常压空气,空气中所含灰尘的密度为1800(kg/m3),要求净化的空气不含有直径大于10μm的尘粒,试求所需沉降面积为多大?若降尘室的底面宽2m,长5m,室内需要设多少块隔板?3.4用一多层降沉室除去炉中的矿尘。
矿尘最小粒径为8μm,密度为4000[kg/m3 ]。
降尘室内长4.1m,宽1.8m,高4.2m。
气体温度为427℃,粘度为3.4×10 -5 [N·S/ m2 ],密度为0.5[kg/m3 ],若每小时的炉气量为2160标准m3 ,试确定降尘室内隔板的间距及层数? (沉降处于斯托克斯定律区)3.5 用一截面为矩形的沟槽从炼油厂的废水中分离其中油滴，拟回收直径为2mm以上的油滴，槽宽为4.5m，深度为0.8m；在出口端除油后的水可不断从下部排出，而汇聚成层的油则从顶部移出。
油的密度为870[Kg/m3]，水温为20℃，每分钟处理废水为26m3,求所需槽的长度。
降沉室计算,操作型3.6 降沉室高2m、宽2m、长5m，用于矿石焙烧炉的降尘。
操作条件下气体的流量为25000[m3/h]；密度为0.6[kg/m3],粘度为0.03cP,固体尘粒的密度为4500[kg/m3 ]，求此降沉室能除去最小颗粒直径?并估计矿尘中直径为50μｍ的颗粒能被除去的百分率？3.7 气流中悬浮某种球形微粒，其中最小微粒为10μm,沉降处于斯托克斯区。
今用一多层隔板降尘室分离此气体悬浮物,已知降尘室长10m,宽5m,共21层,每层高100mm。
化工原理过滤
化工原理过滤化工过滤是指利用物理或化学方法将混合物中的固体颗粒或液体分离出来的过程。
在化工生产中，过滤是非常常见和重要的操作，它可以用于去除杂质、提纯产物、分离混合物等多种目的。
本文将介绍化工过滤的原理、常见过滤设备以及过滤过程中需要注意的问题。
1. 过滤原理。
化工过滤的原理主要是利用介质对混合物进行分离。
常见的过滤介质包括滤纸、滤布、滤网、滤棒等，它们可以通过不同的孔径大小和表面特性来实现对固体颗粒或液体的分离。
在过滤过程中，混合物会通过过滤介质，固体颗粒会被截留在介质表面，而液体则通过介质的孔隙流出，从而实现分离的目的。
2. 常见过滤设备。
化工生产中常见的过滤设备包括压力过滤机、真空过滤机、板框压滤机、离心机等。
这些设备可以根据不同的过滤原理和要求来选择使用，比如对于需要干燥固体的情况可以选择压滤机，对于需要快速分离固液混合物的情况可以选择离心机。
在选择过滤设备时，需要考虑混合物的性质、过滤效率、操作成本等因素，以达到最佳的过滤效果。
3. 过滤过程中的注意事项。
在进行化工过滤时，需要注意一些问题以确保过滤效果和操作安全。
首先是选择合适的过滤介质和设备，根据混合物的性质和要求来确定过滤参数，比如过滤速度、压力、温度等。
其次是要定期清洗和更换过滤介质，避免堵塞和交叉污染。
另外，操作人员需要严格按照操作规程进行操作，避免发生意外。
最后，对于过滤后的固体和液体产物需要进行合理的处理和回收，以减少资源浪费和环境污染。
总结。
化工过滤是化工生产中常见的分离操作，它通过利用介质对混合物进行分离来实现去除杂质、提纯产物等目的。
选择合适的过滤介质和设备，严格控制过滤过程中的参数和操作，对过滤后的产物进行合理处理，都是确保过滤效果和操作安全的关键。
希望本文对化工过滤的原理和操作有所帮助，谢谢阅读！。
化工原理第三章过滤3-2
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。
加入助滤剂
改变滤饼的结构
增加刚性
助滤剂的加入，可以增大滤饼的空隙率，对于所处理的悬浮液 颗粒比较细小而且粘度很大时，效果尤为明显。
使用方法：
①混入悬浮液：助滤剂混入待滤的悬浮液一起过滤。
②预涂：预先制备只含助滤剂颗粒的悬浮液并先行过。
适用场合：以获得清洁滤液为目的才使用，当滤饼是产品时不能 使用助滤剂。
C 1 C 1
C
P
Ρp:固体的密度 Ρc:湿滤渣的密度 Ρ:液体的密度
kg干渣/ kg悬浮液
X—单位质量悬浮液中所含干滤渣质量。
ω—得到1m3滤液所形成的干滤渣质量。 取1kg悬浮液为基准：
kg(干渣)/m3(滤液)
X 1 CX /
湿滤渣质量与滤液体积的比值ωC ωC——kg湿渣/m3滤液
过滤基本方程
过滤速度: 单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积，
m3/m2s。
过滤速率: 单位时间内获得的滤液体积，m3/s。
任一瞬间的过滤速度为：
pc dV 3 u 2 ( ) 2 Adt 5a (1 ) L
Apc dV 3 2 ( ) 2 dt 5a (1 ) L
（三）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， 滤饼分为可压缩滤饼和不可压缩滤饼。 不可压缩滤饼：某些悬浮液中的颗粒所形成的滤饼具有一定的刚 性，滤饼的空隙结构不会因为操作压差的增大而变形。 可压缩滤饼：滤饼因为操作压差的增大而发生不同程度的变形， 滤饼中的流动通道缩小，流动阻力增加。 克服滤饼压缩性的手段：
管道截面积 d e 4 水力半径 4 润湿周边长
化工原理第3章课后习题参考答案
第三章非均相物系的分离和固体流态化3. 在底面积为40m²的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。
气体的处理量为3600m³/h，固体的密度ρs=3600kg/m³，操作条件下气体的密度ρ=1.06kg/m³，粘度为3.4×10-5Pa•s。
试求理论上完全除去的最小颗粒直径。
解：理论上完全除去的最小颗粒直径与沉降速度有关。
需根据沉降速度求。
1）沉降速度可根据生产能力计算ut = Vs/A= (3600/3600)/40 = 0.025m/s （注意单位换算）2）根据沉降速度计算理论上完全除去的最小颗粒直径。
沉降速度的计算公式与沉降雷诺数有关。
（参考教材P148）。
假设气体流处在滞流区则可以按ut = d2（ρs- ρ）g/18μ进行计算∴dmin2 = 18μ/（ρs- ρ）g ·ut可以得到dmin= 0.175×10-4 m=17.53）核算Ret = dminutρ/μ< 1 ，符合假设的滞流区∴能完全除去的颗粒的最小直径d = 0.175×10-4 m = 17.5 μm5. 含尘气体中尘粒的密度为2300kg/m³，气体流量为1000m³/h，粘度为3.6×10-5Pa•s密度为0.674kg/m³，采用如图3-8所示的标准型旋风分离器进行除尘。
若分离器圆筒直径为0.4m，试估算其临界直径，分割粒径及压强降。
解：P158图3-7可知，对标准旋风分离器有：Ne = 5 ，ξ= 8.0 B = D/4 ，h = D/2(1) 临界直径根据dc = [9μB/(πNeρsui )]1/2 计算颗粒的临界直径其中：μ=3.6×10-5Pa•s；B = D/4=0.1m；Ne = 5；ρs=2300kg/m³；将以上各参数代入，可得dc = *9μB/(πNeρsui )+1/2 = *9×3.6×10×0.25×0.4/(3.14×5×2300×13.89)+1/2= 8.04×10-6 m = 8.04 μm（2）分割粒径根据d50 = 0.27[μD/ut（ρs- ρ）]1/2 计算颗粒的分割粒径∴d50 = 0.27[3.6×10-5×0.4/(13.889×2300)]1/2= 0.00573×10-3m = 5.73μm（3）压强降根据△P = ξ·ρui2/2 计算压强降∴△P = 8.0×0.674×13.8892/2 = 520 Pa7、实验室用一片过滤面积为0.1m2的滤叶对某种颗粒在水中的悬浮液进行实验，滤叶内部真空读为500mmHg，过滤5min的滤液1L，又过滤5min的滤液0.6L，若再过滤5min得滤液多少？已知：恒压过滤，△P =500mmHg ，A=0.1m，θ1=5min时，V1=1L；θ2=5min+5min=10min 时，V2=1L+0.6L=1.6L求：△θ3=5min时，△V3=？解：分析：此题关键是要得到虚拟滤液体积，这就需要充分利用已知条件，列方程求解思路：V2 + 2VVe= KA2θ（式中V和θ是累计滤液体积和累计过滤时间），要求△V3，需求θ3=15min时的累计滤液体积V3=？则需先求Ve和K。
化工原理第三章沉降与过滤课后习题包括答案.doc
第三章沉降与过滤沉 降【 3-1 】 密度为 1030kg/m 3、直径为 400 m 的球形颗粒在 150℃的热空气中降落，求其沉降速度。
解 150℃时，空气密度0.835kg / m 3 ，黏度 2.41 10 5 Pa s颗粒密度p 1030kg / m3，直径 d p 4 10 4 m假设为过渡区，沉降速度为4 g 2 ( p)214 9 81 2 103013234u td p( . ) ( ) 4 101.79 m / s225225 2.41 10 50.835d p u t44101 79 0．835验算Re=.24 82 41 105..为过渡区3【 3-2 】密度为 2500kg/m 的玻璃球在 20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。
解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为u td 2ppg / 18由此式得（下标w 表示水， a 表示空气）18pw d pw2( pa )d pa2 u t =gwad pw ( d pa(pa )wpw)a查得 20℃时水与空气的密度及黏度分别为w998 2 3w 1 . 004 10 3 . kg / m , Pa s 1 205 3a1 81 10 5 Pa sa . kg / m , .已知玻璃球的密度为p2500 kg / m 3 ，代入上式得dpw( 2500 1 205 ) 1 . 004 10.d pa( 2500998 2 1 . 81 10. )359.61【 3-3 】降尘室的长度为10m ，宽为 5m ，其中用隔板分为 20 层，间距为 100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为10 m ，气体密度为1.1kg / m 3 ，黏度为 21.8 10 6 Pa s ，颗粒密度为4000kg/m 3。
试求： (1) 最小颗粒的沉降速度；(2) 若需要最小颗粒沉降，气体的最大流速不能超过多少m/s (3) 此降尘室每小时能处理多少m 3 的气体解 已知 d pc10 10 6 m, p4000kg / m 3 ,1.1kg / m 3 ,21.8 10 6 Pa s(1) 沉降速度计算假设为层流区gd pc 2 (p) 9 . 81 ( 10 10 6 2 ( 4000 1 1u t)6 . ) 0.01m / s1818 21.8 10d pc u t10 10 6 0 01 1 1000505． 2 验算 Re21 8 10 6 为层流.(2) 气体的最大流速 umax 。
化工原理答案 第三章 沉降与过滤
第三章 沉降与过滤沉 降【3-1】 密度为1030kg/m 3、直径为400m μ的球形颗粒在150℃的热空气中降落，求其沉降速度。
解 150℃时，空气密度./30835kg mρ=，黏度.524110Pa sμ-=⨯⋅颗粒密度/31030p kg m ρ=，直径4410p d m -=⨯ 假设为过渡区，沉降速度为()(.)()./..1122223345449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ--⎡⎤-⎡⎤⨯==⨯⨯=⎢⎥⎢⎥⨯⨯⨯⎢⎥⎣⎦⎣⎦验算.R e ..454101790．835=24824110p t d u ρμ--⨯⨯⨯==⨯为过渡区【3-2】密度为2500kg/m 3的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。
试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。
解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为()/218t p p u d g ρρμ=-由此式得（下标w 表示水，a 表示空气）()()2218=pw p wp a pat wad d u gρρρρμμ--=pw pad d =查得20℃时水与空气的密度及黏度分别为./,.339982 100410w w kg m Pa s ρμ-==⨯⋅./,.35120518110a a kg m Pa s ρμ-==⨯⋅已知玻璃球的密度为/32500p kg m ρ=，代入上式得.961pw pad d =【3-3】降尘室的长度为10m ，宽为5m ，其中用隔板分为20层，间距为100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为10m μ，气体密度为./311kg m ，黏度为.621810Pa s -⨯⋅，颗粒密度为4000kg/m 3。
试求：(1)最小颗粒的沉降速度；(2)若需要最小颗粒沉降，气体的最大流速不能超过多少m/s? (3)此降尘室每小时能处理多少m 3的气体？解 已知,/./.6336101040001121810p c p d m k g m k g m P a sρρμ--=⨯===⨯⋅,, (1) 沉降速度计算 假设为层流区().()(.)./.26269811010400011001181821810p c p t gd u m sρρμ---⨯⨯-===⨯⨯验算..R e.66101000111000505221810pc t d u ρμ--⨯⨯⨯===<⨯． 为层流(2) 气体的最大流速m ax u 。
化工原理第三章沉降与过滤课后习题及答案(1)
第三章 沉降与过滤沉 降【3-1】 密度为1030kg/m 3、直径为400m μ的球形颗粒在150℃的热空气中降落，求其沉降速度。
解 150℃时，空气密度./30835kg m ρ=，黏度.524110Pa s μ-=⨯⋅颗粒密度/31030p kg m ρ=，直径4410p d m -=⨯ 假设为过渡区，沉降速度为()(.)()./..1122223345449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ--⎡⎤-⎡⎤⨯==⨯⨯=⎢⎥⎢⎥⨯⨯⨯⎢⎥⎣⎦⎣⎦验算 .R e ..454101790．835=24824110p t d u ρμ--⨯⨯⨯==⨯ 为过渡区【3-2】密度为2500kg/m 3的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。
试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。
解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为()/218t p p u d g ρρμ=-由此式得（下标w 表示水，a 表示空气）()()2218= p w pw p a pat w ad d u g ρρρρμμ--=pw pad d =查得20℃时水与空气的密度及黏度分别为./,.339982 100410w w kg m Pa s ρμ-==⨯⋅ ./,.35120518110a a kg m Pa s ρμ-==⨯⋅已知玻璃球的密度为/32500p kg m ρ=，代入上式得.961pw pad d =【3-3】降尘室的长度为10m ，宽为5m ，其中用隔板分为20层，间距为100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为10m μ，气体密度为./311kg m ，黏度为.621810Pa s -⨯⋅，颗粒密度为4000kg/m 3。
试求：(1)最小颗粒的沉降速度；(2)若需要最小颗粒沉降，气体的最大流速不能超过多少m/s? (3)此降尘室每小时能处理多少m 3的气体？解 已知,/./.6336101040001121810pc p d m kg m kg m Pa sρρμ--=⨯===⨯⋅,, (1) 沉降速度计算 假设为层流区().()(.)./.26269811010400011001181821810pc p t gd u m s ρρμ---⨯⨯-===⨯⨯验算..Re .66101000111000505221810pc t d u ρμ--⨯⨯⨯===<⨯． 为层流(2) 气体的最大流速max u 。
化工原理第三章---过滤
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
说明：随着过滤过程的进行，滤饼逐渐加厚，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
对基本过滤方程积分，得
积分得： V22VV eK2 A
或
q22qq e K
若过滤介质阻力可忽略不计，则
V2 KA2
或
q2 K
恒压过滤 方程
△p
u 表观速度
K ——过滤常数 由物料特性及过滤压强差所决定 ，m2/s
复 习：
1. 过滤的定义及相关术语（滤浆；滤液；滤饼；过滤介质）
2. 过滤基本方式（滤饼过滤；深层过滤；膜过滤）
化工原理单元操作——过滤原理及设备
化工原理单元操作——过滤原理及设备一.过滤原理（1）过滤是利用可以让液体通过而不能让固体通过的多孔介质，将悬浮液中的固、液两相加以分离的操作。
（2）过滤方式①滤饼过滤过滤时悬浮液置于过滤介质的一侧。
过滤介质常用多孔织物，其网孔尺寸未必一定须小于被截留的颗粒直径。
在过滤操作开始阶段，会有部分颗粒进入过滤介质网孔中发生架桥现象，也有少量颗粒穿过介质而混与滤液中。
随着滤渣的逐步堆积，在介质上形成一个滤渣层，称为滤饼。
不断增厚的滤饼才是真正有效的过滤介质，而穿过滤饼的液体则变为清净的滤液。
通常，在操作开始阶段所得到滤液是浑浊的，须经过滤饼形成之后返回重滤。
②深层过滤颗粒尺寸比介质孔道小的多，孔道弯曲细长，颗粒进入孔道后容易被截留。
同时由于流体流过时所引起的挤压和冲撞作用。
颗粒紧附在孔道的壁面上。
介质表面无滤饼形成，过滤是在介质内部进行的。
（3）过滤介质①织物介质：即棉、毛、麻或各种合成材料制成的织物，也称为滤布。
②粒状介质：细纱、木炭、碎石等。
③多孔固体介质（一般要能够再生的才行）：多孔陶瓷、多孔塑料、多孔玻璃等。
二．过滤设备——板框过滤机（1）结构与工作原理：板框过滤机由多块带凸凹纹路的滤板和滤框交替排列于机架而构成。
板和框一般制成方形，其角端均开有圆孔，这样板、框装合，压紧后即构成供滤浆、滤液或洗涤液流动的通道。
框的两侧覆以滤布，空框与滤布围成了容纳滤浆和滤饼的空间。
悬浮液从框右上角的通道1（位于框内）进入滤框，固体颗粒被截留在框内形成滤饼，滤液穿过滤饼和滤布到达两侧的板，经板面从板的左下角旋塞排出。
待框内充满滤饼，即停止过滤。
如果滤饼需要洗涤，先关闭洗涤板下方的旋塞，洗液从洗板左上角的通道2（位于框内）进入，依次穿过滤布、滤饼、滤布，到达非洗涤板，从其下角的旋塞排出。
板框过滤机如果将非洗涤板编号为1、框为2、洗涤板为3，则板框的组合方式服从1—2—3—2——1—2—3之规律。
组装之后的过滤和洗涤原理如图所示。
(化工原理)第三节 过滤
3-3-1 过滤操作的基本概念-1
过滤是以某种多孔物质作为介质来处理 悬浮液的操作。在外力的作用下,悬浮 液中的液体通过介质的孔道而固体颗粒 被截留下来,从而实现固、液分离.
过滤操作的基本概念-2
一、过滤方式
饼层过滤 深床过滤
"架桥现象"
过滤操作的基本概念-3
二、过滤介质
则在任一瞬间的滤饼厚度L与当时已经 获得滤液体积V之间的关系应为：
LA =υV
υ——滤饼体积与相应的滤液体积之比,无因次, 或m3/m3
过滤基本方程式
如体生积成以V厚e表度示为,L则e的：滤饼所应获得的滤液
式拟中滤V液e—体—积过,m滤3。介质的当量滤液体积,或称虚
在一定的操作条件下,以一定介质过滤 一在定不的同悬的浮过液滤时操作, V中e为,V定e值值不,但同同。一介质
(L+L）w=2(L+Le)E
滤饼的洗涤-6
将以上关系代人过滤基本方程式,可得
板框压滤机上的洗涤速率约为过滤终了 时滤液流率的四分之一。
滤饼的洗涤-7
当洗水粘度、洗水表压与滤液粘度、过 滤压强差有明显差异时,所需的洗涤时 间可按下式进行校正,即：
式中 θW’ ——校正后的洗涤时间,s θW——未经校正的洗涤时间,s μW——洗水粘度,N•s/m2 Δp——过滤终了时刻的推动力,N/m2 ΔpW——洗涤推动力,N/m2
积分并将式3-43代入,得：
(V2-VR2)+2Ve(V -VR)=KA2(θ-θR)
恒压阶段的过滤方程,式中(V -VR)、 (获θ得-θ的R滤) 液分体别积代及表所转经入历恒的压过操滤作时后间所。
例9
例9
3-3-5 过滤常数的测定
化工原理第三章沉降与过滤
解决方案：优化过滤工艺，如增加过滤层数、调整过滤压力等
问题：过滤效果不佳，杂质残留 解决方案：优化过滤工艺，如增加过滤层数、调整过滤压力等
解决方案：定期维护设备，更换易损件，提高设备可靠性
问题：设备故障率高，维护成本高 解决方案：定期维护设备，更换易损件，提高设备可靠性
生物化工：利用生物技术，开发新型化工产品
纳米化工：纳米材料，提高产品性能和应用范围
环保化工：环保型化工产品，减少环境污染
汇报人：
感谢您的观看
离心过滤机：过滤速度快，过滤效果好，但设备复杂，成本高
袋式过滤机：结构简单，操作方便，过滤面积大，过滤效率高，但过滤精度低
陶瓷过滤机：过滤精度高，耐腐蚀，但设备复杂，成本高
膜过滤机：过滤精度高，过滤效果好，但设备复杂，成本高
04
沉降与过滤的比较
操作原理的比较
沉降：利用重力作用使悬浮颗粒下沉，达到分离目的
离心沉降应用：污水处理、食品加工、制药等领域
沉降原理：利用颗粒间的重力差进行分离工艺流程： a. 进料：将待分离的混合物送入沉降器 b. 沉降：颗粒在重力作用下沉降，液体上升 c. 澄清：液体澄清后从顶部流出 d. 排渣：沉降后的颗粒从底部排出沉降器类型： a. 重力沉降器：利用重力进行沉降 b. 离心沉降器：利用离心力进行沉降沉降效果影响因素： a. 颗粒大小：颗粒越大，沉降速度越快 b. 液体密度：液体密度越大，沉降速度越快 c. 颗粒形状：颗粒形状影响沉降速度 d. 液体黏度：液体黏度影响沉降速度沉降应用： a. 污水处理：去除悬浮物和颗粒物 b. 化工生产：分离固体和液体 c. 食品加工：分离固体和液体 d. 环境监测：监测颗粒物浓度
化工原理 第三章 沉降与过滤-例题
18×1.005×10
−3
= 9.797×10−3m/ s
核算流型
Rt= e dut ρ 95×10−6 ×9.797×10−3 05×10
−3
=0.9244 1 ＜
原假设滞流区正确，求得的沉降速度有效。
例 ： 拟采用降尘室除去常压炉气中的球形尘粒。降尘室 的宽和长分别为2m和6m,气体处理量为1标m3/s，炉气温度为 427℃，相应的密度ρ=0.5kg/m3 ，粘度µ=3.4×10-5Pa.s，固体 密度ρS=400kg/m3 操作条件下，规定气体速度不大于0.5m/s， 试求： 1．降尘室的总高度H，m； 2．理论上能完全分离下来的最小颗粒尺寸； 3. 粒径为40µm的颗粒的回收百分率； 4. 欲使粒径为10µm的颗粒完全分离下来，需在降降尘室内设 置几层水平隔板？
解：1）降尘室的总高度H
273+t 273+427 V =V =1× = 2.564m3 / s S 0 273 273 V 2.564 H= S = . m bu 2×0.5 = 2 564
2）理论上能完全出去的最小颗粒尺寸
Vs 2.564 ut = = = 0.214m/ s bl 2×6
用试差法由ut求dmin。 假设沉降在斯托克斯区
例 ： 试计算直径为95µm，密度为3000kg/m3 的固体颗粒在 20℃的水中的自由沉降速度。 解：1）在20℃水中的沉降。 用试差法计算 先假设颗粒在滞流区内沉降 ，
d2(ρs − ρ)g ut = 18µ
附录查得，20℃时水的密度为998.2kg/m3,µ=1.005×10-3Pa.s
(95×10 ) (3000−998.2)×9.81 u=
18µut 18×3.4×10−5 ×0.214 dmin = = = 5.78×10−5m (ρs −ρ)g (4000−0.5) ×9.807
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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。
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
滤液流出 板板框板 洗 涤 液 入 口 洗 板
洗涤时，先将洗涤板上的滤液
出口关闭 ，洗涤水经洗水通路 从洗涤半角上的孔道并行进入
各个洗涤板的两侧。
特点：洗涤水穿过的途径正好 是过滤终了时滤液穿过途径的 二倍。
置换洗涤：
洗涤液流出 板框压滤机
板框压滤机.swf
洗涤液行程与滤液相同。洗涤面=过滤面
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 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 滤饼 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
u0 0.269
——艾伦公式
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：
假设沉降属于层流区
d 2 s u0 18
u0
Re 0 du0
Re0
艾伦公式（牛顿公式）
滤叶的构造
滤浆
滤液
优点: 叶滤机也是间歇操作设备。它具有过滤推动力大，过 滤面积大，滤饼洗涤较充分等优点。其产生能力比压滤机还 大，而且机械化程度高，劳动力较省。 缺点:构造较为复杂，造价较高，粒度差别较大的颗粒可能分
2 2
或
（五）过滤常数的测定（K和qe）
恒压时： q 2qqe K
2
1 2 q qe q K K
1500
/q~q图
q 500 1000
斜率 1/K
截距 2qe/K
0 0 0.025 q 0.05 0.075
压缩指数s的确定:
2p 1 s K r0 c
log K (1 s ) log p C
重力沉降分离
一、重力沉降原理
一)自由重力沉降
4dg ( s ) u0 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）
d 2 s u0 18
gd s Re 0
0.6
——斯托克斯公式
b) 过渡区或艾伦定律区（Allen）（2＜Re0<500）
cV L A
同理：
cVe Le A
Ve——滤出厚度为Le 的一层滤饼所获得的滤液量，或称虚 拟滤液体积，m3
dV A P Ad rc (V Ve )
——过滤速度的一般关系式 （不可压缩流体）
可压缩滤饼的情况比较复杂，它的比阻是两侧压强差的函数，
r r0 (P) s
s——滤饼的压缩性指数，无因次。s=0～1,对于不可压缩 滤饼，s=0（表3-2）。
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。
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） L
u le d
e
p1
真实速度
u1
流体在固定床内流动的简化模型
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 图 3-18 饼层过滤
(b) 架桥现象
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。
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。
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。
a=颗粒表面 / 颗粒体积
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
说明：随着过滤过程的进行，滤饼逐渐加厚，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。
2. 过滤基本方式（滤饼过滤；深层过滤；膜过滤） 3. 过滤介质（织物介质；堆积介质；多孔固体介质；多孔膜） 4. 滤饼的可压缩性及助滤剂 5. 过滤基本方程式
dV KA2 d 2V Ve
恒压过滤方程：
dq K d 2q qe
q 2 2qqe K
V 2VVe KA
△p
u
（四）恒压过滤方程式
恒压过滤
过滤操作方式：
恒速过滤
先恒速后恒压的复合操作方式
恒压过滤：在恒定压强差下进行的过滤操作。
恒压过滤时，滤饼不断变厚致使阻力逐渐增加。 但推动力ΔP恒定，过滤速率逐渐变小。
特点： K为常数 ，过滤速度愈来愈小。
dV 过滤推动力 KA u 2V V e Ad 过滤阻力
构成供滤浆和洗涤水流通的孔道。滤框的两侧覆以滤布，
围成容纳滤浆及滤饼的空间。 滤板的作用：支持滤布和提供滤液流出的通道。 洗涤板：三钮板 滤板 非洗板： 一钮板 滤框的作用：提供滤浆流入的通道和收集滤渣。 滤框：二钮 滤板与滤框装合方式：按钮数以1-2-3-2-1-2-3-2的顺序排列。
2）板框压滤机的操作
板框压滤机为间歇操作，每个操
作循环由装合、过滤、洗涤、卸饼 、清理5个阶段组成。 悬浮液在指定压强下经滤浆通路 由滤框角上的孔道并行进入各个滤 框。 滤液分别穿过滤框两侧的滤布， 沿滤板板面的沟道至滤液出口排出
悬 浮 液 入 口
非 洗 洗 板框板
洗 板
颗粒被滤布截留而沉积在滤布上
，待滤饼充满全框后，停止过滤。
优点： 结构简单，制造容易，设备紧凑，过滤面积 大而占地小，操作压强高，滤饼含水少，对各种 物料的适应能力强。 缺点：
间歇手工操作，劳动强度大，生产效率低。
2、加压叶滤机
叶滤机由许多滤叶组成。滤叶内有空间，
外包滤布，将滤叶装在密闭的机壳内，为 滤浆所浸没。 1）滤浆中的液体在压力作用下穿过滤 布进入滤叶内部，成为滤液后从其一端排 出（过滤）。 2）过滤完毕，机壳内改充清水，使水 循着与滤液相同的路径通过滤饼进行洗涤， 故为置换洗涤（洗涤）。 3）最后，滤饼可用振动器使其脱落， 或用压缩空气将其吹下（卸渣）。 滤叶可以水平放置也可以垂直放置， 滤浆可用泵压入也可用真空泵抽入。
logp~logK作图求出压缩指数s
例3-5，P108
三、过滤设备
以压力差为推动力：如 板框压滤机、叶滤机、 过滤 设备 回转真空过滤机等； 以离心力为推动力：如各种离心机。
（一）板框压滤机
1）板框压滤机的构造 由许多块带凹凸纹路的滤板与滤框交替排列组装于机而 构成。
滤板和滤框多做成正方形 ，角上均开有小孔，组合后即
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。
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
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 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
对基本过滤方程积分，得
积分得： V 2 2VVe KA2
或
q 2 2qqe K
若过滤介质阻力可忽略不计，则
恒压过滤 方程
△p
V 2 KA2
或
q 2 K
u 表观速度
K ——过滤常数
由物料特性及过滤压强差所决定 ，m2/s
复 习：
1. 过滤的定义及相关术语（滤浆；滤液；滤饼；过滤介质）
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