过滤原理73446

设1和2分别是滤饼和 过滤介质两侧压降 dq 1 dq 2 d r q d r qe dq 1 2 d r (q qe ) r (q qe )
2 令K Ve=Aqe:为形成与过滤介质阻力相等 r 发滤饼层所得的滤液量，m3 dq K K、q :过滤常数过滤常数K 可得： e d 2 ( q q e ) K单位是m2/s ,在恒压下为一常数。 dV KA 2 2 K a (1 ) d 2(V Ve ) s ...... 过滤速率基本方程
第四节 过滤原理及设备
一、过滤操作的基本概念
过滤目的：从悬浮液中分离出固体颗粒。 过滤原理：在外力（重力、压力、离心力）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：过滤操作所处理的悬浮液称为滤浆（料浆）， 所用的多孔物质称为过滤介质（当过滤介质是织物时，也 称为滤布)，通过介质孔道的液体称为滤液，被截留的物 滤浆 质称为滤饼或滤渣。 滤饼 过滤介质 滤液
过滤方式 ：深层过滤和滤饼过滤
“架桥”现象
架桥现象
饼层过滤时，颗粒的尺寸大多数都比过滤介质的孔道大过滤之初， 会有一些细小颗粒穿过介质而使滤液浑浊，但颗粒会在孔道中迅 速发生“架桥”现象，使小于孔道的颗粒也能被截留，故当滤饼 开始形成，滤液即变清，此后过滤才能有效地进行。在饼层过滤 中，真正发挥作用的主要是滤饼层而不是过滤介质 。
r

3
r0
常数r反应了滤饼的特性，成为滤饼的比阻。
比阻r数值的大小反映了过滤操作的难易程度。
S、r0:实验常数 S:压缩性指数
不可压缩滤饼s=0，可压缩滤饼s=0.2～0.8 硅藻土 s=0.01 碳酸钙 s=0.19 氢氧化铝s=0.9
三、滤液量与过滤时间
(1)过滤操作方式 随着过滤的进行，滤液量不断增加，滤饼层的厚度会不断 增大，故过滤阻力也不断增大。若维持过滤压差不变，那么 过滤速度就会不断下降，而若要维持过滤速度不变，就要不 断增大过滤压差。在过滤计算中，将前一种操作方式称为恒 压过滤，后一种操作方式称为恒速过滤。这是工业生产上两 种典型的过滤操作方式。工业上所使用的过滤机大多为间歇 式，不宜于在整个过程中都采用恒压过滤或恒速过滤。因为 在恒压操作开始阶段，过滤介质表面还没有滤饼层生成，较 小的颗粒会穿过介质，得到的是浑浊的滤液，或使介质的孔 道堵塞，造成较大的阻力；而在恒速过滤操作的后期，为维 持恒定的过滤速度，必须将过滤压力增大到较大值，这会导 致设备的泄露或动力设备超负荷。为克服这些问题，可在过 滤开始时采用较小的压力，以后不断地使之提高至预定值， 而后则在恒压下进行过滤，称为先恒速后恒压过滤。
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： 不可压缩滤饼：不易变形的坚硬固体（如碳酸钙、硅藻 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。 可压缩滤饼 ：空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。 （如氢氧化钠），当滤饼两侧压差增大，颗粒形状有明显 的改变，孔隙率降低，单位厚度床层的流动阻力随压差增 大而增大。
•助滤剂：是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。 使用时，可预涂，也可以混 入待滤的滤浆中一起过滤。助滤剂可改善过滤操作，加快 过滤速率。注意：当滤饼是产品时不能使用助滤剂。
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。
深层过滤
深层过滤时，颗粒的尺寸比介质的孔道小得多，但孔 道弯曲细长，颗粒进入之后很容易被截留，更由于流 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。此法适合于从液体中除去很小量的悬浮液。 如饮用水的净化。
过滤介质 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。 常用过滤介质：棉麻或合成纤维的丝织物或金属丝、 玻璃丝等丝织成的金属网，常称为滤布。堆积介质沙粒、 碎石、碳屑等多用于深层过滤。多孔固体介质：具有很多 微细孔道的固体材料，如多孔陶瓷、多孔塑料及多孔金属 制成的管或板。能拦截1~3μm的微细颗粒。 过滤推动力 可以是重力、离心力或压力差。重力较小，重力过滤 用于过滤阻力较小的场合。压差有可调性，常用压差作推 动力 本节着重讨论以压力差为推动力的过滤过程。
过滤的特点
床层滤饼厚度不断增加——拟定态处理 设过滤面积为A,在过滤时间τ内所获得的滤液量为V dV dq 过滤速率u Ad d V q : 通过单位过滤面积的滤 液总量。 A
二、 过滤过程的计算 1、过滤过程的物料衡算
对给定的滤浆，所获得的滤液必形成一定的滤饼，它们 之间的对应关系可由物料衡算求得。
（1）湿滤渣密度ρc的计算
C
c

1
P

C 1

式中：ρc、ρp、ρ分别为湿滤渣、干滤渣和滤液的密度 C为湿滤渣与其中所含干渣的质量比，kg湿渣/kg干渣
（2）干渣质量与滤液体积的比值ωkg干渣/m3滤液
X (1 CX ) /
式中：X为悬浮液中固体颗粒的质量分率，kg固体/kg悬浮液 CX为单位质量悬浮液可得的湿滤渣的质量，kg湿渣/kg悬浮液 （1-CX）为单位质量悬浮液可得滤液的质量，kg滤液/kg悬浮液
1 dq 推动力 d r q 阻力 L

q
令r
K a 2 (1 )

3
: 滤饼层两侧压差， Pa q : 单位面积所得到的滤液 量
பைடு நூலகம்
: 滤液的粘度，Pa.s
滤液通过过滤介质的阻力 可视为通过单位过滤面积 获得某当量滤液量qe所形 成的虚拟滤饼层的阻力。
X/（1-CX）为干渣与滤液的质量比
（3）湿滤渣体积与滤液体积的比值为
C c
式中：ωC为湿滤渣质量与滤液体积的比值，kg湿滤渣/m3 滤液 υ为单位体积滤液所含湿滤渣的体积
2、过滤基本方程式
过滤速率：单位时间通过单位面积的滤液体积，可表示 为 ，单位为m/s。过滤过程中，滤液通过滤布 和滤饼的流速较低，其流动一般处于层流状态，处于康 采尼公式适用的低雷诺数范围。 dV dq 3 1 u 2 2 Ad d (1 ) a K L