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《化工原理教学课件》过滤
《化工原理教学课件》 过滤
目录
• 过滤原理简介 • 过滤设备 • 过滤操作 • 过滤效率与过滤速率 • 过滤的工业应用 • 新型过滤技术
01
过滤原理简介
过滤的基本概念
过滤
利用多孔介质拦截悬浮颗粒，使 液体通过而悬浮颗粒被截留的分
离技术。
过滤介质
多孔性物质，如滤布、滤网、砂芯 等。
悬浮颗粒
悬浮在液体中的固体颗粒或液滴。
高温的滤材。
控制过滤压力
合理控制过滤压力，以实现高 效过滤并延长滤材使用寿命。
优化过滤操作条件
通过实验确定最佳的过滤温度 、压力、流量等操作条件，提
高过滤效果。
定期更换滤材
根据实际使用情况定期更换滤 材，避免堵塞和破损对过滤效
果的影响。
过滤操作的注意事项
注意安全
在过滤易燃易爆或有腐蚀性的物质时， 应采取相应的安全措施，如佩戴防护 眼镜、手套等。
设备，如叶滤机。
根据操作条件选择
对于高温、高压环境，应选择耐 高温、耐高压的过滤设备；对于 真空度要求较高的操作，应选择
真空度较高的过滤设备。
根据生产规模选择
对于大规模生产，应选择效率高、 处理能力强的过滤设备；对于小 规模生产，可以选择简单、经济
的过滤设备。
常用过滤设备的工作原理
真空过滤机
利用真空作为驱动力，使 悬浮液中的液体通过滤布 排出，固体颗粒被截留在 滤布表面形成滤饼。
反渗透技术
总结词
反渗透技术是一种利用反渗透原理的分离技术，能够去除水中的离子、有机物、微生物等。
详细描述
反渗透技术利用半透膜，使水在压力作用下通过膜过滤，去除水中的离子、有机物、微生物等。反渗 透技术广泛应用于海水淡化、工业用水处理、饮用水净化等领域，具有高效、节能、环保等优点。
目录
• 过滤原理简介 • 过滤设备 • 过滤操作 • 过滤效率与过滤速率 • 过滤的工业应用 • 新型过滤技术
01
过滤原理简介
过滤的基本概念
过滤
利用多孔介质拦截悬浮颗粒，使 液体通过而悬浮颗粒被截留的分
离技术。
过滤介质
多孔性物质，如滤布、滤网、砂芯 等。
悬浮颗粒
悬浮在液体中的固体颗粒或液滴。
高温的滤材。
控制过滤压力
合理控制过滤压力，以实现高 效过滤并延长滤材使用寿命。
优化过滤操作条件
通过实验确定最佳的过滤温度 、压力、流量等操作条件，提
高过滤效果。
定期更换滤材
根据实际使用情况定期更换滤 材，避免堵塞和破损对过滤效
果的影响。
过滤操作的注意事项
注意安全
在过滤易燃易爆或有腐蚀性的物质时， 应采取相应的安全措施，如佩戴防护 眼镜、手套等。
设备，如叶滤机。
根据操作条件选择
对于高温、高压环境，应选择耐 高温、耐高压的过滤设备；对于 真空度要求较高的操作，应选择
真空度较高的过滤设备。
根据生产规模选择
对于大规模生产，应选择效率高、 处理能力强的过滤设备；对于小 规模生产，可以选择简单、经济
的过滤设备。
常用过滤设备的工作原理
真空过滤机
利用真空作为驱动力，使 悬浮液中的液体通过滤布 排出，固体颗粒被截留在 滤布表面形成滤饼。
反渗透技术
总结词
反渗透技术是一种利用反渗透原理的分离技术，能够去除水中的离子、有机物、微生物等。
详细描述
反渗透技术利用半透膜，使水在压力作用下通过膜过滤，去除水中的离子、有机物、微生物等。反渗 透技术广泛应用于海水淡化、工业用水处理、饮用水净化等领域，具有高效、节能、环保等优点。
化工原理上第3章过滤2
(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↑↑。
悬浮液 滤饼
(5) 助滤剂
目的：减小过滤阻力；
使用方法：预涂法、预混法
(6) 过滤过程特点 ▲ 服从流体经过固定床的流动规律， 清夜 ▲ 随过滤进行，床层厚度↑，过滤阻力↑
过滤介质
图3-33 滤饼过滤
2 重力沉降设备 (1) 降尘室
① 结构及工作原理
② 颗粒分离(沉降)条件
停留时间 沉降时间 t
③ 生产能力 (可处理的尘气体积流量q V)
由分离条件得： qV bLut
说明：生产能力由底面积、沉降速度决定， 与降尘室高度无关
3 离心沉降
(1) 离心沉降速度
离心沉降速度ur：随颗粒旋转半径 r 变化
2r ( s ) m 通式：ur AP s
对球形颗粒： ur
4d s ( s )r
层流Stokes 区
d s2 ( s ) 2 r ur 18
d s2 ( s )u 2 或：ur 18 r
(2) 衡量离心分离性能的指标 离心分离因素
l CL
4 d a de 6 1
2 Pf 2 36Cu (1 ) 得： 2 3 L da
2 36C 150
Pf (1 ) 2 u Blake Kozeny方程： 150 3 2 L da
适用条件：流体为层流 , 0.5
e
对某一压差 p：q2 2qqe K
1 q作图，为一条直线，斜率： K q
可求固定压差下的 K、qe e
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
2019/8/3
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。
2019/8/3
（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；
2019/8/3
V+V V e
V+V e
V
B
V e0
2019/8/3
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
化工原理过滤
5
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4、颗粒床层旳特征
众多固体颗粒堆积而成旳静止旳颗粒 层称为固定床。
1) 固体颗粒（Solid Particle） 固体颗粒影响流体流动旳特征主要体
现在颗粒旳大小、形状、表面积上。
6
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球形颗粒（Spherical Particle）
特点：过滤面积大，操作环境好，滤 饼洗涤充分。但构造复杂，滤布更换较 麻烦，设备造价高。
16
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管式压滤机（The Candle Filter）
构造：网状框架，外面套一层滤布袋， 多种框架连接于滤液总管。
17
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操作：预涂，过滤，排浆，卸渣，清洗（再生）。
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滤浆：未过滤旳悬浮液 过滤介质：多孔物质 滤液：经过过滤介质旳液体 滤饼：被截留旳固体颗粒层
1
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2、过滤方式 滤饼过滤：固相体积占10%以上。 深层过滤：固相体积在0.1％下列。
3. 过滤介质(Porous Medium) 滤饼旳支撑物。“架桥”现象。
数诸多，涉及悬浮液旳性质（ φ、μ 等）， 及滤饼特征（ε、a，以r表达）。这些参 数 在一般恒压过滤中保持恒定，可将其
归并为一常数，
令
K 2
r
用试验直接测得—参数归并法。 BACK
K，qe称为过滤常数,由试验测定。
42
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上节要点内容回忆 1. 为何要对滤饼进行洗涤？
38
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4、颗粒床层旳特征
众多固体颗粒堆积而成旳静止旳颗粒 层称为固定床。
1) 固体颗粒（Solid Particle） 固体颗粒影响流体流动旳特征主要体
现在颗粒旳大小、形状、表面积上。
6
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球形颗粒（Spherical Particle）
特点：过滤面积大，操作环境好，滤 饼洗涤充分。但构造复杂，滤布更换较 麻烦，设备造价高。
16
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管式压滤机（The Candle Filter）
构造：网状框架，外面套一层滤布袋， 多种框架连接于滤液总管。
17
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操作：预涂，过滤，排浆，卸渣，清洗（再生）。
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滤浆：未过滤旳悬浮液 过滤介质：多孔物质 滤液：经过过滤介质旳液体 滤饼：被截留旳固体颗粒层
1
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2、过滤方式 滤饼过滤：固相体积占10%以上。 深层过滤：固相体积在0.1％下列。
3. 过滤介质(Porous Medium) 滤饼旳支撑物。“架桥”现象。
数诸多，涉及悬浮液旳性质（ φ、μ 等）， 及滤饼特征（ε、a，以r表达）。这些参 数 在一般恒压过滤中保持恒定，可将其
归并为一常数，
令
K 2
r
用试验直接测得—参数归并法。 BACK
K，qe称为过滤常数,由试验测定。
42
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上节要点内容回忆 1. 为何要对滤饼进行洗涤？
38
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化工原理：3-2 过滤分离原理及设备
依照非圆形管当量直径的定义，可推出
deb
4 床层流动空间 细管的全部内表面积
deb （1－）a
（3-49）
9
三、流体通过固体颗粒床层 （固定床）的压降
流体通过固定床的压力降主要有两方面： 一是流体与颗粒表面间的摩擦作用产生的压力降。 二是流动过程中，孔道截面积突然扩大和突然缩 小以及流体对颗粒的撞击产生的压力降。
q2 2qeq K
(3-76) (3-76a)
40
恒压过滤
当过滤介质阻力可以忽略时， 恒压过滤方程式
V 2 KA2
q2 K
41
恒压过滤
介质常数 Ve
过滤常数
qe
K
由实验测定
42
第三章、非均相混合物分离 及固体流态化
3.2 过滤分离原理及设备 3.2.1 流体通过固体颗粒床层的流动 3.2.2 过滤操作的原理 3.2.3 过滤基本方程式 3.2.4 恒压过滤 3.2.5 恒速过滤与先恒速后恒压的过滤
43
恒速过滤与先恒速后恒压的过滤
恒速过滤
恒速过滤是维持过滤速率恒定的过滤方式。 在这种情况下，由于随着过滤的进行，滤饼不断 增厚，过滤阻力不断增大，要维持过滤速率不变， 必须不断增大过滤的推动力——压力差。
dV
Ad
V
A
q
uR
常数
44
恒速过滤
dV
A2 p1 s
k
d
V Ve
dV / d
A
V
A
q
第三章、非均相混合物分离 及固体流态化
3.2 过滤分离原理及设备 3.2.1 流体通过固体颗粒床层的流动
1
一、固体颗粒群的特性
1.颗粒群的粒度分布 筛分
化工原理课件第4章：过滤
单位体积颗粒床层中空隙的体积为床层的空隙率ε ，即：
ε反映了床层中颗粒堆集的紧密程度，其大小与颗粒的形状、粒度分 布、装填方法、床层直径、所处的位置等有关。 球形：0.26～0.48 乱堆：0.47～0.7
壁效应
化工原理——流体通过颗粒层的流动
ε的测量方法：
充水法： 称量法：
V水
V
V G
p
V
不适于多孔性颗粒
K 2P1s
r0
化工原理——流体通过颗粒层的流动
4.5.2 间歇过滤的滤液量与过滤时间的关系 1. 恒速过滤方程
若Ve＝0，则？ K虽为变量，但应为τ时刻的过滤常数值。
化工原理——流体通过颗粒层的流动
2. 恒压过滤方程
若Ve＝0，则？
若V=Ve ？ qe2 K e
q qe 2 K e
求Ve，τe
(1
- 3
)a
ρu 2
P' L
'
(1- )a 3
u2
单位床层高度的压降， Pa
模型参数
化工原理——流体通过颗粒层的流动
4.3.3 模型的检验和模型参数的估计
1. 康采尼（Kozeny）方程
在流速较低， Re'＜2时（层流），
'
K' Re'
其中：
Re'
deu1
u a(1 )
实验测得
K ' 5.0
p
p (1)
化工原理——流体通过颗粒层的流动
流入的量＝流出的量＋累积量
总量衡算： V悬＝V LA
固体量衡算： V悬 LA(1 ) 由上两式可得： L q
1
一般，＜＜， L q 1
ε反映了床层中颗粒堆集的紧密程度，其大小与颗粒的形状、粒度分 布、装填方法、床层直径、所处的位置等有关。 球形：0.26～0.48 乱堆：0.47～0.7
壁效应
化工原理——流体通过颗粒层的流动
ε的测量方法：
充水法： 称量法：
V水
V
V G
p
V
不适于多孔性颗粒
K 2P1s
r0
化工原理——流体通过颗粒层的流动
4.5.2 间歇过滤的滤液量与过滤时间的关系 1. 恒速过滤方程
若Ve＝0，则？ K虽为变量，但应为τ时刻的过滤常数值。
化工原理——流体通过颗粒层的流动
2. 恒压过滤方程
若Ve＝0，则？
若V=Ve ？ qe2 K e
q qe 2 K e
求Ve，τe
(1
- 3
)a
ρu 2
P' L
'
(1- )a 3
u2
单位床层高度的压降， Pa
模型参数
化工原理——流体通过颗粒层的流动
4.3.3 模型的检验和模型参数的估计
1. 康采尼（Kozeny）方程
在流速较低， Re'＜2时（层流），
'
K' Re'
其中：
Re'
deu1
u a(1 )
实验测得
K ' 5.0
p
p (1)
化工原理——流体通过颗粒层的流动
流入的量＝流出的量＋累积量
总量衡算： V悬＝V LA
固体量衡算： V悬 LA(1 ) 由上两式可得： L q
1
一般，＜＜， L q 1
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
化工原理第三章---过滤
：重力、压力（或压差）和离心力；
获得清净的液体产品，或者得到固体产品；
浓缩液
进料液渗透液
直径大多要比过滤介质的孔道大
滤的进行，固体颗粒沉积于过滤介质表面而形成滤饼。
固相含量稍高（固相体积分率在
饼层过滤(b) 架桥现象
图3-18 饼层过滤
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。
很小量的固体微粒，例如饮
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。
恒压过滤方
洗非洗横穿洗涤法：
，先将洗涤板上的滤液
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。
2、加压叶滤机
滤浆
滤液
滤叶的构造。
03-2 化工原理过滤
非 洗 洗 板框板
洗 板
滤框和滤板的左上角与右上 角均有孔。 1060块不等， 过滤面积约为280m2
板框压滤机
1、板框压滤机
一个操作循环：
过滤 洗涤
卸渣、整理重装
思考：对板框压滤机，下式中V、 Ve、A怎么取值？半个框的？一个 框的？还是N个框的？
非 洗 洗 板框板 洗 悬 涤 浮 液 入 口
(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↑。
二、过滤基本方程
------滤液量V～过滤时间的关系
L
A
u V 滤饼过滤过程中，滤饼逐渐增厚，流动阻力也随之逐 渐增大，所以过滤过程属于不稳定的流动过程。故
过滤速度u ----即为流速，单位时间内通 过单位过滤面积的滤液体积
KA dV 其中 Ad e 2V Ve
洗涤液 △p
u 表观速度
五、过滤设备及过滤计算
以压力差为推动力：如板框压滤机、叶滤机、 回转真空过滤机等； 以离心力为推动力：如各种离心机。
过滤 设备
五、过滤设备及过滤计算
1、板框压滤机
结构：
洗板 滤框、滤板 非洗板
------滤液量V～过滤时间的关系 过滤常数， 由实验测定 2
思考：影响K的因素有哪些？ 影响Ve或qe的因素有哪些？
△p
u
二、过滤基本方程
------滤液量V～过滤时间的关系
影响K的因素：
2p 1 s K r0 c
r 2Ca 2 1
2
滤饼性质（s、、a）
滤浆性质（c、） 推动力（p） 影响qe或Ve 的因素：
A
dV d w
化工原理第三章过滤3-2PPT
X—单位质量悬浮液中所含干滤渣质量。
kg干渣/ kg悬浮液
ω—得到1m3滤液所形成的干滤渣质量。 kg(干渣)/m3(滤液)
取1kg悬浮液为基准：
X
1CX/
湿滤渣质量与滤液体积的比值ωC
ωC——kg湿渣/m3滤液
湿滤渣体积与滤液体积的比值ｖ
C c
——m3湿渣/m3滤液
例3-4 已知湿滤渣、干滤渣及滤液的密度分别为ρc=1400 kg/m3 ， ρp=2600kg/m3，ρ=1000kg/m3。 试求湿滤渣与其中所含干渣的质 量比?若1kg悬浮液中含固体颗粒0.04kg，试求与1m3滤液所对应 的干渣质量为多少？
对于指定的悬浮液，获得一定量的滤液必定形成相应量的 滤饼。悬浮液量、滤液量和滤饼量用以下的物料衡算式求出。
C—含1kg干滤渣的湿滤渣质量。即湿滤渣质量与干滤渣质量之比。
而 湿滤渣体积=干滤渣体积+液体体积
取含1kg干滤渣的湿滤渣为基准：
C 1 C1
C P
Ρp:固体的密度 Ρc:湿滤渣的密度 Ρ:液体的密度
助滤剂的组成：不可压缩的粉状或纤维状固体。
常用的助滤剂：硅藻土、珍珠岩、石棉、炭粉等。
（四）悬浮液量、固体量、滤液量与滤渣量的关系
总物料：悬浮液质量=滤渣量+滤液量 固体物料：悬浮液中固体量=滤渣中固体量
悬浮液
滤液，密度ρ ，体积 V
湿滤渣，密度ρc
液体 干渣，密度ρp
滤液量
悬浮液中所含液体量
物料衡算
滤饼体积： 6 .3 1 2 5 0 2 1 .2 6 1 4 m 4 0 3
0.139
《化工原理》课件——第三章 非均相物系的分离
生成的滤液质量为 7913.7-500-1100＝6313.7kg
(化工原理)第三节 过滤
(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
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3过滤幻灯片PPT
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3 过滤
均相混合物：所需分离的物质在同一相中，不能用机械
悬浮液
悬浮液 滤饼
深层过滤
过滤介质
过滤介质 滤液
滤饼过滤
3.1.1 概述
（3）过滤推动力： 重力（漏斗过滤）、压力（加压过滤）或真空（抽滤） 、离心力（离心过滤）。
（4）滤饼的可压缩性 （5）助滤剂 助滤剂本身就是一性能良好的过滤介质，是一种坚硬、不 规则的小颗粒，它能形成结构疏松、空隙率大、不可压缩的 滤饼，很大程度改善过滤难度。助滤剂使用方法主要有两种 ：混合、预涂。
de —— 为孔道的当量直径，m。
流通 流 截 通 面 l 滤 截 积 饼 面 4 层 4 积 体 d e 4 润 湿 4 润 周 湿 l边 滤 周 饼 边 a B 层 1 S 0 体
u流 体通 积截 流 流 体面 通 量 积 积 截 滤 滤 流面 饼 饼 量积 层 层 A u 0 截 截 u
（1）过滤介质（Filter medium）：
过滤介质应具有以下特性：多孔性，足够的机械强度， 尽可能小的流动阻力，耐腐蚀性，耐热性，易于再生。
工业上常见的过滤介质：织物介质、堆积介质、多孔固 体介质、多孔膜。
3.1.1 概述
（2）过滤分类： 深层过滤（Deep bed filteration） 滤饼过滤（Cake filteration）
②流程
装合、过滤、洗涤、卸渣、整理
③ 特点
优点：间歇过滤，单位地面所容纳的过滤面积大，洗涤 充分，生产能力比压滤机大，机械化程度高，劳动力省，密 闭过滤，操作环境较好。
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3 过滤
均相混合物：所需分离的物质在同一相中，不能用机械
悬浮液
悬浮液 滤饼
深层过滤
过滤介质
过滤介质 滤液
滤饼过滤
3.1.1 概述
（3）过滤推动力： 重力（漏斗过滤）、压力（加压过滤）或真空（抽滤） 、离心力（离心过滤）。
（4）滤饼的可压缩性 （5）助滤剂 助滤剂本身就是一性能良好的过滤介质，是一种坚硬、不 规则的小颗粒，它能形成结构疏松、空隙率大、不可压缩的 滤饼，很大程度改善过滤难度。助滤剂使用方法主要有两种 ：混合、预涂。
de —— 为孔道的当量直径，m。
流通 流 截 通 面 l 滤 截 积 饼 面 4 层 4 积 体 d e 4 润 湿 4 润 周 湿 l边 滤 周 饼 边 a B 层 1 S 0 体
u流 体通 积截 流 流 体面 通 量 积 积 截 滤 滤 流面 饼 饼 量积 层 层 A u 0 截 截 u
（1）过滤介质（Filter medium）：
过滤介质应具有以下特性：多孔性，足够的机械强度， 尽可能小的流动阻力，耐腐蚀性，耐热性，易于再生。
工业上常见的过滤介质：织物介质、堆积介质、多孔固 体介质、多孔膜。
3.1.1 概述
（2）过滤分类： 深层过滤（Deep bed filteration） 滤饼过滤（Cake filteration）
②流程
装合、过滤、洗涤、卸渣、整理
③ 特点
优点：间歇过滤，单位地面所容纳的过滤面积大，洗涤 充分，生产能力比压滤机大，机械化程度高，劳动力省，密 闭过滤，操作环境较好。
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0.124m3 / m2 A V 2.0 16.1m2
q 0.124
（2）一块框的过滤面积
A1 2 0.635 0.635 0.806m2
框数n A ＝ 16.1 20 A1 0.806
第四节 离心分离
利用离心力分离非均相混合物。其设备除前述的 旋风（液）分离器外，还有离心机 。
一、过滤速度： 指单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积。
u dV
Ad
二、液体通过滤渣层的流动 过滤速率＝ dV
d
L
le
u
de
u
流体在固定床内流动的简化模型
简化模型：假定：(1)细管长度le与床层高度L成正比
le K0L
(2)细管的内表面积等于全部颗粒的表面积，
流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。
三、过滤基本方程
过滤速度＝过滤推动力 过滤阻力
过滤推动力＝压力差，过滤阻力＝（滤饼的阻力rL R,过滤介质的阻力r2L2 R2 )
u
dV
Ad
p1
rL
p2
r2 L2
Δ p1 Δ p2
(rL r2 L2 )
Δp R滤饼 R介质
令r2L2 rLe,则：
dV p
Ad r(L Le )
（1）若滤液浓度为：w 单干位固体体积质滤量液（ kg干渣 / m3滤液）
cV AL，L cV / A 滤渣层阻力R rL rcV / A
dV A2Δ p
d rc(V Ve )
rw rc
3.4.3 恒压过滤
（1）恒压过滤方程式
dV A2Δ p
d rw(V Ve )
Δp 常数，对于一定的悬浮液，, r, r, w亦为常数
令：k Δ p
r w
得：dV kA2
u1
u
,
滤渣层空隙率
空隙体积/ 滤渣层体积
de
4 流通截面积 润湿周边长
4 空隙体积
颗粒表面积
s0
4
1
4 de [s0 (1 )]
dV
Ad
u u1 4
S0 1 2
32 K0 L
p1
3p1
S02 1 2 2K0L
p1
rL
令r
2K0a2 1 2
3
比阻，单位m 2
工作原理：利用高速度旋转的转鼓所产生的离心力， 将悬浮液中的固体微粒沉降或过滤而除去。
四、滤饼洗涤
❖推动力、阻力不变 ❖洗涤速度为常数。
洗涤速度
dV
Ad
w
洗涤推动力 洗涤阻力
p
rw Lw
常数 VW
AW
洗涤液量
w
Vw dV
d
w
洗涤液
△p Lw
与滤饼厚度、 滤饼性质、 洗涤液粘度、 介质阻力有关
r r0ps， r0， s均为实验常数
s 压缩性指数
对不可压缩滤渣，s 0
（2）过滤常数K的测定
△τ/△q
由q2 2qqe K
2(q qe )dq Kd
Δ Δq
2 K
q
2 K
qe
d dq
2 K
q
2 K
qe
q
qe 过滤介质的性质决定 K 与操作条件(P,T ), 悬浮液性质有关
以Δ /Δ q为纵坐标，以q为横坐标作图，可得一直线， 斜率为2 / K, 截距为2qe / K
1、操作周期与生产能力
非 洗洗 洗 板框板 板
滤框、滤板
洗 非
板 洗
板
滤框和滤板的左上角与右上 角均有孔。
1060块不等， 过滤面积约为280m2
板框压滤机
一个操作循环： 过滤 洗涤 卸渣、整理重装
V 2 2VVe KA2
非 洗洗 洗 板框板 板
悬洗 浮涤 液 入 口
洗涤滤液液流流出出 板框压滤机
(滤渣层空隙率） 空隙体积/ 滤渣层体积
S0------颗粒的比表面积
de
4 流通截面积
润湿周边
4 空隙体积
颗粒表面积
s0
4V
1 V
=
s0
4
1
层流时u1
de2p1
32l
—哈根-泊稷叶公式
l 通道的平均长度，l K0L L 滤饼的厚度
u1 —液体通过孔道的流速
p1 — 通过滤饼的压力降
压缩性指数的测定：
K
2Δ p1s wr0
2k Δ p1s
log K (1 s) logΔ p log( 2k)
以logK与logΔp作图，直线的斜率为（1-s)
3.4.4 过滤设备
一、压滤机
板框过滤机
二、叶滤机
三、转筒过滤机
例3-2
已知：恒压过滤，K＝4×10－6 m2/s，qe=2.5×10-2 m3/m2； 滤液量6000m3/年，年 工作日310天，每天24hr，操作周期为2.5hr，过滤时间为1.5hr。
求: （1）过滤面积A＝？ （2）若滤框为635mm× 635mm×25mm，滤框的个数？
解: （1）每一周期的滤液量
V 6000 2.5 2.0m3 310 24
由q2 2qqe K ,其中＝1.5 3600＝5400s
q K qe2 qe 4 106 5400 2.5 102 2 2.5 102
w
u 表观速度
当洗涤压力与最终过滤压力相同时， 推动力相同
dV Ad
w
p rw Lw
则：洗涤速度与最终过滤速度的关系
dV
Ad
p
rL
dV
Ad w
dV
Ad
洗涤阻力 ＝ L 过滤终了阻力 wLw
洗涤液△p其中ຫໍສະໝຸດ dVAdKA
2V Ve
过滤方程的微分形式
u 表观速度
五、生产能力（板框压滤机）
dV Ad
w
p rw Lw
特点：属间歇式
dV
Ad
p
rL
横穿洗涤：Lw=2L， Aw=A/2
3.4 过 滤
3.4.1 概述
1、过滤过程
利用重力或压差使悬浮液通过某种多孔性介质，使悬浮液中的固体颗粒被截 留、液体则穿过介质流出的操作称为过滤。
架桥现象
（2）过滤介质
〈a〉多孔性 要求 〈b〉耐腐蚀性，耐热性
〈c〉具有足够的机械强度
（3）助滤剂：硅藻土、珍珠岩、石棉等
3.4.2 过滤的基本理论
d V Ve
V (V
0
Ve )dV
kA2
d
0
V2 2
VVe
kA2
令：K（过滤常数） 2k 2p
rw
则恒压过滤方程式为:
V 2 2VeV＝KA2
令：q
V A
,qe
Ve A
q2 2qqe K
可压缩滤渣及其比阻:
K
2k
2p wr0ps
2p1s wr0
比阻r( 单位：m.kg 1)随过滤压力变化的经验关系式：
L wV / A
dV p
Ad r(L Le )
dV A2Δ p
d rw(V Ve )
滤渣层阻力 R rLrwV / A rwV / A
过滤介质的阻力Re rLe rwVe / A rwVe / A
（2）若滤液浓度为：c 截单 留位 的体 湿积 滤滤 饼液 体积(m3滤渣 / m3滤液）
q 0.124
（2）一块框的过滤面积
A1 2 0.635 0.635 0.806m2
框数n A ＝ 16.1 20 A1 0.806
第四节 离心分离
利用离心力分离非均相混合物。其设备除前述的 旋风（液）分离器外，还有离心机 。
一、过滤速度： 指单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积。
u dV
Ad
二、液体通过滤渣层的流动 过滤速率＝ dV
d
L
le
u
de
u
流体在固定床内流动的简化模型
简化模型：假定：(1)细管长度le与床层高度L成正比
le K0L
(2)细管的内表面积等于全部颗粒的表面积，
流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。
三、过滤基本方程
过滤速度＝过滤推动力 过滤阻力
过滤推动力＝压力差，过滤阻力＝（滤饼的阻力rL R,过滤介质的阻力r2L2 R2 )
u
dV
Ad
p1
rL
p2
r2 L2
Δ p1 Δ p2
(rL r2 L2 )
Δp R滤饼 R介质
令r2L2 rLe,则：
dV p
Ad r(L Le )
（1）若滤液浓度为：w 单干位固体体积质滤量液（ kg干渣 / m3滤液）
cV AL，L cV / A 滤渣层阻力R rL rcV / A
dV A2Δ p
d rc(V Ve )
rw rc
3.4.3 恒压过滤
（1）恒压过滤方程式
dV A2Δ p
d rw(V Ve )
Δp 常数，对于一定的悬浮液，, r, r, w亦为常数
令：k Δ p
r w
得：dV kA2
u1
u
,
滤渣层空隙率
空隙体积/ 滤渣层体积
de
4 流通截面积 润湿周边长
4 空隙体积
颗粒表面积
s0
4
1
4 de [s0 (1 )]
dV
Ad
u u1 4
S0 1 2
32 K0 L
p1
3p1
S02 1 2 2K0L
p1
rL
令r
2K0a2 1 2
3
比阻，单位m 2
工作原理：利用高速度旋转的转鼓所产生的离心力， 将悬浮液中的固体微粒沉降或过滤而除去。
四、滤饼洗涤
❖推动力、阻力不变 ❖洗涤速度为常数。
洗涤速度
dV
Ad
w
洗涤推动力 洗涤阻力
p
rw Lw
常数 VW
AW
洗涤液量
w
Vw dV
d
w
洗涤液
△p Lw
与滤饼厚度、 滤饼性质、 洗涤液粘度、 介质阻力有关
r r0ps， r0， s均为实验常数
s 压缩性指数
对不可压缩滤渣，s 0
（2）过滤常数K的测定
△τ/△q
由q2 2qqe K
2(q qe )dq Kd
Δ Δq
2 K
q
2 K
qe
d dq
2 K
q
2 K
qe
q
qe 过滤介质的性质决定 K 与操作条件(P,T ), 悬浮液性质有关
以Δ /Δ q为纵坐标，以q为横坐标作图，可得一直线， 斜率为2 / K, 截距为2qe / K
1、操作周期与生产能力
非 洗洗 洗 板框板 板
滤框、滤板
洗 非
板 洗
板
滤框和滤板的左上角与右上 角均有孔。
1060块不等， 过滤面积约为280m2
板框压滤机
一个操作循环： 过滤 洗涤 卸渣、整理重装
V 2 2VVe KA2
非 洗洗 洗 板框板 板
悬洗 浮涤 液 入 口
洗涤滤液液流流出出 板框压滤机
(滤渣层空隙率） 空隙体积/ 滤渣层体积
S0------颗粒的比表面积
de
4 流通截面积
润湿周边
4 空隙体积
颗粒表面积
s0
4V
1 V
=
s0
4
1
层流时u1
de2p1
32l
—哈根-泊稷叶公式
l 通道的平均长度，l K0L L 滤饼的厚度
u1 —液体通过孔道的流速
p1 — 通过滤饼的压力降
压缩性指数的测定：
K
2Δ p1s wr0
2k Δ p1s
log K (1 s) logΔ p log( 2k)
以logK与logΔp作图，直线的斜率为（1-s)
3.4.4 过滤设备
一、压滤机
板框过滤机
二、叶滤机
三、转筒过滤机
例3-2
已知：恒压过滤，K＝4×10－6 m2/s，qe=2.5×10-2 m3/m2； 滤液量6000m3/年，年 工作日310天，每天24hr，操作周期为2.5hr，过滤时间为1.5hr。
求: （1）过滤面积A＝？ （2）若滤框为635mm× 635mm×25mm，滤框的个数？
解: （1）每一周期的滤液量
V 6000 2.5 2.0m3 310 24
由q2 2qqe K ,其中＝1.5 3600＝5400s
q K qe2 qe 4 106 5400 2.5 102 2 2.5 102
w
u 表观速度
当洗涤压力与最终过滤压力相同时， 推动力相同
dV Ad
w
p rw Lw
则：洗涤速度与最终过滤速度的关系
dV
Ad
p
rL
dV
Ad w
dV
Ad
洗涤阻力 ＝ L 过滤终了阻力 wLw
洗涤液△p其中ຫໍສະໝຸດ dVAdKA
2V Ve
过滤方程的微分形式
u 表观速度
五、生产能力（板框压滤机）
dV Ad
w
p rw Lw
特点：属间歇式
dV
Ad
p
rL
横穿洗涤：Lw=2L， Aw=A/2
3.4 过 滤
3.4.1 概述
1、过滤过程
利用重力或压差使悬浮液通过某种多孔性介质，使悬浮液中的固体颗粒被截 留、液体则穿过介质流出的操作称为过滤。
架桥现象
（2）过滤介质
〈a〉多孔性 要求 〈b〉耐腐蚀性，耐热性
〈c〉具有足够的机械强度
（3）助滤剂：硅藻土、珍珠岩、石棉等
3.4.2 过滤的基本理论
d V Ve
V (V
0
Ve )dV
kA2
d
0
V2 2
VVe
kA2
令：K（过滤常数） 2k 2p
rw
则恒压过滤方程式为:
V 2 2VeV＝KA2
令：q
V A
,qe
Ve A
q2 2qqe K
可压缩滤渣及其比阻:
K
2k
2p wr0ps
2p1s wr0
比阻r( 单位：m.kg 1)随过滤压力变化的经验关系式：
L wV / A
dV p
Ad r(L Le )
dV A2Δ p
d rw(V Ve )
滤渣层阻力 R rLrwV / A rwV / A
过滤介质的阻力Re rLe rwVe / A rwVe / A
（2）若滤液浓度为：c 截单 留位 的体 湿积 滤滤 饼液 体积(m3滤渣 / m3滤液）