18 过滤过程计算

按压差产生原因
分类 按操作方式
PCE/ETP-BJTBU/ZYW
连续──回转真空过滤机、离心过滤机 间歇──板框压滤机、叶滤机
■ 〓
化工原理-机械分离/18.过滤过程计算
3
a. 板框压滤机
基本构件──非洗涤板、滤框、洗涤板，如图所示，…...
PCE/ETP-BJTBU/ZYW
■
〓
化工原理-机械分离/18.过滤过程计算
〓
化工原理-机械分离/18.过滤过程计算
20
可得：
τT= τF+ τW+ τE=0.34+0.5+0.084=0.924h
本题要求生产任务为1.2m3/h，现在0.924h内一框可得滤液 0.025m3，则框数为：
1.2 0.924 n 44.3 45(个框) 0.025
⑶ 为使生成能力提高25%，可采取哪些措施？
8
令(dV/dτ)W为洗涤速率，过滤终了时以VW m3洗水洗涤
滤饼
VW 则所需洗涤时间为： W dV d W
影响洗涤速率(dV/dτ)W的因素可根据过滤基本方程分析
dV A(p) A(p)1-s d r c(q qe ) r0 ( L Le )
PCE/ETP-BJTBU/ZYW ■ 〓
化工原理-机械分离/18.过滤过程计算
18
由实验数据可知：q1=0.197，q2=0.287m3/m2 代入过滤方程
q 2 2qqe K 中，可得：
K=3.963×10-5 m2/s，qe=0.0222 m3/m2
则过滤方程为：
q 2 2q 0.0222 3.963105 q 2 0.0444q 3.963105
其中q的单位为m3/m2 ，τ的单位为s。
⑵ 过滤终了滤渣需要洗涤。问板框压滤机洗涤速度与过滤
速度是否相同？如果洗涤水量为0.005m3，过滤一次辅助时 间占过滤与洗涤时间的10%，问一个循环所需时间为多少？
这台板框压滤机至少要配多少个框才能完成生成任务？
PCE/ETP-BJTBU/ZYW ■ 〓
化工原理-机械分离/18.过滤过程计算
化工原理-机械分离/18.过滤过程计算
6
叶滤机介绍
叶滤机通 常采用置换 洗涤法。滤 液流过面积 与洗液一样 ，流经路径
也与洗液一
样。
PCE/ETP-BJTBU/ZYW
■
〓
化工原理-机械分离/18.过滤过程计算
7
B. 过滤计算 a. 间歇过滤机──以板框压滤机为例 操作周期
c F W
dV d W
■
F
〓
(dV/dτ)F=？ 请自行推导
化工原理-机械分离/18.过滤过程计算
10
最佳过滤周期概念
q 2 2qqe K
的平均时间为：
忽略过滤介质阻力
2 qF K
F
在一个过滤周期中，单位过滤面上过滤单位体积滤液所需
F
板框压滤机通常采用横穿洗涤法，有：
( L Le ) W 2( L Le ) F 1 AW A 2
代入上式可得：
dV d
1 dV 4 d W
F
如为叶滤机，通常采用置换洗涤法，则：
dV d
PCE/ETP-BJTBU/ZYW
PCE/ETP-BJTBU/ZYW ■ 〓
滤液量，m3/m2 0.197 0.09
化工原理-机械分离/18.过滤过程计算
16
⑵ 过滤终了滤渣需要洗涤。问板框压滤机洗涤速度与过滤
速度是否相同？如果洗涤水量为0.005m3，过滤一次辅助时 间占过滤时间的10%，问一个循环所需时间为多少？这台板 框压滤机至少要配多少个框才能完成生成任务？ ⑶ 为使生成能力提高25%，可采取哪些措施？
对一定悬浮液，r0为常数；如洗涤推动力与过滤终了压差
相同；如洗涤水粘度与滤液相近── (dV/dτ)W与(dV/dτ)F (过滤终了时速率)有一定关系，取决于洗涤方式。
PCE/ETP-BJTBU/ZYW ■ 〓
化工原理-机械分离/18.过滤过程计算
9
dV A(p) A(p)1-s d r c(q qe ) r0 ( L Le )
⑷ 如果为使过滤连续化，改用回转真空过滤机，使生产能
力与板框一样。测得该回转真空过滤机每一操作周期得滤液 0.05m3。问该机转速为多少方能维持生产能力？若要提高生 产能力，有何措施？
PCE/ETP-BJTBU/ZYW
■
〓
化工原理-机械分离/18.过滤过程计算
17
解： ⑴ ① 解决以上问题的步骤是什么？如何在小板框 机中进行试验，试验时应注意什么问题？ 对板框机进行设计、选型或核算板框机的生产能力，可以
由上面过滤方程，可得以下数据(以一次充满框为计算基准)
过滤时间 τF 过滤最终 速度,m3/s
V洗水量 F 1 dV 4 d 终
1818s(0.5h)
■
τR= 0.1(τF+ τW)
1233.4s(0.34h)
PCE/ETP-BJTBU/ZYW
1.1×10-5
0.0084h
4
过滤过程 如图所示，……。通常采用横穿洗涤法。
滤液流过 面积为洗液 的二倍，而 流经路径为 洗液的一半。
PCE/ETP-BJTBU/ZYW
■
〓
化工原理-机械分离/18.过滤过程计算
5
b. 回转真空过滤机 结构与操作原理 如图所示，…...
一个操作周期=过滤+洗涤+卸渣
PCE/ETP-BJTBU/ZYW ■ 〓
K 2
1 r L
p
1-s
C
1
K1 K2
1 2
1 1.005 5 K 2 K1 3.96310 2 0.8007

1.25 3.963105 此时 0.04888 F 0.27h 5 1.25 3.963 10 2(0.2 0.0222 0.005 4 ) W 0.398h 5 1.25 3.963 10 0125
化工原理-机械分离/18.过滤过程计算
1
18 Calculation of filtration process
A. Filtration equipments a. Plate-frame filter b. Rotary vacuum filter B. Filtrating calculation a. Bathch filtration b. Continuous filtration C. Example
采用直接的生产数据。当没有现成的生产装置时，常需进
行小型试验，以确定可供设计使用的过滤方程。 试验时应注意：操作条件应与工业生产完全相同； 滤布与滤浆的浓度也与工业生产相同。 ② 现假设试验条件合理，得到以下数据：
过滤时间间隔，min
20 20
滤液量，m3/m2
0.197 0.09
滤饼体积/滤液体积=0.07，求此体系的过滤方程。
洗水相同
0.005 W 0.404h 5 1 (dV / d )终 0.251.37510 3600 4
PCE/ETP-BJTBU/ZYW ■ 〓
VW
化工原理-机械分离/18.过滤过程计算
22
τT= 1.1(τF+ τW)=0.746h
② 把温度提高到30℃ 查表，20℃水粘度为1.005×10-3 Pa.s，30℃水粘度为0.8007 ×10-3 Pa.s
PCE/ETP-BJTBU/ZYW ■ 〓
化工原理-机械分离/18.过滤过程计算
2
第18讲 过滤过程计算
过滤方程 q(或V/A)～τ
设计计算── 悬浮液量 ─→A 操作压力 操作计算──A、-Δp─→处理量 A、处理量─→-Δp 具体计算与过滤设备结构及操作方式有关。 A. 过滤设备 压滤、吸滤── 板框压滤机、叶 滤机、回转真空 过滤机 离心── 离心过滤机
可采取如下措施(忽略介质阻力)：
① 提高过滤压力，设s=0
压差增加25%
K=2kΔｐ1-s ── K∝Δｐ 由 2
PCE/ETP-BJTBU/ZYW
K2=1.25K1
5
q 0.0444 1.25 3.96310 q
■ 〓
化工原理-机械分离/18.过滤过程计算
21
可得增加压力后，充满一框滤液(0.025m3)所需时间缩短：
W

R
qF
令
f ( qF )
df (qF ) 0 dqF
F W
R
即在一个过滤周期中，τF+τW与τR各占一半，达到一
定产量所需时间最少
PCE/ETP-BJTBU/ZYW ■ 〓
化工原理-机械分离/18.过滤过程计算
11
生产能力 生产能力：单位时间得到滤液体积，m3/h
19
由板框机结构知：过滤是双向通过，而洗涤是单向通过。 即洗涤面积为过滤面积的1/2──洗涤速度为过滤终了时的 1/4 ；洗液通过的滤饼厚度为过滤终了时的2倍── 洗涤阻力
增加一倍。
据题意，有：
τT= τF+ τW+ τR= 1.1(τF+ τW)
过滤面积，m2 0.125 滤饼体积，m3 1.875×10-3 充满一框滤饼所得滤液，m3 0.025
Βιβλιοθήκη Baidu
0.025 0.025 0.0444 0.125 0.125 986.7s 0.275h 1.25 3.963105
洗涤时间：
2
KA 3.963 105 1.25 0.125 dV 2(0.2 0.0222) d 终 2 ( q q e ) 1.375 105 m 5 /s
由上面式知 n↑──生产能力Vh↑
但是如 n太高── 每周期τF↓── 滤饼太薄── 难以 卸除 φ↑── Vh↑ 但是这样一来，水洗、吸干、吹松时间长
合适的n、φ由经验确定
PCE/ETP-BJTBU/ZYW ■ 〓
化工原理-机械分离/18.过滤过程计算
14
【本讲要点】
■ 过滤计算的依据是过滤速率方程，按命题不同，过滤计算 也有操作型计算（如核算生产能力）与设计型计算（计算过 滤面积）之分。 ■ 过滤计算方法与过滤操作方式有关，即与操作是间歇的还 是连续的有关。 ■ 在板框压滤机中，洗水速率为过滤终了速率的四分之一
2
60 V KA ( e) Ve KA ( e) Ve n
2
■ 〓
PCE/ETP-BJTBU/ZYW
化工原理-机械分离/18.过滤过程计算
13
则生产能力
Vh 60 nV 60 KA2 (60 n e n 2 ) Vn
如忽略滤布阻力，则


Vh 60 KA 2 60 n 465 A K n
对板框压滤机
3600 V 生 产 能 力 F W
m /h
R
3
V为一个过滤周期中的累积滤液量，m3 b. 连续过滤机──以回转真空过滤机为例
每周期中只有部分时间进行过滤操作。
浸没度
PCE/ETP-BJTBU/ZYW
浸没角度 o 360
■ 〓
化工原理-机械分离/18.过滤过程计算
12
一个过滤周期
60 C n
s
n为转数，r/min
一个过滤周期的过滤时间
60 F C n
从生产能力角度看
转筒A、φ、n 板框A、τc、τF 二机等效 (K、qe一样)
则回转真空过滤机的生产能力可如下确定： 根据恒压过滤方程 (V Ve )2 KA2 ( e) 转筒每转一周的滤液体积
τW── 一周期的洗涤时间
R
τF── 一周期的过滤时间（可用过滤方程计算） τR── 一周期的卸渣重装时间（视情况而定） 洗涤τW的确定
洗涤目的── 回收滤液或净化滤饼
洗涤水不含颗粒── 洗涤过程中，滤饼厚度不变，洗水 流量不变（在恒压下）
PCE/ETP-BJTBU/ZYW ■ 〓
化工原理-机械分离/18.过滤过程计算
用以分析TiO2水悬浮液，过滤在压差为1MPa和温度20℃下
进行，要求每小时获得滤液1.2m3。 ⑴ ① 解决以上问题的步骤是什么？如何在小板框机中进 行试验，试验时应注意什么问题？ ② 现假设试验条件合理，得到以下数据：
滤饼体积/滤液体积=0.07，求此体系在规定条件下的过滤方
程。
过滤时间间隔，min 20 20
（横穿洗涤法）。在叶滤机中，二者相等（置换洗涤法）。
■ 转筒过滤机的生产能力与转筒转速的二分之一次方成比 例，合适的转速应由经验确定。
PCE/ETP-BJTBU/ZYW ■ 〓
化工原理-机械分离/18.过滤过程计算
15
C. 例 a. 过滤方程的应用及设备选型 欲购一台框长250mm，高250mm，宽30mm的板框压滤机，