化工原理-化工原理第五章-1

p
Adt rL r mLm rL r mLm
滤饼体积
滤液体积
滤饼厚度随时间的变化可通过滤 饼体积与滤液体积成正比的关系 而表达为 :
LV
A
——过滤单位体积滤液所留下的滤饼体积,反映滤浆的浓度。
过滤中，过滤介质的阻力一般为定值，可将其表达为比阻与滤饼 相等、厚度为Le 的当量滤饼的过滤阻力，即
过程阻力：
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滤饼阻力： 满足欧更公式：
悬浮液 (滤浆)
pb 150 1 2 u 1.75 1 u2
L
3
d
2 ea
3 d ea
滤饼 过滤介质
滤液
介质阻力：
p p1 p2
过滤计算
过滤速度 对各种过滤操作方式与设备均可表示为：
u dV Adt
式中：dV —— dt 时间内通过过滤面的滤液量； A —— 过滤面积； u —— 单位时间内通过单位过滤面积的滤液量。
过滤计算的基本问题即是要确定过滤速度与推动力、 阻力等因素的具体关系。
过滤过程计算
最典型的操作方式： 恒压过滤、恒速过滤 实际生产中常常采用这两种方式的组合。
恒压过滤
恒压过滤时压差 p 为常数，对过滤基本方程积分可 得到恒压过滤方程
dV kA2 p1S
dt
V Ve
V 2 2VV e 2kA2 p1s t C KA2t C
滤饼过滤与深层过滤
滤饼过滤历程: 粒子漏过 粒子的架桥 滤饼的形成 过滤。
过滤的操作方式
过滤操作分为： (1)间歇式;(2)连续式。
根据提供过滤推动力的方式分为： 重力过滤、加压过滤、真空过滤和离心过滤之分。。。 其目的都是克服过滤阻力。
过滤周期: 过滤----洗涤----脱湿----卸料----清洗过滤介质(重 装)。 设备发展的思路之一？
rmLm rLe
过滤速度
用当量滤液体积 Ve 表达成
rmLm r AV e
dV Adt
Ap
rV Ve
dV
A2p
dt rV Ve
r
1501 3 AdeV
2 2
ε、 φA、 dev
与压力P相关
所以：
r r0 ps
式中 r0 为滤饼在单位压差下的比阻 s 为恒小于 1？
压缩滤饼 s=0
(1
)2
d3 2 ea
u
对滤饼层
pb L
150
(1
)2
d3 2 ea
u
u
dV Adt
3 AdeV 2 p1 1501 2 L
式中 deV、A、 是滤饼颗粒及滤饼床层特征参数，令
r
1501 3 AdeV
2 2
—— 滤饼比阻(单位厚度滤饼的阻力)，m-2
R rL —— 滤饼阻力
u dV p1 p1
二.过滤
重力过滤 加压过滤 真空过滤 离心过滤
流体相对于固体颗粒床层运动 而实现固液分离的过程。
工业应用: (1)收集分散物质; (2)净化分散介质; (3)环境保护等。
过滤
过滤操作的基本慨念
过滤是利用重力或压差等使悬浮液通过 多孔性过滤介质，将固体颗粒截留在介 质上，从而实现固-液分离操作。
所处理悬浮液称为滤浆或料浆。
第五章 颗粒-流体非均相物系分离
带着寻找过滤设备发展的技术思路去“悟”？
非均相混合物的分离方法→机械方法
即利用非均相混合物中两相的物理性质(如密度、颗粒形状、 尺寸等)的差异，使两相之间发生相对运动而使其分离。
机械分离可有两种操作方式:
一.沉降
重力沉降 离心沉降
在外力作用下使颗粒相对于流体(静 止或运动)运动而实现分离的过程。
K 2k p1s —— 过滤常数，m2/s
积分常数 C 根据恒压过滤起始时刻过滤介质上的 滤饼厚度、或者等价地用已经通过的滤液量 V1 确 定。
恒压过滤过程计算----两种情况
若恒压过滤开始时过滤介质上无滤饼，即 t=0，V1=0，解出积分
常数 C=0，所以有
V 2 2VV e K A2t
若恒压过滤开始时过滤介质上已经形成厚度为 L1 的滤饼、
悬浮液 (滤浆) 滤饼 过滤介质
滤液
多孔性介质称为过滤介质。 滤浆中被过滤介质截留的固体颗粒称为滤渣或滤饼。
滤浆中通过滤饼及过滤介质的液体称为滤液。
过滤介质 对过滤介质的共性要求是多孔、理 化性质稳定、耐用和可反复使用等。
过滤介质主要可分为如下几类： (1)织物介质; (2)多孔材料;(3)固体颗粒床层; (4)多孔膜。
过滤速度
dV
A2p
dt rV Ve
dV A2 p 1S
dt r0v(V Ve )
令滤饼常数： k 1 r0
dV
A2 p1s
kA2 p1s
dt r0 V V e V V e
—— 过滤基本方程
与过滤速度相关的过程因数
V、Ve、、μ、r0、A、∆P
与设备有关：A、Ve 与滤饼相关： 、μ、r0 与工艺有关：∆P
Adt rL R
对过滤介质层
u dV p2 p2
Adt r mLm Rm
Rm Lm rm
Rm 为过滤介质阻
力 式中： Lm 是过滤介质的厚度 rm 为过滤介质的比阻。 一般情况下滤饼与过滤介质的过滤面积相等，所以过滤速度也 相等
过滤速度
消除滤饼的变化因数
upsilon
u dV p1 p2
滤速度为 u，对应的推动力为 p p1 p2
式中 p1 是通过滤饼的压降、 p2 是通过过滤介质的压降。 根据欧根方程，过滤速度 u 与 p1 和 p2 的关系式为：
pb 150 1 2 u 1.75 1 u2
L
3
d
2 ea
3 d ea
Reb < 2.8、过滤过程属低速
pb L
150
以唯象方程的形式可写成：
过滤通量
过滤推动力 过滤阻力
过滤过程可视作流体通过固定床的流动，且液体在滤饼 空隙中的流动多属层流，可用低 Re 数的固定床流速与压 降的公式进行描述。
过滤速度 对于过滤阻力和过滤速度均随时间而变的滤饼过滤过程，若任 意瞬时滤饼的厚度为 L，相应的滤液累积体积为 V，此时的过
过滤速率与压降关系曲线
与工艺有关：∆P
三种具有不同特性的操作 方式：
恒压过滤 ------保持恒压 的压缩气体提 供推动力 。
压力差 p
恒压差
离心泵 恒 速
箭头所指为 时间增加方向
恒速过滤 ------由容积式 泵提供推动力
速率 dV/dt
变压变速过滤 -------离心泵提供推动力，随过滤阻力增加流 量下降。
或已经通过体积为 V1 的滤液，即 t=0，V=V1，有
C V12 2VeV1
V
2
V
2
1
2V
e
V
V
1
K
A2t
如果用 q 代表单位面积累积通过的滤液体积，即