化工原理第三章过滤3-2

应用：适于处理生产能力大而悬浮液中颗粒小而且含量少（颗 粒的体积百分数<0.1%) ，滤饼不为产品的场合,如水处理和酒的 过滤。
(二）过滤介质
过滤介质的作用(滤饼过滤)：促使滤饼的形成，并支承滤饼。 过滤介质应具有如下性质： （1）多孔性，液体流过的阻力小； （2）孔道大小适当，能发生架桥现象； （3）有足够的机械强度,使用寿命长； （4）耐腐蚀性和耐热性 （5）价格便宜
第四节 过 滤
在某些场合，过滤是沉降的后继操作。 过滤目的：从悬浮液中分离出固体颗粒。
过滤：在外力的作用下，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、液分离的操作。
实现过滤操作的外力有重力、压力、离心力， 化工中应用最多的是压力过滤。
滤浆(slurry)： 原悬浮液。
滤饼(filter cake)： 截留的固体物质。
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？
解：(1) 由
C 1 C 1

C P

C 1 C 1 1400 2600 1000 所以 C=2.15kg(湿渣)/kg(干渣)
注意：所选过滤介质的孔道尺寸
一定要使“架桥现象”能够发生。
架桥现象
2. 深层过滤
过滤介质：堆积较厚的粒状床层。
过滤对象：悬浮液中的固体颗粒小而少。
过滤原理：颗粒尺寸 介质通道尺寸， 颗粒通过细长而弯曲的孔道，靠静电和分 子的作用力附着在介质孔道上。
深层过滤
特点：颗粒(粒子)并不形成滤饼,沉积于介质内部。
过滤介质(filtering medium)： 多孔物质。
过滤操作示意图 (滤饼过滤)
滤液(filterate)： 通过多孔通道的液体。
一、悬浮液的过滤
（一）两种过滤方式 1. 滤饼过滤 固体含量较高的悬浮液 滤饼过滤过程： 刚开始：有细小颗粒通过孔道，滤液混浊。 开始后：迅速发生“架桥现象”，颗粒被拦截，滤液澄清。 所以，在滤饼过滤时真正起过滤作用的是滤饼本身， 而非过滤介质。
克服滤饼压缩性的手段：
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。 要求：作助滤剂的物质应能较好地悬浮于料液中，且颗粒大小合 适，助滤剂中还不应含有可溶于滤液的物质，以免污染 滤液。
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
求滤饼体积与滤液体积之比 。
解： (1)以1m3滤饼为基准。
固体： 体积0.5m3 质量1100kg， 1m3滤饼中
水：500kg 需要滤浆的质量为 1100 7913.7kg
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
（2）已知 X=0.4 kg(干渣)/kg(悬浮液)
X 0.04 1000 43.8k g 1 2.15 0.04
例：已知某悬浮液中固相的质量分率为0.139，固相密度为 2200kg/m3，液相为水，每1m3滤饼中含500kg水，其余全为固相。
工业常用的过滤介质主要有
a) 织物介质：又称滤布，包括有棉、毛、丝等天然纤维，玻璃丝 和各种合成纤维制成的织物，以及金属丝织成的网能截留的粒径 的范围较宽，从几十μ m到1μ m。 优点：织物介质薄，阻力小，清洗与更新方便，价格比较便宜， 是工业上应用最广泛的过滤介质。 b)多孔固体介质：如素烧陶瓷，烧结金属．塑料细粉粘成的多孔 塑料，棉花饼等。这类介质较厚，孔道细，阻力大，能截留1～ 3μ m的颗粒。 c) 堆积介质：由各种固体颗粒（砂、木炭、石棉粉等）或非编织 的纤维（玻璃棉等）堆积而成，层较厚。 d) 多孔膜：由高分子材料制成，膜很薄（几十μ m到200μ m）， 孔很小，可以分离小到0.05μ m的颗粒,应用多孔膜的过滤有超滤 和微滤。
1 0.158
6.3137 (2)以1kg悬浮液为基准
固体：0.139kg 1kg悬浮液中
水：0.861kg 颗粒体积：0.139 6.32105 m3
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：


1
X CX

/

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
（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， 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。 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。
物料衡算
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 C 1
C P

Ρp:固体的密度 Ρc:湿滤渣的密度 Ρ:液体的密度