过滤原理73446精品PPT课件

称为滤布)，通过介质孔道的液体称为滤液，被截留的物
质称为滤饼或滤渣。
滤浆
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 。
r0s
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。
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 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。
u
dV
Ad
dq
d
3 (1 )2 a2
1
K L
L q 1
令r
K a2 (1 ) 3
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
dqdrq推动力 阻力: 滤饼层两侧压差，Pa : 滤液的粘度，Pa.s
q : 单位面积所得到的滤液量
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。
设1和2分别是滤饼和 过滤介质两侧压降
dq 1
d rq
dq 2
d rqe
dq 1 2
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 1 C 1 c P
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
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。
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
过滤速率u dV dq
Ad d
q V : 通过单位过滤面积的滤液总量。 A
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。
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。
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。
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。
d r(q qe ) r(q qe )
令K 2
r
可得：dq K
d 2(q qe )
Ve=Aqe:为形成与过滤介质阻力相等 发滤饼层所得的滤液量，m3
K、qe:过滤常数过滤常数K K单位是m2/s ,在恒压下为一常数。
dV
KA2
d 2(V Ve )
...... 过滤速率基本方程
r
K a2 (1 ) 3