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1、西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后页后页前页前页 第三章 机械分离与固体流态化 3.1 过 滤 3.2 沉 降 3.3 固体流态化 西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后页后页前页前页 3.1 过 滤 3.1.1 概述 3.1.2 过滤基本方程 3.1.3 过滤常数的测定 3.1.4 滤饼洗涤 3.1.5 过滤设备及过滤计算 西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后页后页前页前页 3.1.1 概 述 滤饼过滤其基本原理是在外力（重力、压力、离心 力）作用下
2、，使悬浮液中的液体通过多孔性介质，而 固体颗粒被截留，从而使液、固两相得以分离，如图3 -1所示。 西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后页后页前页前页 3.1.1 概 述 1过滤介质 过滤过程所用的多孔性介质称为过滤介质， 过滤介质应具有下列特性：多孔性、孔径大小适 宜、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。 工业用过滤介质主要有织物介质（如棉、麻、 丝、毛、合成纤维、金属丝等编织成的滤布）、 多孔性固体介质（如素瓷板或管、烧结金属等） 。 固体颗粒被过滤介质截留后，逐渐累积成饼（ 称为滤饼），如前图3-2所示。 西西 安安 交交 大大 化化 工工
3、原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后页后页前页前页 3.1.1 概 述 2过滤推动力 在过滤过程中，滤液通过过滤介质和 滤饼层流动时需克服流动阻力，因此， 过滤过程必须施加外力。外力可以是重 力、压力差，也可以是离心力，其中以 压力差和离心力为推动力的过滤过程在 工业生产中应用较为广泛。 西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后页后页前页前页 3.1.1 概 述 3滤饼的压缩性和助滤剂 （1）压缩性 若形成的滤饼刚性不足，则其内部空 隙结构将随着滤饼的增厚或压差的增大 而变形，空隙率减小，称这种滤饼为可 压缩滤饼，反之，若滤饼内部空隙结构
4、 不变形，则称为不可压缩滤饼。 西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后页后页前页前页 3.1.1 概 述 3滤饼的压缩性和助滤剂 （2）助滤剂 若滤浆中所含固体颗粒很小，或者所形成的滤饼孔 道很小，又若滤饼可压缩，随着过滤进行，滤饼受压 变形，都使过滤阻力很大而导致过滤困难。可采用助 滤剂以改善滤饼的结构，增强其刚性。 助滤剂通常是一些不可压缩的粉状或纤维状固体，能 形成结构疏松的固体层。 常用的助滤剂有：硅藻土、纤维粉末、活性炭、石棉等 。 西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后页后页前页前页 3.1
5、.2 过滤基本方程 将孔道视为长度均为le的一组平行细管，流体 在细管中的平均流速u1，同时考虑到滤饼较薄 ，广义压力降可近似用压力降代替，则： 式中 u1 流体的真实流速，m/s； p1 通过滤饼的压力降，N/m2 ； 滤液的粘度，Ns/m2； de 滤饼层孔道的当量直径，m ； le 孔道的平均长度，m。 （31 ） 西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后页后页前页前页 3.1.2 过滤基本方程 在单位时间内通过单位过滤面积的滤液量为瞬 时过滤速度u： 式中 q 单位过滤面积所得的滤液量，q=V/A，m3/m2； A 过滤面积，m2。 V滤液量
6、 令表示滤饼层空隙率（ = 空隙体积/滤饼层体积），则 ： 取le=CL， 式3-1中的de采用水力当量直径，则 ： 西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后页后页前页前页 3.1.2 过滤基本方程 令颗粒比表面积a=颗粒表面积/颗粒体积，则 ： 将上述几式式代入式3-1，整理得 ： r称为滤饼的比阻，与滤饼的结构有关。 可压缩滤饼的s大约为0.20.8。不可压缩滤饼s=0。于是 式3-2可写成： （32 ） 式中p1 为过滤推动力， rL可视为滤饼阻力 。 （33 ） 西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主
7、题后页后页前页前页 3.1.2 过滤基本方程 将介质阻力折合成厚度为Le的滤饼阻力，式3-3成为： 滤饼层厚度L为 （34 ） 令 代入（3-4)中得 或 式中 过滤基本方程 （35 ） （34a ） 西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后页后页前页前页 3.1.2 过滤基本方程 1恒压过滤 若过滤过程中保持过滤推动力（压差）不变，则称为恒 压过滤。对于指定滤浆的恒压过滤，K为常数，积分式 3-5得： 或 若过滤介质阻力可忽略不计，则以上两式简化为 ： 西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后页后页前页前
8、页 3.1.2 过滤基本方程 2恒速过滤 若过滤时保持过滤速度不变，则过滤过程为恒速过滤。 代入式3-5中得 ： 若过滤介质阻力可忽略不计，则以上两式简化为 ： 对恒速过滤，有 或 西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后页后页前页前页 3.1.3 过滤常数的测定 过滤计算要有过滤常数K、qe或Ve作依据。由不同物料形成的悬浮液，其 过滤常数差别很大。即使是同一种物料，由于操作条件不同、浓度不同 ，其过滤常数亦不尽相同。过滤常数一般要由实验来测定。 将恒压过滤积分方程改写成： 此式表明，/q与q之间具有线性关系，实验中记录不同过滤 时间 内的单位面积
9、滤液量q，将 /q对q作图，得一直线， 直线的斜率为1/K，截距为2qe/K，由此可求出K、qe。 用上述方法可以测出不同压差条件下的K值，再根据K与p 关系 式3-4a，有 可见logK与logp 成直线关系，由直线的斜率可求出压缩指数s 。 西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后页后页前页前页 3.1.3 过滤常数的测定 例3-1 过滤常数测定 CaCO3粉末与水的悬浮液在恒定压差1.17105Pa及 25下进行过滤，试验结果列于表3-1，过滤面积为 400cm2，求此压差下的过滤常数K和qe。 表3-1 恒压过滤试验中的V 数据 过滤时间 s
10、 6.8 19.0 34.5 53.4 76.0 102. 0 滤液体积V l 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后页后页前页前页 3.1.4 滤饼洗涤 1洗涤速度 若洗涤压力与过滤终了时的操作压力相同 式中、w分别为滤液、洗涤 液的粘度，L、Lw分别为过滤终 了时滤饼厚度、洗涤时穿过的 滤饼厚度。 由过滤基本方程可知 ： 式中V是过滤终了时的滤液量 洗涤速度 ： 西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后页后页前页前页 3.1.4 滤饼洗涤 2洗涤时间 w
11、 设洗涤液用量为Vw，则洗涤时间 ： 西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后页后页前页前页 3.1.5 过滤设备及过滤计算 1.过滤设备 （1）板框压滤机 图 P139 板与框的结构如 图3-6所示，四角 均开有孔，组装叠 合后分别构成滤浆 通道、滤液通道和 洗涤液通道。 西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后页后页前页前页 3.1.5 过滤设备及过滤计算 滤浆由总管入框框内形成滤饼滤液穿过饼和布 经每板上旋塞排出(明流) 从板流出的滤液汇集于某总管排出(暗流) 过滤 横穿洗涤： 洗涤液由总管入板 滤布
12、 滤饼 滤布 非洗涤板 排出 洗涤面=(1/2)过滤面积 西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后页后页前页前页 3.1.5 过滤设备及过滤计算 洗涤液行程与滤液相同。洗涤面=过滤面 置换洗涤： 说明 间歇操作过滤、洗涤、卸渣、整理、装合 主要优缺点 构造简单，过滤面积大而占地省，过滤压 力高（可达1.5MPa左右），便于用耐腐蚀 性材料制造，便于洗涤。它的缺点是装卸 、清洗劳动强度较大。 西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后页后页前页前页 3.1.5 过滤设备及过滤计算 （2）叶滤机 叶滤机也是间歇操
13、作设备，具有过滤推动力大、单 位地面所容纳的过滤面积大、滤饼洗涤较充分等优点 。其生产能力比板框压滤机大，而且机械化程度高， 劳动力较省，密闭过滤，操作环境较好。其缺点是构 造较复杂、造价较高。 叶滤机是由许多滤叶组成。滤叶为内有金属网的扁 平框架，外包滤布，将滤叶装在密闭的机壳内（加压 式），为滤浆所浸没。滤浆中液体在压力差作用下穿 过滤布进入滤叶内部，成为滤液从其周边引出。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，进行置换洗涤。 西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后页后页前页前页 3.1.5 过滤设备及过滤计算 （3）回
14、转真空过滤机 图P142 西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后页后页前页前页 3.1.5 过滤设备及过滤计算 2.间歇式过滤机的生产能力及最佳操作周期 操作周期包括过滤时间、洗涤时间w和卸渣、整理、 重装等辅助时间D。设整个操作周期内获得的滤液量为 V，则生产能力Q可表示为： (3- 6) 假设洗涤液粘度与滤液粘度相近，于是，对板框压滤 机，恒压操作时洗涤速率 西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后页后页前页前页 3.1.5 过滤设备及过滤计算 对叶滤机，洗涤速率则为： 综合板框压滤机、叶滤机，洗涤速
15、率可统一写成 ： 对板框压滤机，式中=8；对叶滤机，=2。 西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后页后页前页前页 3.1.5 过滤设备及过滤计算 设洗涤液量Vw=bV，则洗涤时间 ： 而过滤时间 将、w表达式代入式3-6得： 将上式对V求导数，得 ： 西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后页后页前页前页 3.1.5 过滤设备及过滤计算 并令， 得 ： 若介质阻力忽略不计，则 ， ，于是 当D0；D+w时，dQ/dV0。这表明 ，在过滤介质阻力忽略不计的条件下，当过滤时间与洗涤时间之 和等于辅助时间时，板
16、框过滤机生产能力最大，此时的操作周期 为最佳操作周期，即 若滤饼不洗涤，则w=0，达到最大生产能力的条件是： 西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后页后页前页前页 3.1.5 过滤设备及过滤计算 3.回转真空过滤机的生产能力 设转筒的转数为每秒钟n次，转筒浸入面积占全部转筒面积的分 率为，则转筒任何一部分表面在一个操作周期中的过滤时间为 根据恒压过滤方程，在忽略过滤介质阻力的情况下，有 即转一圈（一个操作周期）的滤液量为 故生产能力为 ： 此式表明，提高转筒的浸没分数及转数n均可提高生 产能力，但这类方法受到一定的限制。 西西 安安 交交 大大 化化 工工 原原 理理 电电 子子 课课 件件 返回 主题后
