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1、3 4过滤 3 4 1概述3 4 2过滤基本理论3 4 3过滤设备3 4 4过滤计算 一 过滤 固液混合 外力驱动 多孔介质 颗粒截留 液体通过 3 4 1概述 说明 名词 过滤介质 滤浆 滤渣 饼 滤液 过程推动力 重力 压力 差 离心力 滤饼过滤与深层过滤 操作目的 固体或清净的液体 深层过滤 颗粒尺寸比介质的孔道直径小得多 过滤在介质内部进行 介质表面无滤饼形成 适用 液体中除去很小量的固体颗粒 如饮用水的净化 滤饼过滤 颗粒尺寸比介质的孔道直径大 固体物积聚于介质表面 形成滤饼 适用 处理固含量比较大的悬浮液 体积分数在1 以上 工业上大多数过滤属于滤饼过滤 洗涤 回收滤饼中残存的滤液
2、或除去其杂质 织物介质 滤布 织物 网 5 65 m 工业应用广泛 堆积介质 固体颗粒或纤维等堆积 深层过滤 多孔固体介质 具有微细孔道的固体 1 3 m 多孔膜 有机膜 无机膜 1 m以下 机械强度高 承受一定压力 操作中拆装 移动频繁 二 过滤介质 支撑滤饼和截留颗粒 通过滤液 多孔性 要求流动阻力小 但孔道不宜大 三 滤饼的可压缩性和助滤剂 可压缩滤饼 滤饼受压 床层的空隙率 流动阻力 助滤剂 加入 使滤饼疏松而坚硬 硅藻土 珍珠岩 炭粉 纤维素等 降低过滤阻力 颗粒间的空隙体积与颗粒床层的总体积之比 即 不可压缩滤饼 滤饼的空隙结构不因操作压力的增加而变形 单位厚度滤饼的阻力恒定 3
3、4 2 滤饼 过滤基本理论 一 颗粒床层的物理模型与基本参数 颗粒床层 一组平行细管 流体通道 细管内表面 床层颗粒的全部表面 细管的总体积 床层空隙体积 a 实际流动颗粒床层 b 简化的模型床层颗粒床层简化模型示意图 基本参数 空隙率 床层的空隙体积 床层的总体积 比表面积a 颗粒表面积 颗粒体积 孔道 细管 平均长度l 床层厚度 即l K0L 孔道 细管 当量直径de 滤液流速u1 对于各向同性的滤饼层 二 过滤速度及其表达 1 定义 A 滤饼层总截面积 床层截面积 t 过滤时间 V 滤液体积 说明 u1与u的关系 2 过程推动力 滤浆侧和滤液侧的压差 滤饼压降 介质压降 3 pc的表达
4、Hagen Poiseuille方程 4 滤饼层的阻力 l L 如 p不变 则u 瞬时速度 恒压降速 恒速升压 说明 滤饼过滤是非稳态过程 适用管内层流流动 u 滤饼层推动力 滤饼层阻力 滤饼阻力与滤饼层的性质 r L 滤液的 有关 说明 5 过滤介质的阻力 近似 阻力相当厚度为Le的一层滤饼 其中 r 滤饼的比阻 单位厚度滤饼的阻力 m 2 反映过滤过程的难易程度 由颗粒特性决定 K0 滤饼的空隙率 球形颗粒度 粒度范围有关 实验测定 层流流动下 K0 2 5 7 过滤速度的具体表达形式 认为 AL uV 获取单位体积滤液所得滤饼体积 系数 u AL V Ve 与Le对应的滤液体积 不存在
5、虚拟量 常数 实验测定 与过滤介质 滤饼的及滤浆的性质有关 6 总推动力与总阻力 R 滤饼的阻力 三 恒压过滤方程式 积分形式 u r 与时间无关 Ve A p常数 过滤常数 m2 s 物料特性与过滤压降决定 或者 其中 另一写法 其中 或 说明 过滤方程式 V t的关系 抛物线 关于过滤常数K和qe 对可压缩滤饼 p增大 减小 滤饼的比阻力r增大 不可压缩滤饼 有 滤饼压缩指数s 0 1 对过滤方程进行微分 微分用增量代替 连续测定t q 算出一系列 t及对应 q t q q作图 直线斜率 2 K 截距 2qe K 原理二 过滤方程同除以Kq 测量变量与上述相同 四 过滤常数的实验测定 原理
6、一 t q q作图 直线斜率 1 K 截距 2qe K 讨论 实验条件必须与生产条件一致 过滤机设计 在不同p下测多个常数 对于可压缩滤饼 测出u 一定p下已测出的K r 多次 一组 r p 双对数坐标 直线斜率 s 截距 r0 五 恒速过滤方程式 K随过滤时间t改变 例 3 4 有一板框过滤机 总过滤面积为10m2 在l 3大气压 表压 下进行过滤 2小时后得滤液量为30m3 若滤布介质阻力略去不计 试求 1 为了缩短过滤时间 增加板框数目 使总过滤面积增加到15m2 滤液量仍为30m3 问此时过滤时间多少 2 若把压力加大到2大气压 表压 过滤面积仍为15m2 2小时后得滤液50m3 问此
7、时过滤常数K为多少 3 该滤饼的可压缩系数s为多少 解 1 由恒压过滤方程 得 因工作条件不变 过滤常数K不变 又保持滤液量不变 V1 V2 则有 新工况条件下的过滤时间为 2 若把压力加大到2大气压 表压 过滤面积仍为15m2 2小时后得滤液50m3 此时过滤常数K为 m2 s 1 2 滤饼的可压缩系数 3 4 3过滤设备 一 板框过滤机 1 结构与工作原理 1 非洗涤板 2 框 3 洗涤板 四角均开孔 组装 1 2 3 2 1 2 3 2 1 2 3 2 1 滤布 框的两侧 滤浆由总管入框 框内形成滤饼 滤液穿过滤饼和滤布 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 2
8、工作过程 横穿洗涤 洗涤液由总管入洗涤板 滤布 滤饼 滤布 非洗涤板 排出 洗涤面 1 2 过滤面积 说明 间歇操作 过滤 洗涤 卸渣 整理 装合 主要优缺点 优点 结构简单紧凑 过滤面积大 占地小 适应能力较强 操作压力高 滤饼含水少 能充分洗涤 缺点 间歇手工操作 劳动强度大 生产效率低等 二 加压叶滤机 1 结构与工作原理 2 工作过程 长方形滤叶 多空金属板或网 组成 外罩滤布 滤浆由泵压送至机壳 滤液穿过滤布至滤叶内 颗粒积于滤布外侧成滤饼 过滤完毕后通入洗水 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 优点 密闭操作 过
9、滤速度大 洗涤效果好 缺点 间歇手工操作 造价高 更换滤布比较麻烦 三 转筒过滤机 1 结构与工作原理 水平转筒分为若干段 滤布蒙于外壁 段 管 分配头转动盘 多孔 分配头固定盘 凹槽2 凹槽1 凹槽3 三个通道的入口 滤液真空管 洗水真空管 吹气管 2 工作过程 当浸入滤浆中时 对应滤布 对应管 转动盘孔 凹槽2 滤液真空管 滤液通道 过滤 过滤 洗涤 吹松 卸渣 当位于水喷头下 对应滤饼 滤布 对应管 转动盘孔 凹槽1 洗水真空管 洗水通道 洗涤 吹气管 凹槽3 转动盘孔 对应管 滤布 滤饼 压缩空气通道 吹松 遇到刮刀 卸渣 两凹槽之间的空白处 没有通道 停工 两区不致串通 主要优缺点
10、优点 连续操作 节省人力 生产能力大 适宜处理量大容易过滤的料浆 缺点 附属设备高 投资费用高 过滤面积不大 过滤推动力有限 真空操作 不能过滤较高温度 饱和蒸汽压高 的滤浆 滤饼洗涤不充分 3 4 4过滤计算 一 间歇过滤机的计算 1 操作周期与生产能力 操作周期总时间 总时间 过滤时间 洗涤时间 卸渣 清理 装合 设计和操作计算要基于tC 生产能力 一个操作周期中 单位时间内得到的滤液或滤饼体积 已知K qe 由过滤方程 tF VF 2 洗涤速率和洗涤时间 一般认为 洗涤液量 滤液量 即 假定 洗涤液 与滤液相同 洗涤压力与过滤时相同 洗涤速率 单位时间内通过滤饼层的洗涤液体积 m3滤液
11、h m3滤饼 h 1 叶滤机的洗涤速率和洗涤时间 置换洗涤 洗涤速率恒定 滤饼厚度不变 2 板框压滤机的洗涤速度和洗涤时间 横穿洗涤 洗涤时间 二 连续过滤机的计算 1 操作周期与过滤时间 间歇过滤机 部分时间 全部面积 过滤 连续过滤机 部分面积 全部时间 过滤 转筒过滤机 每分n转 则tC 60 n 每圈用时 转筒表面浸入分数 一个周期中全部面积经历过滤时间 部分面积 全部时间 全部面积 部分时间 tC A 2 生产能力 m3滤液 h 一个周期中 时间tc 只有fA的面积在经历过滤 V 旋转一圈得到的滤液量 当滤布阻力可以忽略 qv A n 说明 过滤面积 其他面积 操作不便 n tF L
12、 难以卸渣 功率消耗 例3 5 用板框过滤机在恒压差条件下过滤钛白 TiO2 水悬浮液 过滤机的尺寸为 滤框的边长810mm 正方形 每框厚度42mm 共10个框 现已测得 过滤10分钟得滤液1 31m3 再过滤l0分钟共得滤液l 905m3 已知滤饼体积和滤液体积之比 0 l 试计算 1 将滤框完全充满滤饼所需的过滤时间 2 过滤后用相当于滤液量1 10的水进行横穿洗涤 求洗涤时间 3 洗涤后卸渣 清理 装合等共需要25分钟 求每台压滤机的生产能力 以每小时平均可得多少滤渣计 解 1 过滤面积 滤饼体积 滤液体积 滤框完全充满时 单位过滤面积所得滤液量 得过滤常数K 单位面积的当量滤液量qe 将滤框完全充满滤饼所需的过滤时间为 3 该装置的生产能力 以每小时得到的滤饼体积计 2 洗涤水量 洗涤速度 作业 3 10 3 7
