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1、-刘宇-此处是标题1一、过滤操作的基本概念二、过滤基本理论三、过滤设备四、滤饼的洗涤五、过滤机的生产能力一、过滤操作的基本概念二、过滤基本理论三、过滤设备四、滤饼的洗涤五、过滤机的生产能力第四节过滤 1、过滤的概念、过滤的概念1）定义定义：在：在外力作用下外力作用下，使悬浮液中的液体通过，使悬浮液中的液体通过多孔介质多孔介质的孔道，而悬浮液中的固体颗粒被截留在介质上，从而实现的孔道，而悬浮液中的固体颗粒被截留在介质上，从而实现固、液分离固、液分离的操作。的操作。说明: 说明: 推动力推动力：重力、压力（或压差）和离心力；：重力、压力（或压差）和离心力；目的:目的:获得清净的液体产品，或者得到固
2、体产品；获得清净的液体产品，或者得到固体产品；一、过滤操作的基本概念2）过滤的相关术语）过滤的相关术语滤浆：过滤操作中所处理的原始悬浮液滤液：通过多孔介质后的液体滤渣（滤饼）：被截留住的固体颗粒堆积层2、过滤方式、过滤方式1）饼层过滤2）深层过滤3）膜过滤1）饼层过滤2）深层过滤3）膜过滤(a)饼层过滤 (b) 架桥现象 图 3-18 饼层过滤 浓缩液浓缩液进料液进料液渗透液渗透液1）饼层过滤）饼层过滤要求颗粒的要求颗粒的直径大多要比过滤介质的孔道大直径大多要比过滤介质的孔道大，随着过滤的进行，固体颗粒沉积于过滤介质表面而形成滤饼。，随着过滤的进行，固体颗粒沉积于过滤介质表面而形成滤饼。适用于
3、处理适用于处理固相含量稍高固相含量稍高（固相体积分率在（固相体积分率在1%以上）的悬浮液。以上）的悬浮液。(a)饼层过滤 (b) 架桥现象 图 3-18 饼层过滤 2）深层过滤）深层过滤颗粒尺寸比介质的孔道小很多颗粒尺寸比介质的孔道小很多，但孔道，但孔道弯曲细长弯曲细长，颗粒进入后很容易被截流，同时这种过滤是在过滤介质内部进行的，介质表面无滤饼形成。过滤用的介质为粒状床层或素烧（不上釉的）陶瓷筒或板。，颗粒进入后很容易被截流，同时这种过滤是在过滤介质内部进行的，介质表面无滤饼形成。过滤用的介质为粒状床层或素烧（不上釉的）陶瓷筒或板。此法适用于从液体中除去此法适用于从液体中除去很小量的固体微粒很
4、小量的固体微粒，例如饮用水的净化。，例如饮用水的净化。-刘宇-此处是标题23、过滤介质、过滤介质（1）对过滤介质的性能要求（1）对过滤介质的性能要求a) 多孔性，对流体的阻力小，又能截住要分离的颗粒,孔道又不宜大 。b) 物理化学性质稳定，耐热，耐化学腐蚀。c)足够的机械强度，使用寿命长d) 价格便宜（2）工业上常用的过滤介质的种类（2）工业上常用的过滤介质的种类织物介质(又称滤布) 堆积介质多孔固体介质多孔膜 织 物 介 质 ： 织 物 介 质 ： 滤布，用棉、毛、丝、麻等天然纤维及合成 纤 维 织 成 的 织物，由玻璃丝或金属丝织成的网。能截留颗粒的滤布，用棉、毛、丝、麻等天然纤维及合成
5、纤 维 织 成 的 织物，由玻璃丝或金属丝织成的网。能截留颗粒的最小直 径为最小直 径为5-65 m。工业上的应用最为广泛。工业上的应用最为广泛。堆积介质：堆积介质：由各种由各种固体颗粒固体颗粒（砂、木碳、石棉、 硅藻土）或非纺织纤维等堆积而成，多用于深床过滤 中。（砂、木碳、石棉、 硅藻土）或非纺织纤维等堆积而成，多用于深床过滤 中。多孔固体介质多孔固体介质：具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶瓷、 多孔塑料、多孔金属制成的管或板，能拦截：具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶瓷、 多孔塑料、多孔金属制成的管或板，能拦截1-3 m的微细颗粒。的微细颗粒。多孔膜：多孔膜：用于膜过滤的的各种用于膜
6、过滤的的各种有机高分子膜和无机材料膜有机高分子膜和无机材料膜。醋酸纤维素和芳香酰胺系两大类有机高分子膜。可用于截留。醋酸纤维素和芳香酰胺系两大类有机高分子膜。可用于截留1 m以下的微小颗粒以下的微小颗粒。-刘宇-此处是标题34、滤饼的压缩性及助滤剂、滤饼的压缩性及助滤剂滤饼不可压缩滤饼:颗粒有一定的颗粒有一定的刚性刚性，当滤饼两侧的压力差增大时，颗粒的形状和颗粒间的，当滤饼两侧的压力差增大时，颗粒的形状和颗粒间的空隙不会发生明显变化空隙不会发生明显变化，单位厚度床层的，单位厚度床层的流动阻力可视作恒定流动阻力可视作恒定。可压缩滤饼:颗粒颗粒比较软比较软，当滤饼两侧的压力差增大时，颗粒的形状和颗
7、粒间的，当滤饼两侧的压力差增大时，颗粒的形状和颗粒间的空隙会有明显的改变空隙会有明显的改变，单位厚度饼层的流动，单位厚度饼层的流动阻力随压力差增大而增大阻力随压力差增大而增大。1）滤饼的可压缩性加入助滤剂可减少可压缩滤饼的流动阻力加入方法预涂将助滤剂混在滤浆中一起过滤用助滤剂配成悬浮液，在正式过滤前用它进行过滤，在过滤介质上形成一层由助滤剂组成的滤饼。2）助滤剂助滤剂助滤剂是某种质地坚硬而能形成疏松饼层的固体颗粒或纤维状物质，将其混入悬浮液或预涂于过滤介质上，可以改善饼层的性能，使滤液得以畅流。是某种质地坚硬而能形成疏松饼层的固体颗粒或纤维状物质，将其混入悬浮液或预涂于过滤介质上，可以改善饼层
8、的性能，使滤液得以畅流。（一）过滤速度（一）过滤速度定义：单位时间通过单位过滤面积的滤液体积ddq AddVuu-瞬时过滤速率，m3m-2s-1即ms-1q-单位过滤面积所得的滤液量，q=V/A， m3m-2二、过滤的基本理论说明：说明：随着过滤过程的进行，随着过滤过程的进行，滤饼逐渐加厚滤饼逐渐加厚，过滤阻力不断增加过滤阻力不断增加，可以想见，如果过滤压力不变，即恒压过滤时，过滤，可以想见，如果过滤压力不变，即恒压过滤时，过滤速度将逐渐减小速度将逐渐减小。因此上述定义为。因此上述定义为瞬时过滤速度。瞬时过滤速度。1. 空隙率空隙率: 单位体积床层中的空隙体积，用单位体积床层中的空隙体积，用表
9、示。表示。=空隙体积空隙体积 / 床层体积床层体积m3/m32. 颗粒比表面积：颗粒比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积，用单位体积颗粒所具有的表面积，用a表示。表示。a=颗粒表面颗粒表面 / 颗粒体积颗粒体积3. 管道的当量直径：管道的当量直径：de=4水力半径水力半径=4管道截面积管道截面积 / 润湿周边润湿周边（二）涉及的几个术语（二）涉及的几个术语（三）过滤基本方程（三）过滤基本方程1、滤液通过滤饼层的流动特点、滤液通过滤饼层的流动特点实际过滤过程中，随着过滤的进行，滤饼的厚度不断增加，流动阻力逐渐加大 。因此，是一个非稳态流动。1）非稳态过程）非稳态过程2）层流流动）层流流动滤饼层是
10、由许多细小颗粒堆积而成，这些颗粒提供了很大的液，固接触表面，液体在滤饼层的流动速度很慢 ，因此，滤液在滤饼层的流动是层流流动。复 习：1. 过滤的定义及相关术语（滤浆；滤液；滤饼；过滤介质）2. 过滤基本方式（滤饼过滤；深层过滤；膜过滤）3. 过滤介质（织物介质；堆积介质；多孔固体介质；多孔膜）4. 滤饼的可压缩性及助滤剂5.过滤速度6. 空隙率，=空隙体积 / 床层体积m3/m3比表面积，a=颗粒表面 / 颗粒体积当量直径，de=4水力半径=4管道截面积 / 润湿周边ddq AddVu-刘宇-此处是标题4(1)流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。流体的流动空间等于床层中颗粒之间的
11、全部空隙体积。(2)细管的内表面积等于全部颗粒的表面积。细管的内表面积等于全部颗粒的表面积。简化模型：简化模型：假定：假定：2、过滤基本方程的推导、过滤基本方程的推导空床速度（表观速度）空床速度（表观速度）真实速度真实速度1p uuL ledeu1流体在固定床内流动的简化模型讨论讨论： 设滤饼的体积为Vc，颗粒的比表面积为a u1与u的关系定义滤饼层的空隙率为：定义滤饼层的空隙率为：滤饼层的总体积滤饼层的空隙体积滤饼的截面积滤液体积流量u滤饼截面积滤饼空隙率滤液体积流量 面积滤饼截面中空隙部分的滤液体积流量 1u所以（1）uu 1孔道的平均长度可以认为与滤饼的厚度成正比：le=K0L（2）孔道
12、的当量直径颗粒体积比表面积空隙率滤饼层体积 颗粒表面积空隙体积 润湿周边长流通截面积 444 LLde 14 空隙率1滤饼层体积比表面积空隙率滤饼层体积4 a（3） 滤液通过滤饼层时的阻力 （层流）21 132ee fdulpp-哈根哈根-泊谡叶方程泊谡叶方程（4） 将（2），（3），（4）式带入（1）式，整理得Lp aKAddVu 1 22 03)1 (2阻力推动力。则，rLp AddVumaK12 22 03r1 )1(2r 称为滤饼的比阻，指的是单位厚度上滤饼的阻力，与滤 饼的比表面、孔隙率有关，对不可压缩滤饼，r为常数令：)(21eeLLrprLp rLp AddVu同理，通过过滤介质
13、的速度表达式可写为：eLrp Lrpu22则：设每获得单位体积滤液时，被截留在过滤介质上的滤饼体积为则：设每获得单位体积滤液时，被截留在过滤介质上的滤饼体积为c（m3滤饼滤饼/m3滤液），则滤液），则AcVL AcVLe e Ve滤出厚度为Le的一层滤饼所获得的滤液量，或称虚拟滤液体积，m3同理：)(eVVrcPA AddV 过滤速度的一般关系式 （不可压缩流体）可压缩滤饼的情况比较复杂，它的比阻是两侧压强差的函数，sPrr)(0s滤饼的压缩性指数，无因次。s=01,对于不可压缩滤饼，s=0（表3-2）。过滤速度的一般关系式 （不可压缩及可压缩流体）esVVcrAp 01 AddV-刘宇-此处
14、是标题5 crpKs012 令令eVVKA ddV 22 eqqK ddq 2 -过滤基本方程过滤基本方程过滤常数， 由实验测定过滤常数， 由实验测定pu-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系（四）恒压过滤方程式（四）恒压过滤方程式恒压过滤：恒压过滤：在恒定压强差下进行的过滤操作。恒压过滤时，滤饼不断变厚致使阻力逐渐增加。 但推动力P恒定，过滤速率逐渐变小。过滤操作方式：过滤操作方式：恒压过滤恒速过滤先恒速后恒压的复合操作方式过滤阻力过滤推动力过滤阻力过滤推动力 AddVueVVKA 2特点：特点： K为常数 ，过滤速度愈来愈小。为常数 ，过滤速度愈来愈小。 222KAVVVepu 表
15、观速度表观速度积分得：或积分得：或 Kqqqe 22若过滤介质阻力可忽略不计，则若过滤介质阻力可忽略不计，则 22KAV 或或 Kq 2恒压过滤方 程恒压过滤方 程对基本过滤方程积分，得K 过滤常数由物料特性及过滤压强差所决定 ，m2/s eqKqKq21 1500 1000 q 500 0 0 0.025 0.05 0.075 q 斜率1/K截距2qe/K恒压时：恒压时： Kqqqe 22/qq图（五）过滤常数的测定（五）过滤常数的测定（K和和qe）CpsKlog)1(log crpKs012 log plogK作图求出压缩指数作图求出压缩指数s压缩指数压缩指数s的确定的确定:例例3-5，P108过滤 设备过滤 设备三、过滤设备以以压力差为推动力压力差为推动力：如：如板框压滤机板框压滤机、叶滤机叶滤机、回转真空过滤机回转真空过滤机等；以离心力为推动力：如各种离心机。等；以离心力为推动力：如各种离心机。-刘宇-此处是标题6（一）板框压滤机（一）板框压滤机1）板框压滤
