化工原理第三章---过滤

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1、-刘宇-一、过滤操作的基本概念第四节过滤1、过滤的概念一、过滤操作的基本概念1）定义：在外力作用下，使二、过滤基本理论悬浮液中的液体通过多孔介质的孔道，而悬浮液中的固三、过滤设备体颗粒被截留在介质上，从四、滤饼的洗涤而实现固、液分离的操作。五、过滤机的生产能力说明:①推动力：重力、压力（或压差）和离心力；②目的:获得清净的液体产品，或者得到固体产品；2）过滤的相关术语2、过滤方式滤浆：过滤操作中所处理的原始悬浮液1）饼层过滤√2）深层过滤滤液：通过多孔介质后的液体3）膜过滤滤渣（滤饼）：被截留住的固体颗粒堆积层浓缩液渗透液(a)饼层过

2、滤(b)架桥现象图3-18饼层过滤进料液1）饼层过滤2）深层过滤颗粒尺寸比介质的孔道小很多，但孔道弯曲细长，颗要求颗粒的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。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适用于处理固相含量稍高（固相体积分率在1%以上）床层或素烧（不上釉的）陶瓷筒或板。的悬浮液。此法适用于从液体中除去很小量的固体微粒，例如饮用水的净化。(a)饼层过滤(b)架桥现象图3-18饼层过滤此处是标题1-刘宇-3、过滤介质（1

3、）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①织物介质(又称滤布)②堆积介质③多孔固体介质④多孔膜①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。能截留颗粒的最小直径为5-65m。工业②堆积介质：由各种固体颗粒（砂、木碳、石棉、上的应用最为广泛。硅藻土）或非纺织纤维等堆积而成，多用于深床过滤中。③多孔固体介质：具有很多微细孔道的固体材料

4、，如多孔陶瓷、④多孔膜：用于膜过滤的的各种有机高分子膜和无机材料膜。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。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。此处是标题2-刘宇-4、滤饼的压缩性及助滤剂2）助滤剂1）滤饼的可压缩性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不可压缩滤饼:颗粒有一定的刚性，当滤饼两侧的压维状物质，将其混入悬浮液或预涂于过滤介质上，可以改善力差增大时，颗粒的形状和颗粒间的饼层的性能，使滤液得以畅流。空隙不会发生明显变化，单位厚度床滤饼加入助滤剂可减少可

5、压缩滤饼的流动阻力层的流动阻力可视作恒定。预涂用助滤剂配成悬浮液，在正式过滤前用它进可压缩滤饼:颗粒比较软，当滤饼两侧的压力差增行过滤，在过滤介质上形成一层由助滤剂组加入方法大时，颗粒的形状和颗粒间的空隙会成的滤饼。有明显的改变，单位厚度饼层的流动将助滤剂混在滤浆中一起过滤阻力随压力差增大而增大。二、过滤的基本理论（二）涉及的几个术语（一）过滤速度定义：单位时间通过单位过滤面积的滤液体积1.空隙率:单位体积床层中的空隙体积，用ε表示。udVdqε=空隙体积/床层体积m3/m3Add2.颗粒比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积，

6、用a表示。u---瞬时过滤速率，m3·m-2·s-1即m·s-1a=颗粒表面/颗粒体积q--单位过滤面积所得的滤液量，q=V/A，m3·m-23.管道的当量直径：说明：随着过滤过程的进行，滤饼逐渐加厚，过滤阻力不断de=4×水力半径=4×管道截面积/润湿周边增加，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。因此上述定义为瞬时过滤速度。（三）过滤基本方程复习：1、滤液通过滤饼层的流动特点1.过滤的定义及相关术语（滤浆；滤液；滤饼；过滤介质）1）非稳态过程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

7、质；堆积介质；多孔固体介质；多孔膜）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。4.滤饼的可压缩性及助滤剂5.过滤速度dVdqu2）层流流动Add6.空隙率，ε=空隙体积/床层体积m3/m3滤饼层是由许多细小颗粒堆积而成，这些颗粒提供了比表面积，a=颗粒表面/颗粒体积很大的液，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。当量直径，de=4×水力半径=4×管道截面积/润湿周边此处是标题3-刘宇-2、过滤基本方程的推导讨论：设滤饼的体积为Vc，颗粒的

8、比表面积为a简化模型：假定：①u1与u的关系(1)流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。滤饼层的空隙体积定义滤饼层的空隙率为：滤饼层的总体积(2)细管的内表面积等于全部颗粒的表面积。滤液体积流量u滤饼的截