过滤程序理论

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1、第四章过滤(Filtration)一、前言（一）定义:过滤(filtration)：将固体与液体的混合液通过仅可让液体通透的材料而使固体与液体分离的单元操作。在过滤操作中将作业的材料分成：滤泥(feedslurry)：过滤前的固体与液体的混合物。滤液(filtrate)：过滤出的清净液体。滤材(filtermedium)：可让液体通透而阻止固体部份流出的介质。滤块(filtercake)：过滤时在滤材上所形成的含少量液体的固体。（二）过滤的分类过滤依照作业机构分成：1.滤块过滤(cakefiltration)：滤液内固体量超过1-2%，过滤时在滤材上产生滤块，由滤块阻止固体通过，且滤块为

2、主要的过滤阻力。此类机械称为表面过滤机(surfacefilters)。2.澄清过滤(clarification)或称深层过滤(deepbedfiltration)：滤液内固体量低不易形成滤块，靠滤材阻止固体通过，常见的有深层过滤器(depthfilters)，如沙滤(sandfilters)等。3.微过滤(microfiltration，ultrafiltration，reverseosmosis)：靠孔隙及细小的特殊材质的滤膜，阻隔细微颗粒如细菌或大分子通过。分子透过滤膜时为溶入与溶出的扩散现象，故归类在质量传递操作讨论。微过滤滤泥的流动方向常与滤液的流动方向垂直，已降低滤块的形成与

3、阻力，故又称为交错流过滤(cross-flowfiltration)。14过滤时液体必须藉由某种驱动力而流动过滤块，过滤器可依照使用驱动力的不同分成。1.重力过滤器(gravityfilters)；2.加压过滤器(pressurefilters)；3.真空过滤器(vacuumfilters)；4.离心过滤器(centrifugalfilters)。(三)过滤的应用过滤普遍的用于用水与废水的处理，也是液体食品加工前处理前处理与精制中所不可或缺的。使用的实例如：蔗糖液清静时的过滤，食用油脂脱色时白土的分离，压榨果汁果渣的分离，啤酒制造时酵母菌的分离制酒时酒醪的分离等等。其它发酵工业制品中各种

4、发酵液体的微生物与产品分离也都常使用过滤法。二、孔隙介质流与浮动床由颗粒所堆积成的体积称为填充床（packbed）。填充床包括粒子与其间的微小孔隙，又称为孔隙介质（porousmedia）。通过填充床的流动称为孔隙介质流(porousflow)。向上流动流体的流速逐渐增加，其压力降也随之增加。压力降乘以填充床粒子的截面积即为作用在粒子的力量，若向上作用于粒子的力大于粒子的重力，则粒子开始运动。粒子的运动使填充床膨胀称为浮动床(fluidizedbed)。浮动床的颗粒表面充分暴露于流体中，且因运动使热、质传的边界层变薄，有利于热、质量传递与反应，故可利用为浮动层反应器、干燥机、吸附器等等。

5、（一）填充床的性质1.孔隙率（voidfraction,porosity:e）：孔隙率是单位体积内所含孔隙体积的比率。e=（填充床孔隙的体积）/（填充床的总体积）2.比表面积（specificsurface）比表面积是单位体积内所含的面积。单一粒子的比表面积（）：其中为粒子的表面积，为粒子的体积。填充床的比表面积（）：14因为圆球之，圆球为直径。因此定义填充床内不同粒径颗粒的等效粒径为：其中为平均直径粒子所占的体积分率；为形状因子(shapefactor)或圆球度(sphericity)用以修正因形状的不规则所增多的面积。的定义如下：3.流体力学相关定义液体流过填充床时，体积流量除以床之

6、截面积称为表面流速（superficialvelocity：），液体在孔隙间的流速为孔隙流速（interstitialvelocity：）。流体填充床，通常指表面流速。填充床的水力半径（hydraulicradius：）（流体过的截面积）*单位长度/（湿周）*单位长度=（孔隙体积）/（润湿面积）Reynold数：依据Ergun的定义（二）流体通过填充床的压力降1.层流公式：流速低时压降主要由黏滞拖曳力产生；由Hagen-Poiseuille公式14在填充床中流道弯曲，实际的长度较DL长，Blake-Kozeny由实验得到(*)2.紊流公式在紊流区内压降主要由惯性拖曳力产生；由Fannin

7、g公式：由实验得知3f=1.75，所以得Burke-Plummer公式：(**)将(*)与(**)两式合并称为Ergun公式应用上颗粒的不规则常使有效直径的计算困难，有将上式改写成式中的比表面积与孔隙率可以用仪器量测。（三）流动床的最低流动床化流速与膨胀体积流体通过填充床上上移动时，初期填充床的粒子不会移动，称为固定床(stationarybed)。压力降随着流速的增高而上升，填充床的孔隙随之上升。当压力降在粒子产生的上升力与粒子的