化工单元操作任务三 过滤操作技术

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1、任务三过滤操作技术任课教师：苏小莉任务三过滤操作技术过滤的原理过滤介质过滤的基本理论影响过滤的因素过滤设备利用多孔性介质(如滤布)截留固-液悬浮液中的固体粒子，进行固-液分离的方法称为过滤。其中多孔性介质称为过滤介质；所处理的悬浮液称为滤浆；滤浆中被过滤介质截留的固体颗粒称为滤饼或滤渣；通过过滤介质后的液体称为滤液。驱使液体通过过滤介质的推动力可以是重力、压力或离心力。一、过滤的原理滤浆：原悬浮液。滤饼：截留的固体物质。过滤介质：多孔物质。滤液：通过多孔通道的液体。过滤操作示意图(滤饼过滤)按料液流动方向不同，过滤可分为常规过滤和错流过滤。常规过滤时

2、，料液流动方向与过滤介质垂直；错流过滤时，料液流动方向平行于过滤介质。过滤的分类按操作压力不同，可分为常压过滤、减压过滤和加压过滤。按过滤方式的不同，有表层过滤和深层过滤。（1）滤饼过滤过滤方式滤饼的形成：与过滤介质独立。不断增厚的滤饼称为对之后的颗粒起主要截留作用的介质。滤液开始变清。同时，由于过滤阻力逐渐增大，过滤速率逐渐减小。操作初期的浑浊滤液：滤饼形成后返回重滤。过滤介质：支撑滤饼作用。深层过滤示意图（2）深层过滤（2）深层过滤特点颗粒尺寸远远小于介质孔道的直径，而孔道弯曲细长，颗粒进入之后很容易被截留。在惯性和扩散作用下，进入通道的固体颗粒

3、趋向通道壁面并藉静电与表面力附着其上。不形成滤饼，而沉积于较厚的过滤介质内部，即过滤是在介质内部进行的。二、过滤介质1、要求特性（1）多孔性：孔道的大小要适宜。（2）耐腐蚀性、耐热性：适用于各种物料、工艺。（3）机械强度：能承受一定的压力。（4）滤饼易于彻底清除。（5）价格低廉。2、过滤介质分类（1）织物介质（滤布）组成：天然或合成纤维、金属丝。形式：编织的滤布、滤网。优点：价格便宜，清洗及更换方便。作用：可截留颗粒的最小直径为5～65m。滤布（2）多孔性固体介质组成：素瓷、烧结金属、玻璃、塑料细粉粘结而成的多孔性塑料管。作用：能截留小至1～3m

4、的微小颗粒。（3）堆积介质组成：固体颗粒（砂、活性炭、木炭、石棉粉）或非编织纤维（玻璃棉等）堆积而成。作用：一般用于处理含固体量很少的悬浮液如水的净化处理等。①滤纸。②脱脂棉。③织物介质。④烧结金属过滤介质。⑤多孔塑料过滤介质。⑥垂熔玻璃过滤介质。过滤介质的种类常用滤纸的孔径为1～7µm。适用于口服液体制剂的过滤。包括棉织品纱布、帆布等。⑦多孔陶瓷。⑧微孔滤膜。不可压缩滤饼：若颗粒由不易变形的坚硬固体组成，则当压强差增大时，滤饼的结构不发生明显变化，单位厚度滤饼的流动阻力可视作恒定，这类滤饼称为不可压缩滤饼。随着过滤的进行，滤饼的厚度增大，滤液的流动

5、阻力亦逐渐增大，导致滤饼两侧的压强差增大。滤饼的压缩性对压强差有较大影响。可压缩滤饼：若滤饼为胶体物质时，当压强差增大时，滤饼则被压紧，使单位厚度滤饼的流动阻力增大，此类滤饼称为可压缩滤饼。滤饼的压缩性和助滤剂助滤剂：对于可压缩滤饼，为了使过滤顺利进行，可以将质地坚硬而能形成疏松滤饼的另一种固体颗粒混入悬浮液或预涂于过滤介质上，以形成疏松饼层，使得滤液畅流，该种颗粒状物质就称为助滤剂。常用的助滤剂：硅藻土、珍珠岩、石棉、炭粉等。助滤剂的基本要求：1、能形成多孔饼层的刚性颗粒，使滤饼有良好的渗透性及较低的流体阻力。2、具有化学稳定性。3、在操作压强范围

6、内具有不可压缩性。dpde对于颗粒层中不规则的通道，可以简化成由一组当量直径为de的细管，而细管的当量直径可由床层的空隙率和颗粒的比表面积来计算。三、过滤的基本理论1、滤液通过饼层的流动颗粒床层的特性可用空隙率、当量直径等物理量来描述。空隙率：单位体积床层中的空隙体积称为空隙率。式中ε——床层的空隙率，m3/m3。式中α——颗粒的比表面，m2/m3。比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积称为比表面积。2、颗粒床层的特性（一）过滤基本方程滤液通过饼层的流动常属于层流状态，可以仿照p28第一章流体力学的泊稷叶公式(Poiseuille)来描述滤液通过滤饼的

7、流动，则滤液通过饼床层的流速与压强降的关系为：式中u—滤液在滤饼孔道中的平均流速，m/s；l—滤饼孔道的平均长度m；d1—滤饼孔道的平均直径，m；μ—滤液黏度，Pa·s;Δpc—滤液在滤饼层上下游间的压力差，pa；阻力与压强降成正比，因此可认为上式表达了过滤操作中滤液流速与阻力的关系。式中V——滤液量，m3；t——过滤时间，s；A——过滤面积，m2。r’—滤饼参量，m-2另：则有：引入比例因数K’过滤速度为：过滤速度:单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积，m3/m2s。与u成正比，滤饼厚度L与l成正比。过滤速率:单位时间内获得的滤液体积，m3/s。

8、3、过滤速率4、比阻r单位厚度滤饼的阻力；在数值上等于粘度为1Pa·s的滤液以1m/s的平均流速通过厚度为1