化工原理第3章第3节讲稿

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1、3.3过滤一、过滤操作的基本概念二、过滤基本方程式三、恒压过滤四、过滤常数的测定五、过滤设备六、滤饼的洗涤七、过滤机的生产能力2021/8/282021/8/28一、过滤操作的基本概念1、过滤的概念过滤：利用能让液体通过而截留固体颗粒的多孔介质（过滤介质），使悬浮液中固液得到分离的单元操作。滤浆：过滤操作中所处理的悬浮液滤液：通过多孔介质的液体滤渣（滤饼）：被截留住的固体物质实现过滤操作的外力有重力、压力、离心力，化工中应用最多的是压力过滤。2021/8/282、过滤方式过滤深层过滤滤饼过滤固体颗粒的沉积发生在较厚的粒状过滤介质床层内部，悬浮液中的颗粒直径小于床层直

2、径。适用于悬浮液中颗粒甚小且含量甚微（固相体积分率在0.1%以下）的场合固体颗粒成饼层状沉积于过滤介质表面，形成滤饼，适用于处理固相含量稍高（固相体积分率在1%以上）的悬浮液。2021/8/283、过滤介质：过滤介质是滤饼的支承物，应具有下列条件：a)多孔性，孔道适当的小，对流体的阻力小，又能截住要分离的颗粒。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)价格便宜工业常用的过滤介质主要有a)织物介质：又称滤布，包括有棉、毛、丝等天然纤维，玻璃丝和各种合成纤维制成的织物，以及金属丝织成的网能截留的粒径的范围较宽，从几十μm到1μm。优点：织

3、物介质薄，阻力小，清洗与更新方便，价格比较便宜，是工业上应用最广泛的过滤介质。b)多孔固体介质：如素烧陶瓷，烧结金属．塑料细粉粘成的多孔塑料，棉花饼等介质较厚，孔道细，阻力大，能截留1～3μm的颗粒。2021/8/28c)堆积介质：由各种固体颗粒（砂、木炭、石棉粉等）或非编织的纤维（玻璃棉等）堆积而成，层较厚。d)多孔膜：由高分子材料制成，膜很薄（几十μm到200μm），孔很小，可以分离小到0.05μm的颗粒,应用多孔膜的过滤有超滤和微滤。4、助滤剂滤饼不可压缩滤饼:可压缩滤饼:颗粒有一定的刚性，所形成的滤饼并不因所受的压力差而变形颗粒比较软，所形成的滤饼在压差的作

4、用下变形，使滤饼中的流动通道变小，阻力增大。2021/8/28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。2021/8/28二、过滤基本方程式1、滤液通过饼层的流动空隙率:单位体积床层中的空隙体积，用ε表示。ε=空隙体积/床层体积m3/m3颗粒比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积，用a表示。a=颗粒表面/颗粒体积de=4×水力半径=4×管道截面积/润湿周边颗粒床层的当量直径可写为：2021/8/28de∝流通截面积×流道长度∕润湿周边长度×流道长度de

5、∝流道容积∕流道表面积取面积为1m2厚度为1m的滤饼考虑：床层体积＝1×1＝1m3流道容积＝1×ε＝εm3流道表面积＝颗粒体积×颗粒比表面＝（1－ε）am2所以床层的当量直径为：滤液通过饼层的流动常属于滞流流型，(1)2021/8/28滤液通过饼床层的流速与压强降的关系为：（2）在与过滤介质层相垂直的方向上床层空隙中的滤液流速u1与按整个床层截面积计算的滤液平均流速u之间的关系为：（3）将（1）、（3）代入（2）并写成等式2021/8/28比例常数K’与滤饼的空隙率、粒子形状、排列及粒度范围等因素有关。对于颗粒床层的滞流流动，K’值可取为5。——过滤速度表达式2、过

6、滤速率过滤速率过滤速度单位时间通过单位过滤面积的滤液体积单位时间获得的滤液体积称为过滤速率定义表达式2021/8/283、滤饼的阻力令——滤饼的比阻，1/m2(4)令——滤饼阻力（5）速度＝推动力∕阻力2021/8/28由R＝rL可知，比阻r是单位厚度滤饼的阻力，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1m的滤饼层时，所产生的压强降。反映了颗粒形状、尺寸及床层空隙率对滤液流动的影响床层空隙率ε愈小及颗粒比表面积α愈大，则床层愈致密，对流体流动的阻滞作用也愈大。4、过滤介质的阻力过滤介质的阻力也与其厚度及本身的致密程度有关，通常把过滤介质的阻力视

7、为常数。2021/8/28滤液穿过过滤介质层的速度关系式：式中：ΔP=ΔPC+ΔPm，代表滤饼与滤布两侧的总压强降，称为过滤压强差。也称为过滤设备的表压强。可用滤液通过串联的滤饼与滤布的总压强降来表示过滤推动力，用两层的阻力之和来表示总阻力。(6)2021/8/28设想以一层厚度为Le的滤饼来代替滤布，故（6）式可写为式中：Le—过滤介质的当量滤饼厚度，或称为虚拟滤饼厚度，m在一定的操作条件下，以一定介质过滤一定悬浮液时，Le为定值，但同一介质在不同的过滤操作中，Le值不同。2021/8/285、过滤基本方程式滤饼厚度L与当时已经获得的滤液体积V之间的关系为：ν