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化工原理课件3 过滤



A0
2
d2
D
3.1.3 过滤基本理论
(3)滤饼比表面积aB和颗粒比表面积 S0
颗粒总表面积 aB 滤饼层体积
颗粒总表面积 S0 颗粒总体积
颗粒总体积 1 滤饼层体积

滤饼层体积 颗粒总体积 滤饼层体积
aB 1 S0
a B 1 S 0
3.1.3 过滤基本理论
无论如何定义,过滤的阻力是不变的,所以:
rcV
A

r cV
A

rc r c
比阻(Ruth Specific filtration resistance),m/kg
3.1.3 过滤基本理论
3.1.3.4 恒压过滤(Constant pressure filtration)
若在过滤过程中保持过滤推动力恒定,那么在过滤初始 阶段,滤饼还未形成时,过滤阻力小,过滤速率大,随着过 滤的进行,滤饼厚度不断增大,过滤阻力增大,过滤速率下 降;这种过滤方式为恒压过滤。
助滤剂本身就是一性能良好的过滤介质,是一种坚硬、 不规则的小颗粒,它能形成结构疏松、空隙率大、不可压缩 的滤饼,很大程度改善过滤难度。助滤剂使用方法主要有两 种:混合、预涂。
3.1.2 过滤设备
过滤设备按生产压差的方式不同分成两大类:
① 压滤和吸滤 滤机等; 如叶滤机、板框压滤机,回转真空过
② 离心过滤
3 过滤
福州大学化学化工学院
3 过滤
均相混合物:所需分离的物质在同一相中,不能用机械 混合物 的方法分离; 非均相混合物:具有一个以上的相,可以用机械的方 法分离。相界面两侧的物质性质不同。 固体——固体:固体混合物 固体——液体:悬浮液 非均相混合物
固体——气体:含尘气体
液体——气体:含雾气体 液体——液体:乳浊液
3.1.3 过滤基本理论
3.1.3.3 过滤基本方程式
(1)可压缩滤饼 p1 p 2 p1 p2 dV p u Ad rL rLe rL rLe r L Le
当量滤饼层厚度,m 当量滤液量,m3
滤饼体积 AL c 滤液体积 V
cV L A dV A p u Ad rcV Ve
q 2 2qe q K

1 2 q qe q K K
3.1.3 过滤基本理论
注意: ①在实验测定过程中微分法测定的是一定时间段内时间 、滤液量的变化量,而积分法是测定实验过程中某时刻滤液 的总量;微分法在理论上做了近似不如积分法准确; ②在实验过程中要保证最终得到的关系线为直线,也就 是过滤常数恒定,必须注意哪些问题?
K称为过滤常数,m2/s,与滤液性质、悬浮液浓度、温 度、过滤压力、压缩性指数等因素有关;对一定的悬浮液 在恒压条件下过滤,压力差、滤液粘度、悬浮液浓度、滤 饼比阻、压缩性指数等为常数,即为常数,那么过滤基本 方程为:
dV KA 2 u d 2V Ve
3.1.3 过滤基本理论
dV KA 2 u d 2V Ve
如各种间歇卸渣和连卸渣离心机。
3.1.2 过滤设备
(1)板框压滤机(Plate-and-frame type filter press) ① 结构与工作原理
3.1.2 过滤设备
3.1.2 过滤设备
② 流程
装合、过滤、洗涤、卸渣、整理,1232123212321……
3.1.2 过滤设备
③ 特点
3.1.3 过滤基本理论
(2)滤饼自由截面积分率A0
滤液通过滤饼层的流通 截面积 A0 滤饼层的截面积
将滤饼层转化为如图所示的圆环柱,根 据空隙率和自由截面积分率的定义,有:
d
4
4
d 2L D2 L
d D
2
L
A0 4
d 2 D D 4
若要保证过滤过程的过滤速率恒定,那么在过滤过程中 应不断提高过滤的推动力,这种操作方式为恒速过滤( Constant rate filtration )。 若过滤过程中压力和速率均无法恒定则为变压变速过滤。
3.1.3 过滤基本理论
恒压过滤如线(1)所示,压 力恒定,速率不断下降;
恒速过滤如线(2)所示,速 率恒定,过滤压力不断提高; 线(5)为系统阻力,包括过 滤系统管道阻力和滤饼阻力; 变压变速过滤,当管道阻力 >>滤饼阻力时,则变压变速过滤 趋向于恒压过滤,如线(3)所示 ;当管道阻力<<滤饼阻力时,则 过滤压力和过滤速率变化明显, 如线(4)所示。
1 s
K p 若比阻r与参数c没有变化则 p K
1 s
3.1.1 概述
(2)过滤分类:
深层过滤(Deep bed filteration) 滤饼过滤(Cake filteration)
悬浮液 滤饼 过滤介质 过滤介质 滤液 悬浮液
深层过滤 滤饼过滤
3.1.1 概述
(3)过滤推动力: 重力(漏斗过滤)、压力(加压过滤)或真空(抽滤) 、离心力(离心过滤)。 (4)滤饼的可压缩性 (5)助滤剂
保证μ、r、c、s、Δp等参数即悬浮液体系、温度、浓度 、过滤方式、过滤介质、过滤压力等在过滤过程中维持恒定 ; ③过滤常数是在一定过滤压力下测定的,它能否用于其 他过滤压力的计算呢?
3.1.3 过滤基本理论
p 1 s K 2 r0 c
r0 c p K p K r0 c
③特点
优点:操作连续、自动 缺点:设备体积庞大,过滤面积相对较小,过滤、洗涤 推动力小,洗涤不充分,适用于处理量大而容易过滤的悬浮 液分离。
洗涤方式为置换洗涤。
3.1.3 过滤基本理论
3.1.3.1 滤饼层特性 (1)滤饼层空隙率ε
滤饼中空隙体积 滤饼层体积
空隙率反映了滤饼层中固体颗粒的堆积密度; ε↓,颗 粒堆积紧密,同样流量下,阻力↑;ε↑,颗粒堆积疏松,同 样流量下,阻力↓。
3.1.2 过滤设备
(2)叶滤机(Leaf filter) ① 结构与工作原理:
3.1.2 过滤设备
②流程
装合、过滤、洗涤、卸渣、整理 ③ 特点 优点:间歇过滤,单位地面所容纳的过滤面积大,洗涤 充分,生产能力比压滤机大,机械化程度高,劳动力省,密 闭过滤,操作环境较好。
缺点:构造复杂,造价高,滤饼中粒度差别较大的颗粒 可能分别积聚于不同的高度,使洗涤不均匀。
u 体积流量 体积流量 滤饼层截面积 u u 流 通 截 面 积 流 通 截 面 积 滤 饼 层 截 面 积 A0
l K0 L
3.1.3 过滤基本理论
将以上关系代入哈根—泊谡叶方程:
2 32K 0 Lu 1 S 0 2 K 0 Lu 1 2 S 0 p1 4 3 p1 3 u 2 2 K 0 1 2 S 0 L 2
dV KA 2 d 2V Ve
dq K d 2q qe
d 2 2 q qe dq K K
d 用 近似代替 q dq
2 2 q qe q K K
3.1.3 过滤基本理论
q
3.1.3 过滤基本理论
积分法: V 2 2VeV KA2
滤饼的空隙率↓,r↑,所以对可压缩滤饼推动力不同时 ,比阻也不同;由于滤液流过滤饼而对滤饼中的颗粒产生向 前的压缩力(压紧力),使得滤饼表面空隙率较大,而内部 的空隙率较小,阻力较大;因此空隙率、比阻不仅与过滤推 动力有关,还与滤饼层的位置有关,它们在滤饼中的不同位 置分布是不均匀的。且上式过滤速率只考虑了滤饼的过滤阻 力,还未考虑过滤介质的过滤阻力。
压力
(1) (3) (4) (5) 速率 (2)
在工业应用实际中采用哪种操作方式?恒压?恒速? 先恒速后恒压?先恒压后恒速?
3.1.3 过滤基本理论
dV A p 1 s u Ad r0 c V Ve
令 k
1 r0 c
,k与滤液性质、悬浮液浓度、温度等有关
K 2kp1 s
优点:结构简单,过滤面积大(100×100mm~1500 × 1500mm)而占地省,过滤压力高(可达1.5MPa),操作灵 活,便于用耐腐蚀材料制造,所得滤饼水分含量少,又能充 分地洗涤。 缺点:间歇过滤,劳动强度大,适用于中小规模的生产 及有特殊要求的场合。 横穿洗涤(洗涤液的流通路径是过滤滤液流通路径的两 倍,洗涤液的流通截面积为过滤滤液流通截面积的一半;故 洗涤速率为过滤终了速率的四分之一)。
2 qe K e
q 2 2qe q K
过过滤基本理论
3.1.3.5 过滤参数的测定
(1)过滤常数(Filtration constant)的测定 过滤常数与过滤体系、操作条件有关,通常由恒压过滤 实验测定;其测定方法主要有两种。 微分法:
s
cVe 同理 Le A
r r0 p
dV A p 1 s u Ad r0 c V Ve
压缩性指数
3.1.3 过滤基本理论
(2)不可压缩滤饼 S=0
dV A p u Ad r0 c V Ve
比阻的另一种表达方法 定义:
c 滤饼中绝干固体质量 滤液体积
V 2 2VeV KA2
3.1.3 过滤基本理论
当过滤介质阻力与滤饼阻力相比较小可以忽略, Le= 0、 Ve= 0、θe= 0时,
V 2 KA2
V V 3/m2; e e 令 q q A 单位过滤面积上所得到的滤液量,m A
过滤介质阻力不可忽略
q qe
2
K e
3.1.3.2 滤液通过滤饼层的流动
流动阻力可用哈根—泊谡叶方程表示: 32l u p1 2 de 式中 l'—— 滤饼孔道的平均长度,m; u'——为滤饼孔道中滤液的流速, m/s; de —— 为孔道的当量直径,m。
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