化工原理第三章第三节讲稿ppt课件

1、第三章第三章 非均相物系分别非均相物系分别一、过滤操作的根本概念一、过滤操作的根本概念二、过滤根本方程式二、过滤根本方程式三、恒压过滤三、恒压过滤四、过滤常数的测定四、过滤常数的测定五、过滤设备五、过滤设备六、滤饼的洗涤六、滤饼的洗涤七、过滤机的消费才干七、过滤机的消费才干第三节第三节 过滤过滤一、过滤操作的根本概念一、过滤操作的根本概念1、过滤的概念、过滤的概念过滤过滤 利用能让液体经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别的单元操作。 过滤操作中所处置的悬浮液 滤浆 经过多孔介质的液体 滤液 被截留住的固体物质 滤渣滤饼 实现过滤操作的外力有重力、压力、离心力， 化工中运

2、用最多的是压力过滤。 2、过滤方式过滤 深层过滤 滤饼过滤 固体颗粒的堆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径，当颗粒随流体在床层的曲折孔边穿过时，便粘附在过滤介质上。 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%以下的场所 固体颗粒成饼层状堆积于过滤介质外表，构成滤饼 适用于处置固相含量稍高固相体积分率在1%以上的悬浮液。 3、过滤介质、过滤介质 过滤介质是滤饼的支承物，应具有以下条件：过滤介质是滤饼的支承物，应具有以下条件： a) 多孔性，孔道适当的小，对流体的阻力小，又多孔性，孔道适当的小，对流体的阻力小，又能截住要分别的颗粒。能截住要分别的颗粒。

3、b) 物理化学性质稳定，耐热，耐化学腐蚀。物理化学性质稳定，耐热，耐化学腐蚀。 c)足够的机械强度，运用寿命长足够的机械强度，运用寿命长 d) 价钱廉价价钱廉价工业常用的过滤介质主要有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及金属丝织成的网能截留的粒径的范围较宽，从几十能截留的粒径的范围较宽，从几十m到到1m。优点：织物介质薄，阻力小，清洗与更新方便，价钱比较廉价，是工业上运用最广泛的过滤介质。b)多孔固体介质：如素烧陶瓷，

4、烧结金属塑料细粉粘成的多孔塑料，棉花饼等 这类介质较厚，孔道细，阻力大，能截留13m的颗粒。c) 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：由高分子资料制成，膜很薄几十m到200m，孔很小，可以分别小到0.05m的颗粒,运用多孔膜的过滤有超滤和微滤。4、助滤剂 滤饼不可紧缩滤饼: 颗粒有一定的刚性，所构成的滤饼并不因所受的压力差而变形 可紧缩滤饼: 颗粒比较软，所构成的滤饼在压差的作用下变形，使滤饼中的流动通道变小，阻力增大。参与助滤剂可减少可紧缩滤饼的流动阻力参与方法预涂 将助滤剂混在滤浆中一同过滤 用助滤剂配成悬浮液，在正式过滤前用它进

5、展过滤，在过滤介质上构成一层由助滤剂组成的滤饼。 二、过滤根本方程式二、过滤根本方程式1、滤液经过饼层的流动、滤液经过饼层的流动 空隙率空隙率:单位体积床层中的空隙体积，用单位体积床层中的空隙体积，用表示。表示。 =空隙体积空隙体积 / 床层体积床层体积 m3/m3颗粒比外表积：单位体积颗粒所具有的外表积，用颗粒比外表积：单位体积颗粒所具有的外表积，用a表示。表示。 a=颗粒外表积颗粒外表积 / 颗粒体积颗粒体积 de=4水力半径水力半径=4管道截面积管道截面积 / 润湿周边润湿周边颗粒床层的当量直径可写为：颗粒床层的当量直径可写为：de流通截面积流道长度润湿周边长度流道长度de流道容积流道外

6、表积 取面积为1m2厚度为1m 的滤饼思索：床层体积111m3 流道容积1m3 流道外表积颗粒体积颗粒比外表1a m2所以床层的当量直径为 ：滤液经过饼层的流动常属于层流流型 ，lpdu322 )1 (ade(1)滤液经过饼床层的流速与压强降的关系为： 21Lpduce2 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 ： /1uu 3 将1、3代入2并写成等式 )()1 (1223LpaKuc 比例常数K与滤饼的空隙率、粒子外形、陈列及粒度范围等要素有关。对于颗粒床层的层流流动，K值可取为5。 )()1 (5223LPauc过滤速度表达

7、式过滤速度表达式2、过滤速率、过滤速率 过滤速率过滤速度单位时间经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)()1 (5223LPaAddVuc)()1 (5223LPAaddVc表达式3、滤饼的阻力、滤饼的阻力 令 322)1 (5ar滤饼的比阻，1/m2 rLPAddVc(4)令 rLR 滤饼阻力rLPAddVc5速率推进力阻力 由RrL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的平均流速经过厚度为1m的滤饼层时，所产生的压强降 。 反映了颗粒外形、尺寸及床层空隙率对滤液流动的影响 床层空隙率愈小及颗粒比外表积愈大，那么床层愈致

8、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为常数。 滤液穿过过滤介质层的速度关系式 ：mmRPAddV 式中：P=PC+Pm，代表滤饼与过滤介质两侧的总压强降，称为过滤压强差。也称为过滤设备的表压强 。 可用滤液经过串联的滤饼与过滤介质的总压强降来表示过滤推进力，用两层的阻力之和来表示总阻力。 )()(mmmcRRpRRppAddV(6)想象以一层厚度为Le的滤饼来替代过滤介质， meRrL 故6式可写为 ）（7 )()(eeLLrPrLrLPAddV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

9、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。5、过滤根本方程式、过滤根本方程式 滤饼厚度滤饼厚度L与当时曾经获得的滤液体积与当时曾经获得的滤液体积V之间的关系为：之间的关系为： cVLA AcVL c滤饼体积与相应的滤液体积之比，无因次，m3/m3 。同理 ：AcVLeeVe过滤介质的当量滤液体积，或称虚拟滤液体积，m3 在一定的操作条件下，以一定介质过滤一定的悬浮液时，Ve为定值，但同一介质在不同的过滤操作中，Ve值不同。7式就可以写成 )(AVVrcPAddVe)(2eVVrcPAddV过滤速率的普通关系式 可紧缩滤饼的情况比较复杂，它的比

10、阻是两侧压强差的函数， sPrr)( s滤饼的紧缩性指数，无因次。s=01,对于不可紧缩滤饼，s=0。 对于可紧缩滤饼，过滤速率 )(12esVVcrPAddV过滤根本方程式过滤根本方程式适用于可紧缩滤饼及不可紧缩滤饼。 对于不可紧缩滤饼，s=0。三、恒压过滤三、恒压过滤 恒压过滤：在恒定压强差下进展的过滤操作。 恒压过滤时，滤饼不断变厚致使阻力逐渐添加。但推进力P恒定，过滤速率逐渐变小。 对于一定的悬浮液，,r及c均可视为常数。 crk1令k表征过滤物料特性的常数，m4/N.s。 )(12esVVcrPAddV那么过滤速率变为：esVVPkAddV12积分得 ：dPkAVVse12)(假定获

11、得体积为Ve滤液所需的虚拟过滤时间为e,那么积分的边境条件为： 过滤时间 滤液体积 0 e 0Ve e+e VeV+Ve)()()(0120eeeseVedPkAVVdVV)()()(12eeeeesVVVeedPkAVVdVV积分两式，并令 K=2kP1-s 22KAVe222KAVVVe两式相加，得：)()(22eeKAVV恒压过滤方程式恒压过滤方程式 阐明：恒压过滤时，滤液体积与过滤时间的关系为抛物线方程 当介质阻力可以忽略时，Ve=0，e=0，过滤方程式那么变为 22KAVAVqAVqee及令eeKq2Kqqqe 22）（）（eeKqq2 恒压过滤方程恒压过滤方程K 过滤常数 由物料特

12、性及过滤压强差所决议 ，m2/s e和qe 介质常数 反映过滤介质阻力大小 ，s及m3/m2 当介质阻力可以忽略时，Kq 2例例：过滤一种固体颗体积分数为0.1的悬浮液,滤饼含水的体积分数为0.5,颗粒不可紧缩,经实验测定滤饼比阻为1.31011m-2,水的粘度为1.010-3Pa.s。在压强差恒为9.8104Pa的条件下过滤,假设滤布阻力可以忽略,试求：1每m2过滤面积上获得1.5m3滤液所需的过滤时间。2如将此过滤时间延伸一倍,可再得滤液多少？解：1过滤时间33/25. 05 . 0/1 . 0115 . 0/1 . 01mmcsmcrPKs/10625. 0103 . 1100 . 11

13、081. 92223113401滤布阻力可忽略 Kq 2sKq3221065 . 1 s3752)求过滤时间加倍时的滤液量s75037522Kq3312. 2750106m5 . 112. 2qq23/62. 0mm四、过滤常数的测定四、过滤常数的测定 1、恒压下、恒压下K、qe、e的测定的测定 实验原理：实验原理： 由恒压过滤方程 )()2eeKqq（微分 Kddqqqe)(2eqKqKq22 对于一定恒压下过滤的悬浮液，测出延续的时间及滤液的累计量q按单位面积计的数据，然后算出一系列的与q的对应值qqq000011q11q11q22q1212qq 1212qq 然后在直角坐标纸上以/q为纵

14、坐标，以q为横坐标进展标绘，可得到一斜率为2/K，截距为2qe/K的直线。eeKq2求得e2、紧缩性指数、紧缩性指数s的测定的测定 由 spkK12两端取对数，得 )2lg()lg()1 (lgkpsKcrk1常数lgK与lg(p)的关系在对数坐标纸上标绘时应是直线,直线的斜率为1-s，截距为lg(2k)。由此可得到滤饼的紧缩性指数s及物料特性常数k。 五、过滤设备五、过滤设备 1、板框压滤机、板框压滤机1板框压滤机的构造板框压滤机的构造 由许多块带凹凸纹路的滤板与滤框交替陈由许多块带凹凸纹路的滤板与滤框交替陈列组装于机而列组装于机而构成。构成。 滤板和滤框多做成正方形滤板和滤框多做成正方形

15、，角上均开有小，角上均开有小孔，组合后即孔，组合后即构成供滤浆和洗涤水流通的孔道。构成供滤浆和洗涤水流通的孔道。滤框的两侧覆以滤布，围成包容滤浆及滤饼滤框的两侧覆以滤布，围成包容滤浆及滤饼的空间。的空间。 滤板的作用：支持滤布和提供滤液流出的通道。 滤板洗涤板：非洗板： 滤框：二钮 滤板与滤框装合时，按钮数以1-2-3-3-1-2的顺序陈列。 三钮板 一钮板 2板框压滤机的操作板框压滤机的操作 板框压滤机为间歇操作，每个操作循环由装合、过滤、板框压滤机为间歇操作，每个操作循环由装合、过滤、洗涤、卸饼、清理洗涤、卸饼、清理5个阶段组成。个阶段组成。 悬浮液在指定压强下经滤浆通路由滤框角上的孔道并

16、行悬浮液在指定压强下经滤浆通路由滤框角上的孔道并行进入各个滤框，进入各个滤框， 滤液分别穿过滤框两侧的滤布，沿滤板板面的沟道至滤滤液分别穿过滤框两侧的滤布，沿滤板板面的沟道至滤液出口排出。液出口排出。 颗粒被滤布截留而堆积在滤布上，待滤饼充溢全框后，颗粒被滤布截留而堆积在滤布上，待滤饼充溢全框后，停顿过滤。停顿过滤。 三三钮钮洗洗涤涤板板 洗涤时，先将洗涤板上的滤液出口封锁 ，洗涤水经洗水通路从洗涤半角上的孔道并行进入各个洗涤板的两侧。 洗涤水在压差的推进力下先穿过一层滤布及整个框厚的滤饼，然后再穿过一层滤布，最后沿滤板一钮板板面沟道至滤液出口排出。称为横穿洗涤法，它的特点是洗涤水穿过的途径正

17、好是过滤终了时滤液穿过途径的二倍。板框压滤机的优点：构造简单，制造容易，设备紧凑，过滤面积大而占地小，操作压强高，滤饼含水少，对各种物料的顺应才干强。缺陷是间歇手工操作，劳动强度大，消费效率低。2、加压叶滤机、加压叶滤机 叶滤机是由许多不同宽度的长方形滤叶装合而成叶滤机是由许多不同宽度的长方形滤叶装合而成。滤叶由金属丝网制造，内部具有空间，外罩滤布。滤叶由金属丝网制造，内部具有空间，外罩滤布。 叶滤机也为间歇操作，过滤时滤叶安装在能接受叶滤机也为间歇操作，过滤时滤叶安装在能接受内压的密闭机壳内。滤浆用泵送到机壳内，穿过滤内压的密闭机壳内。滤浆用泵送到机壳内，穿过滤布进入丝网构成的中空部分，然后

18、聚集到下部总管布进入丝网构成的中空部分，然后聚集到下部总管而后流出。颗粒堆积在滤布上，构成滤饼，当滤饼而后流出。颗粒堆积在滤布上，构成滤饼，当滤饼积到一定厚度，停顿过滤。积到一定厚度，停顿过滤。 洗涤时，洗水的途径与滤液一样，这种洗涤方法洗涤时，洗水的途径与滤液一样，这种洗涤方法称为置换洗涤法。称为置换洗涤法。 叶滤机的优点是设备紧凑，密闭操作，劳动条件叶滤机的优点是设备紧凑，密闭操作，劳动条件较好，每次循环滤布不用装卸，劳动力较省。较好，每次循环滤布不用装卸，劳动力较省。 3、转筒真空过滤机、转筒真空过滤机1转筒真空过滤机的构造转筒真空过滤机的构造 转筒真空过滤机是工业上运用最广的一种延续操

19、转筒真空过滤机是工业上运用最广的一种延续操作的过滤设备。设备的主体是一个能转动的程度圆作的过滤设备。设备的主体是一个能转动的程度圆筒，圆筒外表有一层金属网，网上覆盖滤布，筒的筒，圆筒外表有一层金属网，网上覆盖滤布，筒的下部进入滤浆中，圆筒沿径向分割成假设干扇形格下部进入滤浆中，圆筒沿径向分割成假设干扇形格，每个都有单独的孔道通至分配头上。圆筒转动时，每个都有单独的孔道通至分配头上。圆筒转动时，凭仗分配头的作用使这些孔道依次分别与真空管，凭仗分配头的作用使这些孔道依次分别与真空管及紧缩空气管相通，因此在回转一周的过程中每个及紧缩空气管相通，因此在回转一周的过程中每个扇形格外表即可顺序进展过滤、洗

20、涤、吸干、吹松扇形格外表即可顺序进展过滤、洗涤、吸干、吹松、卸饼等项操作、卸饼等项操作 2分配头的构造及任务原理分配头的构造及任务原理 分配头由严密贴合着的转动盘与固定盘构成，转动盘随分配头由严密贴合着的转动盘与固定盘构成，转动盘随筒体一同旋转，固定盘内侧面各凹槽分别与各种不同作用筒体一同旋转，固定盘内侧面各凹槽分别与各种不同作用的管道相通。的管道相通。 如图。如图。 当扇形格当扇形格1开场进入滤浆内时，转动盘上相应的小孔道开场进入滤浆内时，转动盘上相应的小孔道与固定盘上的凹槽与固定盘上的凹槽f相对，从而与真空管道连通，吸走滤液相对，从而与真空管道连通，吸走滤液。图上扇形格。图上扇形格1至至7

21、所处的位置称为过滤区。扇形格转出滤所处的位置称为过滤区。扇形格转出滤浆槽后，仍与凹槽浆槽后，仍与凹槽f相通，继续吸干残留在滤饼中的滤液。相通，继续吸干残留在滤饼中的滤液。扇形格扇形格8至至10所处的位置称为吸干区。所处的位置称为吸干区。扇形格转至12的位置时，洗涤水喷洒于滤饼上，此时扇形格与固定盘上的凹槽g相通，经另一真空管道吸走洗水。扇形格12、13所处的位置称为洗涤区。扇形格11对应于固定盘上凹槽f与g之间,不与任何管道相连通，该位置称为不任务区。 当扇形格由一区转入另一区时，因有不任务区的存在，使操作区不致相互串通。扇形格14的位置称为吸干区，15为不任务区。扇形格16、17与固定盘凹槽

22、h相通，与紧缩空气管道相连，紧缩空气从内向外穿过滤布而将滤饼吹松，随后由刮刀将滤饼卸除。扇形格16、17的位置称为吹松区及卸料区，18为不任务区。如此延续运转，整个转筒外表上便构成了延续的过滤操作。 转筒的过滤面积普通为540m2，浸没部分占总面积的30%40%。转速可在一定范围内调整，通常为0.13r/min。滤饼厚度普通坚持在40mm以内，转筒过滤机所得滤饼中的液体含量很少低于10%，常可达30%左右。 转筒真空过滤机的优点是能延续自动操作，省人力，消费才干大，适用于处置易含过滤颗粒的浓悬浮液。 缺陷是附属设备较多，投资费用高，过滤面积不大。过滤推进力有限，不易过滤高温的悬浮液。 六、滤饼

23、的洗涤六、滤饼的洗涤 滤饼洗涤的目的：为了回收滤饼里存留的滤液，或者净 化构成滤饼颗粒。1、洗涤速率、洗涤速率 洗涤速率：洗涤速率： 单位时间内耗费的洗水容积 ，以 wddV)/(表示。 洗涤时间：wwwddVV)( 洗涤速率与过滤终了时的过滤速率有关，这个关系取决于滤液设备上采用的洗涤方式。 叶滤机采用的置换洗涤法，洗水与过滤终了时的滤液流过的途径就完全一样。 当操作压强差和洗水与滤液粘度一样时 )(2)()(2,eEwVVKAddVddV终 板框过滤机采用的是横穿洗涤法，洗水横穿两层滤布及整个厚度的滤饼，流径长度约为过滤终了时滤液流动的两倍。而供洗水流通的面积仅为过滤面积的一半 EeweL

24、LLL)(2)(AAw21当操作压强差和洗水与滤液粘度一样时 )( 221)(1eswLLrPAddVEddV)(41)(82eVVKA当洗水粘度、洗水表压与滤液粘度、过滤压强差有明显差别时，所需的过滤时间可进展校正。)(wwwwPP七、过滤机消费才干的计算七、过滤机消费才干的计算过滤机的消费才干过滤机的消费才干 ：单位时间的滤液体积或滤渣体积，m3/s 1、间歇过滤机的计算、间歇过滤机的计算 一个操作周期时间为一个操作周期时间为RWT消费才干为RWVQ在间歇过滤机的消费中，总是力求获得最大的消费才干，因此，对于间歇过滤过程来说，合理选择每个循环中的过滤时间，可以得到最大的消费才干。由 222

25、KAVVVe恒压过滤时，每次过滤所需时间 VKAVVKAe22221对于叶滤机 ,令J为洗涤液量与滤液量的比值，那么洗涤液量为JV，洗涤时间为:VKAJVVKAJew222222ReeVKAJVVKAJVKAVVKAVQ22222222221 以对V求导，令 0dVd，得22221KAJKAVR 2122222VKAJVKAR消费才干最大的条件假设过滤介质阻力可以忽略不计，可得 )21 (JR时，消费才干最大 。即 wR。如不进展洗涤，那么 R时，消费才干最大。 对于板框压滤机，也可用此法求最大消费才干，但是，由于洗涤速率与最终过滤速率不同, 2122222VKAJVKAR2J2应改为8J2。

26、例：用一台BMS/625-26板框压滤机过滤一种含固体颗粒为25kg/m3的悬浮液，在过滤机入口处滤浆的表压为3.39105Pa,已测得在此压力下K=1.8610-4，qe=0.0282，所用滤布与实验时的一样，料浆温度为25， 每次过滤到滤饼充溢滤框为止，然后用清水洗涤滤饼，洗水温度及表压与滤浆一样，体积为滤液体积的8%，每次卸渣，清理，装合等辅助操作时间为15min。知固相颗粒密度为2930kg/m3，又测得湿滤饼的密度为1930kg/m3。求此板框压滤机的消费才干，并讨论此板框压滤机能否在最正确操作形状下操作。解： 总过滤面积 228 .20262625. 0mA滤框总容积 3262.

27、026025. 0625. 0Vm 知1m3滤饼的质量为1930kg，其中含水x kg,水的密度按1000kg/m3思索。 1100029301930 xxx=518kg1m3滤饼中固相颗粒质量为1930-518=1412 kg设每1m3滤液中含水ykg 12930251000y y=991.5 kg 生成1m3滤饼所需的滤浆质量为 kg5741225255 .9911412生成1m3滤饼的滤液的质量为：57412-1930=55482kg滤液体积为: 348.55100055482m滤框全部充溢时的滤液体积为354.14262. 048.55mV过滤终了时单位面积滤量为 23/699. 08

28、 .2054.14mmAVq代入 Kqqqe22421086. 10282. 02qqs2835过滤终了时滤液的速率 669. 0669. 0)(2qeqqqKddqsm/1028. 10282. 0669. 0121086. 144洗涤液体积 3763. 154.1408. 008. 0mVVW)(41ddVVWWEddq)/(8 .2041163. 14106 . 6163. 1s1746消费才干 90017462836360054.14Qhm /1 .103)08. 081 (82.201086. 152KAaVKAD根据获得最大消费才干的要求，辅助操作时间应为s4308