流体通过颗粒层的流动(4x)

四.过滤

过滤是指以某种多孔物质作为介质，在外力的作用下，使流体通过介质的孔道而固体颗粒被截留下来，从而实现固体颗粒与流体分离目的的操作。除气固系中的颗粒过滤除液固系中的固体颗粒化工生产中过滤大多用于悬浮液中固液分离，本节只介绍悬浮液的过滤操作。

重力

实现过滤操作的外力压强差或惯性离心力2/6/20231目的：获得洁净的流体或获得作为产品的固体颗粒。名词：滤浆（料浆）——是指被处理的悬浮液；过滤介质——过滤操作中采用的多孔物质；滤液——是指通过介质孔道的液体；滤饼——是指被截留的固体颗粒。2/6/20232

1.过滤操作的分类1.饼层过滤（滤饼过滤）定义:过滤过程中在过滤介质表面形成固体颗粒的滤饼层.滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤2/6/20233过滤之初滤液浑浊?由于滤浆中部分固体颗粒的粒径小于介质的孔径，而在过滤之初穿过介质。但颗粒会在孔道内很快发生“架桥”现象，并形成滤饼层，滤液由浑浊变为清澈。随着过滤的进行，滤饼增厚，过滤阻力增加，在推动力不变时，过滤速度变慢。2/6/202342深层过滤定义：将固体颗粒截留在过滤介质内部，且过滤介质表面不生成滤饼。小于床层孔道直径的粒子，因分子间力和静电作用力的作用，粒子粘附在孔道壁面上被截留。适用于滤浆中固体颗粒的含量0.1%(v),且粒径较小的场合。2/6/202353动态过滤饼层过滤中，饼层不断增厚，阻力亦不断增加，在推动力保持不变时则过滤速率会不断变小。为了在过滤过程中限制滤饼的增厚，Tiller于1977年提出了动态过滤的方式。动态过滤操作时料浆沿过滤介质表面作高速流动，滤液与料浆呈错流（交错流动），使滤饼在剪切力的作用下不会增厚，这样就可维持较高的过滤能力。动态过滤需多耗机械能，且不能得到含固量高的滤饼，操作中因料浆粘度不断增加，过大的阻力可能使电机过载。2/6/202362/6/20237

2.滤饼过滤一、概述深层过滤滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤推动力：重力、压力、离心力

架桥现象2/6/20238过滤介质：多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有

足够的机械强度。工业用过滤介质主要有：

织物介质，如棉、麻、丝、毛、合

成纤维、金属丝等编织

成的滤布；

多孔性固体介质，如素瓷板或管、

烧结金属等。滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤2/6/20239助滤剂：是不可压缩的粉状或纤维状固体，如硅藻土、纤维粉末、活性炭、石棉。

使用时，可预涂，也可以混入待滤的滤浆中一起过滤。一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼的压缩性：

空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。

2/6/202310二、过滤基本方程过滤过程流动的特点：流体在固定床中同一截面上的流速分布很不均匀产生压降的主要原因：2/6/202311(1)细管长度le与床层高度L成正比(2)细管的内表面积等于全部颗粒的表面积，

流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。1、过滤基本方程的推导简化模型：假定：二、过滤基本方程真实速度

u固体颗粒床层体积2/6/202312滤饼内，雷诺数很小，属层流流动，于是：------哈根-泊谡叶方程将le、de、u表达式代入得：二、过滤基本方程由质量守恒得：床层截面积2/6/202313---单位时间内通

过单位过滤面

积的滤液体积即过滤速度二、过滤基本方程思考：

影响过滤阻力的因素有哪些？影响过滤速度的因素有哪些？

△p2△p1u表观速度2/6/202314

设每获得单位体积滤液时，被截留在过滤介质上的滤饼体积为c（m3滤饼/m3滤液），则

代入过滤速度表达式中：令故二、过滤基本方程2/6/202315-----过滤基本方程过滤常数二、过滤基本方程△pu表观速度2/6/202316影响K的因素：影响qe或Ve

的因素：二、过滤基本方程滤饼性质（s、、a）滤浆性质（c、）推动力（p）过滤介质的性质（孔的结构、、r0、厚度）△pu表观速度2/6/2023172、恒压过滤二、过滤基本方程△pu表观速度特点：

K为常数

积分得：

或若过滤介质阻力可忽略不计，则

或2/6/2023183、恒速过滤二、过滤基本方程△pu表观速度特点：

K不为常数，而u为常数。整理得：

若过滤介质阻力可忽略不计，则

或或2/6/202319思考：先恒速再恒压操作，恒压段过滤方程？设恒速段过滤时间为1，则二、过滤基本方程或2/6/2023203过滤常数的测定恒压时：求出压缩指数s

2/6/2023214滤饼的洗涤洗涤目的：

1）回收滤饼中残留的滤液

2）除去滤饼中的可溶性杂质所以在过滤操作结束时用某种液体对滤饼进行洗涤。洗涤速率

：由于洗涤时滤饼厚度不变，同时在恒定的压差下洗涤速率为常数。2/6/202322例现有一台具有10m2过滤面积的过滤机，用来过滤某固体粉末的水悬浮液。固体颗粒的密度为1560kg/m3

，已知滤液的含固量20kg/m3，温度为20℃，试验测得滤饼的比阻r=6.7×1014m-2，介质阻力的当量滤液量qe=0。为防止过滤介质堵塞，先进行10分钟的恒速过滤，尔后再进行30分钟的恒压过滤，要求得到总滤液量为8m3

，问操作压差应为多少？恒速阶段所得滤液量为多少？2/6/202323解：据题意qe=0,即Ve=0，=0.001Pa.s,1=60×10=600s,=60×40=2400s,V=8m3,r=6.7×1014m-2

,A=10m2,=20kg/m3，P

=1560kg/m3

根据已知条件，对恒速过滤，V2+VeV=KA2/2V12=KA21/2(a)对恒压过滤(V2-V12)+2Ve(V-V1)=KA2(-1)(V2-V12)=KA2(-1)（b)将（a)式代入（b)式得2/6/202324而K=（2

△p）/（r）其中=/P=20/1560=0.01282m3固体/m3滤液即

△p=Kr/2=3.809×10-5×0.01282×6.7×1014×0.001/2=1.636×105Pa将K代入（a）式得恒速阶段所得滤液量为V12=KA21/2=3.809×10-5×102×600/2V1=1.1427m32/6/2023255过滤设备过滤设备种类：间歇：过滤、洗涤、卸饼、清洗、安装等步骤，如叶滤机、板框压滤机等；连续：大多真空操作，如转筒真空过滤机、圆盘真空过滤机等。1、板框压滤机结构，如图所示，若干板，框交替排列，板，框都用支耳架在一对横梁上，用压紧装置压紧或拉开。2/6/2023262/6/2023271、板框过滤机滤框、滤板结构：洗板板框压滤机框非洗板洗板一个操作循环：过滤、洗涤、卸渣、整理重装

滤液流出悬浮液入口1060块不等，过滤面积约为280m2

洗涤液流出洗涤液入口属间歇式特点：横穿洗涤：Lw=2L2/6/2023281、板框过滤机6.过滤设备及过滤计算生产能力：

操作周期：

单位时间内获得的滤液量或滤饼量。其中：2/6/202329

2、加压叶滤机2/6/202330属间歇式置换洗涤：Lw=L3、叶滤机滤叶结构：一个操作循环：过滤、洗涤、卸渣、整理重装

特点：生产能力：

操作周期：

与板框机相同其中：与板框机相同2/6/202331置换洗涤