非均相混合物分离技术-认识过滤过程

Contents目1

认识非均相物系的分离设备2认识沉降过程3认识过滤过程4膜分离技术录化工单元操作技术非均相物系分离

当生产过程需处理含固相浓度较高的悬浊液，或处理含固相浓度极低且粒径微小的气-固混合物时，在此类情况下沉降方法已不适宜，宜采用过滤操作来进行。定义：在外力的作用下，使悬浮液中的液体通过多孔介质的孔道而固体颗粒被截留下来，从而实现固体与流体分离的操作液分离。认识非均相物系的分离设备-过滤设备化工单元操作技术非均相物系分离1.过滤

（1）过滤目的将悬浮液中的固—液两相有效地加以分离的；过滤操作可获得清净的液体或获得作为产品的固体颗粒。重力压力（工业常用）:人为造成的压差离心力（2）过滤的推动力化工单元操作技术非均相物系分离滤浆：原始的悬浮液、母液。滤饼

(或滤渣)：被截留的悬浮液中的固体颗粒。过滤介质：多孔介质，最好表面光滑，滤饼剥离容易。滤液：穿过过滤介质流出的液体。（3）过滤的常用名词化工单元操作技术非均相物系分离

滤饼过滤架桥现象（4）过滤方式1）滤饼过滤：在滤饼形成后，由滤饼继续截留颗粒的过滤操作。适用：常用于分离固体体积百分数大于1%的悬浮液。化工单元操作技术非均相物系分离

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。化工单元操作技术非均相物系分离（5）过滤介质

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。化工单元操作技术非均相物系分离（6）过滤介质分类

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。滤布化工单元操作技术非均相物系分离

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的微小颗粒。

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。化工单元操作技术非均相物系分离（7）滤饼的压缩性可分为可压缩滤饼和不可压缩滤饼两种。不可压缩滤饼由刚性颗粒组成。特点：滤饼的空隙率在过滤过程中并不因为操作压差的增大而变形（减小）。如硅藻土、碳酸钙等。化工单元操作技术非均相物系分离

由非刚性颗粒组成。在操作压差作用下会发生不同程度的变形，致使滤饼或滤布中的流动通道缩小。滤饼中的空隙率

减少，将导致液体的流动阻力急骤增加。如胶体物质。可压缩滤饼几乎所有的滤饼都是可压缩的。但很多过滤的滤饼因为压缩性小而当作不可压缩的来处理。为减少可压缩滤饼的流动阻力，可采用某种助滤剂（刚性颗粒）以改变滤饼结构，增加滤饼刚性（非颗粒的刚性）。当所处理的悬浮液含有细微颗粒而且粘度很大时，也可采用适当助滤剂增加滤饼空隙率，减少流动阻力。（8）过滤基本参数1）处理量可采用悬浮液体积Vs（m3）、滤液体积V（m3）或滤饼体积Vc（m3）表示。2）生产能力过滤机的生产能力通常以m3滤浆/h表示。3）生产率G过滤机单位过滤面积在单位时间内过滤出的干固体质量，kg干固体/（m2•s）。4）过滤面积A允许滤液通过的过滤介质的总面积，m2。5）悬浮液固相浓度c单位体积悬浮液中所含固体颗粒的总体积，用体积百分数表示。6）滤饼含液量w滤饼中所含液体的质量分数或质量百分数。7）滤饼与滤液的体积比v获得单位体积滤液同时形成的滤饼体积，单位为m3滤饼/m3滤液。8）过滤速率单位时间获得的滤液体积，m3滤饼/s。9）过滤速度单位时间单位过滤面积上得到的滤液体积，m3滤饼/（m2•s）

滤液透过滤饼和过滤介质的过程，可看作是通过曲折多变孔道的一种特殊管流。孔道很细小，流动型态可认为属于层流。其流动规律符合哈根—帕谡叶方程，即可仿照将局部阻力折合为当量长度的直管阻力，以及当量直径的类似思路，作如下简化处理：1）滤饼的孔隙率即为滤饼空隙的平均流通截面积A0与过滤面积A的比值对不可压缩滤饼，ε保持为定值。2）滤液流过滤饼的瞬间平均速度等于瞬间过滤速率与平均流通截面积之商。即：过滤基本方程

3）通过滤饼的流动阻力可折合为长度为L、直径为d0的直管阻力。4）将通过过滤介质的流动阻力也折合为相当于以流速u流过当量滤饼厚度为Le的滤饼的阻力。滤液通过滤饼层和过滤介质的压强降可表示为：所以称为滤饼的比阻根据滤饼与滤液体积比v的定义，应有：即有：代入过滤速率方程得即过滤基本方程。化工单元操作技术非均相物系分离定义：悬浮液比浓度

故：则定义：滤饼的比阻r（1/m2）化工单元操作技术非均相物系分离Δpc→ΔpΔpc为通过滤饼床层的压降，压差测定常常是测量滤饼床层和过滤介质的总压差，解决这个问题常常引入“滤饼当量体积Ve”的定义定义：滤饼当量体积Ve

：与过滤介质阻力相当的滤饼层体积；稳定过滤过程流体流经过滤饼层速率与流经过滤介质层速率相当，且等于总速率，由合比定律得：化工单元操作技术非均相物系分离二、讨论：1）恒压过滤K为常数V1=0,τ=0V=V,τ=τV2+2VeV=KA2τq2+2qeq=Kτ2)初始阶段已有滤饼的过滤τ=τ0,V0=V0,τ=τ0+τ¹,V=V0+V¹则[(V+V0)2+2Ve(V¹+V0)]-(V02+2VeV0)=KAτ化工单元操作技术非均相物系分离V¹2+2(Ve+V0)V¹=KA2τ3)恒速过滤4）先恒速后恒压（K是变数，终了时K为K'）V22+2(Ve+V1)V2=K'A2τ25)K的测定由基本方程，在一定的Δp下化工单元操作技术