非均相分离第三次课

非均相分离第三次课不可压缩滤饼：若颗粒由不易变形的坚硬固体组成，则当压强差增大时，滤饼的结构不发生明显变化，单位厚度滤饼的流动阻力可视作恒定，这类滤饼称为不可压缩滤饼。可压缩滤饼：若滤饼为胶体物质时，当压强差增大时，滤饼被压紧，使单位厚度滤饼的流动阻力增大，此类滤饼称为可压缩滤饼。2、滤饼的压缩性和助滤剂第2页,共17页，2024年2月25日，星期天助滤剂：对于可压缩滤饼，可以将质地坚硬而能形成疏松滤饼的另一种固体颗粒混入悬浮液或预涂于过滤介质上，以形成疏松饼层，使滤液畅流，该种颗粒状物质就称为助滤剂。常用的助滤剂：硅藻土、珍珠岩、石棉、炭粉等。助滤剂的基本要求：1、能形成多孔饼层的刚性颗粒，使滤饼有良好的渗透性及较低的流体阻力。2、具有化学稳定性。3、在操作压强范围内具有不可压缩性。第3页,共17页，2024年2月25日，星期天

dpde

对于颗粒层中不规则的通道，可以简化成由一组当量直径为de的细管，而细管的当量直径可由床层的空隙率和颗粒的比表面积来计算。1、滤液通过饼层的流动二、过滤的基本理论第4页,共17页，2024年2月25日，星期天颗粒床层的特性可用空隙率、当量直径等物理量来描述。空隙率：单位体积床层中的空隙体积称为空隙率。式中ε—床层的空隙率，m3/m3。式中α—颗粒的比表面，m2/m3。比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积称为比表面积。2、颗粒床层的特性第5页,共17页，2024年2月25日，星期天依照非圆形管的当量直径定义，当量直径为：式中de—床层流道的当量直径，m故对颗粒床层直径应可写出：第6页,共17页，2024年2月25日，星期天滤液通过饼层的流动常属于滞流流型，仿照圆管内滞流流动的泊稷叶公式(哈根方程)描述滤液通过滤饼的流动，则滤液通过饼床层的流速与压强降的关系为：式中u1—滤液在床层孔道中的流速，m/s；

L—床层厚度，m,

Δpc—滤液通过滤饼层的压强降，pa；阻力与压强降成正比，上式表达了过滤操作中滤液流速与阻力的关系。第7页,共17页，2024年2月25日，星期天

在与过滤介质相垂直的方向上，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：上式中的比例常数K′与滤饼的空隙率、颗粒形状、排列及粒度范围诸因素有关。对于颗粒床层内的滞流流动，K′值可取为5。第8页,共17页，2024年2月25日，星期天式中V——

滤液量，m3；

θ

——

过滤时间，s；

A

——

过滤面积，m2。过滤速率为：任一瞬间的过滤速度为：过滤速度:单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积，m3/m2

s。过滤速率:单位时间内获得的滤液体积，m3/s。3、过滤速率第9页,共17页，2024年2月25日，星期天R—滤饼阻力，1/m,其计算式为：对于不可压缩滤饼，滤饼层中的空隙率ε可视为常数，颗粒的形状、尺寸也不改变，因而比表面a亦为常数，则有式中r—滤饼的比阻，1/m2,其计算式为：R=rL4、滤饼阻力第10页,共17页，2024年2月25日，星期天比阻r单位厚度滤饼的阻力；在数值上等于粘度为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；比阻反映了颗粒特性(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a愈大，则床层愈致密，对流体流动的阻滞作用也愈大。第11页,共17页，2024年2月25日，星期天通常把过滤介质的阻力视为常数，仿照滤液穿过滤饼层的速度方程可写出滤液穿过过滤介质层的速度关系式：式中Δpm—

过滤介质上、下游两侧的压强差，Pa；

Rm—

过滤介质阻力，l/m由于很难划定过滤介质与滤饼之间的分界面，更难测定分界面处的压强，在操作过程中把过滤介质与滤饼联合起来考虑。5、过滤介质的阻力第12页,共17页，2024年2月25日，星期天通常，滤饼与滤布的面积相同，两层中的过滤速度应相等，则：上式表明，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。式中：Δp—滤饼与滤布两侧的总压强差，称为过滤压强差。第13页,共17页，2024年2月25日，星期天假设：厚度为Le的滤饼产生的阻力与过滤介质相同，而过程仍能完全按照原来的速率进行，则：rLe=Rm注意：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。式中Le—过滤介质的当量滤饼厚度，或称虚拟滤饼厚度，m。

第14页,共17页，2024年2月25日，星期天式中：v

—滤饼体积与相应的滤液体积之比，无因次。LA=vV

若每获得1m3滤液所形成的滤饼体积为vm3，则任一瞬间的滤饼厚度L与当时已经获得的滤液体积V之间的关系为：同理，如生成厚度为Le的虚拟滤饼所应获得的滤液体积以Ve来表示，则式中Ve

—过滤介质的当量滤液体积，或称虚拟滤液体积，m3。三、过滤基本方程式第15页,共17页，2024年2月25日，星期天注意：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不同。上式适用于不可压缩滤饼。第16页,共17页，2024年2月25日，星期天对于可压缩滤饼其比阻r与压强差有关。上式称为过滤基本方程式，它对各种过滤情况均适用。式中r′——单位压强下滤饼的比阻，1/m2

Δp