二、过滤操作的基本概念 第三章 二、过滤基本方程式 非均相物系分离三、恒压过滤 四、过滤常数的测定 五、过滤设备 第三节 六、滤饼的洗涤 过滤 七、过滤机的生产能力 下页 國国 2021/2/24
2021/2/24 第三章 非均相物系分离 一、过滤操作的基本概念 二、过滤基本方程式 三、恒压过滤 四、过滤常数的测定 五、过滤设备 六、滤饼的洗涤 七、过滤机的生产能力 第三节 过滤
过滤操作的基本概念 1、过滤的概念 过滤利用能让液体通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离的单元操作。 滤浆过滤操作中所处理的悬浮液 滤液通过多孔介质的液体 滤渣(滤饼)被截留住的固体物质 实现过滤操作的外力有重力、压力、离心力, 化工中应用最多的是压力过滤 2021/2/24 上页下及
2021/2/24 一、过滤操作的基本概念 1、过滤的概念 过滤 利用能让液体通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离的单元操作。 滤浆 过滤操作中所处理的悬浮液 滤液 通过多孔介质的液体 滤渣（滤饼） 被截留住的固体物质 实现过滤操作的外力有重力、压力、离心力， 化工中应用最多的是压力过滤
2、过滤方式 深层过滤固体颗粒的沉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 过滤 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)的场合 滤饼过滤固体颗粒成饼层状沉积于过滤介质表面, 形成滤饼 适用于处理固相含量稍高(固相体积分 率在1%以上)的悬浮液 2021/2/24 上页下及
2021/2/24 2、过滤方式 过滤 深层过滤 滤饼过滤 固体颗粒的沉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）的场合 固体颗粒成饼层状沉积于过滤介质表面， 形成滤饼 适用于处理固相含量稍高（固相体积分 率在1%以上）的悬浮液
3、过滤介质 过滤介质是滤饼的支承物,应具有下列条件: a)多孔性,孔道适当的小,对流体的阻力小,又能截住要 分离的颗粒 b)物理化学性质稳定,耐热,耐化学腐蚀。 c)足够的机械强度,使用寿命长 d)价格便宜 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 能截留的粒径的范围较宽,从几十um到lpum 2021/2/24 上页下页
2021/2/24 3、过滤介质 过滤介质是滤饼的支承物，应具有下列条件： a) 多孔性，孔道适当的小，对流体的阻力小，又能截住要 分离的颗粒。 b) 物理化学性质稳定，耐热，耐化学腐蚀。 c)足够的机械强度，使用寿命长 d) 价格便宜 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 能截留的粒径的范围较宽，从几十μm到1μm
优点:织物介质薄,阻力小,清洗与更新方便,价格比较 便宜,是工业上应用最广泛的过滤介质。 b)多孔固体介质:如素烧陶瓷,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1~3μm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:由高分子材料制成,膜很薄(几十μm到200μm ),孔很小,可以分离小到0.05m的颗粒应用多孔膜的过 滤有超滤和微滤 2021/2/24 上页下及
2021/2/24 优点：织物介质薄，阻力小，清洗与更新方便，价格比较 便宜，是工业上应用最广泛的过滤介质。 b)多孔固体介质：如素烧陶瓷，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1～3μm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：由高分子材料制成，膜很薄（几十μm到200μm ），孔很小，可以分离小到0.05μm的颗粒,应用多孔膜的过 滤有超滤和微滤
4、助滤剂 不可压缩滤饼:颗粒有一定的刚性,所形成的滤饼并 滤饼 不因所受的压力差而变形 可压缩滤饼颗粒比较软,所形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。 加入助滤剂可减少可压缩滤饼的流动阻力 预涂用助滤剂配成悬浮液,在正式过滤前用它进 加入方法 行过滤,在过滤介质上形成一层由助滤剂组 成的滤饼 将助滤剂混在滤浆中一起过滤 2021/2/24 上页下及
2021/2/24 4、助滤剂 滤饼 不可压缩滤饼: 颗粒有一定的刚性，所形成的滤饼并 不因所受的压力差而变形 可压缩滤饼:颗粒比较软，所形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。 加入助滤剂可减少可压缩滤饼的流动阻力 加入方法 预涂 将助滤剂混在滤浆中一起过滤 用助滤剂配成悬浮液，在正式过滤前用它进 行过滤，在过滤介质上形成一层由助滤剂组 成的滤饼
、过滤基本方程式 1、滤液通过饼层的流动 空隙率:单位体积床层中的空隙体积,用ε表示。 e=空隙体积/床层体积m3/m 颗粒比表面积:单位体积颗粒所具有的表面积,用a表示。 c=颗粒表面/颗粒体积 dle=4×水力半径-4×管道截面积/润湿周边 颗粒床层的当量直径可写为: 2021/2/24 上页下及
2021/2/24 二、过滤基本方程式 1、滤液通过饼层的流动 空隙率:单位体积床层中的空隙体积，用ε表示。 ε=空隙体积 / 床层体积 m3 /m3 颗粒比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积，用a表示。 a=颗粒表面 / 颗粒体积 de=4×水力半径=4×管道截面积 / 润湿周边 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∝流道容积流道表面积 取面积为1m2厚度为1m的滤饼考虑: 床层体积=1×1=1m 流道容积=1×8=8m3 流道表面积=颗粒体积×颗粒比表面=(1-ε)am2 所以床层的当量直径为 OC 1-E)a 滤液通过饼层的流动常属于滞流流型,4 32l 2021/2/24 上页下页
2021/2/24 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∕流道表面积 取面积为1m2厚度为1m 的滤饼考虑： 床层体积＝1×1＝1m3 流道容积＝1×ε＝εm3 流道表面积＝颗粒体积×颗粒比表面＝（1－ε）a m2 所以床层的当量直径为 ： 滤液通过饼层的流动常属于滞流流型 ， l d p u 32 2 = (1 )a de − (1)
滤液通过饼床层的流速与压强降的关系为 (2) L 在与过滤介质层相垂直的方向上床层空隙中的滤液流速l1 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: 1= (3) 将(1)、(3)代入(2)并写成等式 Ka2(1-E)2 2021/2/24 上页下及
2021/2/24 滤液通过饼床层的流速与压强降的关系为： 2 1 L d p u e c （2） 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 ： / 1 u = u （3） 将（1）、（3）代入（2）并写成等式 ( ) (1 ) 1 2 2 3 ' L p K a u c − =
比例常数K'与滤饼的空隙率、粒子形状、排列及粒度范围 等因素有关。对于颗粒床层的滞流流动,K值可取为5。 △P )—过滤速度表达式 5a2(1-E) 2、过滤速率 过滤速率 过滤速度 定义|单位时间通过单位过单位时间获得的滤液体 滤面积的滤液体积积称为过滤速率 表达式 A△P △P ) do 5a(1-8) AL AdO5a2(1-)2 2021/2/24 上页下页回
2021/2/24 比例常数K’与滤饼的空隙率、粒子形状、排列及粒度范围 等因素有关。对于颗粒床层的滞流流动，K’值可取为5。 ( ) 5 (1 ) 2 2 3 L P a u c − = ——过滤速度表达式 2、过滤速率 过滤速率 过滤速度 单位时间通过单位过 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 ( ) 5 (1 ) 2 2 3 L P Ad a dV u c − ( ) = = 5 (1 ) 2 2 3 L A P d a dV c − 表达式 =