化工原理(上)第三章2课件.pptx

1、2022年8月10日星期三化工原理化工原理(上上)第三章第三章2一、概述一、概述过滤：在推动力的作用下，使混合物流体通过多孔过滤介质，固体颗粒被过滤介质截留，从而实现的固体与流体分离的操作。通常将原悬浮液称为滤浆，滤浆中的固体颗粒称为滤渣，过滤时积聚在过滤介质上的滤渣层称为滤饼，通过过滤介质的液体称为滤液。滤浆 滤饼过滤介质 滤液 滤饼过滤操作示意图任务任务2.4过滤分离原理及方法用过滤分离原理及方法用滤饼过滤：滤饼过滤：悬浮液中的颗粒沉积在过滤介质表面形成滤饼层，滤液穿过滤饼层中的空隙流动叫做滤饼过滤。深层过滤：深层过滤：固体颗粒不形成滤饼，而是沉积在过滤介质内部叫做深层过滤。用于去除直径小

2、于5m的细小颗粒,滤介质要定期更换或清洗再生。定义：过滤操作中使流体透过而截留固体的可渗透材料，是过滤设备的核心，过滤过程的关键。过滤介质的作用是支撑滤饼，故除有孔隙外，还应具有足够的机械强度及尽可能小的阻力。工业上常用的过滤介质有：深层过滤：均质的固体颗粒，如砂粒、无烟煤、活性炭、由纤维制成的深层多空介质及素烧磁芯等。滤饼过滤：筛网或织物介质，如编制金属网、滤布等。多孔性固体介质多孔性固体介质1 1）可压缩滤饼：）可压缩滤饼：由刚性颗粒形成的滤饼，在过滤过程中颗粒形状和颗粒间的空隙率保持不变。2 2）不可压缩滤饼：）不可压缩滤饼：由非刚性颗粒形成的滤饼，在压强差作用下会变形。3 3）助滤剂：

3、）助滤剂：是某种质地坚硬而能形成疏松床层的固体微粒使用原因：使用原因：在过滤某些细微而有粘性的微粒时，很容易形成致密的滤饼层，使流体阻力很大；也有时因微粒过于细密而将过滤介质通道堵塞。要求：要求：刚性颗粒；良好的物理、化学稳定性；不可压缩性、物美价廉。常用：常用：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：可预涂，也可以混入待滤的滤浆中一起过滤。使用场合：使用场合：只需要获得清净的滤液，滤饼则作为废料与助滤剂一起卸除。用量：用量：助滤剂用量一般是滤饼的110 。4、过滤推动力、过滤推动力过滤推动力是指滤饼和过滤介质两侧的压力差。此压过滤推动力是指滤饼和过滤介质两侧的压力差

4、。此压力差可以是重力、离心力或人为压差。增加过滤推动力差可以是重力、离心力或人为压差。增加过滤推动力的方法有：力的方法有：1、增加悬浮液本身的液柱压力，一般不超过、增加悬浮液本身的液柱压力，一般不超过50KN/m2，称为重力过滤。称为重力过滤。2、增加悬浮液液面的压力，一般可达、增加悬浮液液面的压力，一般可达500KN/m2称为称为加压过滤。加压过滤。3、在过滤介质下面抽真空，通常不超过真空度、在过滤介质下面抽真空，通常不超过真空度86.6KN/m2，称为真空过滤。，称为真空过滤。此外，过滤推动力还可以用离心力来增大，称为离心此外，过滤推动力还可以用离心力来增大，称为离心过滤。过滤。处理量：处

5、理量：通常用悬浮液体积通常用悬浮液体积Vs、滤液体积、滤液体积V或滤饼或滤饼体积体积Vc表示。（表示。（m3）生产能力生产能力:以以m3滤液滤液/h表示。表示。生产率生产率G：单位过滤面积单位时间内过滤出的干固：单位过滤面积单位时间内过滤出的干固体质量，体质量，kg干固体干固体/(m2 s)。过滤面积过滤面积A：允许滤液通过的过滤介质总面积。：允许滤液通过的过滤介质总面积。m2悬浮液固相浓度悬浮液固相浓度c：单位体积悬浮液中固体颗粒的总：单位体积悬浮液中固体颗粒的总体积。体积百分数表示，是选择过滤设备的重要参体积。体积百分数表示，是选择过滤设备的重要参数。数。滤饼含液量滤饼含液量w：滤饼中所含

6、液体的质量分数。：滤饼中所含液体的质量分数。滤饼与滤液的体积比滤饼与滤液的体积比：获得单位体积滤液同时形成：获得单位体积滤液同时形成的滤饼体积。的滤饼体积。m3滤饼滤饼/m3滤液滤液 (VS=V(1+)过滤速率过滤速率dV/dt：单位时间获得的滤液体积，：单位时间获得的滤液体积，m3滤液滤液/s过滤速度过滤速度dV/Adt：单位时间单位过滤面积上获得的：单位时间单位过滤面积上获得的滤液体积。滤液体积。m3滤液滤液/(m2 s)一）过滤基本方程式表述一）过滤基本方程式表述（一）过滤的基本方程（一）过滤的基本方程流体通过滤渣层的空隙，由于空隙通道直径很小、又弯曲，所流体通过滤渣层的空隙，由于空隙通

7、道直径很小、又弯曲，所以流体流动呈层流。以流体流动呈层流。根据层流时损失压力降：根据层流时损失压力降：将通过滤饼和过滤介质的阻力折合成通过长度为将通过滤饼和过滤介质的阻力折合成通过长度为l和和le的直径为的直径为d0直管阻力。直管阻力。du64Re6422udllpef2)(32dullpef二、恒压过滤二、恒压过滤AA:O过滤面积自由截面积滤饼的空隙率Ao：滤饼空隙的平均流通截面积（自由截面积）；A：过滤面积对一定颗粒构成的不可压缩滤饼，为定值。对一定颗粒构成的不可压缩滤饼，为定值。2、滤液流过滤饼的瞬间平均速度等于瞬间过滤速度与平均流、滤液流过滤饼的瞬间平均速度等于瞬间过滤速度与平均流通截

8、面积之商，即：通截面积之商，即：dtAdVdtAdVuo3、将滤液通过滤饼看做以速度、将滤液通过滤饼看做以速度u通过许多平均直径为通过许多平均直径为d0、长度、长度为滤饼厚度为滤饼厚度L的并联小管。流体阻力可折合为长度为的并联小管。流体阻力可折合为长度为L、直径为、直径为d0的直管阻力。的直管阻力。20)(32duLLpef过滤压降可表示为4、将通过过滤介质的流动阻力也折合为相当于流速为u流过厚度为L、直径为Le的滤饼的阻力，Le称为过流介质的当量滤饼厚度。dtAdVdtAdVuo)(3220efllpddtAdV)(3220efLLpdAdtdV2032dr滤饼的比阻滤饼结构越紧密、空隙越小

9、，越小，通道越曲折，r越大，过滤越困难。)(efLLrpAdtdV根据滤饼与滤液体积比根据滤饼与滤液体积比v的的定义：定义：V=ALL=V/ALe=Ve/A过滤的基本方程过滤的基本方程根据过滤速度定义，整理得：适用于不可压缩滤饼）()(2efVVvrpAdtdVpf：过滤压差；：滤饼与滤液体积比；V：生成厚度为L的滤饼获得的滤液量；Ve：过滤介质的当量滤液体积。）饼之间，对于不可压缩滤般在为滤饼的压缩指数（一为单位压差下的比阻式中01000ssrprrs过滤的基本方程表示：任一瞬时的过滤速率与物过滤的基本方程表示：任一瞬时的过滤速率与物系性质、当时压力差、该时刻以前的累积滤液量系性质、当时压力

10、差、该时刻以前的累积滤液量之间的关系。之间的关系。过滤的基本方程是微分方程式，计算时，要根过滤的基本方程是微分方程式，计算时，要根据不同的操作条件进行积分。据不同的操作条件进行积分。过滤操作方式过滤操作方式恒压过滤（变速率）恒压过滤（变速率）开始阶段，恒速率；压力升至最大开始阶段，恒速率；压力升至最大后恒压后恒压恒速率（变压差）恒速率（变压差）（二）恒压过滤方程（二）恒压过滤方程恒压过滤时，恒压过滤时，pf保持恒定，由于滤渣不断增厚，过保持恒定，由于滤渣不断增厚，过滤阻力逐渐增大。滤阻力逐渐增大。过滤基本方程两端分离变量积分：过滤基本方程两端分离变量积分：tfVedtvrpAdVVV020)(

11、tAvrpVVVfe2222vrPKf2令V2+2VeV=KA2t（衡压过滤方程）（衡压过滤方程）AVq 令液量）（单位面积上过滤的滤AVqeeq2+2qeq=Kt（衡压过滤方程）（衡压过滤方程）)(22eVVKAdtdVKtqtKAV222或衡压过滤方程简化为：介质阻力时，当滤饼阻力远大于过滤（三）过滤常数（三）过滤常数K K、VeVe、qeqe的测定的测定V12+2VeV1=KA2t1V22+2VeV2=KA2t2K、VeAVqeeq2+2qeq=Kt两边同时除以两边同时除以qK得得t/q=q/K+2qe/K，即，即y=x/k+2qe/k斜率为斜率为1/K，截距为，截距为2qe/K,采用作

12、图法可求出采用作图法可求出K和和qe 以压力差为推动力：如以压力差为推动力：如板框压滤机、板框压滤机、叶滤机、叶滤机、回转真空过滤机等；回转真空过滤机等；以离心力为推动力：如各种离心机。以离心力为推动力：如各种离心机。五、过滤设备及过滤计算五、过滤设备及过滤计算过滤过滤设备设备 1 1、板框过滤机、板框过滤机五、过滤设备及过滤计算五、过滤设备及过滤计算滤框、滤板滤框、滤板 非非洗洗板板洗洗板板结构：结构：洗洗板板板框压滤机板框压滤机框框非非洗洗板板洗洗板板一个操作循环一个操作循环：过滤、洗涤、卸渣、整理过滤、洗涤、卸渣、整理重装重装 滤液流出滤液流出悬悬浮浮液液入入口口10 60块不等，块不等

13、，过滤面积约为过滤面积约为2 80m2 洗涤液流出洗涤液流出洗洗涤涤液液入入口口属间歇式属间歇式特点：特点：横穿洗涤：横穿洗涤：Lw=2LDwVVVt 板板 框框 悬浮液悬浮液 入口入口1 1、板框过滤机、板框过滤机五、过滤设备及过滤计算五、过滤设备及过滤计算辅辅助助时时间间洗洗涤涤时时间间过过滤滤时时间间操操作作周周期期 Dw 生产能力生产能力：操作周期：操作周期：单位时间内获得的滤液量或滤饼量单位时间内获得的滤液量或滤饼量。222KAVVVe 其中：其中：2)(8KAVVVddVVewwww洗涤经过的滤饼厚度为过滤时的两倍，流通面积却是洗涤经过的滤饼厚度为过滤时的两倍，流通面积却是过滤面积

14、的一半。若洗液与滤液性质相同，则在同样过滤面积的一半。若洗液与滤液性质相同，则在同样的压强差下，洗涤速率约为过滤终了时的过滤速率的的压强差下，洗涤速率约为过滤终了时的过滤速率的1/4.板框压滤机板框压滤机优点优点：结构简单，过滤面积大而占地小，过滤压：结构简单，过滤面积大而占地小，过滤压力高，便于用耐腐蚀材料制造，操作灵活，过滤力高，便于用耐腐蚀材料制造，操作灵活，过滤面积可根据生产任务调节。面积可根据生产任务调节。缺点缺点：间歇操作，劳动强度大，生产效率低。：间歇操作，劳动强度大，生产效率低。例题例题3-6置换洗涤：置换洗涤：L Lw w=L=L属连续式属连续式过滤、洗涤、吹松、刮过滤、洗涤

15、、吹松、刮渣渣2 2、转鼓真空过滤机、转鼓真空过滤机五、过滤设备及过滤计算五、过滤设备及过滤计算转筒转筒-筒的侧壁上覆盖有金属网，长、径之比约为筒的侧壁上覆盖有金属网，长、径之比约为1/2 2，滤布滤布-蒙在筒外壁上。蒙在筒外壁上。分配头分配头-转动盘、固定盘转动盘、固定盘 构造构造：一个操作循环一个操作循环：浸没于滤浆中的过滤面积约占全部面积的浸没于滤浆中的过滤面积约占全部面积的30 40%转速为转速为0.1至至2 3（转（转/分）分）特点特点：回转真空过滤机上的转筒过过滤滤区区洗洗涤涤区区吹吹干干区区卸卸渣渣区区Tn 1操作周期操作周期)(60snt)/)(60(606032hmqqnKnAnAqVteeKtqqqe 22其中：其中：设转筒浸入面积占全部转筒面积的分率为设转筒浸入面积占全部转筒面积的分率为浸没分数浸没分数 五、过滤设备及过滤计算五、过滤设备及过滤计算过滤时间：过滤时间：操作周期：操作周期：nKAV 22 若介质阻力忽略不计，则若介质阻力忽略不计，则 转鼓每分钟转数为转鼓每分钟转数为neeqqKtq2生产生产能力能力 回转真空过滤机上的转筒过滤区过滤区洗涤区洗涤区吹干区吹干区卸渣区卸渣区nBnKAVt6060五、过滤设备及过滤计算五、过滤设备及过滤计算Vtn生产能力转速浸没度,可见：可见：但这类方法受到一定的限但这类方法受到一定的限制制