第04章沉降與過濾2

1、化工原理11.1.過濾定義過濾定義：以多孔材料為介質(zhì)，在外力的作用下，使懸浮液中的液體通過介質(zhì)的孔道而固體顆粒被截留，從而實(shí)現(xiàn)固、液分離的操作。2.2.過濾目的：過濾目的：獲得清凈的液體或固體產(chǎn)品，常作為沉降、結(jié)晶、固液反應(yīng)等操作的后續(xù)過程；3.3.過濾特點(diǎn)：過濾特點(diǎn)：屬于機(jī)械分離操作，與蒸發(fā)、干燥等非機(jī)械分離操作相比，其分離速度較快，能量消耗較低。一、基本概念一、基本概念第三節(jié)第三節(jié) 過濾過濾化工原理24.4.用途：用途：分離懸浮液(suspension)5.5.相關(guān)術(shù)語：相關(guān)術(shù)語：濾漿(料漿) (slurry)濾液(filtrate)濾餅(濾渣) (filter residue)過濾介質(zhì)

2、(filter medium)化工原理36.6.過濾介質(zhì)：過濾介質(zhì)：F特性：特性：多孔多孔流阻小流阻小機(jī)械強(qiáng)度高機(jī)械強(qiáng)度高耐熱、耐腐蝕耐熱、耐腐蝕F分類：分類： 織物介質(zhì)織物介質(zhì)：棉、毛、絲、麻等天然纖維和各種合：棉、毛、絲、麻等天然纖維和各種合成纖維制成的織物以及由玻璃絲、金屬絲等織成的網(wǎng)成纖維制成的織物以及由玻璃絲、金屬絲等織成的網(wǎng)可截留顆粒的最小直徑為可截留顆粒的最小直徑為565 m 粒狀介質(zhì)：粒狀介質(zhì)：包括砂、木炭、分子篩等細(xì)小而堅(jiān)硬包括砂、木炭、分子篩等細(xì)小而堅(jiān)硬的顆粒狀物質(zhì)的顆粒狀物質(zhì), ,一般堆積成固定床層一般堆積成固定床層, ,多用于深層過濾。多用于深層過濾。化工原理47.7.

3、過濾方式過濾方式 操作推動(dòng)力 重力壓強(qiáng)差離心力有無濾餅 餅層過濾深床過濾 多孔性固體介質(zhì)多孔性固體介質(zhì)：包括由多孔陶瓷、多孔塑料及：包括由多孔陶瓷、多孔塑料及多孔金屬等制成的管或板多孔金屬等制成的管或板, ,可截留顆粒的最小直徑為可截留顆粒的最小直徑為13 m。 多孔膜多孔膜：在超濾和微濾中以多孔無機(jī)膜、有機(jī)膜為：在超濾和微濾中以多孔無機(jī)膜、有機(jī)膜為介質(zhì)介質(zhì), , 可截留顆粒在可截留顆粒在1 m以下的微細(xì)顆粒以下的微細(xì)顆粒?；ぴ? 1 1）深床過濾）深床過濾(bed filter): :當(dāng)顆粒隨液體進(jìn)入床層內(nèi)細(xì)長而彎曲的孔道時(shí)，在靜電及分子間引力的作用下，顆粒將被吸附于孔道壁面上，而在過濾

4、介質(zhì)床層之上并不形成濾餅層。深床過濾深床過濾化工原理6 深層過濾中真正起過濾作用的是過濾介質(zhì)。 深層過濾適用于顆粒很小、含量很低(固相體積分率1%)1%)的懸浮液的懸浮液。2 2）餅層過濾）餅層過濾(cake filter): :將懸浮液置于過濾介質(zhì)的一側(cè)，將懸浮液置于過濾介質(zhì)的一側(cè)，固體被過濾介質(zhì)截留形成濾餅層，而液體則通過過濾介質(zhì)固體被過濾介質(zhì)截留形成濾餅層，而液體則通過過濾介質(zhì)形成濾液。形成濾液?；ぴ?濾餅種類：濾餅種類：F不可壓縮濾餅：當(dāng)p時(shí),(流阻/濾餅厚度)constF可壓縮濾餅：當(dāng)p時(shí),(流阻/濾餅厚度)助濾劑助濾劑(filter aid)F用法：F常用：硅藻土、珍珠巖粉、纖

5、維粉末、碳粉和石棉粉F使用量一般不超過固體顆粒質(zhì)量的0.5。F一般以回收清凈液體為目的的過濾，使用助濾劑是合適的。 防堵、減阻預(yù)涂法預(yù)混法化工原理93/3,mm床層體積空隙體積1.1.空隙率空隙率: :討論：討論：l 1-：床層中固體顆粒所占的體積：床層中固體顆粒所占的體積l 操作時(shí)，操作時(shí)，也為濾餅中的液體分率也為濾餅中的液體分率l d越大，越大，越大；越大；d越小，越小，越小越小二、床層特性參數(shù)二、床層特性參數(shù)化工原理102.2.比表面積比表面積: :3m2ma，顆粒體積顆粒表面積3.3.當(dāng)量直徑（當(dāng)量直徑（kozenykozeny）:m:m潤濕周邊長流通截面積水力半徑44edade)1

6、(流道表面積流道容積流道長度流道長度化工原理11長度與濾餅厚度長度與濾餅厚度相同的一組平行細(xì)相同的一組平行細(xì)管管垂直的通道，其垂直的通道，其當(dāng)量直徑為當(dāng)量直徑為de可由濾餅的孔隙率可由濾餅的孔隙率和比表面積來表示和比表面積來表示簡化：簡化：化工原理12三、過濾速度和過濾速率三、過濾速度和過濾速率1.1.過濾速度過濾速度( (u) )：單位時(shí)間通過單位過濾面積的濾液體積單位時(shí)間通過單位過濾面積的濾液體積,m,m3 3/(m/(m2 2s)s) AddVu 1uu 2fd32Plu ade)1( la c223P)1(u lu c2e1Pd 化工原理13 LpaKuc 223)1(1 Lpac 2

7、23)1(5層層流流2.2.過濾速率過濾速率( )( )： LpaAVuc223)1 (5ddddV單位時(shí)間獲取的濾液體積單位時(shí)間獲取的濾液體積,m,m3 3/s/sLpAaVc223)1 (5dd過濾速率過濾速率化工原理143.3.濾餅阻力濾餅阻力 LpaAVuc223)1 (5dd322)1(5 ar令令濾餅比阻濾餅比阻( (單位厚度濾餅的阻力單位厚度濾餅的阻力,1/m,1/m2 2) )rLpAVucddrLR Rpc 濾餅阻力濾餅阻力, ,1/m1/m化工原理154.4.過濾介質(zhì)阻力：過濾介質(zhì)阻力：mmRpAVdd過濾過濾速度速度濾餅處：濾餅處： RpAVcdd=過濾介質(zhì)處：過濾介質(zhì)處

8、：總速度：總速度：)()(ddmmmcRRpRRppAV+=+=)(eLLrp meRrL 令令虛擬濾餅厚度虛擬濾餅厚度過濾壓強(qiáng)差過濾壓強(qiáng)差( (當(dāng)量當(dāng)量) )化工原理16說明：說明：當(dāng)操作條件和過濾介質(zhì)一定時(shí)，當(dāng)操作條件和過濾介質(zhì)一定時(shí)， eL為常數(shù)；為常數(shù)；同一介質(zhì)在不同的過濾操作中同一介質(zhì)在不同的過濾操作中eL并不相同并不相同 化工原理17四、過濾基本方程式四、過濾基本方程式1.1.不可壓縮濾餅過濾基本方程式不可壓縮濾餅過濾基本方程式VLA 33mm，濾液體積濾餅體積虛擬虛擬( (當(dāng)量當(dāng)量) )濾液體積濾液體積AVL 同理：同理：AVLee )(ddeLLrpAV )(ddeVVrpAA

9、V+=( (過濾速度過濾速度) ) )(dd2eVVrpAV( (過濾速率過濾速率) )化工原理18)(dd2eVVrpAV 濾餅面積濾餅面積 A p ：推動(dòng)力：推動(dòng)力 u 、r：料漿的物性：料漿的物性討論：討論： A p u化工原理19sprr)(0單位壓強(qiáng)差下的比阻單位壓強(qiáng)差下的比阻壓縮性指數(shù)壓縮性指數(shù)(s=0(s=01)1)(dd012esVVrpAV過濾基本方程過濾基本方程適用適用可壓縮濾餅可壓縮濾餅 不可壓縮濾餅不可壓縮濾餅(s=0)(s=0)2.2.可壓縮濾餅過濾基本方程式可壓縮濾餅過濾基本方程式化工原理20例：已知某懸浮液中固相的質(zhì)量分率為例：已知某懸浮液中固相的質(zhì)量分率為0.1

10、39，固相，固相密度為密度為2200kg/m3，液相為水，每，液相為水，每1m3濾餅中含濾餅中含500kg水，其余全為固相。求濾餅體積與濾液體積水，其余全為固相。求濾餅體積與濾液體積之比之比 。 (1)以以1m3濾餅為基準(zhǔn)。濾餅為基準(zhǔn)。解：解：1m3濾餅中濾餅中 水：水：500kg 固體：固體：體積體積0.5m3需要濾漿的質(zhì)量為需要濾漿的質(zhì)量為 kg7 .7913139. 01100 質(zhì)量質(zhì)量1100kg，化工原理21生成的濾液質(zhì)量為生成的濾液質(zhì)量為 7913.7-500-11006313.7kg 158. 03137. 61 (2)(2)以以1kg懸浮液為基準(zhǔn)懸浮液為基準(zhǔn) 1kg懸浮液中懸浮

11、液中 水：水：0.861kg 固體：固體：0.139kg顆粒體積：顆粒體積： 351032. 62200139. 0m 化工原理22每每1m3濾餅中含濾餅中含500kg水，即固相體積分率為水，即固相體積分率為0.5。濾餅體積：濾餅體積： 34510264. 15 . 01032. 6m濾餅中含水：濾餅中含水： kg0632. 050010264. 14=則則1kg懸浮液生成的濾液質(zhì)量為懸浮液生成的濾液質(zhì)量為158. 010798. 010264. 134=0.861-0.06320.798kg化工原理23(3)(3)設(shè)得到設(shè)得到1m3濾液可得到濾液可得到x m3濾餅濾餅 22005 . 0 x

12、139. 022005 . 0=x10005 . 0+x1000 解得：解得： 158. 0=x化工原理24五、恒壓過濾五、恒壓過濾特點(diǎn)：特點(diǎn)：p p不變不變 ddV)(dd12esVVrpAV)(1 rk 1.1.恒壓過濾方程式恒壓過濾方程式dpkAdVVVse- 12)(l以以)(eVV 作為變量整體作為變量整體)(dd12esVVpkAV)()()(- 12eseedpkAVVdVV化工原理25eV0過濾時(shí)間過濾時(shí)間濾液體積濾液體積邊界條件：邊界條件：)()(2112200esepkAVVeeV+=spkK12eeKAV22e0eeesVeedpkAVVdVV0- 120)()()(化工

13、原理26l以以V+Ve作為變量整體作為變量整體過濾時(shí)間過濾時(shí)間濾液體積濾液體積邊界條件：邊界條件：sepkAVVeeVV122)(210222KAVVVeVVVee0ee0)()()(- 12eseedpkAVVdVV化工原理27eeKAV22=KAVVVe222=+ AVqAeVeq)()(22eeKAVV+=+eeKq2Kqqqe 22)()(2eeKqqeeKAV22)(K)(22eeAVV若介質(zhì)阻力可忽略，即若介質(zhì)阻力可忽略，即 00 eeqV，Kq 222KAV 222KAVVVe化工原理28化工原理292.2.過濾常數(shù)過濾常數(shù)spkK- 12 AeVeq=Kqee2=K物料特性及過

14、濾壓強(qiáng)差決定，物料特性及過濾壓強(qiáng)差決定，sm2過濾常數(shù)過濾常數(shù)同一濾漿：同一濾漿： sppKK1)(eeq 、反映了過濾介質(zhì)阻力大小反映了過濾介質(zhì)阻力大小介質(zhì)常數(shù)介質(zhì)常數(shù)23mmeqse化工原理30變化變化p 可壓縮可壓縮: :不可壓縮：不可壓縮：eeqK,均變化均變化 eK,eq不變不變 變化變化 濾布阻力不變，即濾布阻力不變，即 emrLR =恒定，r0常數(shù)=esqpqpres0=化工原理31例例1：已知，：已知， p=9.81 l03Pa，水，水 =1.0 10-3Pa s，濾餅不可壓縮，濾餅不可壓縮，過濾介質(zhì)阻力可忽略。求過濾介質(zhì)阻力可忽略。求(1)q=1.5m3/m2時(shí)的時(shí)的 ；(2

15、) =2 時(shí)，可再得多少濾液時(shí)，可再得多少濾液?，33/mm333. 0 2101/m 10333. 1 r解：解： (1)(1)0rr , 0 sspkK 12Kq2 (2)(2)Kqqq=新濾液量sm1042. 42230rps509 23/mm12. 22K23/mm62. 05 . 112. 2 化工原理32例例2：有一板框過濾機(jī)，：有一板框過濾機(jī)，p1.5atm下恒壓過濾某下恒壓過濾某一種懸浮液，一種懸浮液，2小時(shí)后得濾液小時(shí)后得濾液40m3，過濾介質(zhì)阻力，過濾介質(zhì)阻力可忽略不計(jì)。可忽略不計(jì)。(1)其它條件不變，過濾面積加倍，可其它條件不變，過濾面積加倍，可得濾液多少？得濾液多少？(

16、2) p加倍，濾餅可壓縮，壓縮指數(shù)加倍，濾餅可壓縮，壓縮指數(shù)0.25，2小時(shí)后可得濾液多少？小時(shí)后可得濾液多少？(3)其它條件不變，其它條件不變，操作時(shí)間縮短操作時(shí)間縮短1小時(shí)，可得濾液多少？小時(shí)，可得濾液多少？解：解：(1)(1)恒壓過濾，阻力忽略不計(jì)恒壓過濾，阻力忽略不計(jì)22KAVspkK 12rk1=料漿定，料漿定，k k為定值為定值 1212AAVV 312802402mVV 化工原理33(2) (2) p 變，變，K K改變改變212Apks22KAVsppVV 112212)()(225. 011212)( ppVV31252297. 140297. 1mVV (3)操作時(shí)間縮短操

17、作時(shí)間縮短1小時(shí)，小時(shí)，K不變不變21)(12212VV1221VV 297. 12375. 0 33 .28707. 040m 化工原理34六、恒壓過濾常數(shù)的測定六、恒壓過濾常數(shù)的測定1.1.恒壓下恒壓下 的測定：的測定：eeqK,)()(2eeKqq+=+Kqqqedd)(2=+22ddeqKqKq+=eqKqKq22化工原理35eqKqKq22K2斜斜率率KeqK2截截距距eqKqee2eqq化工原理36 )(sq)(lVq /q 1231V2V3V1q2q3q1231q2q 3q 11/q22/ q33/ q000化工原理37qq化工原理382. 2. 的測定：的測定：ks和和spkK

18、 12)2lg()lg()1 (lgkpsK+=sk和和畫圖畫圖化工原理39例3：以小型板框壓濾機(jī)對(duì)碳酸鈣顆粒在水中的懸浮液進(jìn)行過濾試驗(yàn)，測得數(shù)據(jù)列于下表，已知過濾面積為0.093m2,求（1）過濾壓強(qiáng)為1.05kgf/cm2時(shí)的過濾常數(shù)K、qe及e ;(2)濾餅的壓縮性指數(shù)s; (3)若濾布阻力不變，試寫出此濾漿在過濾壓強(qiáng)差為2.0kgf/cm2時(shí)的過濾方程式。過濾壓強(qiáng)差p,Kgf/cm2過濾時(shí)間,s濾液體積V,m31.05502.2710-36009.1010-33.5017.12.2710-32339.1010-3化工原理40解：解：(1)(1)求求 kPap103 =下的下的 eeqK

19、 ,Kqqqe 222093. 0mA 50093. 01027. 22)093. 01027. 2(11323=+Kqe660093. 0101 . 92)093. 0101 . 9(11323 Kqe2331/1091. 3mmqe smK/10572. 1251 1211/Kqee=s971. 010572. 1)1091. 3(523 化工原理41(2)(2)濾餅的壓縮性指數(shù)濾餅的壓縮性指數(shù)S SsmKkPap/10572. 11032511 時(shí)時(shí)，1 .17093. 01027. 22)093. 01027. 2(22323 Kqe233093. 0101 . 92)093. 010

20、1 . 9(22323 KqesmKmmqe/10355. 4/1005. 32522332=?4 .34322 KkPap時(shí)時(shí)，化工原理42s 155)4 .343103(10355. 410572. 1解得：解得： S0.153(3)(3)若濾布阻力不變，試寫出在若濾布阻力不變，試寫出在 kPap2 .196 時(shí)的過濾方程式時(shí)的過濾方程式 153. 013131)( ppKK153. 0135)2 .196103(10572. 1 KsmK/10714. 2253 sppKK12121)(=化工原理43濾布阻力不變，即濾布阻力不變，即 emrLR 恒恒定定， r常數(shù)=esqpsepq-15

21、3. 01313)1032 .196( ）（seeppqqsmqe/10544. 3)1032 .196(1091. 323153. 033 sKqee463. 010714. 2)10544. 3(/5233233)463. 0(10714. 2)10544. 3(523q常常數(shù)數(shù) esqpr化工原理44第三節(jié)第三節(jié) 過濾過濾七、過濾設(shè)備七、過濾設(shè)備1.1.板框壓濾機(jī)板框壓濾機(jī) 間歇式間歇式化工原理45l 板板框框結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)l組裝順序組裝順序化工原理46l過濾階段過濾階段l洗滌階段洗滌階段化工原理47l濾液排出方式濾液排出方式 管管一一起起排排出出各各板板流流出出濾濾液液匯匯集集于于總總暗暗流

22、流液液用用濾濾板板底底部部側(cè)側(cè)管管均均排排濾濾明明流流:l洗滌方式：橫穿洗滌法洗滌方式：橫穿洗滌法AA21W EW)(2)(eeLLLL 化工原理48l型號(hào)：型號(hào)：B M S 20/635-25板框壓濾機(jī)板框壓濾機(jī)明流式明流式(A暗流式暗流式)手動(dòng)壓緊手動(dòng)壓緊(Y液壓壓緊液壓壓緊)框厚框厚25mm框內(nèi)每邊長框內(nèi)每邊長635mm過濾面積過濾面積20m2化工原理49化工原理50化工原理512.2.轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī) 連續(xù)式連續(xù)式l 結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)化工原理52轉(zhuǎn)筒及分配頭：轉(zhuǎn)筒及分配頭：化工原理53l 工工作作原原理理1-71-7過濾區(qū)過濾區(qū)8-10 8-10 吸干區(qū)吸干區(qū)f f槽槽 濾液通路濾

23、液通路11 11 不工作區(qū)不工作區(qū) 不與任何凹槽相連不與任何凹槽相連12-1312-13 洗滌區(qū)洗滌區(qū)14 14 吸干區(qū)吸干區(qū)g g槽槽 洗液通路洗液通路15 15 不工作區(qū)不工作區(qū)16-1716-17吹松區(qū)、卸料區(qū)吹松區(qū)、卸料區(qū) h h槽槽 壓縮空氣壓縮空氣18 18 不工作區(qū)不工作區(qū)與真空與真空管相連管相連化工原理54化工原理553 3、加壓葉濾機(jī)、加壓葉濾機(jī)化工原理564、帶式過濾機(jī)、帶式過濾機(jī)化工原理575 5、三足式離心過濾機(jī)葉濾機(jī)、三足式離心過濾機(jī)葉濾機(jī)化工原理586 6、袋式過濾機(jī)、袋式過濾機(jī)化工原理59灰塵灰塵含塵氣體含塵氣體凈化氣體凈化氣體灰塵灰塵灰塵灰塵重力沉降室重力沉降室

24、旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器袋濾器袋濾器離心風(fēng)機(jī)離心風(fēng)機(jī)含塵氣體的分離系統(tǒng)含塵氣體的分離系統(tǒng)化工原理607、深床過濾、深床過濾化工原理61八、濾餅的洗滌八、濾餅的洗滌1.1.洗滌速率：洗滌速率：洗滌時(shí)：洗滌時(shí)：單位時(shí)間消耗的洗水容積，單位時(shí)間消耗的洗水容積，m m3 3/s/swwVVW)dd( W若若恒定恒定p 恒恒定定eLL W)dd(V定值定值EW)dd()dd(VVEW)( pp 化工原理62dKAdVVVe2E)(2)()(22eEeKAVVE2)(2)(eEVVKAddVEesEesEVVrpALLrpAV)()()dd(01201過濾終了時(shí)過濾速率（恒壓操作）：過濾終了時(shí)過濾速率（恒壓操

25、作）：E2)(2eVVKA1 1、2 2、化工原理63l置換洗滌時(shí)置換洗滌時(shí)EW)()(eeLLLL AA W EW)dd()dd(VVE2)(2eVVKA l橫穿洗滌時(shí)橫穿洗滌時(shí)EW)(2)(eeLLLL AA21W E2EW)(8)dd(41)dd(eVVKAVV化工原理64l洗滌時(shí)間：洗滌時(shí)間：WWW)d(dVV若若 WEW)( pp )(WWWWpp則 或或 化工原理65九、過濾機(jī)的生產(chǎn)能力九、過濾機(jī)的生產(chǎn)能力1.1.間歇過濾機(jī)的間歇過濾機(jī)的Q ：生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力( (Q) )單位時(shí)間獲取的濾液體積，單位時(shí)間獲取的濾液體積，m3/hTVQ3600 DWT 操作操作周期周期過濾過濾時(shí)間時(shí)

26、間洗滌洗滌時(shí)間時(shí)間輔助輔助時(shí)間時(shí)間hm,36003DWVQ化工原理66例：用框數(shù)為例：用框數(shù)為26的的BMS20/635-25壓濾機(jī)恒壓過濾壓濾機(jī)恒壓過濾每升水中含每升水中含25g固相的懸浮液固相的懸浮液,料漿溫度為料漿溫度為25oC,已已知，知， , 。每次過濾。每次過濾完畢用清水洗滌濾餅完畢用清水洗滌濾餅,洗水溫度及表壓與濾漿相同洗水溫度及表壓與濾漿相同而體積為濾液的而體積為濾液的8%。輔助操作時(shí)間為。輔助操作時(shí)間為l5min。已知。已知固相密度固相密度2930kg/m3,餅密度餅密度1930kg/m3。求。求Q。 /sm10678. 124 K23/mm0217. 0 eqTVQ3600

27、 VT恒壓過濾方程恒壓過濾方程WD化工原理67解：解：22m21262635. 0 A過濾面積過濾面積32m262. 026025. 0635. 0 濾框總?cè)莘e濾框總?cè)莘e假設(shè)假設(shè)1m1m3 3濾餅含濾餅含x kgkg水水, ,則則1100029301930 xxkg518 x(1)(1)求求V1m1m3 3濾餅對(duì)應(yīng)濾漿質(zhì)量濾餅對(duì)應(yīng)濾漿質(zhì)量kg57890251025)5181930( 1m1m3 3濾餅對(duì)應(yīng)濾液質(zhì)量濾餅對(duì)應(yīng)濾液質(zhì)量kg55960193057890 化工原理681m1m3 3濾餅對(duì)應(yīng)濾液體積濾餅對(duì)應(yīng)濾液體積3m96.55100055960 濾餅充滿濾框時(shí)對(duì)應(yīng)的濾液體積濾餅充滿濾框時(shí)對(duì)應(yīng)的濾液體積3m66.14262. 096.55 V過濾終了時(shí)的過濾終了時(shí)的q值值23mm6981. 02166.14 AVq(2)(2)求求)()(2eeKqq恒壓過濾方程式恒壓過濾方程式)81. 2(10678. 1)0217. 06981. 0(42s3085化工原理69(3)(3)求求WVVW%8 3173. 166.1408. 0m EW)dd(41)dd(VVE2)(241eVVKA sm /10119. 634 34557. 0210217. 0mAqVee