化工原理第三章第三節(jié)講稿ppt課件

1、第三章第三章 非均相物系分別非均相物系分別一、過濾操作的根本概念一、過濾操作的根本概念二、過濾根本方程式二、過濾根本方程式三、恒壓過濾三、恒壓過濾四、過濾常數的測定四、過濾常數的測定五、過濾設備五、過濾設備六、濾餅的洗滌六、濾餅的洗滌七、過濾機的消費才干七、過濾機的消費才干第三節(jié)第三節(jié) 過濾過濾一、過濾操作的根本概念一、過濾操作的根本概念1、過濾的概念、過濾的概念過濾過濾 利用能讓液體經過而截留固體顆粒的多孔介質過濾介質，使懸浮液中固液得到分別的單元操作。 過濾操作中所處置的懸浮液 濾漿 經過多孔介質的液體 濾液 被截留住的固體物質 濾渣濾餅 實現過濾操作的外力有重力、壓力、離心力， 化工中運

2、用最多的是壓力過濾。 2、過濾方式過濾 深層過濾 濾餅過濾 固體顆粒的堆積發(fā)生在較厚的粒狀過濾介質床層內部，懸浮液中的顆粒直徑小于床層直徑，當顆粒隨流體在床層的曲折孔邊穿過時，便粘附在過濾介質上。 適用于懸浮液中顆粒甚小且含量甚微固相體積分率在0.1%以下的場所 固體顆粒成餅層狀堆積于過濾介質外表，構成濾餅 適用于處置固相含量稍高固相體積分率在1%以上的懸浮液。 3、過濾介質、過濾介質 過濾介質是濾餅的支承物，應具有以下條件：過濾介質是濾餅的支承物，應具有以下條件： a) 多孔性，孔道適當的小，對流體的阻力小，又多孔性，孔道適當的小，對流體的阻力小，又能截住要分別的顆粒。能截住要分別的顆粒。

3、b) 物理化學性質穩(wěn)定，耐熱，耐化學腐蝕。物理化學性質穩(wěn)定，耐熱，耐化學腐蝕。 c)足夠的機械強度，運用壽命長足夠的機械強度，運用壽命長 d) 價錢廉價價錢廉價工業(yè)常用的過濾介質主要有工業(yè)常用的過濾介質主要有 a) 織物介質：又稱濾布，包括有棉、毛、絲等天織物介質：又稱濾布，包括有棉、毛、絲等天然纖維，玻璃絲和各種合成纖維制成的織物，以然纖維，玻璃絲和各種合成纖維制成的織物，以及金屬絲織成的網及金屬絲織成的網能截留的粒徑的范圍較寬，從幾十能截留的粒徑的范圍較寬，從幾十m到到1m。優(yōu)點：織物介質薄，阻力小，清洗與更新方便，價錢比較廉價，是工業(yè)上運用最廣泛的過濾介質。b)多孔固體介質：如素燒陶瓷，

4、燒結金屬塑料細粉粘成的多孔塑料，棉花餅等 這類介質較厚，孔道細，阻力大，能截留13m的顆粒。c) 堆積介質：由各種固體顆粒砂、木炭、石棉粉等或非編織的纖維玻璃棉等堆積而成，層較厚。d) 多孔膜：由高分子資料制成，膜很薄幾十m到200m，孔很小，可以分別小到0.05m的顆粒,運用多孔膜的過濾有超濾和微濾。4、助濾劑 濾餅不可緊縮濾餅: 顆粒有一定的剛性，所構成的濾餅并不因所受的壓力差而變形 可緊縮濾餅: 顆粒比較軟，所構成的濾餅在壓差的作用下變形，使濾餅中的流動通道變小，阻力增大。參與助濾劑可減少可緊縮濾餅的流動阻力參與方法預涂 將助濾劑混在濾漿中一同過濾 用助濾劑配成懸浮液，在正式過濾前用它進

5、展過濾，在過濾介質上構成一層由助濾劑組成的濾餅。 二、過濾根本方程式二、過濾根本方程式1、濾液經過餅層的流動、濾液經過餅層的流動 空隙率空隙率:單位體積床層中的空隙體積，用單位體積床層中的空隙體積，用表示。表示。 =空隙體積空隙體積 / 床層體積床層體積 m3/m3顆粒比外表積：單位體積顆粒所具有的外表積，用顆粒比外表積：單位體積顆粒所具有的外表積，用a表示。表示。 a=顆粒外表積顆粒外表積 / 顆粒體積顆粒體積 de=4水力半徑水力半徑=4管道截面積管道截面積 / 潤濕周邊潤濕周邊顆粒床層的當量直徑可寫為：顆粒床層的當量直徑可寫為：de流通截面積流道長度潤濕周邊長度流道長度de流道容積流道外

6、表積 取面積為1m2厚度為1m 的濾餅思索：床層體積111m3 流道容積1m3 流道外表積顆粒體積顆粒比外表1a m2所以床層的當量直徑為 ：濾液經過餅層的流動常屬于層流流型 ，lpdu322 )1 (ade(1)濾液經過餅床層的流速與壓強降的關系為： 21Lpduce2 在與過濾介質層相垂直的方向上床層空隙中的濾液流速u1與按整個床層截面積計算的濾液平均流速u之間的關系為 ： /1uu 3 將1、3代入2并寫成等式 )()1 (1223LpaKuc 比例常數K與濾餅的空隙率、粒子外形、陳列及粒度范圍等要素有關。對于顆粒床層的層流流動，K值可取為5。 )()1 (5223LPauc過濾速度表達

7、式過濾速度表達式2、過濾速率、過濾速率 過濾速率過濾速度單位時間經過單位過濾面積的濾液體積 單位時間獲得的濾液體積稱為過濾速率 定義)()1 (5223LPaAddVuc)()1 (5223LPAaddVc表達式3、濾餅的阻力、濾餅的阻力 令 322)1 (5ar濾餅的比阻，1/m2 rLPAddVc(4)令 rLR 濾餅阻力rLPAddVc5速率推進力阻力 由RrL可知，比阻r是單位厚度濾餅的阻力， 數值上等于粘度為1Pa.s的濾液以1m/s的平均流速經過厚度為1m的濾餅層時，所產生的壓強降 。 反映了顆粒外形、尺寸及床層空隙率對濾液流動的影響 床層空隙率愈小及顆粒比外表積愈大，那么床層愈致

8、密，對流體流動的阻滯作用也愈大。4、過濾介質的阻力 過濾介質的阻力也與其厚度及本身的致密程度有關，通常把過濾介質的阻力視為常數。 濾液穿過過濾介質層的速度關系式 ：mmRPAddV 式中：P=PC+Pm，代表濾餅與過濾介質兩側的總壓強降，稱為過濾壓強差。也稱為過濾設備的表壓強 。 可用濾液經過串聯的濾餅與過濾介質的總壓強降來表示過濾推進力，用兩層的阻力之和來表示總阻力。 )()(mmmcRRpRRppAddV(6)想象以一層厚度為Le的濾餅來替代過濾介質， meRrL 故6式可寫為 ）（7 )()(eeLLrPrLrLPAddV式中：Le過濾介質的當量濾餅厚度，或稱為虛擬濾餅厚度，m 在一定的

9、操作條件下，以一定介質過濾一定懸浮液時，Le為定值，但同一介質在不同的過濾操作中，Le值不同。5、過濾根本方程式、過濾根本方程式 濾餅厚度濾餅厚度L與當時曾經獲得的濾液體積與當時曾經獲得的濾液體積V之間的關系為：之間的關系為： cVLA AcVL c濾餅體積與相應的濾液體積之比，無因次，m3/m3 。同理 ：AcVLeeVe過濾介質的當量濾液體積，或稱虛擬濾液體積，m3 在一定的操作條件下，以一定介質過濾一定的懸浮液時，Ve為定值，但同一介質在不同的過濾操作中，Ve值不同。7式就可以寫成 )(AVVrcPAddVe)(2eVVrcPAddV過濾速率的普通關系式 可緊縮濾餅的情況比較復雜，它的比

10、阻是兩側壓強差的函數， sPrr)( s濾餅的緊縮性指數，無因次。s=01,對于不可緊縮濾餅，s=0。 對于可緊縮濾餅，過濾速率 )(12esVVcrPAddV過濾根本方程式過濾根本方程式適用于可緊縮濾餅及不可緊縮濾餅。 對于不可緊縮濾餅，s=0。三、恒壓過濾三、恒壓過濾 恒壓過濾：在恒定壓強差下進展的過濾操作。 恒壓過濾時，濾餅不斷變厚致使阻力逐漸添加。但推進力P恒定，過濾速率逐漸變小。 對于一定的懸浮液，,r及c均可視為常數。 crk1令k表征過濾物料特性的常數，m4/N.s。 )(12esVVcrPAddV那么過濾速率變?yōu)椋篹sVVPkAddV12積分得 ：dPkAVVse12)(假定獲

11、得體積為Ve濾液所需的虛擬過濾時間為e,那么積分的邊境條件為： 過濾時間 濾液體積 0 e 0Ve e+e VeV+Ve)()()(0120eeeseVedPkAVVdVV)()()(12eeeeesVVVeedPkAVVdVV積分兩式，并令 K=2kP1-s 22KAVe222KAVVVe兩式相加，得：)()(22eeKAVV恒壓過濾方程式恒壓過濾方程式 闡明：恒壓過濾時，濾液體積與過濾時間的關系為拋物線方程 當介質阻力可以忽略時，Ve=0，e=0，過濾方程式那么變?yōu)?22KAVAVqAVqee及令eeKq2Kqqqe 22）（）（eeKqq2 恒壓過濾方程恒壓過濾方程K 過濾常數 由物料特

12、性及過濾壓強差所決議 ，m2/s e和qe 介質常數 反映過濾介質阻力大小 ，s及m3/m2 當介質阻力可以忽略時，Kq 2例例：過濾一種固體顆體積分數為0.1的懸浮液,濾餅含水的體積分數為0.5,顆粒不可緊縮,經實驗測定濾餅比阻為1.31011m-2,水的粘度為1.010-3Pa.s。在壓強差恒為9.8104Pa的條件下過濾,假設濾布阻力可以忽略,試求：1每m2過濾面積上獲得1.5m3濾液所需的過濾時間。2如將此過濾時間延伸一倍,可再得濾液多少？解：1過濾時間33/25. 05 . 0/1 . 0115 . 0/1 . 01mmcsmcrPKs/10625. 0103 . 1100 . 11

13、081. 92223113401濾布阻力可忽略 Kq 2sKq3221065 . 1 s3752)求過濾時間加倍時的濾液量s75037522Kq3312. 2750106m5 . 112. 2qq23/62. 0mm四、過濾常數的測定四、過濾常數的測定 1、恒壓下、恒壓下K、qe、e的測定的測定 實驗原理：實驗原理： 由恒壓過濾方程 )()2eeKqq（微分 Kddqqqe)(2eqKqKq22 對于一定恒壓下過濾的懸浮液，測出延續(xù)的時間及濾液的累計量q按單位面積計的數據，然后算出一系列的與q的對應值qqq000011q11q11q22q1212qq 1212qq 然后在直角坐標紙上以/q為縱

14、坐標，以q為橫坐標進展標繪，可得到一斜率為2/K，截距為2qe/K的直線。eeKq2求得e2、緊縮性指數、緊縮性指數s的測定的測定 由 spkK12兩端取對數，得 )2lg()lg()1 (lgkpsKcrk1常數lgK與lg(p)的關系在對數坐標紙上標繪時應是直線,直線的斜率為1-s，截距為lg(2k)。由此可得到濾餅的緊縮性指數s及物料特性常數k。 五、過濾設備五、過濾設備 1、板框壓濾機、板框壓濾機1板框壓濾機的構造板框壓濾機的構造 由許多塊帶凹凸紋路的濾板與濾框交替陳由許多塊帶凹凸紋路的濾板與濾框交替陳列組裝于機而列組裝于機而構成。構成。 濾板和濾框多做成正方形濾板和濾框多做成正方形

15、，角上均開有小，角上均開有小孔，組合后即孔，組合后即構成供濾漿和洗滌水流通的孔道。構成供濾漿和洗滌水流通的孔道。濾框的兩側覆以濾布，圍成包容濾漿及濾餅濾框的兩側覆以濾布，圍成包容濾漿及濾餅的空間。的空間。 濾板的作用：支持濾布和提供濾液流出的通道。 濾板洗滌板：非洗板： 濾框：二鈕 濾板與濾框裝合時，按鈕數以1-2-3-3-1-2的順序陳列。 三鈕板 一鈕板 2板框壓濾機的操作板框壓濾機的操作 板框壓濾機為間歇操作，每個操作循環(huán)由裝合、過濾、板框壓濾機為間歇操作，每個操作循環(huán)由裝合、過濾、洗滌、卸餅、清理洗滌、卸餅、清理5個階段組成。個階段組成。 懸浮液在指定壓強下經濾漿通路由濾框角上的孔道并

16、行懸浮液在指定壓強下經濾漿通路由濾框角上的孔道并行進入各個濾框，進入各個濾框， 濾液分別穿過濾框兩側的濾布，沿濾板板面的溝道至濾濾液分別穿過濾框兩側的濾布，沿濾板板面的溝道至濾液出口排出。液出口排出。 顆粒被濾布截留而堆積在濾布上，待濾餅充溢全框后，顆粒被濾布截留而堆積在濾布上，待濾餅充溢全框后，停頓過濾。停頓過濾。 三三鈕鈕洗洗滌滌板板 洗滌時，先將洗滌板上的濾液出口封鎖 ，洗滌水經洗水通路從洗滌半角上的孔道并行進入各個洗滌板的兩側。 洗滌水在壓差的推進力下先穿過一層濾布及整個框厚的濾餅，然后再穿過一層濾布，最后沿濾板一鈕板板面溝道至濾液出口排出。稱為橫穿洗滌法，它的特點是洗滌水穿過的途徑正

17、好是過濾終了時濾液穿過途徑的二倍。板框壓濾機的優(yōu)點：構造簡單，制造容易，設備緊湊，過濾面積大而占地小，操作壓強高，濾餅含水少，對各種物料的順應才干強。缺陷是間歇手工操作，勞動強度大，消費效率低。2、加壓葉濾機、加壓葉濾機 葉濾機是由許多不同寬度的長方形濾葉裝合而成葉濾機是由許多不同寬度的長方形濾葉裝合而成。濾葉由金屬絲網制造，內部具有空間，外罩濾布。濾葉由金屬絲網制造，內部具有空間，外罩濾布。 葉濾機也為間歇操作，過濾時濾葉安裝在能接受葉濾機也為間歇操作，過濾時濾葉安裝在能接受內壓的密閉機殼內。濾漿用泵送到機殼內，穿過濾內壓的密閉機殼內。濾漿用泵送到機殼內，穿過濾布進入絲網構成的中空部分，然后

18、聚集到下部總管布進入絲網構成的中空部分，然后聚集到下部總管而后流出。顆粒堆積在濾布上，構成濾餅，當濾餅而后流出。顆粒堆積在濾布上，構成濾餅，當濾餅積到一定厚度，停頓過濾。積到一定厚度，停頓過濾。 洗滌時，洗水的途徑與濾液一樣，這種洗滌方法洗滌時，洗水的途徑與濾液一樣，這種洗滌方法稱為置換洗滌法。稱為置換洗滌法。 葉濾機的優(yōu)點是設備緊湊，密閉操作，勞動條件葉濾機的優(yōu)點是設備緊湊，密閉操作，勞動條件較好，每次循環(huán)濾布不用裝卸，勞動力較省。較好，每次循環(huán)濾布不用裝卸，勞動力較省。 3、轉筒真空過濾機、轉筒真空過濾機1轉筒真空過濾機的構造轉筒真空過濾機的構造 轉筒真空過濾機是工業(yè)上運用最廣的一種延續(xù)操

19、轉筒真空過濾機是工業(yè)上運用最廣的一種延續(xù)操作的過濾設備。設備的主體是一個能轉動的程度圓作的過濾設備。設備的主體是一個能轉動的程度圓筒，圓筒外表有一層金屬網，網上覆蓋濾布，筒的筒，圓筒外表有一層金屬網，網上覆蓋濾布，筒的下部進入濾漿中，圓筒沿徑向分割成假設干扇形格下部進入濾漿中，圓筒沿徑向分割成假設干扇形格，每個都有單獨的孔道通至分配頭上。圓筒轉動時，每個都有單獨的孔道通至分配頭上。圓筒轉動時，憑仗分配頭的作用使這些孔道依次分別與真空管，憑仗分配頭的作用使這些孔道依次分別與真空管及緊縮空氣管相通，因此在回轉一周的過程中每個及緊縮空氣管相通，因此在回轉一周的過程中每個扇形格外表即可順序進展過濾、洗

20、滌、吸干、吹松扇形格外表即可順序進展過濾、洗滌、吸干、吹松、卸餅等項操作、卸餅等項操作 2分配頭的構造及任務原理分配頭的構造及任務原理 分配頭由嚴密貼合著的轉動盤與固定盤構成，轉動盤隨分配頭由嚴密貼合著的轉動盤與固定盤構成，轉動盤隨筒體一同旋轉，固定盤內側面各凹槽分別與各種不同作用筒體一同旋轉，固定盤內側面各凹槽分別與各種不同作用的管道相通。的管道相通。 如圖。如圖。 當扇形格當扇形格1開場進入濾漿內時，轉動盤上相應的小孔道開場進入濾漿內時，轉動盤上相應的小孔道與固定盤上的凹槽與固定盤上的凹槽f相對，從而與真空管道連通，吸走濾液相對，從而與真空管道連通，吸走濾液。圖上扇形格。圖上扇形格1至至7

21、所處的位置稱為過濾區(qū)。扇形格轉出濾所處的位置稱為過濾區(qū)。扇形格轉出濾漿槽后，仍與凹槽漿槽后，仍與凹槽f相通，繼續(xù)吸干殘留在濾餅中的濾液。相通，繼續(xù)吸干殘留在濾餅中的濾液。扇形格扇形格8至至10所處的位置稱為吸干區(qū)。所處的位置稱為吸干區(qū)。扇形格轉至12的位置時，洗滌水噴灑于濾餅上，此時扇形格與固定盤上的凹槽g相通，經另一真空管道吸走洗水。扇形格12、13所處的位置稱為洗滌區(qū)。扇形格11對應于固定盤上凹槽f與g之間,不與任何管道相連通，該位置稱為不任務區(qū)。 當扇形格由一區(qū)轉入另一區(qū)時，因有不任務區(qū)的存在，使操作區(qū)不致相互串通。扇形格14的位置稱為吸干區(qū)，15為不任務區(qū)。扇形格16、17與固定盤凹槽

22、h相通，與緊縮空氣管道相連，緊縮空氣從內向外穿過濾布而將濾餅吹松，隨后由刮刀將濾餅卸除。扇形格16、17的位置稱為吹松區(qū)及卸料區(qū)，18為不任務區(qū)。如此延續(xù)運轉，整個轉筒外表上便構成了延續(xù)的過濾操作。 轉筒的過濾面積普通為540m2，浸沒部分占總面積的30%40%。轉速可在一定范圍內調整，通常為0.13r/min。濾餅厚度普通堅持在40mm以內，轉筒過濾機所得濾餅中的液體含量很少低于10%，?？蛇_30%左右。 轉筒真空過濾機的優(yōu)點是能延續(xù)自動操作，省人力，消費才干大，適用于處置易含過濾顆粒的濃懸浮液。 缺陷是附屬設備較多，投資費用高，過濾面積不大。過濾推進力有限，不易過濾高溫的懸浮液。 六、濾餅

23、的洗滌六、濾餅的洗滌 濾餅洗滌的目的：為了回收濾餅里存留的濾液，或者凈 化構成濾餅顆粒。1、洗滌速率、洗滌速率 洗滌速率：洗滌速率： 單位時間內耗費的洗水容積 ，以 wddV)/(表示。 洗滌時間：wwwddVV)( 洗滌速率與過濾終了時的過濾速率有關，這個關系取決于濾液設備上采用的洗滌方式。 葉濾機采用的置換洗滌法，洗水與過濾終了時的濾液流過的途徑就完全一樣。 當操作壓強差和洗水與濾液粘度一樣時 )(2)()(2,eEwVVKAddVddV終 板框過濾機采用的是橫穿洗滌法，洗水橫穿兩層濾布及整個厚度的濾餅，流徑長度約為過濾終了時濾液流動的兩倍。而供洗水流通的面積僅為過濾面積的一半 EeweL

24、LLL)(2)(AAw21當操作壓強差和洗水與濾液粘度一樣時 )( 221)(1eswLLrPAddVEddV)(41)(82eVVKA當洗水粘度、洗水表壓與濾液粘度、過濾壓強差有明顯差別時，所需的過濾時間可進展校正。)(wwwwPP七、過濾機消費才干的計算七、過濾機消費才干的計算過濾機的消費才干過濾機的消費才干 ：單位時間的濾液體積或濾渣體積，m3/s 1、間歇過濾機的計算、間歇過濾機的計算 一個操作周期時間為一個操作周期時間為RWT消費才干為RWVQ在間歇過濾機的消費中，總是力求獲得最大的消費才干，因此，對于間歇過濾過程來說，合理選擇每個循環(huán)中的過濾時間，可以得到最大的消費才干。由 222

25、KAVVVe恒壓過濾時，每次過濾所需時間 VKAVVKAe22221對于葉濾機 ,令J為洗滌液量與濾液量的比值，那么洗滌液量為JV，洗滌時間為:VKAJVVKAJew222222ReeVKAJVVKAJVKAVVKAVQ22222222221 以對V求導，令 0dVd，得22221KAJKAVR 2122222VKAJVKAR消費才干最大的條件假設過濾介質阻力可以忽略不計，可得 )21 (JR時，消費才干最大 。即 wR。如不進展洗滌，那么 R時，消費才干最大。 對于板框壓濾機，也可用此法求最大消費才干，但是，由于洗滌速率與最終過濾速率不同, 2122222VKAJVKAR2J2應改為8J2。

26、例：用一臺BMS/625-26板框壓濾機過濾一種含固體顆粒為25kg/m3的懸浮液，在過濾機入口處濾漿的表壓為3.39105Pa,已測得在此壓力下K=1.8610-4，qe=0.0282，所用濾布與實驗時的一樣，料漿溫度為25， 每次過濾到濾餅充溢濾框為止，然后用清水洗滌濾餅，洗水溫度及表壓與濾漿一樣，體積為濾液體積的8%，每次卸渣，清理，裝合等輔助操作時間為15min。知固相顆粒密度為2930kg/m3，又測得濕濾餅的密度為1930kg/m3。求此板框壓濾機的消費才干，并討論此板框壓濾機能否在最正確操作形狀下操作。解： 總過濾面積 228 .20262625. 0mA濾框總容積 3262.

27、026025. 0625. 0Vm 知1m3濾餅的質量為1930kg，其中含水x kg,水的密度按1000kg/m3思索。 1100029301930 xxx=518kg1m3濾餅中固相顆粒質量為1930-518=1412 kg設每1m3濾液中含水ykg 12930251000y y=991.5 kg 生成1m3濾餅所需的濾漿質量為 kg5741225255 .9911412生成1m3濾餅的濾液的質量為：57412-1930=55482kg濾液體積為: 348.55100055482m濾框全部充溢時的濾液體積為354.14262. 048.55mV過濾終了時單位面積濾量為 23/699. 08

28、 .2054.14mmAVq代入 Kqqqe22421086. 10282. 02qqs2835過濾終了時濾液的速率 669. 0669. 0)(2qeqqqKddqsm/1028. 10282. 0669. 0121086. 144洗滌液體積 3763. 154.1408. 008. 0mVVW)(41ddVVWWEddq)/(8 .2041163. 14106 . 6163. 1s1746消費才干 90017462836360054.14Qhm /1 .103)08. 081 (82.201086. 152KAaVKAD根據獲得最大消費才干的要求，輔助操作時間應為s4308