(化工原理)第三節(jié)-過濾課件

1、(化工原理）第三節(jié) 過濾3-3-1 過濾操作的基本概念-1 過濾是以某種多孔物質(zhì)作為介質(zhì)來處理懸浮液的操作。在外力的作用下,懸浮液中的液體通過介質(zhì)的孔道而固體顆粒被截留下來,從而實現(xiàn)固、液分離.過濾操作的基本概念-2一、過濾方式餅層過濾 深床過濾 架橋現(xiàn)象 過濾操作的基本概念-3二、過濾介質(zhì) 應(yīng)具有足夠的機械強度盡可能小的流動阻力具有耐腐蝕性和耐熱性過濾介質(zhì)主要有以下幾類 ：1.織物介質(zhì)（又稱濾布）2.粒狀介質(zhì)3.多孔固體介質(zhì) 過濾操作的基本概念-4三、濾餅的壓縮性和助濾劑不可壓縮性濾餅 可壓縮性濾餅 助濾劑 助濾劑的基本要求如下：(1)應(yīng)是能夠形成多孔床層的細小顆粒,以使濾餅有良好的滲透性及

2、較低的流動阻力。過濾操作的基本概念-5(2)應(yīng)具有化學(xué)穩(wěn)定性,不與懸浮液發(fā)生化學(xué)反應(yīng),也不溶解于液相之中。(3)在過濾操作的壓差范圍內(nèi)，應(yīng)具有不可壓縮性，以保持較高的空隙率。 (4)以獲取濾液為過濾目的。3-3-2 過濾基本方程式-1 一、濾液通過濾餅層的流動 對于顆粒床層中不規(guī)則的通道，可簡化成長度為L的一組平行細管。濾液通過濾餅層的流動取面積為1m2，厚度為1m的濾餅考慮： 床層體積=11=1（m3）假設(shè)細管的全部流動空間等于床層的空隙體積 流道容積(即空隙體積)=1=（m3）若忽略床層中因顆粒相互接觸而彼此覆蓋的表面積,則流道表面積= 顆粒體積顆粒比表面= 1（1-）a （m2）濾液通過

3、濾餅層的流動所以床層的當量直徑為 ：濾液通過濾餅的流動為滯流流型，泊謖葉公式為 ： 濾液通過濾餅層的流動式中u圓管內(nèi)滯流流體的平均流速,m/s;d管道內(nèi)徑,m;l管道長度,m;p流體通過管道時產(chǎn)生的壓強降,N/ m2流體粘度,Ns/m2。濾液通過濾餅層的流動在與過濾介質(zhì)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濾液平均流速u之間的關(guān)系為： 濾液通過濾餅層的流動對于顆粒床層內(nèi)的滯流流動,K值可取為5,于是： 2過濾速率二、過濾速率22濾餅的阻力三、濾餅的阻力 2過濾介質(zhì)的阻力rL和R便是過濾阻力r為比阻， 代表濾液的影響， rL代表濾餅的影響因素，因此，習(xí)慣上將r稱為濾餅的

4、比阻，R稱為濾餅阻力。四、過濾介質(zhì)的阻力 把過濾介質(zhì)的阻力視為常數(shù), 寫出濾液穿過過濾介質(zhì)層的速度關(guān)系式： m過濾介質(zhì)的阻力式中 pm 過濾介質(zhì)上、下游兩側(cè)的壓強差, N/m2Rm過濾介質(zhì)阻力,1/m過濾操作中總是把過濾介質(zhì)與濾餅聯(lián)合起來考慮。過濾阻力濾餅與濾布的面積相同,所以兩層中的過濾速度應(yīng)相等,則：式中p=pc+pm ,代表濾餅與濾布兩側(cè)的總壓強降,稱為過濾壓強差。 過濾介質(zhì)的阻力設(shè)想用Le厚度濾餅代替濾布，設(shè)想中的濾餅就應(yīng)當具有與濾布相同的阻力,即:rLe =Rm過濾基本方程式五、過濾基本方程式若每獲得1m3濾液所形成的濾餅體積為3,則在任一瞬間的濾餅厚度L與當時已經(jīng)獲得濾液體積V之間

5、的關(guān)系應(yīng)為：LA =V濾餅體積與相應(yīng)的濾液體積之比,無因次,或m3/m3 過濾基本方程式如生成厚度為Le的濾餅所應(yīng)獲得的濾液體積以Ve表示,則： 式中Ve過濾介質(zhì)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(zhì)過濾一定的懸浮液時, Ve為定值,但同一介質(zhì)在不同的過濾操作中,Ve值不同。 過濾基本方程式過濾基本方程式 r=r,(p)s 壓強差與比阻的關(guān)系 式中 r, 單位壓強差下濾餅的比阻,1/m2p過濾壓強差,N/m2s濾餅的壓縮性指數(shù),無因次。s=01。對于不可壓縮濾餅,s=0。 對于不可壓縮濾餅，因s=0過濾基本方程對于不可壓縮濾餅，因s=0對于可壓縮濾餅，因s03-

6、3-3 恒壓過濾 若過濾操作是在恒定壓強差下進行的,則稱為恒壓過濾。 恒壓過濾時,濾餅不斷變厚致使阻力逐漸增加,但推動力p恒定,因而過濾速率逐漸變小。對于一定的懸浮液,若、r，及v皆可視為常數(shù),令：式中k表征過濾物料特性的常數(shù),m4/(Ns) 恒壓過濾-2 恒壓過濾時,壓強差p不變,k、A、s、Ve又都是常數(shù),故上式的積分形式為:恒壓過濾-3與過濾介質(zhì)阻力相對應(yīng)的虛擬濾液體積為Ve(常數(shù)),假定獲得體積為Ve的濾液所需的過濾時間為e(常數(shù)),則積分的邊界條件為:過濾時間 濾液體積e :0e Ve :0Ve (=0,V=0) :e +e V: Ve V+ Ve恒壓過濾-4恒壓過濾-5當過濾介質(zhì)阻

7、力可以忽略時, Ve=0,e=0 qe2 =Ke q2+2qqe =K (q+qe)2=K(+e) 恒壓過濾-6K是由物料特性及過濾壓強差所決定的常數(shù),稱為濾餅常數(shù),其單位為m2/s, e與qe是反映過濾介質(zhì)阻力大小的常數(shù),均稱為介質(zhì)常數(shù),其單位分別為s及m3/m2,三者總稱過濾常數(shù)。又當介質(zhì)阻力可以忽略時,qe=0, e=0, (q+qe)2=K(+e) 可簡化為: q2 =K 3-3-4 恒速過濾與先恒速后恒壓過濾 恒速過濾時的過濾速率為 所以 q= uR 或 V = AuR 式中 uR恒速階段的過濾速度,m/s。恒速過濾時V與的關(guān)系是一條通過原點的直線。恒速過濾與先恒速后恒壓過濾-2恒速

8、過濾時對于不可壓縮濾餅有式中過濾介質(zhì)阻力Rm為常數(shù),、r、uR亦為常數(shù),僅p及q隨時間而變化,又因 q=uR恒速過濾與先恒速后恒壓過濾-3則得 p=ruR2+ ruRqe或?qū)懗?p =a+b 式中常數(shù) a=ruR2 b= ruRqe先恒速后恒壓過濾-4若令VR、R分別代表升壓階段終了瞬間的濾液體積及過濾時間,則上式的積分形式為： 積分并將式3-43代入,得：(V2-VR2)+2Ve(V -VR)=KA2(-R) 恒壓階段的過濾方程,式中(V -VR)、(-R) 分別代表轉(zhuǎn)入恒壓操作后所獲得的濾液體積及所經(jīng)歷的過濾時間。例9例93-3-5 過濾常數(shù)的測定一、恒壓下K、qe、e的測定 過濾常數(shù)K、

9、qe、e可通過恒壓過濾試驗測定。 (q+qe)2=K(+e) 微分上式,得： 2（q+qe）dq=Kd2（q+qe）dq=Kd過濾常數(shù)的測定-3條件差時，只要能夠獲得指定條件下的過濾時間與濾液量的兩組對應(yīng)數(shù)據(jù),也可計算出三個過濾常數(shù),因為 q2+2qeq=K代入兩組數(shù)據(jù)，可計算出qe及K；代入 可計算出e過濾常數(shù)的測定-3二、壓縮性指數(shù)s的測定 K=2kp1-s 上式兩端取對數(shù),得:lgK = (1-s)lg(p)+lg(2k)為常數(shù)故K與p的關(guān)系在對數(shù)坐標紙上標繪時應(yīng)是一條直線,直線的斜率為(1-s),截距的讀數(shù)為2k 3-3-6 過濾設(shè)備-1 按其操作方式分為兩類:間歇過濾機連續(xù)過濾機。按

10、采用的壓強差可分為壓濾吸濾離心過濾機過濾設(shè)備-2一、板框壓濾機 板和框過濾過程（明流、暗流）洗滌 橫穿洗滌法過濾設(shè)備-4板框壓濾機的操作表壓,一般不超過8kgf/cm2,個別有達到15kgf/cm2者。濾板和濾框可用多種金屬材料或木材制成板框的數(shù)目根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)自行調(diào)節(jié)。當生產(chǎn)能力小，所需的過濾面積較少時，可于板框間插入一盲板，以切斷過濾通道，盲板后全部失去作用。過濾設(shè)備-5板框壓濾機結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,附屬設(shè)備少,占地面織較小而過濾面積較大,操作壓強高,對各種物料性質(zhì)的適應(yīng)能力強,應(yīng)用頗為廣泛。但因為是間歇操作,故生產(chǎn)效率低,勞動強度大,濾布損耗也較快。 過濾設(shè)備-6二、加壓葉濾機 1、結(jié)構(gòu)2

11、、操作加壓葉濾機優(yōu)點是密閉操作,改善了操作條件,過濾速度大,洗滌效果好。缺點是價較高,更換濾布（尤其對于圓形濾葉）比較麻煩。過濾設(shè)備-8三、轉(zhuǎn)筒真空過濾機1、結(jié)構(gòu)2、操作3、優(yōu)缺點 連續(xù)自動,節(jié)省人力,生產(chǎn)能力大， 特別適宜于處理量大而容易過濾 的料漿，但附屬設(shè)備較多，投資費用高,過濾面積不大，此外， 由于它是真空操作,因而過濾 動力有限,尤其不能過濾溫度較 高(飽和蒸氣壓高)的濾漿。對較難過濾的物料適應(yīng)能力較差,濾餅的洗滌也不充分。 過濾設(shè)備-93-3-7 濾餅的洗滌-1 目的回收縫隙間的濾液凈化顆粒 單位時間內(nèi)消耗的洗水的容積稱為洗滌速率 濾餅的洗滌-2式中 VW洗水用量 m3W洗滌時間，

12、s 濾餅的洗滌-3對于一定的懸浮液, 比阻r為常數(shù)。若洗滌推動力與過濾終了時的壓強差相同,并假定洗水粘度與濾液粘度相近，則洗滌速率與過濾終了時的過濾速率有一定關(guān)系,這個關(guān)系取決于過濾設(shè)備上采用的洗滌方式。濾餅的洗滌-4葉濾機洗水與過濾終了時的濾液流過的路徑基本相同,故(L+Le)W=(L+Le)E洗滌面積與過濾面積也相同,故洗滌速率大致等于過濾終了時的過濾速率,即：濾餅的洗滌-5板框壓濾機,采用的是橫穿洗滌法,洗水橫穿兩層濾布及整個濾框厚度的濾餅,流經(jīng)長度約為過濾終了時濾液流動路徑的兩倍,而供洗水流通的面積又僅為過濾面積的一半,即： (L+L）w=2(L+Le)E 濾餅的洗滌-6將以上關(guān)系代人過濾基本方程式,可得板框壓濾機上的洗滌速率約為過濾終了時濾液流率的四分之一。 濾餅的洗滌-7當洗水粘度、洗水表壓與濾液粘度、過濾壓強差有明顯差異時,所需的洗滌時間可按下式進行校正,即： 式中 W 校正后的洗滌時間,sW未經(jīng)校正的洗滌時間,sW洗水粘度,Ns/m2p過濾終了時刻的推動力,N/m2pW洗滌推動力,N/m23-3-8 過濾機的生產(chǎn)能力-1 一、間歇過濾機的生產(chǎn)能力T =+W+D式中T一個操作循環(huán)的時間,即操作周期,s,一個操作循環(huán)內(nèi)的過濾時間,s,W一個操作循環(huán)