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文檔簡(jiǎn)介
四.過濾
過濾是指以某種多孔物質(zhì)作為介質(zhì),在外力的作用下,使流體通過介質(zhì)的孔道而固體顆粒被截留下來,從而實(shí)現(xiàn)固體顆粒與流體分離目的的操作。除氣固系中的顆粒過濾除液固系中的固體顆?;どa(chǎn)中過濾大多用于懸浮液中固液分離,本節(jié)只介紹懸浮液的過濾操作。
重力
實(shí)現(xiàn)過濾操作的外力壓強(qiáng)差或慣性離心力2/6/20231目的:獲得潔凈的流體或獲得作為產(chǎn)品的固體顆粒。名詞:濾漿(料漿)——是指被處理的懸浮液;過濾介質(zhì)——過濾操作中采用的多孔物質(zhì);濾液——是指通過介質(zhì)孔道的液體;濾餅——是指被截留的固體顆粒。2/6/20232
1.過濾操作的分類1.餅層過濾(濾餅過濾)定義:過濾過程中在過濾介質(zhì)表面形成固體顆粒的濾餅層.濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾2/6/20233過濾之初濾液渾濁?由于濾漿中部分固體顆粒的粒徑小于介質(zhì)的孔徑,而在過濾之初穿過介質(zhì)。但顆粒會(huì)在孔道內(nèi)很快發(fā)生“架橋”現(xiàn)象,并形成濾餅層,濾液由渾濁變?yōu)榍宄?。隨著過濾的進(jìn)行,濾餅增厚,過濾阻力增加,在推動(dòng)力不變時(shí),過濾速度變慢。2/6/202342深層過濾定義:將固體顆粒截留在過濾介質(zhì)內(nèi)部,且過濾介質(zhì)表面不生成濾餅。小于床層孔道直徑的粒子,因分子間力和靜電作用力的作用,粒子粘附在孔道壁面上被截留。適用于濾漿中固體顆粒的含量0.1%(v),且粒徑較小的場(chǎng)合。2/6/202353動(dòng)態(tài)過濾餅層過濾中,餅層不斷增厚,阻力亦不斷增加,在推動(dòng)力保持不變時(shí)則過濾速率會(huì)不斷變小。為了在過濾過程中限制濾餅的增厚,Tiller于1977年提出了動(dòng)態(tài)過濾的方式。動(dòng)態(tài)過濾操作時(shí)料漿沿過濾介質(zhì)表面作高速流動(dòng),濾液與料漿呈錯(cuò)流(交錯(cuò)流動(dòng)),使濾餅在剪切力的作用下不會(huì)增厚,這樣就可維持較高的過濾能力。動(dòng)態(tài)過濾需多耗機(jī)械能,且不能得到含固量高的濾餅,操作中因料漿粘度不斷增加,過大的阻力可能使電機(jī)過載。2/6/202362/6/20237
2.濾餅過濾一、概述深層過濾濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾推動(dòng)力:重力、壓力、離心力
架橋現(xiàn)象2/6/20238過濾介質(zhì):多孔性介質(zhì)、耐腐蝕、耐熱并具有
足夠的機(jī)械強(qiáng)度。工業(yè)用過濾介質(zhì)主要有:
織物介質(zhì),如棉、麻、絲、毛、合
成纖維、金屬絲等編織
成的濾布;
多孔性固體介質(zhì),如素瓷板或管、
燒結(jié)金屬等。濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾2/6/20239助濾劑:是不可壓縮的粉狀或纖維狀固體,如硅藻土、纖維粉末、活性炭、石棉。
使用時(shí),可預(yù)涂,也可以混入待濾的濾漿中一起過濾。一、概述濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾濾餅的壓縮性:
空隙結(jié)構(gòu)易變形的濾餅為可壓縮濾餅。
2/6/202310二、過濾基本方程過濾過程流動(dòng)的特點(diǎn):流體在固定床中同一截面上的流速分布很不均勻產(chǎn)生壓降的主要原因:2/6/202311(1)細(xì)管長(zhǎng)度le與床層高度L成正比(2)細(xì)管的內(nèi)表面積等于全部顆粒的表面積,
流體的流動(dòng)空間等于床層中顆粒之間的全部空隙體積。1、過濾基本方程的推導(dǎo)簡(jiǎn)化模型:假定:二、過濾基本方程真實(shí)速度
u固體顆粒床層體積2/6/202312濾餅內(nèi),雷諾數(shù)很小,屬層流流動(dòng),于是:------哈根-泊謖葉方程將le、de、u表達(dá)式代入得:二、過濾基本方程由質(zhì)量守恒得:床層截面積2/6/202313---單位時(shí)間內(nèi)通
過單位過濾面
積的濾液體積即過濾速度二、過濾基本方程思考:
影響過濾阻力的因素有哪些?影響過濾速度的因素有哪些?
△p2△p1u表觀速度2/6/202314
設(shè)每獲得單位體積濾液時(shí),被截留在過濾介質(zhì)上的濾餅體積為c(m3濾餅/m3濾液),則
代入過濾速度表達(dá)式中:令故二、過濾基本方程2/6/202315-----過濾基本方程過濾常數(shù)二、過濾基本方程△pu表觀速度2/6/202316影響K的因素:影響qe或Ve
的因素:二、過濾基本方程濾餅性質(zhì)(s、、a)濾漿性質(zhì)(c、)推動(dòng)力(p)過濾介質(zhì)的性質(zhì)(孔的結(jié)構(gòu)、、r0、厚度)△pu表觀速度2/6/2023172、恒壓過濾二、過濾基本方程△pu表觀速度特點(diǎn):
K為常數(shù)
積分得:
或若過濾介質(zhì)阻力可忽略不計(jì),則
或2/6/2023183、恒速過濾二、過濾基本方程△pu表觀速度特點(diǎn):
K不為常數(shù),而u為常數(shù)。整理得:
若過濾介質(zhì)阻力可忽略不計(jì),則
或或2/6/202319思考:先恒速再恒壓操作,恒壓段過濾方程?設(shè)恒速段過濾時(shí)間為1,則二、過濾基本方程或2/6/2023203過濾常數(shù)的測(cè)定恒壓時(shí):求出壓縮指數(shù)s
2/6/2023214濾餅的洗滌洗滌目的:
1)回收濾餅中殘留的濾液
2)除去濾餅中的可溶性雜質(zhì)所以在過濾操作結(jié)束時(shí)用某種液體對(duì)濾餅進(jìn)行洗滌。洗滌速率
:由于洗滌時(shí)濾餅厚度不變,同時(shí)在恒定的壓差下洗滌速率為常數(shù)。2/6/202322例現(xiàn)有一臺(tái)具有10m2過濾面積的過濾機(jī),用來過濾某固體粉末的水懸浮液。固體顆粒的密度為1560kg/m3
,已知濾液的含固量20kg/m3,溫度為20℃,試驗(yàn)測(cè)得濾餅的比阻r=6.7×1014m-2,介質(zhì)阻力的當(dāng)量濾液量qe=0。為防止過濾介質(zhì)堵塞,先進(jìn)行10分鐘的恒速過濾,爾后再進(jìn)行30分鐘的恒壓過濾,要求得到總濾液量為8m3
,問操作壓差應(yīng)為多少?恒速階段所得濾液量為多少?2/6/202323解:據(jù)題意qe=0,即Ve=0,=0.001Pa.s,1=60×10=600s,=60×40=2400s,V=8m3,r=6.7×1014m-2
,A=10m2,=20kg/m3,P
=1560kg/m3
根據(jù)已知條件,對(duì)恒速過濾,V2+VeV=KA2/2V12=KA21/2(a)對(duì)恒壓過濾(V2-V12)+2Ve(V-V1)=KA2(-1)(V2-V12)=KA2(-1)(b)將(a)式代入(b)式得2/6/202324而K=(2
△p)/(r)其中=/P=20/1560=0.01282m3固體/m3濾液即
△p=Kr/2=3.809×10-5×0.01282×6.7×1014×0.001/2=1.636×105Pa將K代入(a)式得恒速階段所得濾液量為V12=KA21/2=3.809×10-5×102×600/2V1=1.1427m32/6/2023255過濾設(shè)備過濾設(shè)備種類:間歇:過濾、洗滌、卸餅、清洗、安裝等步驟,如葉濾機(jī)、板框壓濾機(jī)等;連續(xù):大多真空操作,如轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)、圓盤真空過濾機(jī)等。1、板框壓濾機(jī)結(jié)構(gòu),如圖所示,若干板,框交替排列,板,框都用支耳架在一對(duì)橫梁上,用壓緊裝置壓緊或拉開。2/6/2023262/6/2023271、板框過濾機(jī)濾框、濾板結(jié)構(gòu):洗板板框壓濾機(jī)框非洗板洗板一個(gè)操作循環(huán):過濾、洗滌、卸渣、整理重裝
濾液流出懸浮液入口1060塊不等,過濾面積約為280m2
洗滌液流出洗滌液入口屬間歇式特點(diǎn):橫穿洗滌:Lw=2L2/6/2023281、板框過濾機(jī)6.過濾設(shè)備及過濾計(jì)算生產(chǎn)能力:
操作周期:
單位時(shí)間內(nèi)獲得的濾液量或?yàn)V餅量。其中:2/6/202329
2、加壓葉濾機(jī)2/6/202330屬間歇式置換洗滌:Lw=L3、葉濾機(jī)濾葉結(jié)構(gòu):一個(gè)操作循環(huán):過濾、洗滌、卸渣、整理重裝
特點(diǎn):生產(chǎn)能力:
操作周期:
與板框機(jī)相同其中:與板框機(jī)相同2/6/202331置換洗滌
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