化工原料核心課件

化工原料核心課件第一頁，共四十九頁，2022年，8月28日3過濾混合物均相混合物：所需分離的物質(zhì)在同一相中，不能用機(jī)械的方法分離；非均相混合物：具有一個(gè)以上的相，可以用機(jī)械的方法分離。相界面兩側(cè)的物質(zhì)性質(zhì)不同。固體——固體：固體混合物固體——液體：懸浮液固體——?dú)怏w：含塵氣體液體——?dú)怏w：含霧氣體液體——液體：乳濁液非均相混合物第二頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1過濾（Filteration）

3.1.1概述過濾是在外力作用下，利用過濾介質(zhì)使懸浮液中的液體通過，而固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而實(shí)現(xiàn)固液分離的一種單元操作。過濾介質(zhì)具有多孔結(jié)構(gòu)，可以截留固體物質(zhì)，而讓液體通過；我們把待過濾的懸浮液成為濾漿（Slurry），而過濾后分離出的固體稱為濾渣或?yàn)V餅（Filtercake），通過過濾介質(zhì)的液體稱為濾液（Filtrate）。（1）過濾介質(zhì)（Filtermedium）：過濾介質(zhì)應(yīng)具有以下特性：多孔性，足夠的機(jī)械強(qiáng)度，盡可能小的流動阻力，耐腐蝕性，耐熱性，易于再生。工業(yè)上常見的過濾介質(zhì)：織物介質(zhì)、堆積介質(zhì)、多孔固體介質(zhì)、多孔膜。

第三頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.1概述

（2）過濾分類：深層過濾（Deepbedfilteration）濾餅過濾（Cakefilteration）

過濾介質(zhì)懸浮液深層過濾懸浮液濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾第四頁，共四十九頁，2022年，8月28日（3）過濾推動力：重力（漏斗過濾）、壓力（加壓過濾）或真空（抽濾）、離心力（離心過濾）。

（4）濾餅的可壓縮性（5）助濾劑

助濾劑本身就是一性能良好的過濾介質(zhì)，是一種堅(jiān)硬、不規(guī)則的小顆粒，它能形成結(jié)構(gòu)疏松、空隙率大、不可壓縮的濾餅，很大程度改善過濾難度。助濾劑使用方法主要有兩種：混合、預(yù)涂。3.1.1概述第五頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.2過濾設(shè)備過濾設(shè)備按生產(chǎn)壓差的方式不同分成兩大類:①壓濾和吸濾如葉濾機(jī)、板框壓濾機(jī)，回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)等；②離心過濾如各種間歇卸渣和連卸渣離心機(jī)。第六頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.2過濾設(shè)備（1）板框壓濾機(jī)（Plate-and-frametypefilterpress）

①結(jié)構(gòu)與工作原理第七頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.2過濾設(shè)備第八頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.2過濾設(shè)備

②

流程第九頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.2過濾設(shè)備③特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，過濾面積大（100×100mm~1500×1500mm）而占地省，過濾壓力高（可達(dá)1.5MPa），操作靈活，便于用耐腐蝕材料制造，所得濾餅水分含量少，又能充分地洗滌。

缺點(diǎn)：間歇過濾，勞動強(qiáng)度大，適用于中小規(guī)模的生產(chǎn)及有特殊要求的場合。

橫穿洗滌（洗滌液的流通路徑是過濾濾液流通路徑的兩倍，洗滌液的流通截面積為過濾濾液流通截面積的一半；故洗滌速率為過濾終了速率的四分之一）。第十頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.2過濾設(shè)備（2）葉濾機(jī)（Leaffilter）①

結(jié)構(gòu)與工作原理：

第十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.2過濾設(shè)備②流程裝合、過濾、洗滌、卸渣、整理③特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：間歇過濾，單位地面所容納的過濾面積大，洗滌充分，生產(chǎn)能力比壓濾機(jī)大，機(jī)械化程度高，勞動力省，密閉過濾，操作環(huán)境較好。

缺點(diǎn)：構(gòu)造復(fù)雜，造價(jià)高，濾餅中粒度差別較大的顆?？赡芊謩e積聚于不同的高度，使洗滌不均勻。

置換洗滌（洗滌液的流通路徑與過濾濾液流通路徑相同，洗滌液的流通截面積與過濾濾液流通截面積相等；洗滌速率與過濾終了速率相等）。

第十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日（3）轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)（Rotaryvacuumdrumfilter）①結(jié)構(gòu)與工作原理：

3.1.2過濾設(shè)備第十三頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.2過濾設(shè)備第十四頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.2過濾設(shè)備②流程過濾、洗滌、吸干、吹松、卸渣③特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：操作連續(xù)、自動

缺點(diǎn)：設(shè)備體積龐大，過濾面積相對較小，過濾、洗滌推動力小，洗滌不充分，適用于處理量大而容易過濾的懸浮液分離。洗滌方式為置換洗滌。第十五頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.3過濾基本理論3.1.3.1濾餅層特性（1）濾餅層空隙率ε空隙率反映了濾餅層中固體顆粒的堆積密度；ε↓，顆粒堆積緊密，同樣流量下，阻力↑；ε↑，顆粒堆積疏松，同樣流量下，阻力↓。

第十六頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.3過濾基本理論（2）濾餅自由截面積分率A0D

dL將濾餅層轉(zhuǎn)化為如圖所示的圓環(huán)柱，根據(jù)空隙率和自由截面積分率的定義，有：

第十七頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.3過濾基本理論（3）濾餅比表面積aB和顆粒比表面積S0第十八頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.3過濾基本理論3.1.3.2濾液通過濾餅層的流動

流動阻力可用哈根—泊謖葉方程表示：式中l(wèi)'——濾餅孔道的平均長度，m；u'——為濾餅孔道中濾液的流速，m/s；

de——為孔道的當(dāng)量直徑，m。

第十九頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.3過濾基本理論將以上關(guān)系代入哈根—泊謖葉方程：濾餅兩側(cè)的壓力差濾餅的比阻（LewisSpecificfiltrationresistance）

第二十頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.3過濾基本理論濾餅的空隙率↓，r↑，所以對可壓縮濾餅推動力不同時(shí)，比阻也不同；由于濾液流過濾餅而對濾餅中的顆粒產(chǎn)生向前的壓縮力（壓緊力），使得濾餅表面空隙率較大，而內(nèi)部的空隙率較小，阻力較大；因此空隙率、比阻不僅與過濾推動力有關(guān)，還與濾餅層的位置有關(guān)，它們在濾餅中的不同位置分布是不均勻的。且上式過濾速率只考慮了濾餅的過濾阻力，還未考慮過濾介質(zhì)的過濾阻力。第二十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.3過濾基本理論3.1.3.3過濾基本方程式（1）可壓縮濾餅當(dāng)量濾液量，m3

同理當(dāng)量濾餅層厚度，m

壓縮性指數(shù)第二十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.3過濾基本理論（2）不可壓縮濾餅

S=0比阻的另一種表達(dá)方法定義：無論如何定義，過濾的阻力是不變的，所以：

即比阻（RuthSpecificfiltrationresistance），m/kg

第二十三頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.3過濾基本理論3.1.3.4恒壓過濾（Constantpressurefiltration）若在過濾過程中保持過濾推動力恒定，那么在過濾初始階段，濾餅還未形成時(shí)，過濾阻力小，過濾速率大，隨著過濾的進(jìn)行，濾餅厚度不斷增大，過濾阻力增大，過濾速率下降；這種過濾方式為恒壓過濾。若要保證過濾過程的過濾速率恒定，那么在過濾過程中應(yīng)不斷提高過濾的推動力，這種操作方式為恒速過濾（Constantratefiltration）。若過濾過程中壓力和速率均無法恒定則為變壓變速過濾。第二十四頁，共四十九頁，2022年，8月28日恒壓過濾如線（1）所示，壓力恒定，速率不斷下降；恒速過濾如線（2）所示，速率恒定，過濾壓力不斷提高；線（5）為系統(tǒng)阻力，包括過濾系統(tǒng)管道阻力和濾餅阻力；變壓變速過濾，當(dāng)管道阻力>>濾餅阻力時(shí)，則變壓變速過濾趨向于恒壓過濾，如線（3）所示；當(dāng)管道阻力<<濾餅阻力時(shí)，則過濾壓力和過濾速率變化明顯，如線（4）所示。

（3）（4）（5）（2）（1）壓力速率3.1.3過濾基本理論在工業(yè)應(yīng)用實(shí)際中采用哪種操作方式？恒壓？恒速？先恒速后恒壓？先恒壓后恒速？

第二十五頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.3過濾基本理論令，k與濾液性質(zhì)、懸浮液濃度、溫度等有關(guān)K稱為過濾常數(shù)，m2/s，與濾液性質(zhì)、懸浮液濃度、溫度、過濾壓力、壓縮性指數(shù)等因素有關(guān)；對一定的懸浮液在恒壓條件下過濾，壓力差、濾液粘度、懸浮液濃度、濾餅比阻、壓縮性指數(shù)等為常數(shù)，即為常數(shù)，那么過濾基本方程為：第二十六頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.3過濾基本理論θe為過濾得到濾液量所花的時(shí)間，它與Ve一樣是虛擬量（反映過濾介質(zhì)阻力的大?。?，積分上式第二十七頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.3過濾基本理論當(dāng)過濾介質(zhì)阻力與濾餅阻力相比較小可以忽略，Le=0、Ve=0、θe=0時(shí)，令單位過濾面積上所得到的濾液量，m3/m2；過濾介質(zhì)阻力不可忽略過濾介質(zhì)阻力可忽略第二十八頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.3過濾基本理論3.1.3.5過濾參數(shù)的測定（1）過濾常數(shù)（Filtrationconstant）的測定過濾常數(shù)與過濾體系、操作條件有關(guān)，通常由恒壓過濾實(shí)驗(yàn)測定；其測定方法主要有兩種。

微分法：

用近似代替

第二十九頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.3過濾基本理論第三十頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.3過濾基本理論積分法：第三十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.3過濾基本理論注意：

①在實(shí)驗(yàn)測定過程中微分法測定的是一定時(shí)間段內(nèi)時(shí)間、濾液量的變化量，而積分法是測定實(shí)驗(yàn)過程中某時(shí)刻濾液的總量；微分法在理論上做了近似不如積分法準(zhǔn)確；②在實(shí)驗(yàn)過程中要保證最終得到的關(guān)系線為直線，也就是過濾常數(shù)恒定，必須注意哪些問題？保證μ、r、c、s、Δp等參數(shù)即懸浮液體系、溫度、濃度、過濾方式、過濾介質(zhì)、過濾壓力等在過濾過程中維持恒定；③過濾常數(shù)是在一定過濾壓力下測定的，它能否用于其他過濾壓力的計(jì)算呢？第三十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.3過濾基本理論若比阻r與參數(shù)c沒有變化則

若為不可壓縮濾餅則濾餅多具有可壓縮性，且實(shí)驗(yàn)條件往往與實(shí)際操作條件不同如懸浮液的濃度、溫度、壓力等等，所以要將實(shí)驗(yàn)測定的過濾常數(shù)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，必須利用以上各式進(jìn)行校正；但校正前必須確定壓縮性指數(shù)s。

第三十三頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.3過濾基本理論（2）壓縮性指數(shù)（Compressibilitycoefficient）的測定

第三十四頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.3過濾基本理論例擬用一板框壓濾機(jī)在3kgf/cm2壓強(qiáng)下過濾某懸浮液，過濾常數(shù)為7×10-5m2/s，qe=0.015m3/m2，現(xiàn)要求每一操作周期得到10m3濾液，過濾時(shí)間為0.5h，濾餅不可壓縮，且濾餅與濾液體積比c=0.03m3/m3，求：（1）需要多大過濾面積；（2）如果操作壓力提高至6kgf/cm2，現(xiàn)有一臺板框壓濾機(jī)，每個(gè)框的尺寸為635×635×25mm，要求每個(gè)過濾周期得到的濾液量仍為10m3，過濾時(shí)間不超過0.5h，至少需要多少個(gè)濾框才能滿足要求。第三十五頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.3過濾基本理論3.1.3.6洗滌速率和洗滌時(shí)間（1）洗滌速率洗滌速率為單位時(shí)間的洗滌液用量。在洗滌過程中，濾餅厚度不再增加，故洗滌過程的阻力不變，洗滌速率為常數(shù)。第三十六頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.3過濾基本理論①連續(xù)過濾機(jī)和葉濾機(jī)此類過濾機(jī)的洗滌方式是置換洗滌，其特點(diǎn)是：

當(dāng)過濾濾液粘度與洗滌液粘度相等，過濾終了壓力與洗滌壓力相等時(shí)，洗滌速率與過濾終了速率相等：第三十七頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.3過濾基本理論

②板框過濾機(jī)此類過濾機(jī)采用橫穿洗滌方式，其特點(diǎn)是：

同樣比較過濾終了速率和洗滌速率，當(dāng)過濾濾液粘度與洗滌液粘度相等μW=μE，過濾終了壓力與洗滌壓力相等ΔpW=Δp

E時(shí)，洗滌速率為過濾終了速率的四分之一：第三十八頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.3過濾基本理論（2）洗滌時(shí)間為了相互區(qū)別，過濾時(shí)間用θF表示，洗滌時(shí)間用θW、輔助時(shí)間用θR表示。洗滌時(shí)間為：式中VW為洗滌液的用量，m3；置換洗滌和橫穿洗滌速率可合并寫成：

置換洗滌α=1橫穿洗滌α=1/4第三十九頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.3過濾基本理論討論：①當(dāng)過濾介質(zhì)阻力可以忽略時(shí)②洗滌速率與洗滌時(shí)間計(jì)算中置換洗滌α=1，橫穿洗滌α=1/4的成立條件？

μW=μE，ΔpW=ΔpE；若μW≠μE，ΔpW

≠ΔpE，則θW如何計(jì)算？第四十頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.3過濾基本理論例用板框壓濾機(jī)過濾某懸浮液，該過濾機(jī)共有12個(gè)框，框邊長300mm，厚25mm，在過濾開始3min內(nèi)恒速過濾，當(dāng)壓力升高到392kPa（表壓）后恒壓操作，又經(jīng)過15min濾框被充滿，然后在343kPa（表壓）下洗滌10min，求：在每個(gè)操作周期內(nèi)（1）收集到的濾液量；（2）洗滌液用量。此懸浮液曾在一過濾面積為0.05m2的真空葉濾機(jī)內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)在66.66kPa真空度下進(jìn)行，5min獲得濾液250ml，又過了5min再得到濾液150ml，濾餅不可壓縮，過濾介質(zhì)阻力在葉濾機(jī)和板框壓濾機(jī)中相同。第四十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.4過濾機(jī)的生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力可以以單位時(shí)間過濾得到的濾液或?yàn)V渣體積量來表示，沒有特別說明情況下以前者表示，Q，m3濾液/h。（1）間歇過濾機(jī)生產(chǎn)能力θF↑，L↑，V↑，但濾液在過濾后期增加量不大而洗滌速率↓，θW、θR相應(yīng)↑，Q↓；θF↓，L↓，V↓，θW、θR所占比重↑，Q↓。因此必然存在最佳的過濾時(shí)間，使得過濾生產(chǎn)能力達(dá)到最大。第四十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.4過濾機(jī)的生產(chǎn)能力第四十三頁，共四十九頁，2022年，8月28日3.1.4過濾機(jī)的生產(chǎn)能力當(dāng)過濾介質(zhì)阻力忽略不計(jì)時(shí)（不論其它條件如何）

若不進(jìn)行洗滌θW=0，J=0，則（不