化工原理第三章第三节讲稿.ppt

第三章非均相物系分离
一、过滤操作的基本概念
二、过滤基本方程式
三、恒压过滤
四、过滤常数的测定
五、过滤设备
六、滤饼的洗涤
七、过滤机的生产能力
第三节过滤
2017/11/10
一、过滤操作的基本概念
1、过滤的概念
过滤
利用能让液体通过而截留固体颗粒的多孔介质(过滤介质),使悬浮液中固液得到分离的单元操作。
过滤操作中所处理的悬浮液
滤浆
通过多孔介质的液体
滤液
被截留住的固体物质
滤渣(滤饼)
实现过滤操作的外力有重力、压力、离心力,
化工中应用最多的是压力过滤。
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2、过滤方式
过滤
深层过滤
滤饼过滤
固体颗粒的沉积发生在较厚的粒状过滤介质床层内部,悬浮液中的颗粒直径小于床层直径,当颗粒随流体在床层的曲折孔边穿过时,便粘附在过滤介质上。
适用于悬浮液中颗粒甚小且含量甚微(%以下)的场合
固体颗粒成饼层状沉积于过滤介质表面,形成滤饼
适用于处理固相含量稍高(固相体积分率在1%以上)的悬浮液。
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3、过滤介质
过滤介质是滤饼的支承物,应具有下列条件:
a) 多孔性,孔道适当的小,对流体的阻力小,又能截住要分离的颗粒。
b) 物理化学性质稳定,耐热,耐化学腐蚀。
c)足够的机械强度,使用寿命长
d) 价格便宜
工业常用的过滤介质主要有
a) 织物介质:又称滤布,包括有棉、毛、丝等天然纤维,玻璃丝和各种合成纤维制成的织物,以及金属丝织成的网
能截留的粒径的范围较宽,从几十μm到1μm。
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优点:织物介质薄,阻力小,清洗与更新方便,价格比较便宜,是工业上应用最广泛的过滤介质。
b)多孔固体介质:如素烧陶瓷,,棉花饼等
这类介质较厚,孔道细,阻力大,能截留1~3μm的颗粒。
c) 堆积介质:由各种固体颗粒(砂、木炭、石棉粉等)或非编织的纤维(玻璃棉等)堆积而成,层较厚。
d) 多孔膜:由高分子材料制成,膜很薄(几十μm到200μm),孔很小,,应用多孔膜的过滤有超滤和微滤。
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4、助滤剂
滤饼
不可压缩滤饼:
颗粒有一定的刚性,所形成的滤饼并不因所受的压力差而变形
可压缩滤饼:
颗粒比较软,所形成的滤饼在压差的作用下变形,使滤饼中的流动通道变小,阻力增大。
加入助滤剂可减少可压缩滤饼的流动阻力
加入方法
预涂
将助滤剂混在滤浆中一起过滤
用助滤剂配成悬浮液,在正式过滤前用它进行过滤,在过滤介质上形成一层由助滤剂组成的滤饼。
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二、过滤基本方程式
1、滤液通过饼层的流动
空隙率:单位体积床层中的空隙体积,用ε表示。
ε=空隙体积/ 床层体积 m3/m3
颗粒比表面积:单位体积颗粒所具有的表面积,用a表示。
a=颗粒表面/ 颗粒体积
de=4×水力半径=4×管道截面积/ 润湿周边
颗粒床层的当量直径可写为:
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de∝流通截面积×流道长度∕润湿周边长度×流道长度
de∝流道容积∕流道表面积
取面积为1m2厚度为1m 的滤饼考虑:
床层体积=1×1=1m3
流道容积=1×ε=εm3
流道表面积=颗粒体积×颗粒比表面=(1-ε)a m2
所以床层的当量直径为:
滤液通过饼层的流动常属于滞流流型,
(1)
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滤液通过饼床层的流速与压强降的关系为:
(2)
在与过滤介质层相垂直的方向上床层空隙中的滤液流速u1与按整个床层截面积计算的滤液平均流速u之间的关系为:
(3)
将(1)、(3)代入(2)并写成等式
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比例常数K’与滤饼的空隙率、粒子形状、排列及粒度范围等因素有关。对于颗粒床层的滞流流动,K’值可取为5。
——过滤速度表达式
2、过滤速率
过滤速率
过滤速度
单位时间通过单位过滤面积的滤液体积
单位时间获得的滤液体积称为过滤速率
定义
表达式
2017/11/10