过滤课件

过滤非均相物系的分离FiltrationKeywords:slurry，filtration,cakefilter，clarifyingfilter（滤清器）主要内容一.概述二.过滤过程的计算1.流体通过颗粒层的压降；2.过滤速率方程本讲小结作业：习题3-11一.概述过滤过程在工业中的应用：除杂质、得到产品除杂质：过滤去除豆浆中的豆渣得到产品：味精结晶从母液中分离间歇过滤设备：板框压滤机、厢式压滤机连续过滤设备：转筒式过滤机、水平带式过滤机过滤设备按操作方式分：板框压滤机6板框式过滤机结构与工作原理1-非洗涤板；2-框；3-洗涤板；四角均开孔组装:1-2-3-2-1-2-3-2-1-2-3-2-1滤布—框的两侧7过滤动画8滤浆由总管入框框内形成滤饼滤液穿过饼和布经每板上旋塞排出(明流)从板流出的滤液汇集于某总管排出(暗流)过滤过程厢式压滤机厢式压滤机滤板转筒式真空过滤机1.过滤过程的基本概念固液分离过程推动力：重力、压力差或离心力过滤方式滤饼过滤：固体量1%深层过滤：固体量0.1%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。滤浆（slurry）过滤操作中所处理的悬浮液深层过滤:颗粒尺寸小于介质孔道直径时，这些颗粒便进入介质内部，借惯性和扩散作用趋近孔道壁面,并在静电和表面力的作用下沉积下来，从而与流体分离。是一个用于去除水和废水中悬浮物、胶体和微生物等的单元过程,是人类技术史上出现较早的一种用来改善水质的方法。深层过滤会使过滤介质内部的孔道逐渐缩小，所以过滤介质必须定期更换或再生。用砂滤法过滤饮用水是深层过滤的实例。目前已广泛应用于饮用水处理、工业水处理、废水深度处理及油田回注水处理等。滤棉滤芯滤饼过滤:使用织物、多孔材料或膜作为过滤介质，过滤介质只是起着支撑滤饼的作用。过滤介质的孔径不一定要小于最小颗粒的粒径，架桥现象被截留在介质表面的颗粒形成称为滤饼的滤渣层，透过滤饼层的则是净化了的滤液。随滤饼的形成真正起过滤介质作用的是滤饼本身。架桥现象滤饼层1）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2.影响过滤的因素2）过滤推动力；3）助滤剂1）过滤介质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。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，烧结金属．塑料细粉粘成的多孔塑料，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，可以分离小到0.05μm的颗粒,应用多孔膜的过滤有超滤和微滤。2）过滤推动力：重力、压力差或离心力3）助滤剂滤饼不可压缩滤饼:颗粒有一定的刚性可压缩滤饼:颗粒比较软，所形成的滤饼在压差的作用下变形，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常用助滤剂：硅藻土、珍珠岩、木炭、石棉粉二、过滤过程的计算AdVdqdd过滤速率不稳定过程1.流体通过颗粒层的压降a.简化物理模型将流体流过颗粒层间不规则通道中的流动压降问题简化为一组当量的平行恒截面直管。过滤简化模型1)直管组的当量长度为Le(与实际颗粒层的流动阻力相当)；2)直管组的总内表面积等于颗粒层所有颗粒的表面积之和；3)直管组的总流动空间等于颗粒层的所有空隙容积之和。b.数学模型对于简化物理模型－直管组的压力降，依Fanning公式，有：2'2udLpee定义床层空隙率ε为：颗粒层总体积－颗粒总体积颗粒层总体积表观速度u为：u’为实际填充床中颗粒空隙间的流速滤液体积流量床层截面积u当量直径为：4流通截面积4空隙体积4床层体积空隙率润湿周边长颗粒表面积比表面积颗粒体积eLLd4床层体积空隙率4比表面积床层体积1空隙率1aa为颗粒比表面积。滤液体积流量滤液体积流量'床层截面中空隙部分的面积床层空隙率床层截面积uuu'实际速度u为：将以上参数代入Fanning公式，有：23222)1(824)1(2'uaLuaLudLpeeee2323)1(')1(8uauaLLLpe研究表明，在低雷诺数下，有：Re'''K其中，K’称为Kozeny常数，K’=5.0Re’为流体颗粒层空隙的雷诺数。'4Re'4(1)4(1)eduuuaauaKLp322)1('将雷诺数Re’代入阻力系数式，并将阻力系数代入压力降公式，有：223(1)'ppuRaLK223(1)'aRLK其中：2.过滤速率方程a.微分式AudVdqdd322'(1)puLKa在过滤过程中，由于颗粒层的厚度L增加，因此，过滤速度与压差之间不是线性关系。过滤速率322)1('aKr令：称为比阻，为滤饼特性sprr)(0s称为压缩指数，当滤饼不可压缩时，s＝0；当滤饼可压缩时，s=0.2～0.8。滤饼的厚度L可以通过物料衡算求得：qcAVcLVc＝滤饼体积AL因此，有：qcrpuddq颗粒床层的性质实际滤饼过滤过程，可以分为两个串联过程：滤饼过滤过程和介质过滤过程对于滤饼过滤过程，有：qcrpuddq1对于介质过滤过程，可把过滤阻力表示为滤液qe通过当量滤饼厚度所产生的阻力，有：eqcrpuddq2依据等比定理，有：)()(21eeqqcrpqqcrppuddqcrpK2令：称过滤常数，m2/s。得到过滤过程的微分方程：)(2eqqKddq)(22eVVAKddVb.积分式a)恒压过滤过程此时，K=常数，对微分式分离变量，并积分，有：00)(2dKdqqqqeKqqqe22222AKVVVe有时候，为了计算方便，把积分变量分别改为：eqqecrpK2)()(2eeKqq)()(22eeAKVV当介质阻力可以忽略时，有：Kq222AKV这些公式都称为恒压过滤方程。【例】在9.81×103Pa的恒定压力差下过滤某种的悬浮液。K=4.42×10-3m2/s，固相体积分率为10%，滤饼不可压缩。已知水的粘度为1.0×10-3Pa·s，过滤介质阻力可以忽略。试求：（1）每平方米过滤面积上获得1.5m3滤液所需的过滤时间；（2）若将此过滤时间延长一倍，可再得滤液多少？解：（1）过滤时间已知过滤介质阻力可以忽略时的恒压过滤方程式为单位面积上所得滤液量q=1.5m3/m2Kq22231.55094.4210qsK（2）过滤时间加倍时增加的滤液量332''4.421010182.12/qKmm'50921018s时间加倍时增加的滤液量32'0.62/qqmmcrpKqqqse01)(2)(2012)(2)(AcrpAKVVVseb)恒速过滤过程＝2()eqqKqqq常数＝2()edqKudqq当过滤开始即为恒速过滤时：本讲小结1.掌握流体通过颗粒床层的特点，掌握过滤过程的特点；了解相关设备；2.了解流体通过颗粒床层压降的推导过程，掌握床层空隙率、比阻的概念；掌握比阻与压力之间的关系。3.进行过滤过程的相关计算。