过滤原理73446学习.pptx

过滤方式过滤方式：深层过滤和滤饼过滤饼层过滤时，颗粒的尺寸大多数都比过滤介质的孔道大过滤之初，会有一些细小颗粒穿过介质而使滤液浑浊，但颗粒会在孔道中迅速发生“架桥架桥”现象，使小于孔道的颗粒也能被截留，故当滤饼开始形成，滤液即变清，此后过滤才能有效地进行。在饼层过滤在饼层过滤中，真正发挥作用的主要是滤饼层而不是过滤介质中，真正发挥作用的主要是滤饼层而不是过滤介质。“架桥”现象第1页/共46页深层过滤时，颗粒的尺寸比介质的孔道小得多，但孔道弯曲细长，颗粒进入之后很容易被截留，更由于流体流过时所引起的挤压和冲撞作用，颗粒紧附在孔道的壁面上。此法适合于从液体中除去很小量的悬浮液。如饮用水的净化。深层过滤第2页/共46页过滤介质过滤介质 基本要求基本要求：适宜的孔径、滤阻小，同时因过滤介质是滤饼的支承物，应具有足够的机械强度和耐腐蚀性。常常用用过过滤滤介介质质：棉麻或合成纤维的丝织物或金属丝、玻璃丝等丝织成的金属网，常称为滤滤布布。堆积介质沙粒、碎石、碳屑等多用于深层过滤。多孔固体介质：具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶瓷、多孔塑料及多孔金属制成的管或板。能拦截13m的微细颗粒。过滤推动力过滤推动力 可以是重力、离心力或压力差。重力较小，重力过滤用于过滤阻力较小的场合。压差有可调性，常用压差作推动力 本节着重讨论以压力差为推动力的过滤过程。第3页/共46页滤饼的压缩性和助滤剂滤饼的压缩性和助滤剂滤饼的压缩性和助滤剂滤饼的压缩性和助滤剂 滤饼是由截留下的固体颗粒堆积而成的床层，随滤饼是由截留下的固体颗粒堆积而成的床层，随着操作过程的进行，滤饼的厚度和流动阻力都逐渐增着操作过程的进行，滤饼的厚度和流动阻力都逐渐增加。滤饼按可压缩性可分为两类：加。滤饼按可压缩性可分为两类：不不可可压压缩缩滤滤饼饼：不不易易变变形形的的坚坚硬硬固固体体（如如碳碳酸酸钙钙、硅硅藻藻土土），当当滤滤饼饼两两侧侧压压差差增增大大，颗颗粒粒形形状状和和颗颗粒粒间间的的孔隙率不变，单位厚度床层的流动阻力可视作恒定。孔隙率不变，单位厚度床层的流动阻力可视作恒定。可可压压缩缩滤滤饼饼：空空隙隙结结构构易易变变形形的的滤滤饼饼为为可可压压缩缩滤滤饼饼。（如如氢氢氧氧化化钠钠），当当滤滤饼饼两两侧侧压压差差增增大大，颗颗粒粒形形状状有有明明显显的的改改变变，孔孔隙隙率率降降低低，单单位位厚厚度度床床层层的的流流动动阻阻力力随压差增大而增大。随压差增大而增大。助滤剂：助滤剂：是不可压缩的粉状或纤维状固体，如硅藻土、纤是不可压缩的粉状或纤维状固体，如硅藻土、纤维粉末、活性炭、石棉。维粉末、活性炭、石棉。使用时，可预涂，也可以混使用时，可预涂，也可以混入待滤的滤浆中一起过滤。助滤剂可改善过滤操作，入待滤的滤浆中一起过滤。助滤剂可改善过滤操作，加快过滤速率。加快过滤速率。注意：注意：当滤饼是产品时不能使用助滤当滤饼是产品时不能使用助滤剂。剂。第4页/共46页滤饼的洗涤滤饼的洗涤滤饼的洗涤滤饼的洗涤 洗涤的目的洗涤的目的：在某些过滤过程中为了除去滤饼里存留的滤液，或者为了回收滤饼中存留的滤液，在过滤终了时，需要对滤饼进行洗涤。如果滤液为水溶液，一般就用水洗涤。过滤的特点床层滤饼厚度不断增加拟定态处理设过滤面积为A,在过滤时间内所获得的滤液量为V第5页/共46页1、过滤过程的物料衡算 二、二、过滤过程的计算过滤过程的计算 对给定的滤浆，所获得的滤液必形成一定的滤饼，它们之间的对应关系可由物料衡算求得。（1）湿滤渣密度c的计算式中：c、p、分别为湿滤渣、干滤渣和滤液的密度C为湿滤渣与其中所含干渣的质量比，kg湿渣/kg干渣第6页/共46页（2）干渣质量与滤液体积的比值kg干渣/m3滤液式中：X为悬浮液中固体颗粒的质量分率，kg固体/kg悬浮液CX为单位质量悬浮液可得的湿滤渣的质量，kg湿渣/kg悬浮液 （1-CX）为单位质量悬浮液可得滤液的质量，kg滤液/kg悬浮液 X/（1-CX）为干渣与滤液的质量比第7页/共46页（3）湿滤渣体积与滤液体积的比值为式中：C为湿滤渣质量与滤液体积的比值，kg湿滤渣/m3滤液为单位体积滤液所含湿滤渣的体积第8页/共46页过滤速率：单位时间通过单位面积的滤液体积，可表示为 ，单位为m/s。过滤过程中，滤液通过滤布和滤饼的流速较低，其流动一般处于层流状态，处于康采尼公式适用的低雷诺数范围。2、过滤基本方程式 第9页/共46页滤液通过过滤介质的阻力可视为通过单位过滤面积获得某当量滤液量qe所形成的虚拟滤饼层的阻力。第10页/共46页V Ve e=Aq=Aqe e:为形成与过滤介质阻力相等发滤饼层所得的滤为形成与过滤介质阻力相等发滤饼层所得的滤液量，液量，m m3 3K K、q qe e:过滤常数过滤常数过滤常数过滤常数K K K K单位是单位是m m2 2/s,/s,在恒压下为一常数。在恒压下为一常数。常数r反应了滤饼的特性，成为滤饼的比阻。比阻r数值的大小反映了过滤操作的难易程度。S、r0:实验常数 S:压缩性指数不可压缩滤饼s=0，可压缩滤饼s=0.20.8硅藻土 s=0.01 碳酸钙 s=0.19 氢氧化铝s=0.9 第11页/共46页三、滤液量与过滤时间 (1)过滤操作方式 随着过滤随着过滤的进行，滤液量不断增加，滤饼层的厚度会不断的进行，滤液量不断增加，滤饼层的厚度会不断增大，故过滤阻力也不断增大。若维持过滤压差不变，那么增大，故过滤阻力也不断增大。若维持过滤压差不变，那么过滤速度就会不断下降，而若要维持过滤速度不变，就要不过滤速度就会不断下降，而若要维持过滤速度不变，就要不断增大过滤压差。在过滤计算中，断增大过滤压差。在过滤计算中，将前一种操作方式称为恒将前一种操作方式称为恒压过滤，后一种操作方式称为恒速过滤。这是工业生产上两压过滤，后一种操作方式称为恒速过滤。这是工业生产上两种典型的过滤操作方式。种典型的过滤操作方式。工业上所使用的过滤机大多为间歇工业上所使用的过滤机大多为间歇式，不宜于在整个过程中都采用恒压过滤或恒速过滤。式，不宜于在整个过程中都采用恒压过滤或恒速过滤。因为因为在恒压操作开始阶段，过滤介质表面还没有滤饼层生成，较在恒压操作开始阶段，过滤介质表面还没有滤饼层生成，较小的颗粒会穿过介质，得到的是浑浊的滤液，或使介质的孔小的颗粒会穿过介质，得到的是浑浊的滤液，或使介质的孔道堵塞，造成较大的阻力；而在恒速过滤操作的后期，为维道堵塞，造成较大的阻力；而在恒速过滤操作的后期，为维持恒定的过滤速度，必须将过滤压力增大到较大值，这会导持恒定的过滤速度，必须将过滤压力增大到较大值，这会导致设备的泄露或动力设备超负荷。为克服这些问题，可在过致设备的泄露或动力设备超负荷。为克服这些问题，可在过滤开始时采用较小的压力，以后不断地使之提高至预定值，滤开始时采用较小的压力，以后不断地使之提高至预定值，而后则在恒压下进行过滤，称为而后则在恒压下进行过滤，称为先恒速后恒压过滤先恒速后恒压过滤。第12页/共46页(2)恒压过滤定义定义：若过滤操作是在恒定压差下进行的，则称为恒压过滤。恒压过滤是最常见的过滤：若过滤操作是在恒定压差下进行的，则称为恒压过滤。恒压过滤是最常见的过滤方式。方式。a.a.恒压过滤方程恒压过滤方程悬浮液一定，压差恒定，悬浮液一定，压差恒定，K K为常数，且过滤开始即为恒压操作，则由式为常数，且过滤开始即为恒压操作，则由式(4-41)(4-41)可得：可得：若介质阻力可忽略不计，则可简化为：Ve和e间的关系为：qe单位面积上的当量滤液量第13页/共46页当量滤液量Ve和当量过滤时间e e之间的关系如图中的oa线，实际过滤中的滤液量V与过滤时间的关系为图中的ab段。若不计过滤介质的阻力，即Ve=0，则实际过滤过程中V与的关系为图中ob 段。恒压过滤的特点:滤饼不断变厚致使阻力逐渐增加，但推动力维持不变，因而过滤速度不断变小应用恒压过滤方程式，可进行恒压过滤各种计算。a.设计型：已知要求处理的悬浮液量及操作压差p，求所需的过滤面积。b.操作型：已知过滤面积A和操作压差p，求能处理的悬浮液量，或已知滤面积和悬浮液处理量,求所需的操作压差p第14页/共46页b.b.如果恒压过滤是在已经得到滤液量如果恒压过滤是在已经得到滤液量V V1 1，则积分时，时间从，则积分时，时间从 1 1到到，滤液量应从，滤液量应从 V V1 1到到V V (从从q q1 1到到q)q)恒压过滤讨论恒压过滤讨论：恒压过滤时滤液体积与过滤时间的关系为抛物线；恒压过滤时滤液体积与过滤时间的关系为抛物线；当过滤介质阻力可忽略不计，则：当过滤介质阻力可忽略不计，则：第15页/共46页K K称为过滤常数，单位称为过滤常数，单位mm2 2/s,/s,是物料特性和过滤压强差所决定的常数；是物料特性和过滤压强差所决定的常数；第16页/共46页(3)恒速过滤 在恒速过滤过程中，过滤速度保持恒定，因滤饼不断变在恒速过滤过程中，过滤速度保持恒定，因滤饼不断变厚致使阻力逐渐增加，过滤压差要不断增大（与厚致使阻力逐渐增加，过滤压差要不断增大（与成正比）。成正比）。恒速过滤方程恒速过滤方程(4)先恒速后恒压过滤 这是一种复合操作方式，如果在恒速阶段结束时获得滤这是一种复合操作方式，如果在恒速阶段结束时获得滤液量为液量为V V1 1，相应的过滤时间为，相应的过滤时间为1 1，此后在恒定压差，此后在恒定压差p p下开下开始进行恒压过滤，若恒压过滤一段时间后得到的累积总滤液始进行恒压过滤，若恒压过滤一段时间后得到的累积总滤液量为量为V V，累积操作总过滤时间为，累积操作总过滤时间为，则可用下式进行计算。，则可用下式进行计算。第17页/共46页（5）过滤常数的计算测定过滤常数一般在恒压下进行在恒压过滤时,/q与q呈直线关系，直线的斜率为1/K，截距为2qe/K。由此可知，只要测出不同过滤时间时单位过滤面积所得的滤液量，即可由上式求得K和qe。如果恒压过滤时间从 1、已经得到滤液量q1开始 压缩性指数压缩性指数s s如何求？例题例题4-44-4第18页/共46页四、洗涤速率与洗涤时间洗涤的目的：回收滞留在颗粒缝隙间的滤液，净化滤饼颗粒，在过滤终了时，需洗涤的目的：回收滞留在颗粒缝隙间的滤液，净化滤饼颗粒，在过滤终了时，需要对滤饼进行洗涤。如滤液为水溶液，一般就用水洗涤。要对滤饼进行洗涤。如滤液为水溶液，一般就用水洗涤。洗涤过程计算的内容：确定使用一定量洗涤液时所需要的洗涤时间。为此需要确洗涤过程计算的内容：确定使用一定量洗涤液时所需要的洗涤时间。为此需要确定洗涤速率。定洗涤速率。洗涤速度是单位时间通过单位面积的洗涤液量。洗涤速度是单位时间通过单位面积的洗涤液量。如果洗涤液量为如果洗涤液量为V VW W ，则滤饼的洗涤时间为，则滤饼的洗涤时间为W W 洗涤液用量取决于对滤渣的质量要求或滤液的回收要求。由于在洗涤过程中，滤洗涤液用量取决于对滤渣的质量要求或滤液的回收要求。由于在洗涤过程中，滤饼的厚度不再增加，所以洗涤速率基本上为常数，其大小与洗涤液的性质及洗涤方法饼的厚度不再增加，所以洗涤速率基本上为常数，其大小与洗涤液的性质及洗涤方法有关，后者又与所用的过滤设备结构有关。有关，后者又与所用的过滤设备结构有关。第19页/共46页规定洗涤速率与过滤末速率的关系？洗涤速率与过滤末速率的关系？(1)叶滤机：置换洗涤法特点：洗涤液流经滤饼通道与过滤终了时滤液通道相同（L+Le）W=（L+Le）EAW=AE第20页/共46页(2)(2)板框过滤机板框过滤机 ：横穿洗涤法：横穿洗涤法 特点：过滤终了，滤液通过滤饼层的厚度为框厚的一半，过滤面积为全部滤框面积的2倍。洗涤时，洗涤液将通过两倍于过滤终了时滤液的途径。洗涤面积为过滤面积的一半。（L+Le）W=2（L+Le）E AW=0.5AE 若洗水粘度、洗水表压与滤液相差较大，按右式校正：过滤L洗涤L第21页/共46页五、间歇过滤机的生产能力过滤机的生产能力可用单位时间内所得的滤液量或滤渣量表示。在一个过滤操作循环中，过滤装置的拆装、整理、重装等所占的辅助时间D是固定的，而过滤及洗涤时间W却要随产量的增加而增加。在一个循环中，过滤时间应有一最佳值，使生产能力最大。此时已形成的滤饼厚度，是设计压滤机框厚的依据。操作周期=+W+D 生产能力Q=V/:单位时间得到的滤液量。过滤时间的相对长短，直接影响过滤机的生产能力若一个操作周期中过滤时间短，则形成的滤饼薄，过滤速率大，但非过滤时间所占的比例相对较大，生产能力不一定就大。相反，过滤时间长，形成的滤饼则厚，过滤速率小，生产能力也可能小。第22页/共46页经推导，可得满足下式条件时，板框过滤机生产能力最大：当介质阻力不计时，有下式成立：即：在过滤介质阻力不计（Ve0）的情况下，若过滤时间和洗涤时间之和等于辅助时间，则过滤机的生产能力最大。思考：若D和W一定，opt=?第23页/共46页六、回转真空过滤机的生产能力该过滤机特点：过滤、脱水、洗涤、卸料等操作在转筒的不同区段中同时进行，在一个周期中，只有部分时间进行过滤操作。转筒表面浸入滤浆中的分数称为浸没度，以表示，=浸没角度/360。在一个操作周期内，整个转筒表面上任何一小块过滤面积所经历的过滤时间为：=/n转筒转速n:r/s第24页/共46页从生产能力的角度看:一台参数为总过滤面积A、浸没度转速nr/s的连续转筒过滤机，与一台在同样条件下操作的过滤面积A、操作周期为T=1/n，每次过滤时间为/n的间歇板框过滤机是等效的。第25页/共46页讨论：生产能力与转筒转速的1/2次方成比例，转速n越高，生产能力越大。但n过大，每转所得滤液量减少，滤饼太薄（滤阻小），难卸除，也不利于洗涤，且功耗增大。一般n=0.13r/min。QK0.5,增大，洗涤不完全，能耗增大。说明：过滤面积为什么用转鼓面积说明：过滤面积为什么用转鼓面积A A而不用而不用AA？思考思考：回转真空过滤机回转真空过滤机,滤布阻力可忽略不计，生产能力为滤布阻力可忽略不计，生产能力为m m3 3/h/h（滤液）。现将转速降低一半，其他条件不变（滤液）。现将转速降低一半，其他条件不变,则其生产则其生产能力应为能力应为 _?_?滤饼厚度为原来的多少倍滤饼厚度为原来的多少倍？(3.54m3/h1.414)第26页/共46页强化过滤速率的途径改善滤饼结构 助滤剂如硅藻土改变悬浮液中的颗粒聚集状态加入聚合电解质如明矾等絮凝剂加入硫酸铝无机电解质动态过滤 人为干扰限制滤饼增长 动态过滤机第27页/共46页小结小结过滤：过滤：1.1.公式：公式：第28页/共46页第29页/共46页第30页/共46页2.重要概念：滤浆、滤饼、过滤介质、滤液、生产能力 第31页/共46页例例1 1：恒压过滤，若介质阻力可以忽略，滤饼不可压缩。恒压过滤，若介质阻力可以忽略，滤饼不可压缩。（1 1）过滤量增大一倍，则过滤速率为原来的。）过滤量增大一倍，则过滤速率为原来的。（2 2）当操作压差增加）当操作压差增加1 1倍，过滤速率为原来的倍，过滤速率为原来的 倍，在同样时间内所得到的滤液量将倍，在同样时间内所得到的滤液量将增大到原来的增大到原来的 倍。倍。（3 3）由于温度升高粘度降低）由于温度升高粘度降低7575，则在同一时刻，滤液量增大，则在同一时刻，滤液量增大_。（4 4）过滤面积恒定，则所得的滤液量与过滤时间的）过滤面积恒定，则所得的滤液量与过滤时间的_次方成正比，而对一定的滤液量次方成正比，而对一定的滤液量则需要的过滤时间与过滤面积的则需要的过滤时间与过滤面积的_次方成次方成_比。比。(0.50.5、2、1.414、200%0.5,2,200%0.5,2,反反）第32页/共46页以下过滤机是连续式过滤机_.（）箱式叶滤机 （）真空叶滤机（）回转真空过滤机 （）板框压滤机在一个过滤周期中 _.（）过滤时间越长生产能力越大（）过滤时间越短生产能力越大（）辅助时间越长生产能力越大（）为了达到最大生产能力，辅助时间越长相应地过滤时间也越长3.3.滤液在滤饼层中的流动属于()流动。(A)层流(B)湍流(C)过渡流(D)不确定4 4.颗粒床层的固体颗粒直径小,则床层的空隙率()。原因？(A)小(B)大(C)与颗粒直径无关(D)不确定第33页/共46页5.对板框过滤机，洗涤面积AW和过滤面积A的定量关系为_，洗水走过的距离LW和滤液在过滤终了时走过的距离L的定量关系为_，洗涤时的（dV/d）W和过滤终了时的（dV/d）E的定量关系为_。叶滤机 如何？回转真空过滤机洗涤速率与最终过滤速率之比为_。6.恒速操作的过滤机，过滤10min得到滤液0.01m3,继续过滤20min，可再得滤液_m3；然后，用0.009m3洗涤液洗涤，速率不变，所需洗涤时间为_min?7.板框过滤机恒压操作，滤布阻力可忽略不计，经小时后的滤液量为V1,当框数增加到原来的1.5倍，框厚增加到原来的2倍，也经小时的滤液V2,则V2=_ V1。1.58.叶滤机滤布阻力可忽略，恒压过滤1h得到滤液10m3,继续过滤1h，可再得滤液_m3；若此时维持操作压力不变，再用清水洗涤，VW=2 m3,已知滤液粘度是水的4倍，则洗涤时间为_h。板框过滤又如何？第34页/共46页例例9 9：用一板框过滤机，对某种悬浮液进行恒压过滤，过滤时间为20min,得到滤液20m3,滤饼不洗涤，拆装时间为15min,滤饼不可压缩，介质阻力可忽略不计。试求该机的生产能力，以m3(滤液)/h表示之。如果将该机的过滤压力增加20%，拆装时间不变，试求该机的生产能力为多少m3(滤液)/h？第35页/共46页第36页/共46页第37页/共46页第38页/共46页解：单位滤液形成的滤饼体积为：第39页/共46页第40页/共46页例12某板框过滤机有5个滤框，框的尺寸为63563525mm。过滤操作在20、恒定压差下进行，过滤常数K=4.2410-5m2/s，qe=0.0201m3/m2，滤饼体积与滤液体积之比=0.08 m3/m3，滤饼不洗涤，卸渣、重整等辅助时间为10分钟。试求框全充满所需时间。现改用一台回转真空过滤机过滤滤浆，所用滤布与前相同，过滤压差也相同。转筒直径为1m，长度为1m，浸入角度为120。问转鼓每分钟多少转才能维持与板框过滤机同样的生产能力？假设滤饼不可压缩。第41页/共46页解：以一个框为基准进行计算。框全充满时滤饼的体积为：滤液量 过滤面积再根据恒压过滤方程得：K=4.2410-5m2/s，qe=0.0201m3/m2思考：以5个框为基准，如何求解？第42页/共46页改用回转真空过滤机后，压差不变，故K不变；滤布不变，故qe不变。K=4.2410-5m2/s，qe=0.0201m3/m2过滤面积板框过滤机的生产能力为：设转筒每分钟转n转，则回转真空过滤机生产能力回转真空过滤机第43页/共46页（1）除去液体中混杂的固体颗粒，在化工生产中可以采用_、_、_等方法（列举三种方法）。化工设备中用到离心沉降原理的设备有_、和_等。（2）转筒真空过滤机的洗涤速率与最终过滤速率之比为_。A、1/4；B、1/2；C、1；D、2分析：转筒真空过滤机属置换洗涤法。(3)助滤剂的作用是_。A、降低滤液粘度，减少流动阻力；B、形成疏松饼层，使滤液得以畅流；C、帮助介质拦截固体颗粒；D、使得滤饼密实并有一定的钢性（B）第44页/共46页例例11：某板框过滤机在恒压下操作，过滤阶段的时间为2h，已知第1h过滤得8m3滤液，滤饼不可压缩，滤布阻力可忽略，试求：（1）第2h可得多少滤液？（2）过滤2h后用2m3清水（粘度与滤液相近），在同样压力下对滤饼进行横穿洗涤，求洗涤时间；（3）若滤液量不变，仅将过滤压差提高1倍，问过滤时间为多少？4）若过滤时间不变，仅将过滤压差提高1倍，问滤液量为多少？3.31m32.83h1h15.99m3第45页/共46页感谢您的观看！第46页/共46页