化工原理第三章---过滤9690.pptx
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1、一、重力沉降原理 一一)自由重力沉降自由重力沉降沉降速度表达式a)层流区或斯托克斯层流区或斯托克斯(stokes)定律区(定律区(10 4Re02)斯托克斯公式b)过渡区或艾伦定律区(过渡区或艾伦定律区(Allen)()(2Re0500)艾伦公式 重力沉降分离 c)湍流区或牛顿定律区(湍流区或牛顿定律区(Nuton)()(500Re0 2105)牛顿公式 假设沉降属于层流区 u0 Re0 Re02 u0为所求Re02 艾伦公式(牛顿公式)常用沉降速度的计算:常用沉降速度的计算:二)干扰沉降二)干扰沉降二、重力沉降分离设备一)降尘室一)降尘室-气固体系气固体系降尘室使颗粒沉降的条件降尘室使颗粒沉
2、降的条件降尘室的生产能力降尘室的生产能力二)分级器二)分级器三)沉降槽三)沉降槽-用于分离出液用于分离出液-固混合物固混合物一、过滤操作的基本概念一、过滤操作的基本概念二、过滤基本理论二、过滤基本理论三、过滤设备三、过滤设备四、滤饼的洗涤四、滤饼的洗涤五、过滤机的生产能力五、过滤机的生产能力第四节 过 滤1、过滤的概念、过滤的概念1)定定义义:在在外外力力作作用用下下,使使悬悬浮浮液液中中的的液液体体通通过过多多孔孔介介质质的的孔孔道道,而而悬悬浮浮液液中中的的固固体体颗颗粒粒被被截截留留在在介介质质上上,从从而实现而实现固、液分离固、液分离的操作。的操作。说明说明:推动力推动力:重力、压力(
3、或压差)和离心力;:重力、压力(或压差)和离心力;目的目的:获得清净的液体产品,或者得到固体产品;获得清净的液体产品,或者得到固体产品;一、过滤操作的基本概念2)过滤的相关术语)过滤的相关术语滤浆:过滤操作中所处理的原始悬浮液 滤液:通过多孔介质后的液体 滤渣(滤饼):被截留住的固体颗粒堆积层 2、过滤方式、过滤方式1 1)饼层过滤)饼层过滤2 2)深层过滤)深层过滤3 3)膜过滤)膜过滤浓缩液浓缩液进料液进料液渗透液渗透液1)饼层过滤)饼层过滤p 要要求求颗颗粒粒的的直直径径大大多多要要比比过过滤滤介介质质的的孔孔道道大大,随随着着过过滤的进行,固体颗粒沉积于过滤介质表面而形成滤饼。滤的进行
4、,固体颗粒沉积于过滤介质表面而形成滤饼。p 适适用用于于处处理理固固相相含含量量稍稍高高(固固相相体体积积分分率率在在1%以以上上)的悬浮液。的悬浮液。2)深层过滤)深层过滤p 颗颗粒粒尺尺寸寸比比介介质质的的孔孔道道小小很很多多,但但孔孔道道弯弯曲曲细细长长,颗颗粒粒进进入入后后很很容容易易被被截截流流,同同时时这这种种过过滤滤是是在在过过滤滤介介质质内内部部进进行行的的,介介质质表表面面无无滤滤饼饼形形成成。过过滤滤用用的的介介质质为为粒粒状状床层或素烧(不上釉的)陶瓷筒或板。床层或素烧(不上釉的)陶瓷筒或板。p 此此法法适适用用于于从从液液体体中中除除去去很很小小量量的的固固体体微微粒粒
5、,例例如如饮饮用水的净化。用水的净化。3、过滤介质、过滤介质(1 1)对过滤介质的性能要求)对过滤介质的性能要求 a)多孔性,对流体的阻力小,又能截住要分离的颗粒,孔道又不宜大。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 2)工业上常用的过滤介质的种类)工业上常用的过滤介质的种类 织物介质(又称滤布)堆积介质 多孔固体介质 多孔膜 织织物物介介质质:滤滤布布,用用棉棉、毛毛、丝丝、麻麻等等天天然然纤纤维维及及合合成成纤纤维维织织成成的的织织物物,由由玻玻璃璃丝丝或或金金属属丝丝织织成成的的网网。能能截截留留颗颗粒粒的的最最小小直直径径为为5-65
6、m。工工业业上上的的应应用最用最为为广泛广泛。堆堆积积介介质质:由由各各种种固固体体颗颗粒粒(砂砂、木木碳碳、石石棉棉、硅硅藻藻土土)或或非非纺纺织织纤纤维维等等堆堆积积而而成成,多多用用于于深深床床过过滤滤中。中。多多孔孔固固体体介介质质:具具有有很很多多微微细细孔孔道道的的固固体体材材料料,如如多多孔孔陶陶瓷瓷、多多孔孔塑塑料料、多多孔孔金金属属制制成成的的管管或或板板,能能拦拦截截1-3 m的的微微细细颗颗粒。粒。多多孔孔膜膜:用用于于膜膜过过滤滤的的的的各各种种有有机机高高分分子子膜膜和和无无机机材材料料膜膜。醋醋酸酸纤纤维维素素和和芳芳香香酰酰胺胺系系两两大大类类有有机机高高分分子子
7、膜膜。可可用用于于截截留留1 m以下的微小以下的微小颗颗粒粒。4、滤饼的压缩性及助滤剂、滤饼的压缩性及助滤剂 滤饼不可压缩滤饼:颗颗粒粒有有一一定定的的刚刚性性,当当滤滤饼饼两两侧侧的的压压力力差差增增大大时时,颗颗粒粒的的形形状状和和颗颗粒粒间间的的空空隙隙不不会会发发生生明明显显变变化化,单单位位厚厚度度床床层的层的流动阻力可视作恒定流动阻力可视作恒定。可压缩滤饼:颗颗粒粒比比较较软软,当当滤滤饼饼两两侧侧的的压压力力差差增增大大时时,颗颗粒粒的的形形状状和和颗颗粒粒间间的的空空隙隙会会有有明明显显的的改改变变,单单位位厚厚度度饼饼层层的的流流动动阻力随压力差增大而增大阻力随压力差增大而增
8、大。1)滤饼的可压缩性p 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。2)助滤剂p 助助滤滤剂剂是是某某种种质质地地坚坚硬硬而而能能形形成成疏疏松松饼饼层层的的固固体体颗颗粒粒或或纤纤维维状状物物质质,将将其其混混入入悬悬浮浮液液或或预预涂涂于于过过滤滤介介质质上上,可可以以改改善善饼层的性能,使滤液得以畅流。饼层的性能,使滤液得以畅流。(一)过滤速度(一)过滤速度定义:单位时间通过单位过滤面积的滤液体积 u-瞬时过滤速率,m3m-2s-1即ms-1q-单位过滤面积所得的滤液
9、量,q=V/A,m3m-2二、过滤的基本理论说说明明:随随着着过过滤滤过过程程的的进进行行,滤滤饼饼逐逐渐渐加加厚厚,过过滤滤阻阻力力不不断断增增加加,可可以以想想见见,如如果果过过滤滤压压力力不不变变,即即恒恒压压过过滤滤时时,过过滤滤速度将逐渐减小速度将逐渐减小。因此上述定义为。因此上述定义为瞬时过滤速度。瞬时过滤速度。1.空隙率空隙率:单位体积床层中的空隙体积,用单位体积床层中的空隙体积,用表示。表示。=空隙体积空隙体积/床层体积床层体积 m3/m32.颗粒比表面积:颗粒比表面积:单位体积颗粒所具有的表面积,用单位体积颗粒所具有的表面积,用a表示。表示。a=颗粒表面颗粒表面/颗粒体积颗粒
10、体积3.管道的当量直径:管道的当量直径:de=4水力半径水力半径=4管道截面积管道截面积/润湿周边润湿周边(二)涉及的几个术语(二)涉及的几个术语(三)过滤基本方程(三)过滤基本方程1、滤液通过滤饼层的流动特点、滤液通过滤饼层的流动特点 实际过滤过程中,随着过滤的进行,滤饼的厚度不断增加,流动阻力逐渐加大。因此,是一个非稳态流动。1)非稳态过程)非稳态过程2)层流流动)层流流动 滤饼层是由许多细小颗粒堆积而成,这些颗粒提供了很大的液,固接触表面,液体在滤饼层的流动速度很慢,因此,滤液在滤饼层的流动是层流流动。(1)流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。流体的流动空间等于床层中颗粒之间
11、的全部空隙体积。(2)细管的内表面积等于全部颗粒的表面积。细管的内表面积等于全部颗粒的表面积。简化模型简化模型:假定:假定:2、过滤基本方程的推导、过滤基本方程的推导 空床速度(表观速度)空床速度(表观速度)u u L le de u1 流体在固定床内流动的简化模型 讨论讨论:设滤饼的体积为Vc,颗粒的比表面积为a u1与u的关系 定定义滤饼层义滤饼层的空隙率的空隙率为为:所以(1)孔道的平均长度可以认为与滤饼的厚度成正比:le=K0L(2)孔道的当量直径(3)滤液通过滤饼层时的阻力(层流)-哈根哈根-泊谡叶方程泊谡叶方程(4)将(2),(3),(4)式带入(1)式,整理得r 称为滤饼的比阻,
12、指的是单位厚度上滤饼的阻力,与滤饼的比表面、孔隙率有关,对不可压缩滤饼,r为常数令:同理,通过过滤介质的速度表达式可写为:则:则:设每获得单位体积滤液时,被截留在过滤介质上的滤饼设每获得单位体积滤液时,被截留在过滤介质上的滤饼体积为体积为c(m3滤饼滤饼/m3滤液),则滤液),则 Ve滤出厚度为Le的一层滤饼所获得的滤液量,或称虚拟滤液体积,m3同理:过滤速度的一般关系式 (不可压缩流体)可压缩滤饼的情况比较复杂,它的比阻是两侧压强差的函数,s滤饼的压缩性指数,无因次。s=01,对于不可压缩滤饼,s=0(表3-2)。过滤速度的一般关系式 (不可压缩及可压缩流体)-过滤基本方程过滤基本方程过滤常
13、数,过滤常数,由实验测定由实验测定 pu-滤液量滤液量V过滤时间过滤时间 的关系的关系(四)恒压过滤方程式(四)恒压过滤方程式p 恒压过滤:恒压过滤:在恒定压强差下进行的过滤操作。p 恒压过滤时,滤饼不断变厚致使阻力逐渐增加。但推动力P恒定,过滤速率逐渐变小。过滤操作方式:过滤操作方式:恒压过滤恒速过滤先恒速后恒压的复合操作方式特点:特点:K为常数为常数,过滤速度愈来愈小。,过滤速度愈来愈小。pu 表观速度表观速度积分得:积分得:或或若过滤介质阻力可忽略不计,则若过滤介质阻力可忽略不计,则 或或恒压过滤方恒压过滤方程程对基本过滤方程积分,得K 过滤常数 由物料特性及过滤压强差所决定,m2/s
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