化工原理课件 过滤优秀课件.ppt
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1、化工原理课件 过滤第1页,本讲稿共49页3 过滤过滤混合物混合物均相混合物:所需分离的物质在同一相中,不能用机械均相混合物:所需分离的物质在同一相中,不能用机械 的方法分离;的方法分离;非均相混合物:具有一个以上的相,可以用机械的方非均相混合物:具有一个以上的相,可以用机械的方 法分离。相界面两侧的物质性质不同。法分离。相界面两侧的物质性质不同。固体固体固体:固体混合物固体:固体混合物固体固体液体:悬浮液液体:悬浮液固体固体气体:含尘气体气体:含尘气体液体液体气体:含雾气体气体:含雾气体液体液体液体:乳浊液液体:乳浊液非均相混合物非均相混合物第2页,本讲稿共49页3.1 过滤过滤(Filter
2、ation)3.1.1 概述概述 过滤是在外力作用下,利用过滤介质使悬浮液中的液体过滤是在外力作用下,利用过滤介质使悬浮液中的液体通过,而固体颗粒被截留在介质上,从而实现固液分离的一通过,而固体颗粒被截留在介质上,从而实现固液分离的一种单元操作。种单元操作。过滤介质过滤介质具有多孔结构,可以截留固体物质,具有多孔结构,可以截留固体物质,而让液体通过;我们把待过滤的悬浮液成为而让液体通过;我们把待过滤的悬浮液成为滤浆(滤浆(Slurry),而过滤后分离出的固体称为而过滤后分离出的固体称为滤渣滤渣或或滤饼(滤饼(Filter cake),通过,通过过滤介质的液体称为过滤介质的液体称为滤液(滤液(F
3、iltrate)。(1)过滤介质(过滤介质(Filter medium):):过过滤滤介介质质应应具具有有以以下下特特性性:多多孔孔性性,足足够够的的机机械械强强度度,尽可能小的流动阻力,耐腐蚀性,耐热性,易于再生。尽可能小的流动阻力,耐腐蚀性,耐热性,易于再生。工工业业上上常常见见的的过过滤滤介介质质:织织物物介介质质、堆堆积积介介质质、多多孔孔固固体介质、多孔膜。体介质、多孔膜。第3页,本讲稿共49页3.1.1 概述概述 (2)过滤分类:)过滤分类:深层过滤(深层过滤(Deep bed filteration)滤饼过滤(滤饼过滤(Cake filteration)过滤介质过滤介质悬浮液悬浮
4、液深层过滤深层过滤悬浮液悬浮液滤饼滤饼过滤介质过滤介质滤液滤液滤饼过滤滤饼过滤第4页,本讲稿共49页 (3)过滤推动力:)过滤推动力:重重力力(漏漏斗斗过过滤滤)、压压力力(加加压压过过滤滤)或或真真空空(抽抽滤滤)、离心力(离心过滤)。离心力(离心过滤)。(4)滤饼的可压缩性)滤饼的可压缩性 (5)助滤剂)助滤剂 助助滤滤剂剂本本身身就就是是一一性性能能良良好好的的过过滤滤介介质质,是是一一种种坚坚硬硬、不不规规则则的的小小颗颗粒粒,它它能能形形成成结结构构疏疏松松、空空隙隙率率大大、不不可可压压缩缩的的滤滤饼饼,很很大大程程度度改改善善过过滤滤难难度度。助助滤滤剂剂使使用用方方法法主主要要
5、有有两两种:混合、预涂。种:混合、预涂。3.1.1 概述概述第5页,本讲稿共49页3.1.2 过滤设备过滤设备 过滤设备按生产压差的方式不同分成两大类过滤设备按生产压差的方式不同分成两大类:压滤和吸滤压滤和吸滤 如叶滤机、板框压滤机,回转真空过如叶滤机、板框压滤机,回转真空过滤机等;滤机等;离心过滤离心过滤 如各种间歇卸渣和连卸渣离心机。如各种间歇卸渣和连卸渣离心机。第6页,本讲稿共49页3.1.2 过滤设备过滤设备(1)板框压滤机)板框压滤机(Plate-and-frame type filter press)结构与工作原理结构与工作原理第7页,本讲稿共49页3.1.2 过滤设备过滤设备第8
6、页,本讲稿共49页3.1.2 过滤设备过滤设备 流程流程装合、过滤、洗涤、卸渣、整理,装合、过滤、洗涤、卸渣、整理,1232123212321 第9页,本讲稿共49页3.1.2 过滤设备过滤设备 特点特点 优点优点:结构简单,过滤面积大(:结构简单,过滤面积大(100100mm1500 1500mm)而占地省,过滤压力高(可达)而占地省,过滤压力高(可达1.5MPa),操作灵),操作灵活,便于用耐腐蚀材料制造,所得滤饼水分含量少,又能充活,便于用耐腐蚀材料制造,所得滤饼水分含量少,又能充分地洗涤。分地洗涤。缺点缺点:间歇过滤,劳动强度大,适用于中小规模的生产:间歇过滤,劳动强度大,适用于中小规
7、模的生产及有特殊要求的场合。及有特殊要求的场合。横穿洗涤横穿洗涤(洗涤液的流通路径是过滤滤液流通路径的两(洗涤液的流通路径是过滤滤液流通路径的两倍,洗涤液的流通截面积为过滤滤液流通截面积的一半;故倍,洗涤液的流通截面积为过滤滤液流通截面积的一半;故洗涤速率为过滤终了速率的四分之一洗涤速率为过滤终了速率的四分之一)。)。第10页,本讲稿共49页3.1.2 过滤设备过滤设备(2)叶滤机()叶滤机(Leaf filter)结构与工作原理:结构与工作原理:第11页,本讲稿共49页3.1.2 过滤设备过滤设备流程流程 装合、过滤、洗涤、卸渣、整理装合、过滤、洗涤、卸渣、整理 特点特点 优点优点:间歇过滤
8、,单位地面所容纳的过滤面积大,洗涤:间歇过滤,单位地面所容纳的过滤面积大,洗涤充分,生产能力比压滤机大,机械化程度高,劳动力省,密充分,生产能力比压滤机大,机械化程度高,劳动力省,密闭过滤,操作环境较好。闭过滤,操作环境较好。缺点缺点:构造复杂,造价高,滤饼中粒度差别较大的颗粒:构造复杂,造价高,滤饼中粒度差别较大的颗粒可能分别积聚于不同的高度,使洗涤不均匀。可能分别积聚于不同的高度,使洗涤不均匀。置换洗涤置换洗涤(洗涤液的流通路径与过滤滤液流通路径相同,(洗涤液的流通路径与过滤滤液流通路径相同,洗涤液的流通截面积与过滤滤液流通截面积相等;洗涤液的流通截面积与过滤滤液流通截面积相等;洗涤速率洗
9、涤速率与过滤终了速率相等与过滤终了速率相等)。)。第12页,本讲稿共49页(3)转筒真空过滤机()转筒真空过滤机(Rotary vacuum drum filter)结构与工作原理:结构与工作原理:3.1.2 过滤设备过滤设备第13页,本讲稿共49页3.1.2 过滤设备过滤设备第14页,本讲稿共49页3.1.2 过滤设备过滤设备流程流程 过滤、洗涤、吸干、吹松、卸渣过滤、洗涤、吸干、吹松、卸渣特点特点 优点优点:操作连续、自动:操作连续、自动 缺点缺点:设备体积庞大,过滤面积相对较小,过滤、洗涤:设备体积庞大,过滤面积相对较小,过滤、洗涤推动力小,洗涤不充分,适用于处理量大而容易过滤的悬浮推动
10、力小,洗涤不充分,适用于处理量大而容易过滤的悬浮液分离。液分离。洗涤方式为洗涤方式为置换洗涤。置换洗涤。第15页,本讲稿共49页3.1.3 过滤基本理论过滤基本理论3.1.3.1 滤饼层特性滤饼层特性 (1)滤饼层空隙率)滤饼层空隙率 空空隙隙率率反反映映了了滤滤饼饼层层中中固固体体颗颗粒粒的的堆堆积积密密度度;,颗颗粒粒堆堆积积紧紧密密,同同样样流流量量下下,阻阻力力;,颗颗粒粒堆堆积积疏疏松松,同同样流量下,阻力样流量下,阻力。第16页,本讲稿共49页3.1.3 过滤基本理论过滤基本理论(2)滤饼自由截面积分率)滤饼自由截面积分率A0 D dL 将滤饼层转化为如图所示的圆环柱,根将滤饼层转
11、化为如图所示的圆环柱,根据空隙率和自由截面积分率的定义,有:据空隙率和自由截面积分率的定义,有:第17页,本讲稿共49页3.1.3 过滤基本理论过滤基本理论(3)滤饼比表面积)滤饼比表面积aB和颗粒比表面积和颗粒比表面积 S0第18页,本讲稿共49页3.1.3 过滤基本理论过滤基本理论3.1.3.2 滤液通过滤饼层的流动滤液通过滤饼层的流动 流动阻力可用哈根流动阻力可用哈根泊谡叶方程表示:泊谡叶方程表示:式中式中 l 滤饼孔道的平均长度,滤饼孔道的平均长度,m;u为滤饼孔道中滤液的流速,为滤饼孔道中滤液的流速,m/s;de 为孔道的当量直径,为孔道的当量直径,m。第19页,本讲稿共49页3.1
12、.3 过滤基本理论过滤基本理论将以上关系代入哈根将以上关系代入哈根泊谡叶方程:泊谡叶方程:滤饼两侧滤饼两侧的压力差的压力差滤饼的比阻滤饼的比阻(Lewis Specific filtration resistance)第20页,本讲稿共49页3.1.3 过滤基本理论过滤基本理论 滤滤饼饼的的空空隙隙率率,r,所所以以对对可可压压缩缩滤滤饼饼推推动动力力不不同同时时,比比阻阻也也不不同同;由由于于滤滤液液流流过过滤滤饼饼而而对对滤滤饼饼中中的的颗颗粒粒产产生生向向前前的的压压缩缩力力(压压紧紧力力),使使得得滤滤饼饼表表面面空空隙隙率率较较大大,而而内内部部的的空空隙隙率率较较小小,阻阻力力较较
13、大大;因因此此空空隙隙率率、比比阻阻不不仅仅与与过过滤滤推推动动力力有有关关,还还与与滤滤饼饼层层的的位位置置有有关关,它它们们在在滤滤饼饼中中的的不不同同位位置置分分布布是是不不均均匀匀的的。且且上上式式过过滤滤速速率率只只考考虑虑了了滤滤饼饼的的过过滤滤阻阻力力,还未考虑过滤介质的过滤阻力。还未考虑过滤介质的过滤阻力。第21页,本讲稿共49页3.1.3 过滤基本理论过滤基本理论3.1.3.3 过滤基本方程式过滤基本方程式(1)可压缩滤饼)可压缩滤饼 当量滤液量,当量滤液量,m3 同理同理当量滤饼层厚度,当量滤饼层厚度,m 压缩性指数压缩性指数第22页,本讲稿共49页3.1.3 过滤基本理论
14、过滤基本理论(2)不可压缩滤饼)不可压缩滤饼 S=0 比阻的另一种表达方法比阻的另一种表达方法 定义:定义:无论如何定义,过滤的阻力是不变的,所以:无论如何定义,过滤的阻力是不变的,所以:即即比阻(比阻(Ruth Specific filtration resistance),),m/kg 第23页,本讲稿共49页3.1.3 过滤基本理论过滤基本理论3.1.3.4 恒压过滤(恒压过滤(Constant pressure filtration)若若在在过过滤滤过过程程中中保保持持过过滤滤推推动动力力恒恒定定,那那么么在在过过滤滤初初始始阶阶段段,滤滤饼饼还还未未形形成成时时,过过滤滤阻阻力力小小
15、,过过滤滤速速率率大大,随随着着过过滤滤的的进进行行,滤滤饼饼厚厚度度不不断断增增大大,过过滤滤阻阻力力增增大大,过过滤滤速速率率下下降;这种过滤方式为降;这种过滤方式为恒压过滤恒压过滤。若若要要保保证证过过滤滤过过程程的的过过滤滤速速率率恒恒定定,那那么么在在过过滤滤过过程程中中应应不不断断提提高高过过滤滤的的推推动动力力,这这种种操操作作方方式式为为恒恒速速过过滤滤(Constant rate filtration)。若过滤过程中压力和速率均无法恒定则若过滤过程中压力和速率均无法恒定则为变压变速过滤为变压变速过滤。第24页,本讲稿共49页 恒恒压压过过滤滤如如线线(1)所所示示,压压力恒定
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