流體通過顆粒層的流動(4x)

四.過濾

過濾是指以某種多孔物質(zhì)作為介質(zhì)，在外力的作用下，使流體通過介質(zhì)的孔道而固體顆粒被截留下來，從而實現(xiàn)固體顆粒與流體分離目的的操作。除氣固系中的顆粒過濾除液固系中的固體顆?；どa(chǎn)中過濾大多用于懸浮液中固液分離，本節(jié)只介紹懸浮液的過濾操作。

重力

實現(xiàn)過濾操作的外力壓強差或慣性離心力2/6/20231目的：獲得潔凈的流體或獲得作為產(chǎn)品的固體顆粒。名詞：濾漿（料漿）——是指被處理的懸浮液；過濾介質(zhì)——過濾操作中采用的多孔物質(zhì)；濾液——是指通過介質(zhì)孔道的液體；濾餅——是指被截留的固體顆粒。2/6/20232

1.過濾操作的分類1.餅層過濾（濾餅過濾）定義:過濾過程中在過濾介質(zhì)表面形成固體顆粒的濾餅層.濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾2/6/20233過濾之初濾液渾濁?由于濾漿中部分固體顆粒的粒徑小于介質(zhì)的孔徑，而在過濾之初穿過介質(zhì)。但顆粒會在孔道內(nèi)很快發(fā)生“架橋”現(xiàn)象，并形成濾餅層，濾液由渾濁變?yōu)榍宄骸ｋS著過濾的進行，濾餅增厚，過濾阻力增加，在推動力不變時，過濾速度變慢。2/6/202342深層過濾定義：將固體顆粒截留在過濾介質(zhì)內(nèi)部，且過濾介質(zhì)表面不生成濾餅。小于床層孔道直徑的粒子，因分子間力和靜電作用力的作用，粒子粘附在孔道壁面上被截留。適用于濾漿中固體顆粒的含量0.1%(v),且粒徑較小的場合。2/6/202353動態(tài)過濾餅層過濾中，餅層不斷增厚，阻力亦不斷增加，在推動力保持不變時則過濾速率會不斷變小。為了在過濾過程中限制濾餅的增厚，Tiller于1977年提出了動態(tài)過濾的方式。動態(tài)過濾操作時料漿沿過濾介質(zhì)表面作高速流動，濾液與料漿呈錯流（交錯流動），使濾餅在剪切力的作用下不會增厚，這樣就可維持較高的過濾能力。動態(tài)過濾需多耗機械能，且不能得到含固量高的濾餅，操作中因料漿粘度不斷增加，過大的阻力可能使電機過載。2/6/202362/6/20237

2.濾餅過濾一、概述深層過濾濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾推動力：重力、壓力、離心力

架橋現(xiàn)象2/6/20238過濾介質(zhì)：多孔性介質(zhì)、耐腐蝕、耐熱并具有

足夠的機械強度。工業(yè)用過濾介質(zhì)主要有：

織物介質(zhì)，如棉、麻、絲、毛、合

成纖維、金屬絲等編織

成的濾布；

多孔性固體介質(zhì)，如素瓷板或管、

燒結(jié)金屬等。濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾2/6/20239助濾劑：是不可壓縮的粉狀或纖維狀固體，如硅藻土、纖維粉末、活性炭、石棉。

使用時，可預涂，也可以混入待濾的濾漿中一起過濾。一、概述濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾濾餅的壓縮性：

空隙結(jié)構(gòu)易變形的濾餅為可壓縮濾餅。

2/6/202310二、過濾基本方程過濾過程流動的特點：流體在固定床中同一截面上的流速分布很不均勻產(chǎn)生壓降的主要原因：2/6/202311(1)細管長度le與床層高度L成正比(2)細管的內(nèi)表面積等于全部顆粒的表面積，

流體的流動空間等于床層中顆粒之間的全部空隙體積。1、過濾基本方程的推導簡化模型：假定：二、過濾基本方程真實速度

u固體顆粒床層體積2/6/202312濾餅內(nèi)，雷諾數(shù)很小，屬層流流動，于是：------哈根-泊謖葉方程將le、de、u表達式代入得：二、過濾基本方程由質(zhì)量守恒得：床層截面積2/6/202313---單位時間內(nèi)通

過單位過濾面

積的濾液體積即過濾速度二、過濾基本方程思考：

影響過濾阻力的因素有哪些？影響過濾速度的因素有哪些？

△p2△p1u表觀速度2/6/202314

設(shè)每獲得單位體積濾液時，被截留在過濾介質(zhì)上的濾餅體積為c（m3濾餅/m3濾液），則

代入過濾速度表達式中：令故二、過濾基本方程2/6/202315-----過濾基本方程過濾常數(shù)二、過濾基本方程△pu表觀速度2/6/202316影響K的因素：影響qe或Ve

的因素：二、過濾基本方程濾餅性質(zhì)（s、、a）濾漿性質(zhì)（c、）推動力（p）過濾介質(zhì)的性質(zhì)（孔的結(jié)構(gòu)、、r0、厚度）△pu表觀速度2/6/2023172、恒壓過濾二、過濾基本方程△pu表觀速度特點：

K為常數(shù)

積分得：

或若過濾介質(zhì)阻力可忽略不計，則

或2/6/2023183、恒速過濾二、過濾基本方程△pu表觀速度特點：

K不為常數(shù)，而u為常數(shù)。整理得：

若過濾介質(zhì)阻力可忽略不計，則

或或2/6/202319思考：先恒速再恒壓操作，恒壓段過濾方程？設(shè)恒速段過濾時間為1，則二、過濾基本方程或2/6/2023203過濾常數(shù)的測定恒壓時：求出壓縮指數(shù)s

2/6/2023214濾餅的洗滌洗滌目的：

1）回收濾餅中殘留的濾液

2）除去濾餅中的可溶性雜質(zhì)所以在過濾操作結(jié)束時用某種液體對濾餅進行洗滌。洗滌速率

：由于洗滌時濾餅厚度不變，同時在恒定的壓差下洗滌速率為常數(shù)。2/6/202322例現(xiàn)有一臺具有10m2過濾面積的過濾機，用來過濾某固體粉末的水懸浮液。固體顆粒的密度為1560kg/m3

，已知濾液的含固量20kg/m3，溫度為20℃，試驗測得濾餅的比阻r=6.7×1014m-2，介質(zhì)阻力的當量濾液量qe=0。為防止過濾介質(zhì)堵塞，先進行10分鐘的恒速過濾，爾后再進行30分鐘的恒壓過濾，要求得到總濾液量為8m3

，問操作壓差應為多少？恒速階段所得濾液量為多少？2/6/202323解：據(jù)題意qe=0,即Ve=0，=0.001Pa.s,1=60×10=600s,=60×40=2400s,V=8m3,r=6.7×1014m-2

,A=10m2,=20kg/m3，P

=1560kg/m3

根據(jù)已知條件，對恒速過濾，V2+VeV=KA2/2V12=KA21/2(a)對恒壓過濾(V2-V12)+2Ve(V-V1)=KA2(-1)(V2-V12)=KA2(-1)（b)將（a)式代入（b)式得2/6/202324而K=（2

△p）/（r）其中=/P=20/1560=0.01282m3固體/m3濾液即

△p=Kr/2=3.809×10-5×0.01282×6.7×1014×0.001/2=1.636×105Pa將K代入（a）式得恒速階段所得濾液量為V12=KA21/2=3.809×10-5×102×600/2V1=1.1427m32/6/2023255過濾設(shè)備過濾設(shè)備種類：間歇：過濾、洗滌、卸餅、清洗、安裝等步驟，如葉濾機、板框壓濾機等；連續(xù)：大多真空操作，如轉(zhuǎn)筒真空過濾機、圓盤真空過濾機等。1、板框壓濾機結(jié)構(gòu)，如圖所示，若干板，框交替排列，板，框都用支耳架在一對橫梁上，用壓緊裝置壓緊或拉開。2/6/2023262/6/2023271、板框過濾機濾框、濾板結(jié)構(gòu)：洗板板框壓濾機框非洗板洗板一個操作循環(huán)：過濾、洗滌、卸渣、整理重裝

濾液流出懸浮液入口1060塊不等，過濾面積約為280m2

洗滌液流出洗滌液入口屬間歇式特點：橫穿洗滌：Lw=2L2/6/2023281、板框過濾機6.過濾設(shè)備及過濾計算生產(chǎn)能力：

操作周期：

單位時間內(nèi)獲得的濾液量或濾餅量。其中：2/6/202329

2、加壓葉濾機2/6/202330屬間歇式置換洗滌：Lw=L3、葉濾機濾葉結(jié)構(gòu)：一個操作循環(huán)：過濾、洗滌、卸渣、整理重裝

特點：生產(chǎn)能力：

操作周期：

與板框機相同其中：與板框機相同2/6/202331置換洗滌