過濾速度是描述過濾過程的關(guān)鍵!推動力其它因素課件

第四章過濾

表面過濾過程被過濾的顆粒粒徑較小的情況表面過濾通常發(fā)生在過濾流體中顆粒物濃度較高或過濾速度較慢的情況。給水處理：慢濾池污泥脫水：使用的各類脫水機（如真空過濾機、板框式壓濾機等）濾餅過濾多孔性介質(zhì)第一節(jié)表面過濾的基本理論

主要特征：隨著過濾過程的進行，流體中的固體顆粒被截留在過濾介質(zhì)表面并逐漸積累成濾餅層。濾餅層厚度：隨過濾時間的增長而增厚，其增加速率與過濾所得的濾液的量成正比。過濾速度：由于濾餅層厚度的增加，因此在過濾過程中是變化的。

過濾速度是描述過濾過程的關(guān)鍵！推動力其它因素一、過濾基本方程第一節(jié)表面過濾的基本理論

某一過濾時間t時的過濾狀態(tài)

p

過濾壓差

相應(yīng)的濾液量為V

過濾速度u定義為：

dt——微分過濾時間,sdV——dt時間內(nèi)通過過濾面的濾液量,m3

A——過濾面積,m2

Lm（表觀）第一節(jié)表面過濾的基本理論

（7.2.1）過濾速度與推動力之間的關(guān)系可用下式（Darcy定律）表示：Rm：過濾介質(zhì)過濾阻力,1/mRc：濾餅層過濾阻力,1/m假設(shè)rm，r分別為過濾介質(zhì)和濾餅層的過濾比阻,1/m2

Rm=rmLm；Rc=rL

(7.2.2)

(7.2.4)

Ruth

過濾方程r：與過濾介質(zhì)上形成的濾餅層的孔隙結(jié)構(gòu)特性有關(guān)L：與濾液量有關(guān)，在過濾過程中是變化的。第一節(jié)表面過濾的基本理論

濾餅層的比阻r有兩種情況：不可壓縮濾餅：濾餅層的顆粒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在壓力的作用下不變形，r與p無關(guān)可壓縮濾餅：在壓力的作用下容易發(fā)生變形

r0：單位壓差下濾餅的比阻，m-2Pa-1；s：濾餅的壓縮指數(shù)，對于可壓縮濾餅，s=0.2～0.8，對于不可壓縮濾餅，s=0第一節(jié)表面過濾的基本理論

經(jīng)驗式：(7.2.9)假設(shè)每過濾1m3濾液得濾餅f（m3）

V：濾液體積(m3)第一節(jié)表面過濾的基本理論

(7.2.5)……(7.2.8)另外，可把過濾介質(zhì)的阻力轉(zhuǎn)化成厚度為Le的濾餅層阻力

(7.2.6)(7.2.7)則：(7.2.8)三、過濾常數(shù)的測定

（一）過濾常數(shù)K，qe的計算對于恒壓過濾，過濾積分方程改寫為：

t/q

q

2qe/K

斜率1/K

第一節(jié)表面過濾的基本理論

(7.2.19)（二）壓縮指數(shù)s的計算在不同的過濾壓差下做過濾實驗求得相應(yīng)的K，由上式可得s。第一節(jié)表面過濾的基本理論

(7.2.20)二、過濾過程的計算確定濾液量與過濾時間和過濾壓差等之間的關(guān)系。

（一）恒壓過濾在過濾過程中，過濾壓差自始自終保持恒定。對于指定的懸浮液，K為常數(shù)。對式(7.2.11)或式(7.2.12)進行積分：第一節(jié)表面過濾的基本理論

(7.2.13a)(7.2.13b)若過濾介質(zhì)阻力可忽略不計，則簡化為：

如果恒壓過濾是在濾液量已達到V1，即濾餅層厚度已累計到L1的條件下開始時，應(yīng)如何計算？K可通過實驗測定。

L1V1積分時：時間從0t，

濾液量V1V

第一節(jié)表面過濾的基本理論

(7.2.14a)(7.2.14b)(7.2.15)深層過濾過程利用過濾介質(zhì)間空隙進行過濾。通常發(fā)生在以固體顆粒為濾料的過濾操作中。濾料內(nèi)部空隙大于懸浮顆粒粒徑。懸浮顆粒隨流體進入濾料內(nèi)部，在攔截、慣性碰撞、擴散沉淀等作用下顆粒附著在濾料表面上而與流體分開。流體在顆粒濾料層中的流動規(guī)律第二節(jié)深層過濾的基本理論深層過濾在水處理中的應(yīng)用水處理中的快濾池、加壓砂濾器深層過濾一般適用于流體中顆粒含量少的場合?？鞛V池第二節(jié)深層過濾的基本理論一、流體通過顆粒床層的流動顆粒床層是由一定大小和形狀的顆粒組成。

（一）混合顆粒的幾何特性1.粒度分布篩分實驗:采用一套標(biāo)準(zhǔn)篩進行測量

混合顆粒的累計粒度分布曲線

大小稱量篩留物，計算在混合顆粒中的質(zhì)量分數(shù)。第二節(jié)深層過濾的基本理論2.混合顆粒的平均粒徑混合顆粒的平均粒徑有多種表示方法。通常定義：比表面積等于混合顆粒的比表面積的顆粒粒徑對于球形顆粒，取1kg密度為p的混合顆粒，其中粒徑為dpi的顆粒的質(zhì)量分數(shù)為xmi，則混合顆粒的比表面積為：…單顆粒比表面積單位體積顆粒所具有的表面積第二節(jié)深層過濾的基本理論假設(shè)混合顆粒的平均直徑為dpm，則對于非球形顆粒：

：顆粒的球形度devi：顆粒i的等體積當(dāng)量直徑

各篩上篩留物的平均直徑第二節(jié)深層過濾的基本理論(7.3.1)(7.3.2)（二）顆粒床層的幾何特性

1.顆粒床層的空隙率

空隙率的大小與顆粒的形狀、粒度分布、顆粒床的填充方法和條件、容器直徑與顆粒直徑之比等有關(guān)。對于均勻的球形顆粒，最松排列的空隙率為0.48，最緊密排列時的空隙率為0.26。非球形顆粒任意堆積時的床層空隙率往往要大于球形顆粒，一般為0.35～0.7。第二節(jié)深層過濾的基本理論(7.3.3)2.顆粒床層的比表面顆粒的比表面a：

單位體積顆粒所具有的表面積第二節(jié)深層過濾的基本理論床層的比表面積ab：單位體積的床層中顆粒的表面積ab與a之間的關(guān)系如下：ab主要與顆粒尺寸有關(guān)，顆粒尺寸愈小，床層的比表面愈大。(7.3.4)3.顆粒床層的當(dāng)量直徑顆粒床層中空隙所形成的流體通道結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。通常采用簡化的流動模型來代替床層內(nèi)的真實流動過程。將實際床層簡化成由許多相互平行的小孔道組成的管束。與床層厚度成正比l’=L第二節(jié)深層過濾的基本理論顆粒床層的當(dāng)量直徑定義為：取面積1m2，厚度為1m的顆粒床層為基準(zhǔn)，根據(jù)簡化模型第二節(jié)深層過濾的基本理論對于非球形顆粒，

dea：等比表面積當(dāng)量直徑dev：等體積當(dāng)量直徑：形狀系數(shù)…與床層空隙率和顆粒尺寸有關(guān)則顆粒床層的當(dāng)量直徑為：第二節(jié)深層過濾的基本理論(7.3.5)(7.3.6)（三）流體在顆粒床層中的流動

1.流動速度根據(jù)上述的簡化模型，流體在顆粒床層中的流動可以看成是在小孔道管束中的流動。流體在孔道內(nèi)的流動可以看成是層流。流動速度可以用Hagen-Poiseuille定律來描述。ul——流體在床層空隙中的實際流速，m/s；deb——顆粒床層的當(dāng)量直徑，m;p——流體通過顆粒床層的壓力差，Pa；——流體粘度，Pas；l’——孔通道的平均長度，m。第二節(jié)深層過濾的基本理論(7.3.7)又，顆粒床層的空床流速u：dV——dt時間內(nèi)通過床層的濾液量，m3；A——垂直于流向的顆粒床層截面積，m2。床層空隙中的實際流速ul與空床流速u之間有如下關(guān)系：實際流速與空床流速的物理意義？第二節(jié)深層過濾的基本理論(7.3.9)(7.3.8)按照簡化模型，孔通道的長度l’與顆粒床層厚度L成正比，則Kozeny-Carmam方程Kl

為Kozeny系數(shù)，與下列因素有關(guān)：床層顆粒粒徑、形狀床層空隙率等在床層空隙率＝0.3～0.5時，Kl＝5。

第二節(jié)深層過濾的基本理論(7.3.