天津大学化工原理第17讲过滤(之二)
《化工原理教学课件》过滤
目录
• 过滤原理简介 • 过滤设备 • 过滤操作 • 过滤效率与过滤速率 • 过滤的工业应用 • 新型过滤技术
01
过滤原理简介
过滤的基本概念
过滤
利用多孔介质拦截悬浮颗粒，使 液体通过而悬浮颗粒被截留的分
离技术。
过滤介质
多孔性物质，如滤布、滤网、砂芯 等。
悬浮颗粒
悬浮在液体中的固体颗粒或液滴。
高温的滤材。
控制过滤压力
合理控制过滤压力，以实现高 效过滤并延长滤材使用寿命。
优化过滤操作条件
通过实验确定最佳的过滤温度 、压力、流量等操作条件，提
高过滤效果。
定期更换滤材
根据实际使用情况定期更换滤 材，避免堵塞和破损对过滤效
果的影响。
过滤操作的注意事项
注意安全
在过滤易燃易爆或有腐蚀性的物质时， 应采取相应的安全措施，如佩戴防护 眼镜、手套等。
设备，如叶滤机。
根据操作条件选择
对于高温、高压环境，应选择耐 高温、耐高压的过滤设备；对于 真空度要求较高的操作，应选择
真空度较高的过滤设备。
根据生产规模选择
对于大规模生产，应选择效率高、 处理能力强的过滤设备；对于小 规模生产，可以选择简单、经济
的过滤设备。
常用过滤设备的工作原理
真空过滤机
利用真空作为驱动力，使 悬浮液中的液体通过滤布 排出，固体颗粒被截留在 滤布表面形成滤饼。
反渗透技术
总结词
反渗透技术是一种利用反渗透原理的分离技术，能够去除水中的离子、有机物、微生物等。
详细描述
反渗透技术利用半透膜，使水在压力作用下通过膜过滤，去除水中的离子、有机物、微生物等。反渗 透技术广泛应用于海水淡化、工业用水处理、饮用水净化等领域，具有高效、节能、环保等优点。
化工原理过滤
解： (1)以1m3滤饼为基准。
固体： 体积0.5m3 质量1100kg， 1m3滤饼中
水：500kg 需要滤浆的质量为 1100 7913.7kg
0.139
《化工原理》课件——第三章 非均相物系的分离
生成的滤液质量为 7913.7-500-1100＝6313.7kg
解：(1) 由
C 1 C 1
C P
C 1 C 1 1400 2600 1000 所以 C=2.15kg(湿渣)/kg(干渣)
（2）已知 X=0.4 kg(干渣)/kg(悬浮液)
X 0.04 1000 43.8k g(干渣) / m3 (滤液)
1 CX 1 2.15 0.04
例：已知某悬浮液中固相的质量分率为0.139，固相密度为 2200kg/m3，液相为水，每1m3滤饼中含500kg水，其余全为固相。
1 0.158
6.3137 (2)以1kg悬浮液为基准
固体：0.139kg 1kg悬浮液中
水：0.861kg 颗粒体积：0.139 6.32105 m3
2200
每1m3滤饼中含500kg水，即固相体积分率为0.5。
滤饼体积： 6.32105 2 1.264104 m3
（三）助滤剂
随着过滤的进行，滤饼的厚度增大，滤液的流动阻力亦逐渐增大， 导致滤饼两侧的压强差增大。滤饼的压缩性对压强差有较大影响。 滤饼分为可压缩滤饼和不可压缩滤饼。
不可压缩滤饼：某些悬浮液中的颗粒所形成的滤饼具有一定的刚 性，滤饼的空隙结构不会因为操作压差的增大而变形。 可压缩滤饼：滤饼因为操作压差的增大而发生不同程度的变形， 滤饼中的流动通道缩小，流动阻力增加。
工业常用的过滤介质主要有
天津大学化工原理考试大纲知识点分解
化工原理知识点一、考试的总体要求对于学术型考生，本考试涉及三大部分内容：（1）化工原理课程，（2）化工原理实验，（3）化工传递。
其中第一部分化工原理课程为必考内容（约占85%），第二部分化工原理实验和第三部分化工传递为选考内容（约占15%），即化工原理实验和化工传递为并列关系，考生可根据自己情况选择其中之一进行考试。
对于专业型考生，本考试涉及二大部分内容：（1）化工原理课程，（2）化工原理实验。
均为必考内容，其中第一部分化工原理课程约占85%，第二部分化工原理实验约占15%。
要求考生全面掌握、理解、灵活运用教学大纲规定的基本内容。
要求考生具有熟练的运算能力、分析问题和解决问题的能力。
答题务必书写清晰，过程必须详细，应注明物理量的符号和单位，注意计算结果的有效数字。
不在试卷上答题，解答一律写在专用答题纸上，并注意不要书写在答题范围之外。
二、考试的内容及比例（一）【化工原理课程考试内容及比例】（125分）1．流体流动（20分）流体静力学基本方程式；流体的流动现象（流体的黏性及黏度的概念、边界层的概念）黏性：运动状态下，流体具有的抗拒内在的向前运动的特性；黏度：定义式：物理意义：促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力边界层：流体流经固体壁面时，由于流体黏性，在壁面附近存在较大速度梯度的流体层。
流体在管内的流动（连续性方程、柏努利方程及应用）；流体在管内的流动阻力（量纲分析、管内流动阻力的计算）；管路计算（简单管路、并联管路、分支管路）；流量测量（皮托管、孔板流量计、文丘里流量计、转子流量计）。
2．流体输送设备（10分）离心泵（结构及工作原理、性能描述、选择、安装、操作及流量调节）；结构：一是叶轮和泵轴的旋转部件；二是泵壳、填料函和轴承组成的静止部件。
工作原理:性能描述：性能参数：流量、压头、轴功率、效率a.流量：离心泵在单位时间内棑送到管路系统的液体体积，与泵的结构、尺寸及转速有关。
注：实际流量还与管路特性有关。
化工原理课件第4章：过滤
ε反映了床层中颗粒堆集的紧密程度，其大小与颗粒的形状、粒度分 布、装填方法、床层直径、所处的位置等有关。 球形：0.26～0.48 乱堆：0.47～0.7
壁效应
化工原理——流体通过颗粒层的流动
ε的测量方法：
充水法： 称量法：
V水
V
V G
p
V
不适于多孔性颗粒
K 2P1s
r0
化工原理——流体通过颗粒层的流动
4.5.2 间歇过滤的滤液量与过滤时间的关系 1. 恒速过滤方程
若Ve＝0，则？ K虽为变量，但应为τ时刻的过滤常数值。
化工原理——流体通过颗粒层的流动
2. 恒压过滤方程
若Ve＝0，则？
若V=Ve ？ qe2 K e
q qe 2 K e
求Ve，τe
(1
- 3
)a
ρu 2
P' L
'
(1- )a 3
u2
单位床层高度的压降， Pa
模型参数
化工原理——流体通过颗粒层的流动
4.3.3 模型的检验和模型参数的估计
1. 康采尼（Kozeny）方程
在流速较低， Re'＜2时（层流），
'
K' Re'
其中：
Re'
deu1
u a(1 )
实验测得
K ' 5.0
p
p (1)
化工原理——流体通过颗粒层的流动
流入的量＝流出的量＋累积量
总量衡算： V悬＝V LA
固体量衡算： V悬 LA(1 ) 由上两式可得： L q
1
一般，＜＜， L q 1
天津大学化工原理答案(第二版)完整
绪 论1. 从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为SI 单位。
（1）水的黏度μ=0.00856 g/(cm·s) （2）密度ρ=138.6 kgf ·s 2/m 4（3）某物质的比热容C P =0.24 BTU/(lb·℉) （4）传质系数K G =34.2 kmol/(m 2·h ·atm) （5）表面张力σ=74 dyn/cm（6）导热系数λ=1 kcal/(m ·h ·℃)解：本题为物理量的单位换算。
（1）水的黏度 基本物理量的换算关系为1 kg=1000 g ，1 m=100 cm则 )s Pa 1056.8s m kg 1056.81m 100cm 1000g 1kg s cm g 00856.044⋅⨯=⋅⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅=--μ（2）密度 基本物理量的换算关系为1 kgf=9.81 N ，1 N=1 kg ·m/s 2则 3242m kg 13501N s m 1kg 1kgf N 81.9m s kgf 6.138=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅=ρ（3）从附录二查出有关基本物理量的换算关系为1 BTU=1.055 kJ ，l b=0.4536 kg o o 51F C 9=则()C kg kJ 005.1C 95F 10.4536kg 1lb 1BTU kJ 055.1F lb BTU 24.0︒⋅=⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒︒⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒=p c （4）传质系数 基本物理量的换算关系为 1 h=3600 s ，1 atm=101.33 kPa则()kPa s m kmol 10378.9101.33kPa 1atm 3600s h 1atm h m kmol 2.34252G ⋅⋅⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅⋅=-K（5）表面张力 基本物理量的换算关系为1 dyn=1×10–5 N 1 m=100 cm则m N 104.71m 100cm 1dyn N 101cm dyn 7425--⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡=σ （6）导热系数 基本物理量的换算关系为 1 kcal=4.1868×103 J ，1 h=3600 s 则()()C m W 163.1C s m J 163.13600s 1h 1kcal J 104.1868C h m kcall 132︒⋅=︒⋅⋅=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒⋅⋅=λ 2． 乱堆25cm 拉西环的填料塔用于精馏操作时，等板高度可用下面经验公式计算，即()()()LL10CB4E 3048.001.121078.29.3ραμZ D G A H -⨯=式中 H E —等板高度，ft ；G —气相质量速度，lb/(ft 2·h)； D —塔径，ft ；Z 0—每段（即两层液体分布板之间）填料层高度，ft ； α—相对挥发度，量纲为一； μL —液相黏度，cP ； ρL —液相密度，lb/ft 3A 、B 、C 为常数，对25 mm 的拉西环，其数值分别为0.57、-0.1及1.24。
化工原理上考研精品课程3.2过滤.ppt
q 0.124
（2）一块框的过滤面积
A1 2 0.635 0.635 0.806m2
框数n A ＝ 16.1 20 A1 0.806
第四节 离心分离
利用离心力分离非均相混合物。其设备除前述的 旋风（液）分离器外，还有离心机 。
一、过滤速度： 指单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积。
u dV
Ad
二、液体通过滤渣层的流动 过滤速率＝ dV
d
L
le
u
de
u
流体在固定床内流动的简化模型
简化模型：假定：(1)细管长度le与床层高度L成正比
le K0L
(2)细管的内表面积等于全部颗粒的表面积，
流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。
三、过滤基本方程
过滤速度＝过滤推动力 过滤阻力
过滤推动力＝压力差，过滤阻力＝（滤饼的阻力rL R,过滤介质的阻力r2L2 R2 )
u
dV
Ad
p1
rL
p2
r2 L2
Δ p1 Δ p2
(rL r2 L2 )
Δp R滤饼 R介质
令r2L2 rLe,则：
dV p
Ad r(L Le )
（1）若滤液浓度为：w 单干位固体体积质滤量液（ kg干渣 / m3滤液）
cV AL，L cV / A 滤渣层阻力R rL rcV / A
dV A2Δ p
d rc(V Ve )
rw rc
3.4.3 恒压过滤
（1）恒压过滤方程式
dV A2Δ p
d rw(V Ve )
Δp 常数，对于一定的悬浮液，, r, r, w亦为常数
(完整版)化工原理课件(天大版)
返回 30 03:06:50
4. 流体的特征
具有流动性； 无固定形状，随容器形状而变化； 受外力作用时内部产生相对运动。
不可压缩流体：流体的体积不随压力变化而变化， 如液体；
可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化， 如气体。 返回 31
13.7
QL 13.7kW
热损失：
100% 6.54%
257.3 47.8
返回 23 03:06:50
例4 非稳定热量衡算举例
罐内盛有20t重油，初温
T1=20℃，用外循环加热法 水蒸气
进行加热，重油循环量
W=8t/h。循环重油经加热
冷 凝
器升温至恒定的100℃后又 水
W=8t/h T3=100℃
基本单位：7个，化工中常用有5 个，即长度（米），质量（千 克），时间（秒），温度（K）， 物质的量（摩尔）
➢ 物理单位 基本单位：长度（厘米cm），质 制（CGS制） 量（克g），时间（秒s）
➢ 工程单 位制
基本单位：长度（米），重量或力 （千克力kgf），时间（秒）
我国法定单位制为国际单位制（即SI制） 返回 11
化工生产过程中，流体（液体、气体）的流动 是各种单元操作中普遍存在的现象。如：
传热 — 冷、热两流体间的热量传递； 传质 — 物料流间的质量传递。 流体流动的强度对热和质的传递影响很大。 强化设备的传热和传质过程需要首先研究流体的流动 条件和规律。 因此，流体流动成为各章都要研究的内容。流体 流动的基本原理和规律是“化工原理” 的重要基础。
化工原理(下册)第二版天津大学出版社资料
会，包括增大相界面积和增强湍动程度。
两相在接触后能分离完全。
结构简单、紧凑，操作便利，稳定，运转可
靠，周期长，能量消耗小等。
返回
武汉理工大学化工原理电子课件
2. 填料塔和板式塔：
填料塔： 在填料塔内气液两相沿着塔高连续接触、传质，因而两 相的浓度也沿塔高连续变化。
连续接触式传质设备
板式塔： 在板式塔内气流与液流依次在各层塔板上接触、传质， 其浓度沿塔高呈阶跃式变化。 逐级接触式传质设备
4．气体总压与理想气体中组分的分压
总压与某组分的分压之间的关系:
pA = PyA
摩尔比与分压之间的关系:
pA YA p pA
摩尔浓度与分压之间的关系:
nA pA cA V RT
返回
武汉理工大学化工原理电子课件
三、传质设备简介
1. 对传质设备的要求（设计原则）：
给传质的两相（或多相）提供良好的接触机
返回
武汉理工大学化工原理电子课件
均相物系分离的特点
引入第二个相，并使两组分在第二
个相中存在不均匀分配。 相际传质（物质从一相通过相界面 进入另一相）
返回
武汉理工大学化工原理电子课件
分离的目的：
浓缩：除去溶剂；
纯化：除去杂质；
分离：将混合物分成两种或多种目的产物；
反应促进：把化学反应或生化反应的产物连
分离非均相混合物
传热：
传质：吸收、脱吸、精馏、萃取、干燥、 吸附、结晶等 非均相混合物
分离操作 均相混合物 传质设备 返回
武汉理工大学化工原理电子课件
一、化工生产中的传质过程
均相混合物的分离过程 1. 均相物系的分离
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
q 线，则直线的斜率为2/K，得K值
2 截距为2qe/K，得qe值。 由 qe Ke 可得θe。
0
q
0
0
q
0
/ q
0
1 2
实 验 数 据 记 录 与 整 理
q1 q2
1 2 1
第17讲
过滤（之二）
教学内容：1、过滤常数的测定。 2、过滤设备。 教学目的：1、掌握过滤常数的实验测定方法。 2、了解过滤设备的结构、性能及操作。 教学重点：过滤常数的测定方法 教学难点：过滤常数的测定方法
3.4.5 过滤常数的测定
2 恒压过滤方程中 K、 V 2 2VVe KA s、qe、 (θ V Ve )2 KA2 ( e ) e均须由过滤实验测定。 2 1. 恒压下 K 、qe 、 θe 的测定 q 2 qq K e
q1 1 / q1 q2 q1 (2 1 ) /(q2 q1 )
2 2 q qe q K K
2. 压缩性指数s及滤饼常2k P1s lg K (1 s)lg P lg(2k )
(2) 实验方法 改变ΔP，进行同样的实 验，测得一系列ΔP下的K值，
2. 叶滤机
(1) 结构特征
滤叶：由金属多孔板或金属丝网组
成的框架上覆以滤布构成。
(2) 工作原理 悬浮液在压力下送入叶滤机或借
真空泵进行抽吸，过滤时滤液穿过滤 布进入丝网构成的中空部分并汇集于 下部总管流出，颗粒则沉积在滤布上 形成滤饼。
(3) 洗涤方法：置换洗法 洗涤液的行程和流通面 积与过滤终了时滤液的行程 和流通面积相同。
3.4.8 过滤机的生产能力 过滤机的生产能力通常是指单位时间获得的滤液体积。 1. 间歇过滤机的生产能力 一个操作循环包括：过滤、洗涤、卸渣、清理、装合等步骤。 操作周期： T W D
滤液体积
3600V 3600V 则生产能力： Q T W D
恒压过滤方程：
60 V KA ( e ) Ve KA ( e ) Ve n
2 2
生产能力：
3600V Q 60Vn 60[ KA2 (60 n e n 2 ) Ve n] T 总面积 若Ve=0，则： 2 60 Q 60n KA 465 A Kn n
※结论：置换洗法洗涤 速率约为过滤终了时的速率。 (4) 优、缺点
优点：过滤推动力大， 单位体积所容纳的过滤面积 大，滤饼洗涤充分，机械化 程度高，省力，设备紧凑， 密闭操作，劳动条件好。缺点：结构复杂，造价高。
3. 转筒真空过滤机 (1) 结构特征：转鼓（筒）：长度/直径 1/2～2 ，转筒的侧壁上 覆盖有金属网，滤布支撑在网上。
V 2 2VVe KA2 或
(V Ve )2 KA2 ( e )
2. 连续过滤机的生产能力 (1) 操作周期
一个操作周期定义为转筒旋转一周所经历的时间，记为T。
60 若转筒转速为n（r/min )，则： T n 浸没度 ：
浸没角度 ——转筒表面浸入滤浆中的分数。 o 360
(2) 过滤过程 1 2 3 2 1 2 3 2 1
(3) 洗涤过程
横穿洗法 洗涤时，洗涤板上的旋塞关闭，洗涤用的清水经洗涤板 角端的暗孔进入板面与滤布之间，穿过滤布到达滤框，穿过 整个滤饼及另一侧的滤布，最后由过滤板下部的斜孔到达小 旋塞而排出（明流式）或汇总后排出（暗流式）。 说明：洗涤液的行程约为过滤终了时的滤液行程的2倍 而流通面积却为其1/2。 4）优、缺点： 优点：结构简单，过滤面积大，可承受较高的压差。 缺点：间歇操作，装、拆、清洗时间长，劳动强度大，生产 效率低。适用于含固量较高的悬浮液过滤。
斜率（1-s）
作lgK～lg(ΔP)线，斜率为
（1-s），得s值，截距为 lg(2k)，得k值。 注：此项实验需建立在
lg 2k
v
恒定，即 k
1 常数 ' r v
故要求ΔP变化，ε应无显著变化。
3.4.7 过滤设备
按操作方式分类：间歇过滤、连续过滤； 按操作压强分类：压滤、吸滤、离心过滤。 1. 板框过滤机： 由滤板、滤框、滤布叠合组装压紧而成。
(1) 结构特征 1）板和框在角上相同 位置上开有孔,框的孔又有 小孔通向框内，滤浆可由 此进入。框的两侧覆以滤 布，框内即为滤饼。 2）板：分过滤板与洗涤板 板的表面有沟槽，作用：支撑滤布；提供液体流动的通道。 板的下端开小孔，滤液即从小孔排出。 洗涤板在洗涤流通道上角上开暗孔，与板两侧相通，洗 水可由此进入。
T
——过滤时间在旋转周期中所占的比例。
转筒表面任一小块面积在每个周期中所经历的过滤时间为： 60 T n
(2) 连续过滤机生产能力 转换：
T A (T ) A A
转筒旋转一周所得滤液体积为： 2 2 2 60 (V Ve ) KA ( e ) KA ( e ) n
2 dV 1 dV KA 横穿洗法： d W 4 d E 8 V Ve
注：当洗水黏度与滤液黏度、洗水表压与过滤压强差有明 显差异时，θW应予校正。 W p ' W W p W
(2) 工作原理 真空过滤、洗涤、吸干、吹松、卸渣依次分区连续进行。
关键：转动盘+固定盘→分配头。作用：使每个扇形格通
过不同部位依次进行过滤、洗涤、吹干、卸渣等几个步聚。
(3) 优、缺点 优点：连续自动操作，生产能力大，特别适宜于处理量 大而容易过滤的料浆。 缺点：过滤面积不大，真空操作，过滤推动力有限，不 能过滤温度较高（饱和蒸汽压高）的料浆。 (4) 过滤设备的发展方向 ①连续操作，提高自动化程度。 ②减少过滤阻力，提高过滤速率。
(q qe )2 K ( e )
(1) 实验原理 K 2k p1 s
由 (q qe )2 K ( e ) ，微分得到：
d 2 2 2 2 2(q qe )dq Kd q qe q qe dq K K q K K (2) 实验方法
③提高单位体积过滤面积。
④降低滤饼含水率，减少后继干燥操作的能耗。
3.4.7 滤饼的洗涤 滤饼洗涤目的：①回收残留的滤液；②净化滤饼。
dV 洗涤速率： ——单位时间内消耗的洗水体积。 d W 2 VW dV dV KA 洗涤时间：W 置换洗法： dV d W d E 2 V Ve d W