流体通过颗粒层的流动(4x)

rL r L rLe
p
过滤总推动力
r L
Le
（滤饼
阻
力
介质阻力）
△p1
思考：
△p2
影响过滤阻力的因素有哪些？
影响过滤速度的因素有哪些？
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u 表观速度
即过滤速度
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二、过滤基本方程
p
u rL Le
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c（m3滤饼/m3滤液），则
u
dV
Ad
过滤推动力
过滤阻力
KA
2V Ve
或
dq
d
K
2q
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二、过滤基本方程
过滤过程流动的特点： ❖ 流体在固定床中同一截面上的流速分布很不均匀 ❖ 产生压降的主要原因：
1．由流体与颗粒表面之间的摩擦所引起的------粘性摩擦阻力 2．流体流动过程中，因孔道截面的突然扩大和收缩以及流体对颗
粒的撞击而产生的------形体阻力。
u 空床气速（表观速度）
将le、de、u表达式代入得：
u 空床气速（表观速度）
u
L p1
le
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de
u 真实速度
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二、过滤基本方程
u
3
p12Leabharlann a 2 1 2 L令 r 2Ca 2 1 2
3
过滤速度
u
p1
rL
dV
Ad
dq
d
过滤推动力 过滤阻力
---单位时间内通 过单位过滤面
积的滤液体积
u p1 p2 p2
2p 1 s K
r0 c
特点： K不为常数，而u为常数。
u
dV
Ad
过滤推动力
过滤阻力
KA
2V Ve
V
A
常数
整理得：
V2
VVe
K 2
A2
或
q2
qqe
K 2
若过滤介质阻力可忽略不计，则
V 2 K A2
2
或
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q2 K
2
△p
u 表观速度
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二、过滤基本方程
思考：先恒速再恒压操作，恒压段过滤方程？
成的滤布；
多孔性固体介质，如素瓷板或管、 烧结金属等。
滤饼过滤
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一、概述
滤饼的压缩性：
空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。
滤浆
助滤剂：
滤饼
是不可压缩的粉状或纤维状固体， 过滤介质 如硅藻土、纤维粉末、活性炭、石棉。 滤液
使用时，可预涂，也可以混入待滤 的滤浆中一起过滤。
滤饼过滤
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2. 滤饼过滤
一、概述
两
种
过
滤 方 式滤 深
层 饼
过 过
滤 滤
推动力：重力、压力、离心力
架桥现象
滤浆
滤饼
过滤介质 滤液
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深层过滤
滤饼过滤
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过滤介质：
多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有 滤浆
足够的机械强度。
滤饼
工业用过滤介质主要有：
过滤介质
织物介质，如棉、麻、丝、毛、合 滤液
成纤维、金属丝等编织
L cV A
Le
cVe A
代入过滤速度表达式中：
dV
Ad
pA
crV Ve
压缩指数
令
r r0p s
s=0.20.8（可压缩滤饼） s=0（不可压缩滤饼）
比阻
故
dV
p1s A
Ad r0c V Ve
令K 2p1s
r0 c
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二、过滤基本方程
过滤常数
dV
KA2
目的： 获得洁净的流体或获得作为产品的固体颗粒。
名词： 滤浆（料浆）——是指被处理的悬浮液； 过滤介质 ——过滤操作中采用的多孔物质； 滤液——是指通过介质孔道的液体； 滤饼——是指被截留的固体颗粒。
1.过滤操作的分类
1.饼层过滤（滤饼过滤） 定义:过滤过程中在过滤介质表面形成固体颗粒的滤饼层.
d 2V Ve
dq
d
K
2q
qe
-----过滤基本方程
△p
u 表观速度
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二、过滤基本方程
影响K的因素：
滤饼性质（s、、a） 滤浆性质（c、） 推动力（p）
2p 1 s K
r0 c
2Ca 2 1 2
r
3
△p
影响qe或Ve 的因素：
过滤介质的性质（孔的结构、、r0、厚度）
u 表观速度
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为了在过滤过程中限制滤饼的增厚，Tiller于1977 年提出了动态过滤的方式。
动态过滤操作时料浆沿过滤介质表面作高速流动， 滤液与料浆呈错流（交错流动），使滤饼在剪切 力的作用下不会增厚，这样就可维持较高的过滤 能力。
动态过滤需多耗机械能，且不能得到含固量高的 滤饼，操作中因料浆粘度不断增加，过大的阻力 可能使电机过载。
4
a1
aB a1
u 空床气速（表观速度）
u
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L
le
u
de
真实速度
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二、过滤基本方程
由质量守恒得：Au Au
u u
床层截
面积
滤饼内，雷诺数很小，属层流流动，
64 Re
Re deu
于是： w f
p1
le
de
u2 2
u p1
32l e
d
2 e
------哈根-泊谡叶方程
定义：将固体颗粒截留在 过滤介质内部，且过滤介 质表面不生成滤饼。
小于床层孔道直径的粒子， 因分子间力和静电作用力 的作用，粒子粘附在孔道 壁面上被截留。
适用于滤浆中固体颗粒的 含量0.1%(v),且粒径较 小的场合。
3 动态过滤
饼层过滤中，饼层不断增厚，阻力亦不断增加， 在推动力保持不变时则过滤速率会不断变小。
滤浆
滤饼 过滤介质
滤液
滤饼过滤
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3
过滤之初滤液浑浊?由于滤浆中部分固体颗粒的 粒径小于介质的孔径，而在过滤之初穿过介质。 但颗粒会在孔道内很快发生“架桥”现象，并 形成滤饼层，滤液由浑浊变为清澈。
随着过滤的进行，滤饼增厚，过滤阻力增加， 在推动力不变时，过滤速度变慢。
2 深层过滤
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二、过滤基本方程
2、恒压过滤
特点： K为常数
u
dV
Ad
过滤推动力
过滤阻力
KA
2V Ve
积分得： V 2 2VVe KA2
或
q 2 2qqe K
若过滤介质阻力可忽略不计，则
或
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V 2 KA2 q 2 K
2p 1 s K
r0 c
△p u 表观速度
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3、恒速过滤
二、过滤基本方程
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L
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二、过滤基本方程
1、过滤基本方程的推导
简化模型：假定：
(1)细管长度le与床层高度L成正比
(2)细管的内表面积等于全部颗粒的表面积，
固体颗粒 床层体积
流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。
le CL
de
4流通截面积
润湿周边
4细管的流动空间
细管的全部内表面积
4V
a BV
四.过滤
过滤是指以某种多孔物质作为介质，在外力的作用 下，使流体通过介质的孔道而固体颗粒被截留下来， 从而实现固体颗粒与流体分离目的的操作。
除气固系中的颗粒
过滤
除液固系中的固体颗粒
化工生产中过滤大多用于悬浮液中固液分离，本节只 介绍悬浮液的过滤操作。
重力
实现过滤操作的外力 压强差
或惯性离心力