化工原理 第三章 过滤
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过滤压力越大，这种情况会越严重。另外，悬浮液中所含的 颗粒都很细，刚开始过滤时这些细粒进入介质的孔道中会将 孔道堵死，即使未严重到这种程度，这些很细颗粒所形成的 滤饼对液体的透过性也很差，即阻力大，使过滤困难。
为解决上述两个问题，工业过滤时常采用助滤剂。 加入助滤剂后，可以改变滤饼的结构，增加滤饼的刚性， 使形成的滤饼不仅结构疏松，而且几乎是不可压缩的滤饼。
第三章 沉降与过滤
第四节 过滤
一、过滤操作的基本概念 二、过滤基本方程式 三、恒压过滤 四、过滤常数的测定 五、过滤设备 六、滤饼的洗涤 七、过滤机的生产能力
2020/3/30
一、过滤的基本概念
1、什么是过滤
滤浆 滤饼 过滤介质
滤液
过滤操作示意图.swf
固液混合，外力驱动，多孔介质，颗粒截留，液体通过
w X
(1 CX ) /
由过滤所得到的滤液体积量确定干渣质量。
2020/3/30
（3）湿滤渣质量与滤液体积的比值（wC）
wC
kg干渣 滤液体积m3
kg湿滤渣＝ kg湿滤渣 kg干渣 滤液体积m3
由过滤所得到的滤液体积量确定湿滤渣质量。
（4）湿滤渣体积与滤液体积的比值（v）
v
kg湿滤渣 / 滤液体积m3 湿滤渣密度
2020/3/30
（3）常用的助滤剂——坚硬且形状不规则的小固体颗粒 ①硅藻土；
②珍珠岩；
③石棉；
④炭粉、纸浆粉等。
（4）助滤剂的加入方法
预涂 用助滤剂配成悬浮液，在正式过滤前用它进
加入方法
行过滤，在过滤介质上形成一层由助滤剂组 成的滤饼。
将助滤剂混在滤浆中一起过滤。
2020/3/30
6、悬浮液量、固体量、滤液量及滤渣量之间的关系
随流体在曲折孔道中流过时，在表面力和静电力的作用下
附着在孔道壁上。 过滤特征——过滤时并不在介质上形成滤饼，固体颗粒
沉积于过滤介质的内部。
深层过滤.swf
深层过滤2.swf
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②滤饼过滤
适合对象——固体颗粒的尺寸大多都比介质的孔道大，固相 含量稍高（固相体积分率在1%以上）的悬浮液。 过滤原理——过滤时悬浮液置于过滤介质的一侧，在过滤 操作的开始阶段，会有部分小颗粒进入介质孔道内，并可 能穿过孔道而不被截留，使滤液仍然是混浊的。随着过程 的进行，发生“架桥现象”，颗粒在介质上逐步堆积，形 成了一个颗粒层，称为滤饼。 过滤特征——在滤饼形成之后，它便成为对其后的颗粒起 主要截留作用的介质。因此，不断增厚的滤饼才是真正有 效的过滤介质，穿过滤饼的液体则变为澄清的液体。
＝ wC（湿滤渣体积m3
c
/ 滤液体积m3）
由过滤所得到的滤液体积量确定湿滤渣的体积。
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二、过滤基本方程式
1、过滤速率与过滤速度的定义
过滤速率——单位时间内所得到的滤液体积量，m3/s 。
②驱使液体通过过滤介质的推动力可以有重力、压力（或压 差）和离心力，工业过程中经常采用的是压力；
③过滤操作的目的可能是为了获得清净的液体产品，也可能 是为了得到固体产品；
④洗涤的作用：回收滤饼中残留的滤液或除去滤饼中的可溶 性盐。
2020/3/30
3、过滤的分类
（1）按粒子的尺度——过滤与超滤 过滤：宏观尺度，过滤悬浮液； 超滤：微观尺度，用超滤膜将大小不同的分子分开。 （2）按操作过程中的推动力
工业过程中一般为滤饼过滤。
滤饼过滤.swf
滤饼过滤2.swf
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架 桥 现 象
架桥现象.swf
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4、过滤介质——滤饼的支承物
过滤介质应具有下列条件： （1） 多孔性，孔道适当的小，对流体的阻力小，又能截住 要分离的颗粒； （2） 物理化学性质稳定，耐热，耐化学腐蚀； （3）足够的机械强度，使用寿命长； （4）价格便宜。 工业常用的过滤介质主要有：
（1）织物介质：又称滤布，包括有棉、毛、丝等天然纤维 ，玻璃丝和各种合成纤维制成的织物，以及金属丝织成的网
能截留的粒径的范围较宽，从几十μm到1μm。
2020/3/30
优点：织物介质薄，阻力小，清洗与更新方便，价格比较便 宜，是工业上应用最广泛的过滤介质。 （2）多孔固体介质：如素烧陶瓷，烧结金属．塑料细粉粘成 的多孔塑料，棉花饼等。
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2、过滤的概念
过滤——在外力作用下，使悬浮液中的液体通过多孔介质的 孔道，而悬浮液中的固体颗粒被截留在介质上，从而实现固 、液分离的单元操作。
几点说明：
①其中多孔介质称为过滤介质；所处理的悬浮液称为滤浆； 滤浆中被过滤介质截留的固体颗粒称为称为滤饼或滤渣；通 过过滤介质后的液体称为滤液；
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5、助滤剂 （1）滤饼的种类
不可压缩滤饼：颗粒有一定的刚性，所形成的滤饼并
滤饼
不因所受的压力差而变形 ；
可压缩滤饼：颗粒比较软，所形成的滤饼在压差的作
用下变形，使滤饼中的流动通道变小，
阻力增大。
助滤剂一般用于可压缩滤饼。
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（2）助滤剂的作用 对于可压缩滤饼，过滤阻力在过滤压力提高时明显增大，
这类介质较厚，孔道细，阻力大，能截留1～3μm的颗粒。 （3）堆积介质：由各种固体颗粒（砂、木炭、石棉粉等）或 非编织的纤维（玻璃棉等）堆积而成，层较厚。 （ 4 ） 多 孔 膜 ： 由 高 分 子 材 料 制 成 ， 膜 很 薄 （ 几 十 μm 到 200μm），孔很小，可以分离小到0.05μm的颗粒,应用多孔 膜的过滤有超滤和微滤。
加压过滤； 减压过滤； 常压过滤； 离心过滤。
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（3）按截留颗粒的方式 ①深层过滤
适合对象——固体颗粒粒径较小、含量极少（固相体积分率
在0.1%以下）的悬浮液。（如自来水厂的处理过程） 过滤原理——悬浮液中的颗粒尺寸比介质孔道的尺寸小得
多，颗粒容易进入介质孔道。但由于孔道弯曲细长，颗粒
质量
密度
固体
1
ρp
湿滤渣
C
ρc
湿滤渣含液量
C－1
ρ
C——湿滤渣与其中所含干渣的质量比。（kg湿渣/kgBiblioteka Baidu渣）
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（1）湿滤渣密度ρc 的计算 由：湿滤渣体积＝干滤渣体积＋滤液体积
以1kg干渣为基准，故： C 1 C 1
c P
（2）干渣质量与滤液体积的比值w 设：X——悬浮液中固体颗粒的质量分数，kg固体/kg悬浮液。 以1kg悬浮液为基准，故：
为解决上述两个问题，工业过滤时常采用助滤剂。 加入助滤剂后，可以改变滤饼的结构，增加滤饼的刚性， 使形成的滤饼不仅结构疏松，而且几乎是不可压缩的滤饼。
第三章 沉降与过滤
第四节 过滤
一、过滤操作的基本概念 二、过滤基本方程式 三、恒压过滤 四、过滤常数的测定 五、过滤设备 六、滤饼的洗涤 七、过滤机的生产能力
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一、过滤的基本概念
1、什么是过滤
滤浆 滤饼 过滤介质
滤液
过滤操作示意图.swf
固液混合，外力驱动，多孔介质，颗粒截留，液体通过
w X
(1 CX ) /
由过滤所得到的滤液体积量确定干渣质量。
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（3）湿滤渣质量与滤液体积的比值（wC）
wC
kg干渣 滤液体积m3
kg湿滤渣＝ kg湿滤渣 kg干渣 滤液体积m3
由过滤所得到的滤液体积量确定湿滤渣质量。
（4）湿滤渣体积与滤液体积的比值（v）
v
kg湿滤渣 / 滤液体积m3 湿滤渣密度
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（3）常用的助滤剂——坚硬且形状不规则的小固体颗粒 ①硅藻土；
②珍珠岩；
③石棉；
④炭粉、纸浆粉等。
（4）助滤剂的加入方法
预涂 用助滤剂配成悬浮液，在正式过滤前用它进
加入方法
行过滤，在过滤介质上形成一层由助滤剂组 成的滤饼。
将助滤剂混在滤浆中一起过滤。
2020/3/30
6、悬浮液量、固体量、滤液量及滤渣量之间的关系
随流体在曲折孔道中流过时，在表面力和静电力的作用下
附着在孔道壁上。 过滤特征——过滤时并不在介质上形成滤饼，固体颗粒
沉积于过滤介质的内部。
深层过滤.swf
深层过滤2.swf
2020/3/30
②滤饼过滤
适合对象——固体颗粒的尺寸大多都比介质的孔道大，固相 含量稍高（固相体积分率在1%以上）的悬浮液。 过滤原理——过滤时悬浮液置于过滤介质的一侧，在过滤 操作的开始阶段，会有部分小颗粒进入介质孔道内，并可 能穿过孔道而不被截留，使滤液仍然是混浊的。随着过程 的进行，发生“架桥现象”，颗粒在介质上逐步堆积，形 成了一个颗粒层，称为滤饼。 过滤特征——在滤饼形成之后，它便成为对其后的颗粒起 主要截留作用的介质。因此，不断增厚的滤饼才是真正有 效的过滤介质，穿过滤饼的液体则变为澄清的液体。
＝ wC（湿滤渣体积m3
c
/ 滤液体积m3）
由过滤所得到的滤液体积量确定湿滤渣的体积。
2020/3/30
二、过滤基本方程式
1、过滤速率与过滤速度的定义
过滤速率——单位时间内所得到的滤液体积量，m3/s 。
②驱使液体通过过滤介质的推动力可以有重力、压力（或压 差）和离心力，工业过程中经常采用的是压力；
③过滤操作的目的可能是为了获得清净的液体产品，也可能 是为了得到固体产品；
④洗涤的作用：回收滤饼中残留的滤液或除去滤饼中的可溶 性盐。
2020/3/30
3、过滤的分类
（1）按粒子的尺度——过滤与超滤 过滤：宏观尺度，过滤悬浮液； 超滤：微观尺度，用超滤膜将大小不同的分子分开。 （2）按操作过程中的推动力
工业过程中一般为滤饼过滤。
滤饼过滤.swf
滤饼过滤2.swf
2020/3/30
架 桥 现 象
架桥现象.swf
2020/3/30
4、过滤介质——滤饼的支承物
过滤介质应具有下列条件： （1） 多孔性，孔道适当的小，对流体的阻力小，又能截住 要分离的颗粒； （2） 物理化学性质稳定，耐热，耐化学腐蚀； （3）足够的机械强度，使用寿命长； （4）价格便宜。 工业常用的过滤介质主要有：
（1）织物介质：又称滤布，包括有棉、毛、丝等天然纤维 ，玻璃丝和各种合成纤维制成的织物，以及金属丝织成的网
能截留的粒径的范围较宽，从几十μm到1μm。
2020/3/30
优点：织物介质薄，阻力小，清洗与更新方便，价格比较便 宜，是工业上应用最广泛的过滤介质。 （2）多孔固体介质：如素烧陶瓷，烧结金属．塑料细粉粘成 的多孔塑料，棉花饼等。
2020/3/30
2、过滤的概念
过滤——在外力作用下，使悬浮液中的液体通过多孔介质的 孔道，而悬浮液中的固体颗粒被截留在介质上，从而实现固 、液分离的单元操作。
几点说明：
①其中多孔介质称为过滤介质；所处理的悬浮液称为滤浆； 滤浆中被过滤介质截留的固体颗粒称为称为滤饼或滤渣；通 过过滤介质后的液体称为滤液；
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5、助滤剂 （1）滤饼的种类
不可压缩滤饼：颗粒有一定的刚性，所形成的滤饼并
滤饼
不因所受的压力差而变形 ；
可压缩滤饼：颗粒比较软，所形成的滤饼在压差的作
用下变形，使滤饼中的流动通道变小，
阻力增大。
助滤剂一般用于可压缩滤饼。
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（2）助滤剂的作用 对于可压缩滤饼，过滤阻力在过滤压力提高时明显增大，
这类介质较厚，孔道细，阻力大，能截留1～3μm的颗粒。 （3）堆积介质：由各种固体颗粒（砂、木炭、石棉粉等）或 非编织的纤维（玻璃棉等）堆积而成，层较厚。 （ 4 ） 多 孔 膜 ： 由 高 分 子 材 料 制 成 ， 膜 很 薄 （ 几 十 μm 到 200μm），孔很小，可以分离小到0.05μm的颗粒,应用多孔 膜的过滤有超滤和微滤。
加压过滤； 减压过滤； 常压过滤； 离心过滤。
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（3）按截留颗粒的方式 ①深层过滤
适合对象——固体颗粒粒径较小、含量极少（固相体积分率
在0.1%以下）的悬浮液。（如自来水厂的处理过程） 过滤原理——悬浮液中的颗粒尺寸比介质孔道的尺寸小得
多，颗粒容易进入介质孔道。但由于孔道弯曲细长，颗粒
质量
密度
固体
1
ρp
湿滤渣
C
ρc
湿滤渣含液量
C－1
ρ
C——湿滤渣与其中所含干渣的质量比。（kg湿渣/kgBiblioteka Baidu渣）
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（1）湿滤渣密度ρc 的计算 由：湿滤渣体积＝干滤渣体积＋滤液体积
以1kg干渣为基准，故： C 1 C 1
c P
（2）干渣质量与滤液体积的比值w 设：X——悬浮液中固体颗粒的质量分数，kg固体/kg悬浮液。 以1kg悬浮液为基准，故：