环工原理第七章过滤.

2018/8/13
第二节
表面过滤的基本理论
一、过滤基本方程式
1、滤液通过饼层的流动的过滤速度
过滤速度：单位时间通过单位过滤面积的滤液体积。
悬浮液 滤饼 L 滤 悬浮液 过滤介质 饼 滤液
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p
dV u Adt
过滤介质
2、过滤速度与推动力的关系为：(Darcy定律）
p u ( Rm Rc )
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3、过滤方式 ①表面过滤（滤饼过滤）
（见图4-7a）过滤时悬浮液置于过滤介质的一侧。过滤介质 常用多孔织物，其网孔尺寸未必一定须小于被截留的颗粒 直径。在过滤操作开始阶段，会有部分颗粒进入过滤介质 网孔中发生架桥现象（图4-7b），也有少量颗粒穿过介质 而混与滤液中。随着滤渣的逐步堆积，在介质上形成一个 滤渣层，称为滤饼。不断增厚的滤饼才是真正有效的过滤 介质，而穿过滤饼的液体则变为清净的滤液。通常，在操 作开始阶段所得到滤液是浑浊的，须经过滤饼形成之后返 回重滤。
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设想以一层厚度为 L 的滤饼来代替过滤介质，
rm Lm rLe Rm
e
故上式可写为
P P u ( rL rLe ) r ( L Le )
式中： Le —过滤介质的当量滤饼厚度，或称为虚拟滤饼厚度，m; 在一定的操作条件下，以一定介质过滤一定悬浮液时， Le为定值，但同一介质在不同的过滤操作中，Le值不同。
较慢、滤饼容易形成的情况。
深层过滤 适用于悬浮液中颗粒甚小且含量甚微（固 相体积分率在0.1%以下）的场合 。 如水的 净化，烟气除尘等。
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4、按促使流体流动的推动力分类
• 1）重力过滤
• 2）真空过滤
• 3）压力差过滤
• 4）离心过滤
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5、助滤剂
滤饼 不可压缩滤饼: 颗粒有一定的刚性，所形成的滤饼 并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。 加入助滤剂：可减少可压缩滤饼的流动阻力,增加过滤速率。 助滤剂是一种坚硬而形状不规则的小颗粒，能形成结构疏松 而且几乎是不可压缩的滤饼。常用作助滤剂的物质有：硅藻 土、珍珠岩、炭粉、石棉粉等。 用助滤剂配成悬浮液，在正式过滤前用它进 预涂： 行过滤，在过滤介质上形成一层由助滤剂组 加入方法 成的滤饼。 将助滤剂混在滤浆中一起过滤
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②深层过滤 颗粒尺寸比介质孔道小的多，孔道弯曲细长， 颗粒进入孔道后容易被截留。同时由于流 体流过时所引起的挤压和冲撞作用。颗粒 紧附在孔道的壁面上。介质表面无滤饼形 成，过滤是在介质内部进行的。
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3、过滤方式
表面过滤（滤饼过滤） 适用于处理固相含量稍高（固相体积分率 过滤 在 1% 以上）的悬浮液。或用于过滤速度
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4、过滤基本方程式 滤饼厚度L与当时已经获得的滤液体积V之间的关系为：
LA fV
L fV A
f——滤饼体积与相应的滤液体积之比，无因次，m3/m3 。 即每过滤得到1m3的滤液，产生的滤饼量为f m3。 同理 ：
fVe Le A
Ve——过滤介质的当量滤液体积，或称虚拟滤液体积，m3 在一定的操作条件下，以一定介质过滤一定的悬浮液时， Ve为定值，但同一介质在不同的过滤操作中，Ve值不同。
Rm：过滤介质的过滤阻力，m-1 Rc：滤饼层的过滤阻力， m-1
µ ： 滤液黏度，Pa· s
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3、过滤介质及滤饼的阻力 设过滤介质和滤饼的厚度分别为 Lm、L ，单位m；
单位厚度的过滤介质或滤饼的阻力用 rm、r 表示，
称之为过滤比阻。 则：Rm=rmLm;
Rc=rL
p u ( rm Lm rL)
s
s——滤饼的压缩性指数，无因次。s=0～1,对于不
代入上式，过滤速率
dV A P Adt r0 f (V Ve )
——过滤基本方程式 适用于可压缩滤饼及不可压缩滤饼。
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dV 上式就可以写成： u Adt
得：
P V Ve rf ( ) A
dV AP ——过滤速率的一般关系式 Adt rf (V 的比阻是两侧压强差的函数，
r r0 ( P )
可压缩滤饼，s=0。
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一、过滤操作的基本概念
第七章 非均相物系分离
二、表面过滤基本理论 1、过滤基本方程 2、过滤过程的计算 3、过滤常数的测定 4、滤饼的洗涤
——过
滤
5、过滤机的生产能力
三、深层过滤的基本理论
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第一节 过滤操作的基本概念
1、过滤的概念 过滤是分离液体和气体非均相混合物的常用方法。 过滤 ： 混合物中的流体在推动力（重力、压力、 离心力)作用下,通过能让液体流过而截留固体颗粒 的多孔介质（过滤介质），使悬浮液中固液得到 分离的单元操作。
滤浆： 过滤操作中所处理的悬浮液。 滤液： 通过多孔介质的液体。 滤渣（滤饼）： 被截留住的固体物质。
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2、过滤介质 过滤介质是滤饼的支承物，应具有下列条件： a) 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。 b) 物理化学性质稳定，耐热，耐化学腐蚀。 c)足够的机械强度，使用寿命长 d) 价格便宜 工业常用的过滤介质主要有： a) 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
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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。 b)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 这类介质较厚，孔道细，阻力大，能截留 1 ～ 3 μm 的颗粒 c) 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。 d) 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。