化工原理第三章机械分离与固体流态化.ppt
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固体颗粒被过滤介质截留后，逐渐累积成饼 （称为滤饼），如前图3-2所示。
3.1.1 概 述
• 2．过滤推动力
在过滤过程中，滤液通过过滤介质和 滤饼层流动时需克服流动阻力，因此， 过滤过程必须施加外力。外力可以是重 力、压力差，也可以是离心力，其中以 压力差和离心力为推动力的过滤过程在 工业生产中应用较为广泛。
式中 q 单位过滤面积所得的滤液量，q=V/A，m3/m2；
A 过滤面积，m2。 V——滤液量
令表示滤饼层空隙率（ = 空隙体积/滤饼层体积），则：
u1
u
dV
Ad
取le=CL，式3-1中的de采用水力当量直径，则：
de 4润流湿通周截边面长 积 细 4管 细的 管全 的部 流内 动表 空面 间积
Ad
e
L w Lw
式中、w分别为滤液、洗涤 液的粘度，L、Lw分别为过滤终
了时滤饼厚度、洗涤时穿过的 滤饼厚度。
由过滤基本方程可知：
式中 u1 流体的真实流速，m/s；
u1
p1 32le
de2
p1 通过滤饼的压力降，N/m2；
（3－1） 滤液的粘度，Ns/m2；
de 滤饼层孔道的当量直径，m；
le 孔道的平均长度，m。
3.1.2 过滤基本方程
• 在单位时间内通过单位过滤面积的滤液量为瞬
时过滤速度u：
u
dV
Ad
ddq
dV KA2
d 2V Ve
（3－5）
或
dq K
d 2q qe 式中 qe Ve / A
——过滤基本方程
3.1.2 过滤基本方程
• 1．恒压过滤
若过滤过程中保持过滤推动力（压差）不变，则称为恒 压过滤。对于指定滤浆的恒压过滤，K为常数，积分式
3-5得：
V22VeVK2A
或 q22qq e K
第三章 机械分离与固体流态化
• 3.1 过 滤 • 3.2 沉 降 • 3.3 固体流态化
3.1 过 滤
• 3.1.1 概述 • 3.1.2 过滤基本方程 • 3.1.3 过滤常数的测定 • 3.1.4 滤饼洗涤 • 3.1.5 过滤设备及过滤计算
3.1.1 概 述
• 滤饼过滤其基本原理是在外力（重力、压力、离心 力）作用下，使悬浮液中的液体通过多孔性介质，而 固体颗粒被截留，从而使液、固两相得以分离，如图 3-1所示。
若过滤介质阻力可忽略不计，则以上两式简化为：
V2 KA2
q2 K
3.1.2 过滤基本方程
• 2．恒速过滤
若过滤时保持过滤速度不变，则过滤过程为恒速过滤。
对恒速过滤，有 dV V 常数
Ad A
代入式3-5中得：
V2
VVe
K 2
A2
或
q2
qqe
K
2
若过ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ介质阻力可忽略不计，则以上两式简化为：
V 2 K A2
滤浆
滤饼 过滤介质 滤液
图 3-1 过 滤 操 作 示 意 图
3.1.1 概 述
• 1．过滤介质
过滤过程所用的多孔性介质称为过滤介质， 过滤介质应具有下列特性：多孔性、孔径大小适 宜、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。
工业用过滤介质主要有织物介质（如棉、麻、 丝、毛、合成纤维、金属丝等编织成的滤布）、 多孔性固体介质（如素瓷板或管、烧结金属等）。
过滤时间 s 滤液体积V l
表3-1 恒压过滤试验中的V 数据
6.8 19.0 34.5 53.4 76.0
102.0
0.5 1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.1.4 滤饼洗涤
• 1．洗涤速度
洗涤速度：
dV
Ad
w
洗涤推动力 洗涤阻力
若洗涤压力与过滤终了时的操作压力相同
dV
Ad
w
dV
3.1.1 概 述
• 3．滤饼的压缩性和助滤剂 （1）压缩性
若形成的滤饼刚性不足，则其内部空 隙结构将随着滤饼的增厚或压差的增大 而变形，空隙率减小，称这种滤饼为可 压缩滤饼，反之，若滤饼内部空隙结构 不变形，则称为不可压缩滤饼。
3.1.1 概 述
• 3．滤饼的压缩性和助滤剂 （2）助滤剂
若滤浆中所含固体颗粒很小，或者所形成的滤饼孔 道很小，又若滤饼可压缩，随着过滤进行，滤饼受压 变形，都使过滤阻力很大而导致过滤困难。可采用助 滤剂以改善滤饼的结构，增强其刚性。
助滤剂通常是一些不可压缩的粉状或纤维状固体，能 形成结构疏松的固体层。
常用的助滤剂有：硅藻土、纤维粉末、活性炭、石棉等。
3.1.2 过滤基本方程
L
le
u1 u
u
图3-3 流体在滤饼中流动的简化模型
• 将孔道视为长度均为le的一组平行细管，流体
在细管中的平均流速u1，同时考虑到滤饼较薄， 广义压力降可近似用压力降代替，则：
dV
Ad
p1 rL
过滤推动力 过滤阻力
（3－3）
式中p1 为过滤推动力， rL可视为滤饼阻力。
3.1.2 过滤基本方程
• 将介质阻力折合成厚度为Le的滤饼阻力，式3-3成为：
dV
Ad
rLpLe
（3－4）
滤饼层厚度L为 LcV/A
令
Le cVe / A
2p 2p1s
K
rc r0c
（3－4a）
代入（3-4)中得
2
q2 K
2
3.1.3 过滤常数的测定
• 过滤计算要有过滤常数K、qe或Ve作依据。由不同物料形成的悬浮液，其 过滤常数差别很大。即使是同一种物料，由于操作条件不同、浓度不同，
其过滤常数亦不尽相同。过滤常数一般要由实验来测定。
将恒压过滤积分方程改写成：
1 2
q K q K qe
此式表明，/q与q之间具有线性关系，实验中记录不同过滤 时间 内的单位面积滤液量q，将 /q对q作图，得一直线， 直线的斜率为1/K，截距为2qe/K，由此可求出K、qe。
3.1.2 过滤基本方程
令颗粒比表面积a=颗粒表面积/颗粒体积，则：
de4 a 1
将上述几式式代入式3-1，整理得：
dV 3
p1
Ad 2Ca212 L
（3－2）
r2C2a 12 3
r称为滤饼的比阻，与滤饼的结构有关。r r0ps
可压缩滤饼的s大约为0.20.8。不可压缩滤饼s=0。于是
式3-2可写成：
用上述方法可以测出不同压差条件下的K值，再根据K与p 关系
式3-4a，有 loK g (1s)lop g B
可见logK与logp 成直线关系，由直线的斜率可求出压缩指数s。
3.1.3 过滤常数的测定
• 例3-1 过滤常数测定
CaCO3粉末与水的悬浮液在恒定压差1.17105Pa及 25℃下进行过滤，试验结果列于表3-1，过滤面积为 400cm2，求此压差下的过滤常数K和qe。
3.1.1 概 述
• 2．过滤推动力
在过滤过程中，滤液通过过滤介质和 滤饼层流动时需克服流动阻力，因此， 过滤过程必须施加外力。外力可以是重 力、压力差，也可以是离心力，其中以 压力差和离心力为推动力的过滤过程在 工业生产中应用较为广泛。
式中 q 单位过滤面积所得的滤液量，q=V/A，m3/m2；
A 过滤面积，m2。 V——滤液量
令表示滤饼层空隙率（ = 空隙体积/滤饼层体积），则：
u1
u
dV
Ad
取le=CL，式3-1中的de采用水力当量直径，则：
de 4润流湿通周截边面长 积 细 4管 细的 管全 的部 流内 动表 空面 间积
Ad
e
L w Lw
式中、w分别为滤液、洗涤 液的粘度，L、Lw分别为过滤终
了时滤饼厚度、洗涤时穿过的 滤饼厚度。
由过滤基本方程可知：
式中 u1 流体的真实流速，m/s；
u1
p1 32le
de2
p1 通过滤饼的压力降，N/m2；
（3－1） 滤液的粘度，Ns/m2；
de 滤饼层孔道的当量直径，m；
le 孔道的平均长度，m。
3.1.2 过滤基本方程
• 在单位时间内通过单位过滤面积的滤液量为瞬
时过滤速度u：
u
dV
Ad
ddq
dV KA2
d 2V Ve
（3－5）
或
dq K
d 2q qe 式中 qe Ve / A
——过滤基本方程
3.1.2 过滤基本方程
• 1．恒压过滤
若过滤过程中保持过滤推动力（压差）不变，则称为恒 压过滤。对于指定滤浆的恒压过滤，K为常数，积分式
3-5得：
V22VeVK2A
或 q22qq e K
第三章 机械分离与固体流态化
• 3.1 过 滤 • 3.2 沉 降 • 3.3 固体流态化
3.1 过 滤
• 3.1.1 概述 • 3.1.2 过滤基本方程 • 3.1.3 过滤常数的测定 • 3.1.4 滤饼洗涤 • 3.1.5 过滤设备及过滤计算
3.1.1 概 述
• 滤饼过滤其基本原理是在外力（重力、压力、离心 力）作用下，使悬浮液中的液体通过多孔性介质，而 固体颗粒被截留，从而使液、固两相得以分离，如图 3-1所示。
若过滤介质阻力可忽略不计，则以上两式简化为：
V2 KA2
q2 K
3.1.2 过滤基本方程
• 2．恒速过滤
若过滤时保持过滤速度不变，则过滤过程为恒速过滤。
对恒速过滤，有 dV V 常数
Ad A
代入式3-5中得：
V2
VVe
K 2
A2
或
q2
qqe
K
2
若过ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ介质阻力可忽略不计，则以上两式简化为：
V 2 K A2
滤浆
滤饼 过滤介质 滤液
图 3-1 过 滤 操 作 示 意 图
3.1.1 概 述
• 1．过滤介质
过滤过程所用的多孔性介质称为过滤介质， 过滤介质应具有下列特性：多孔性、孔径大小适 宜、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。
工业用过滤介质主要有织物介质（如棉、麻、 丝、毛、合成纤维、金属丝等编织成的滤布）、 多孔性固体介质（如素瓷板或管、烧结金属等）。
过滤时间 s 滤液体积V l
表3-1 恒压过滤试验中的V 数据
6.8 19.0 34.5 53.4 76.0
102.0
0.5 1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.1.4 滤饼洗涤
• 1．洗涤速度
洗涤速度：
dV
Ad
w
洗涤推动力 洗涤阻力
若洗涤压力与过滤终了时的操作压力相同
dV
Ad
w
dV
3.1.1 概 述
• 3．滤饼的压缩性和助滤剂 （1）压缩性
若形成的滤饼刚性不足，则其内部空 隙结构将随着滤饼的增厚或压差的增大 而变形，空隙率减小，称这种滤饼为可 压缩滤饼，反之，若滤饼内部空隙结构 不变形，则称为不可压缩滤饼。
3.1.1 概 述
• 3．滤饼的压缩性和助滤剂 （2）助滤剂
若滤浆中所含固体颗粒很小，或者所形成的滤饼孔 道很小，又若滤饼可压缩，随着过滤进行，滤饼受压 变形，都使过滤阻力很大而导致过滤困难。可采用助 滤剂以改善滤饼的结构，增强其刚性。
助滤剂通常是一些不可压缩的粉状或纤维状固体，能 形成结构疏松的固体层。
常用的助滤剂有：硅藻土、纤维粉末、活性炭、石棉等。
3.1.2 过滤基本方程
L
le
u1 u
u
图3-3 流体在滤饼中流动的简化模型
• 将孔道视为长度均为le的一组平行细管，流体
在细管中的平均流速u1，同时考虑到滤饼较薄， 广义压力降可近似用压力降代替，则：
dV
Ad
p1 rL
过滤推动力 过滤阻力
（3－3）
式中p1 为过滤推动力， rL可视为滤饼阻力。
3.1.2 过滤基本方程
• 将介质阻力折合成厚度为Le的滤饼阻力，式3-3成为：
dV
Ad
rLpLe
（3－4）
滤饼层厚度L为 LcV/A
令
Le cVe / A
2p 2p1s
K
rc r0c
（3－4a）
代入（3-4)中得
2
q2 K
2
3.1.3 过滤常数的测定
• 过滤计算要有过滤常数K、qe或Ve作依据。由不同物料形成的悬浮液，其 过滤常数差别很大。即使是同一种物料，由于操作条件不同、浓度不同，
其过滤常数亦不尽相同。过滤常数一般要由实验来测定。
将恒压过滤积分方程改写成：
1 2
q K q K qe
此式表明，/q与q之间具有线性关系，实验中记录不同过滤 时间 内的单位面积滤液量q，将 /q对q作图，得一直线， 直线的斜率为1/K，截距为2qe/K，由此可求出K、qe。
3.1.2 过滤基本方程
令颗粒比表面积a=颗粒表面积/颗粒体积，则：
de4 a 1
将上述几式式代入式3-1，整理得：
dV 3
p1
Ad 2Ca212 L
（3－2）
r2C2a 12 3
r称为滤饼的比阻，与滤饼的结构有关。r r0ps
可压缩滤饼的s大约为0.20.8。不可压缩滤饼s=0。于是
式3-2可写成：
用上述方法可以测出不同压差条件下的K值，再根据K与p 关系
式3-4a，有 loK g (1s)lop g B
可见logK与logp 成直线关系，由直线的斜率可求出压缩指数s。
3.1.3 过滤常数的测定
• 例3-1 过滤常数测定
CaCO3粉末与水的悬浮液在恒定压差1.17105Pa及 25℃下进行过滤，试验结果列于表3-1，过滤面积为 400cm2，求此压差下的过滤常数K和qe。