化工原理 第三章 过滤
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《化工原理教学课件》过滤
《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。
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。
化工原理课件第三节过滤
•设备革新
增大过滤面积
弹性压榨隔膜
第二章
29
第二章
30
dV A2p
dt rv(V Ve)
V
(VVe)dV
A2pt
dt
0
rv 0
恒压过滤方程
V2 2VeV2A2pt
rv
令 K 2p
rv
K——过滤常数，m2/s
V22VeV K2A t
第二章
13
二、恒压过滤方程
V22VeV K2A t
令 q=V/A qe=Ve/A
压滤是利用压缩空气
或液体输送设备在输
送料液时产生的压力 为推动力完成过滤。
第二章
18
板框压滤机
间歇操作 压滤设备
由机头（固定头）、滤框、滤板、头板、尾板、压紧装置等组成。
第二章
19
板框压滤机
框、板形状 ：
材料：金属（铸铁、碳钢、不锈钢、铝）、塑料、木材等。 过滤面积：框——长×宽×2 板——两面
qe——过滤常数，m3/m2
q2 2qeqKt
——均为恒压过滤方程 * 当滤饼阻力远远大于过滤介质阻力时：
V2 KA2t & q2 Kt
第二章
14
三、过滤常数K、qe测定
恒压条件下，测得t1、t2时间获得的滤液体积V1、V2 ：
V12 2VeV1 KA2t1
V22 2VeV2 KA2t2
每旋转一周的生产能力为 Q=60nV
优缺点：
适于处理量大而又容易过滤的料浆，对不易过滤的细、粘料浆可采 用助滤剂的方法也很方便（刮刀稍微离开转鼓表面一定距离）。附 属设备较多，投资费用高；滤饼含液量较高（约30％）；料浆温度 不能过高。
化工原理第三章沉降与过滤PPT
真空过滤
利用真空泵降低过滤介质两侧 的压力差进行过滤，适用于易 产生泡沫或悬浮液中含有大量
气体的场合。
过滤设备与操作
板框压滤机
由滤板和滤框组成，适 用于各种颗粒分离，但
操作较繁琐。
转筒真空过滤机
叶滤机
袋式过滤器
结构简单，操作方便， 但只适用于颗粒较大的
分离。
适用于精细颗粒的分离， 但设备成本较高。
过滤原理
利用颗粒大小、形状、密度等物 理性质的差异，使不同颗粒在过 滤介质两侧形成不同的速度或动 量，从而实现分离。
过滤操作的分类
恒压过滤
在恒定压力下进行过滤，适用 于颗粒粒度较小、悬浮液粘度
较大的情况。
变压过滤
在改变压力下进行过滤，适用 于颗粒粒度较大、悬浮液粘度 较小的情况。
热过滤
在加热条件下进行过滤，适用 于悬浮液中含有热敏性物质的 情况。
设备
沉降槽、沉降池、离心机等。
操作
将悬浮液引入沉降设备中，在重力作用下使固体颗粒下沉，上清液从上部排出， 底部沉积的固体经过排出装置排出。操作过程中需控制适当的温度、流量和停留 时间等参数，以保证分离效果。
02
过滤
过滤的定义与原理
过滤定义
通过多孔介质使固体颗粒截留， 从而使液体与固体分离的操作。
实验步骤 1. 准备实验装置，包括过滤器、压力计、流量计等。
2. 将过滤介质放入过滤器中。
过滤实验操作
3. 将待测流体引入过滤器，并施加一定的压力。 5. 收集过滤后的流体样本，测量其中颗粒的浓度。
4. 记录不同时刻的流量和压差数据。
注意事项：确保过滤器密封性好，避免流体泄漏；保持 恒定的流体流量和压力，以获得准确的实验数据。
利用真空泵降低过滤介质两侧 的压力差进行过滤，适用于易 产生泡沫或悬浮液中含有大量
气体的场合。
过滤设备与操作
板框压滤机
由滤板和滤框组成，适 用于各种颗粒分离，但
操作较繁琐。
转筒真空过滤机
叶滤机
袋式过滤器
结构简单，操作方便， 但只适用于颗粒较大的
分离。
适用于精细颗粒的分离， 但设备成本较高。
过滤原理
利用颗粒大小、形状、密度等物 理性质的差异，使不同颗粒在过 滤介质两侧形成不同的速度或动 量，从而实现分离。
过滤操作的分类
恒压过滤
在恒定压力下进行过滤，适用 于颗粒粒度较小、悬浮液粘度
较大的情况。
变压过滤
在改变压力下进行过滤，适用 于颗粒粒度较大、悬浮液粘度 较小的情况。
热过滤
在加热条件下进行过滤，适用 于悬浮液中含有热敏性物质的 情况。
设备
沉降槽、沉降池、离心机等。
操作
将悬浮液引入沉降设备中，在重力作用下使固体颗粒下沉，上清液从上部排出， 底部沉积的固体经过排出装置排出。操作过程中需控制适当的温度、流量和停留 时间等参数，以保证分离效果。
02
过滤
过滤的定义与原理
过滤定义
通过多孔介质使固体颗粒截留， 从而使液体与固体分离的操作。
实验步骤 1. 准备实验装置，包括过滤器、压力计、流量计等。
2. 将过滤介质放入过滤器中。
过滤实验操作
3. 将待测流体引入过滤器，并施加一定的压力。 5. 收集过滤后的流体样本，测量其中颗粒的浓度。
4. 记录不同时刻的流量和压差数据。
注意事项：确保过滤器密封性好，避免流体泄漏；保持 恒定的流体流量和压力，以获得准确的实验数据。
化工原理课件3 过滤
3.1.3.2 滤液通过滤饼层的流动
流动阻力可用哈根—泊谡叶方程表示： 32l u p1 2 de 式中 l'—— 滤饼孔道的平均长度，m； u'——为滤饼孔道中滤液的流速， m/s； de —— 为孔道的当量直径，m。
de 4 流通截面积 流 通 截 面 积 l 滤 饼 层 体 积 4 4 4 润湿周边 润 湿 周 边 l 滤 饼 层 体 积 a B 1 S 0
K称为过滤常数，m2/s，与滤液性质、悬浮液浓度、温 度、过滤压力、压缩性指数等因素有关；对一定的悬浮液 在恒压条件下过滤，压力差、滤液粘度、悬浮液浓度、滤 饼比阻、压缩性指数等为常数，即为常数，那么过滤基本 方程为：
dV KA 2 u d 2V Ve
3.1.3 过滤基本理论
dV KA 2 u d 2V Ve
1 s
K p 若比阻r与参数c没有变化则 p K
1 s
u 体积流量 体积流量 滤饼层截面积 u u 流 通 截 面 积 流 通 截 面 积 滤 饼 层 截 面 积 A0
l K0 L
3.1.3 过滤基本理论
将以上关系代入哈根—泊谡叶方程：
2 32K 0 Lu 1 S 0 2 K 0 Lu 1 2 S 0 p1 4 3 p1 3 u 2 2 K 0 1 2 S 0 L 2
压力
（1） （3） （4） （5） 速率 （2）
在工业应用实际中采用哪种操作方式？恒压？恒速？ 先恒速后恒压？先恒压后恒速？
3.1.3 过滤基本理论
dV A p 1 s u Ad r0 c V Ve
令 k
1 r0 c
流动阻力可用哈根—泊谡叶方程表示： 32l u p1 2 de 式中 l'—— 滤饼孔道的平均长度，m； u'——为滤饼孔道中滤液的流速， m/s； de —— 为孔道的当量直径，m。
de 4 流通截面积 流 通 截 面 积 l 滤 饼 层 体 积 4 4 4 润湿周边 润 湿 周 边 l 滤 饼 层 体 积 a B 1 S 0
K称为过滤常数，m2/s，与滤液性质、悬浮液浓度、温 度、过滤压力、压缩性指数等因素有关；对一定的悬浮液 在恒压条件下过滤，压力差、滤液粘度、悬浮液浓度、滤 饼比阻、压缩性指数等为常数，即为常数，那么过滤基本 方程为：
dV KA 2 u d 2V Ve
3.1.3 过滤基本理论
dV KA 2 u d 2V Ve
1 s
K p 若比阻r与参数c没有变化则 p K
1 s
u 体积流量 体积流量 滤饼层截面积 u u 流 通 截 面 积 流 通 截 面 积 滤 饼 层 截 面 积 A0
l K0 L
3.1.3 过滤基本理论
将以上关系代入哈根—泊谡叶方程：
2 32K 0 Lu 1 S 0 2 K 0 Lu 1 2 S 0 p1 4 3 p1 3 u 2 2 K 0 1 2 S 0 L 2
压力
（1） （3） （4） （5） 速率 （2）
在工业应用实际中采用哪种操作方式？恒压？恒速？ 先恒速后恒压？先恒压后恒速？
3.1.3 过滤基本理论
dV A p 1 s u Ad r0 c V Ve
令 k
1 r0 c
(完整版)化工原理第三章沉降与过滤课后习题及答案(1)
第三章 沉降与过滤沉 降【3-1】 密度为1030kg/m 3、直径为的球形颗粒在150℃的热空气中降落，400m μ求其沉降速度。
解 150℃时，空气密度，黏度./30835kg m ρ=.524110Pa s μ-=⨯⋅颗粒密度，直径/31030p kg m ρ=4410p d m -=⨯假设为过渡区，沉降速度为()(.)()./..1122223345449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ--⎡⎤-⎡⎤⨯==⨯⨯=⎢⎥⎢⨯⨯⨯⎢⎥⎣⎦⎣⎦验算 .Re ..454101790．835=24824110p t d u ρμ--⨯⨯⨯==⨯为过渡区【3-2】密度为2500kg/m 3的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。
试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。
解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为()/218t p p u d g ρρμ=-由此式得（下标w 表示水，a 表示空气）()()2218= p w pw p a pat w ad d u g ρρρρμμ--=pw pad d =查得20℃时水与空气的密度及黏度分别为./,.339982 100410w w kg m Pa sρμ-==⨯⋅./,.35120518110a a kg m Pa sρμ-==⨯⋅已知玻璃球的密度为，代入上式得/32500p kg m ρ=.961pw pad d ==【3-3】降尘室的长度为10m ，宽为5m ，其中用隔板分为20层，间距为100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为，气体密度为，黏度为10m μ./311kg m ，颗粒密度为4000kg/m 3。
试求：(1)最小颗粒的沉降速度；(2)若需要.621810Pa s -⨯⋅最小颗粒沉降，气体的最大流速不能超过多少m/s? (3)此降尘室每小时能处理多少m 3的气体？解 已知,/./.6336101040001121810pc p d m kg m kg m Pa sρρμ--=⨯===⨯⋅,,(1) 沉降速度计算 假设为层流区().()(.)./.26269811010400011001181821810pc p t gd u m sρρμ---⨯⨯-===⨯⨯验算 为层流..Re .66101000111000505221810pc t d u ρμ--⨯⨯⨯===<⨯，(2) 气体的最大流速。
化工原理第三章第三节讲稿PPT课件
2021/4/9
第2页/共60页
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1～3μm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。
2、过滤方式
过滤
深层过滤
固体颗粒的沉积发生在较厚的粒状过滤介质床层内部， 悬浮液中的颗粒直径小于床层直径，当颗粒随流体在床层 的曲折孔边穿过时，便粘附在过滤介质上。
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
2021/4/9
滤饼过滤
固体颗粒成饼层状沉积于过滤介质表面，形成滤饼 适用于处理固相含量稍高（固相体积分率在1%以上）
定义
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
过滤速率
单位时间通过单位过滤面积 的滤液体积
过滤速度
单位时间获得的滤液体积称为 过滤速率
表达式
dV
d
3 5a2 (1 )2
( APc )
L
u
dV
Ad
3 5a2 (1 )2
( Pc )
L
第8页/共60页
3、滤饼的阻力
令 r 5a 2 (1 )2 3
dV Pc
Ad rL
令 R rL dV Pc
将助滤剂混在滤浆中一起过滤
2021/4/9
第4页/共60页
二、过滤基本方程式
1、滤液通过饼层的流动
化工原理 第三章 过滤
1、恒压过滤方程式
dV
A 2 p
据
d rv(V Ve )
条件：恒压 Δ p=const 设备一定 A=const
过滤介质一定 Ve=const 悬浮液一定 r、μ 、v =const
令
K 2p
rv
——过滤常数
则
dV
KA2
d 2(V Ve )
2(V Ve )dV KA2 d
2019/8/3
2019/8/3
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。
2019/8/3
（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，
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；
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；
2019/8/3
V+V V e
V+V e
V
B
V e0
2019/8/3
0' e
e
e
恒压过滤的滤液体积与过滤时间关系曲线.swf
（5）由比阻r的定义可以看出，其值与滤饼的空隙率ε 及比
例系数有关。如果滤饼不可压缩，则这两个量便与压力无关
化工原理习题第三章 过滤 习题3
三非均相物系分离沉降速度计算3.1 计算直径为1mm的雨滴在20℃空气中的自由沉降速度。
应用Stokes方程计算液体粘度3.2 将直径为6mm的钢球放入某液体中，下降距离位200mm时，所经历时间为7.32秒，此液体密度为1300[Kg/m3],钢球密度为7900[Kg/m3]，求此液体粘度为多少厘泊？降沉室的计算,设计型3.3 欲用降尘室净化温度为20℃、流量为2500(m3/h)的常压空气,空气中所含灰尘的密度为1800(kg/m3),要求净化的空气不含有直径大于10μm的尘粒,试求所需沉降面积为多大?若降尘室的底面宽2m,长5m,室内需要设多少块隔板?3.4用一多层降沉室除去炉中的矿尘。
矿尘最小粒径为8μm,密度为4000[kg/m3 ]。
降尘室内长4.1m,宽1.8m,高4.2m。
气体温度为427℃,粘度为3.4×10 -5 [N·S/ m2 ],密度为0.5[kg/m3 ],若每小时的炉气量为2160标准m3 ,试确定降尘室内隔板的间距及层数? (沉降处于斯托克斯定律区)3.5 用一截面为矩形的沟槽从炼油厂的废水中分离其中油滴，拟回收直径为2mm以上的油滴，槽宽为4.5m，深度为0.8m；在出口端除油后的水可不断从下部排出，而汇聚成层的油则从顶部移出。
油的密度为870[Kg/m3]，水温为20℃，每分钟处理废水为26m3,求所需槽的长度。
降沉室计算,操作型3.6 降沉室高2m、宽2m、长5m，用于矿石焙烧炉的降尘。
操作条件下气体的流量为25000[m3/h]；密度为0.6[kg/m3],粘度为0.03cP,固体尘粒的密度为4500[kg/m3 ]，求此降沉室能除去最小颗粒直径?并估计矿尘中直径为50μｍ的颗粒能被除去的百分率？3.7 气流中悬浮某种球形微粒，其中最小微粒为10μm,沉降处于斯托克斯区。
今用一多层隔板降尘室分离此气体悬浮物,已知降尘室长10m,宽5m,共21层,每层高100mm。
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2015-6-13
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； 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。
2015-6-13
1、恒压过滤方程式
据
dV A 2 p d rv(V Ve )
条件：恒压 Δ p=const
设备一定 A=const
过滤介质一定 Ve=const 悬浮液一定 r、μ 、v =const
令
则
2p K rv
——过滤常数
dV KA2 d 2(V Ve )
2(V Ve )dV KA2 d
d pc u 32l
2
p1
滤浆
其中，u—滤液在滤饼中的真实流速； μ —滤液粘度；
p2
滤饼，滤渣
过滤介质
l—通道的平均长度；
d—通道的平均直径。
2015-6-13
滤液
（3）滤饼层的过滤速度
d 2 pc dV ∵ Ad u 32l
p c dV ∴ 32 Vc Ad 2 A d 写成等式，即：
2015-6-13
2、过滤速度的表达
（1）过程的推动力 过滤过程中，需要在滤浆一侧和滤液透过一侧维持一定的 压差，过滤过程才能进行。从流体力学的角度讲，这一压差 用于克服滤液通过滤饼层和过滤介质层的微小孔道时的阻力 ，称为过滤过程的总推动力，以Δ p表示。
这一压差部分消耗在了滤饼层，部分消耗在了过滤介质层
过滤），则只有增大推动力（Δ p ）。
2015-6-13
V+Ve V+Ve
V V
B
Ve
'
0
e
e
0
e
恒压过滤的滤液体积与过滤时间关系曲线.swf
2015-6-13
（5）由比阻r的定义可以看出，其值与滤饼的空隙率ε 及比
例系数有关。如果滤饼不可压缩，则这两个量便与压力无关 ，则比阻便与压力无关，于是过滤常数K便与压力无关。如果 滤饼可压缩，则r,K,qe与压力有关，则在某一压力下测定的r
2015-6-13
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 加压过滤； 减压过滤； 常压过滤； 离心过滤。
2015-6-13
（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
且
Vc l A
式中 Vc ——滤饼层体积 ； r——比例系数，称为滤饼比阻，其值取决于滤饼的性
pc dV Ad rVc / A
——滤饼层过滤速度计算式
质。
2015-6-13
（4）滤饼层的阻力
由： 过滤速度＝ 过滤推动力 比较 过滤阻力 可知：滤饼层阻力为 Rc＝rμ Vc/A
pc dV Ad rVc / A
第四节 过滤
一、过滤操作的基本概念
第三章 沉降与过滤
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
2015-6-13
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
（ 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。
2015-6-13
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。 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。
2015-6-13
边界条件： τ ＝0
τ =τ
V
V＝0
V＝V
2
2(V Ve )dV KA
0
d
0
∴
令
V 2 2VeV KA2
q＝V/A——单位过滤面积得到的滤液体积； qe=Ve /A ——过滤常数，单位过滤面积获得的虚拟滤
液体积量。 ∴
2015-6-13
q 2 2qe q K
2015-6-13
——过滤速率方程
三、恒压过滤
过滤操作的方式可分为： （1）恒压变速； （2）恒速变压； （3）先恒速后恒压。 实际生产中恒压过滤占主要地位，主要是易于控制。 恒压过滤的特点：在恒定压强差下进行操作。恒压过滤时， 滤饼不断变厚致使阻力逐渐增加。但推动力ΔP恒定，过滤速 率逐渐变小。
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（6）过滤速率（速度）方程
滤液通过滤饼层及过滤介质的总推动力为：
过滤推动力＝p pc pm
通过滤饼层及过滤介质的总阻力为：
由此可知：
rv(V Ve ) 过滤阻力＝Rc Rm A
dV p ——过滤速度方程 Ad rv(V Ve ) / A
dV A 2 p d rv(V Ve )
多，颗粒容易进入介质孔道。但由于孔道弯曲细长，颗粒
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。
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深层过滤.swf
深层过滤2.swf
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。 工业过程中一般为滤饼过滤。
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。
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6、悬浮液量、固体量、滤液量及滤渣量之间的关系
质量 固体 湿滤渣 湿滤渣含液量 1 C C－1 密度 ρp ρ ρ
c
C——湿滤渣与其中所含干渣的质量比。（kg湿渣/kg干渣）
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（1）湿滤渣饼层阻力 Rc=rμ vV/A 式中 V——滤液体积量； v——单位体积滤液所对应的滤饼体积。
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（5）过滤介质阻力
仿照滤饼阻力的确定方法，将过滤介质的阻力表示为：
Rm=rμ vVe /A
式中 Ve ——当量滤液体积。指过滤介质所产生的阻力与某 一体积的滤饼层的阻力相等时，获得该滤饼层所得到的滤 液量。 注意：Ve 是一个虚拟量，在过滤过程中并不会出现。因为， 再过滤开始前，过滤介质就已经存在。其值取决于过滤介质 和滤饼的性质 。
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 。 dV 表达式为： d 过滤速度——单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积 ， dV 表达式为： u Ad 式中：u——瞬时过滤速度，m3/s· m2，m/s；V——滤液体积，m3； A——过滤面积，m2； τ ——过滤时间，s。
几点讨论：
（1）两式均称为恒压过滤方程式； （2）反映了过滤一定时间后，所能得到的滤液量； （3）此方程为一元二次方程，曲线形状为抛物线型。 （4）由于是非线性关系，过滤开始时，一定时间内可得到 较多的滤液量，随着过滤的进行，同样长的时间，得到的滤
液量越来越少（阻力增大），若要得到相同的滤液量（恒速
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， 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
（ 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。
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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
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u
两点说明：
①随着过滤过程的进行，滤饼逐渐加厚。可以想见，如果过
滤压力不变，即恒压过滤时，过滤速度将逐渐减小。因此上
述定义为瞬时过滤速度。（恒压变速过程） ②过滤过程中，若要维持过滤速度不变，即维持恒速过滤， 则必须逐渐增加过滤压力或压差。（恒速变压过程） 因此，过滤是一个不稳定的过程。即不存在既恒压又恒速 的过程。
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； 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。
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1、恒压过滤方程式
据
dV A 2 p d rv(V Ve )
条件：恒压 Δ p=const
设备一定 A=const
过滤介质一定 Ve=const 悬浮液一定 r、μ 、v =const
令
则
2p K rv
——过滤常数
dV KA2 d 2(V Ve )
2(V Ve )dV KA2 d
d pc u 32l
2
p1
滤浆
其中，u—滤液在滤饼中的真实流速； μ —滤液粘度；
p2
滤饼，滤渣
过滤介质
l—通道的平均长度；
d—通道的平均直径。
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滤液
（3）滤饼层的过滤速度
d 2 pc dV ∵ Ad u 32l
p c dV ∴ 32 Vc Ad 2 A d 写成等式，即：
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2、过滤速度的表达
（1）过程的推动力 过滤过程中，需要在滤浆一侧和滤液透过一侧维持一定的 压差，过滤过程才能进行。从流体力学的角度讲，这一压差 用于克服滤液通过滤饼层和过滤介质层的微小孔道时的阻力 ，称为过滤过程的总推动力，以Δ p表示。
这一压差部分消耗在了滤饼层，部分消耗在了过滤介质层
过滤），则只有增大推动力（Δ p ）。
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V+Ve V+Ve
V V
B
Ve
'
0
e
e
0
e
恒压过滤的滤液体积与过滤时间关系曲线.swf
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（5）由比阻r的定义可以看出，其值与滤饼的空隙率ε 及比
例系数有关。如果滤饼不可压缩，则这两个量便与压力无关 ，则比阻便与压力无关，于是过滤常数K便与压力无关。如果 滤饼可压缩，则r,K,qe与压力有关，则在某一压力下测定的r
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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 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
且
Vc l A
式中 Vc ——滤饼层体积 ； r——比例系数，称为滤饼比阻，其值取决于滤饼的性
pc dV Ad rVc / A
——滤饼层过滤速度计算式
质。
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（4）滤饼层的阻力
由： 过滤速度＝ 过滤推动力 比较 过滤阻力 可知：滤饼层阻力为 Rc＝rμ Vc/A
pc dV Ad rVc / A
第四节 过滤
一、过滤操作的基本概念
第三章 沉降与过滤
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
（ 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。
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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。 （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。 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。
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边界条件： τ ＝0
τ =τ
V
V＝0
V＝V
2
2(V Ve )dV KA
0
d
0
∴
令
V 2 2VeV KA2
q＝V/A——单位过滤面积得到的滤液体积； qe=Ve /A ——过滤常数，单位过滤面积获得的虚拟滤
液体积量。 ∴
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q 2 2qe q K
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——过滤速率方程
三、恒压过滤
过滤操作的方式可分为： （1）恒压变速； （2）恒速变压； （3）先恒速后恒压。 实际生产中恒压过滤占主要地位，主要是易于控制。 恒压过滤的特点：在恒定压强差下进行操作。恒压过滤时， 滤饼不断变厚致使阻力逐渐增加。但推动力ΔP恒定，过滤速 率逐渐变小。
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（6）过滤速率（速度）方程
滤液通过滤饼层及过滤介质的总推动力为：
过滤推动力＝p pc pm
通过滤饼层及过滤介质的总阻力为：
由此可知：
rv(V Ve ) 过滤阻力＝Rc Rm A
dV p ——过滤速度方程 Ad rv(V Ve ) / A
dV A 2 p d rv(V Ve )
多，颗粒容易进入介质孔道。但由于孔道弯曲细长，颗粒
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。
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深层过滤2.swf
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。 工业过程中一般为滤饼过滤。
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。
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6、悬浮液量、固体量、滤液量及滤渣量之间的关系
质量 固体 湿滤渣 湿滤渣含液量 1 C C－1 密度 ρp ρ ρ
c
C——湿滤渣与其中所含干渣的质量比。（kg湿渣/kg干渣）
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（1）湿滤渣饼层阻力 Rc=rμ vV/A 式中 V——滤液体积量； v——单位体积滤液所对应的滤饼体积。
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（5）过滤介质阻力
仿照滤饼阻力的确定方法，将过滤介质的阻力表示为：
Rm=rμ vVe /A
式中 Ve ——当量滤液体积。指过滤介质所产生的阻力与某 一体积的滤饼层的阻力相等时，获得该滤饼层所得到的滤 液量。 注意：Ve 是一个虚拟量，在过滤过程中并不会出现。因为， 再过滤开始前，过滤介质就已经存在。其值取决于过滤介质 和滤饼的性质 。
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 。 dV 表达式为： d 过滤速度——单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积 ， dV 表达式为： u Ad 式中：u——瞬时过滤速度，m3/s· m2，m/s；V——滤液体积，m3； A——过滤面积，m2； τ ——过滤时间，s。
几点讨论：
（1）两式均称为恒压过滤方程式； （2）反映了过滤一定时间后，所能得到的滤液量； （3）此方程为一元二次方程，曲线形状为抛物线型。 （4）由于是非线性关系，过滤开始时，一定时间内可得到 较多的滤液量，随着过滤的进行，同样长的时间，得到的滤
液量越来越少（阻力增大），若要得到相同的滤液量（恒速
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， 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
（ 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。
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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
2015-6-13
u
两点说明：
①随着过滤过程的进行，滤饼逐渐加厚。可以想见，如果过
滤压力不变，即恒压过滤时，过滤速度将逐渐减小。因此上
述定义为瞬时过滤速度。（恒压变速过程） ②过滤过程中，若要维持过滤速度不变，即维持恒速过滤， 则必须逐渐增加过滤压力或压差。（恒速变压过程） 因此，过滤是一个不稳定的过程。即不存在既恒压又恒速 的过程。