第三节 过滤分离原理及设备

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¡ 膜过滤：它是利用膜孔隙的选择透过性进行两相分
离的技术。 微孔过滤 膜过滤 超滤 ¡ 本节主要讨论饼层过滤。
（二）过滤介质
各种过滤机的关键组成部分，它的选用直接影响过 滤机的生产能力和过滤精度。 滤饼的支承物，它应具有足够的机械强度和尽可能小 的流动阻力。
ε3 dV = dθ 5a 2 (1 − ε ) 2
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A ∆ pc µL

（三）滤饼阻力
过滤速度＝ 过滤推动力 过滤阻力 5a 2 (1 − ε )2 r= ε3
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（一）过滤方式
1. 饼层过滤：特点是固体颗粒呈饼层状沉积于过滤介质的 上游一侧。又称表面过滤。 适用于处理固相含量稍高（固相体积分率约在 1％以上）的悬浮液。 2. 深床过滤：特点是固体颗粒的沉积发生在较厚的粒状过滤 介质床层内部，它可以阻挡比过滤介质孔隙更 小的颗粒，过滤介质床层上面没有滤饼形成， 又称澄清过滤。 这种过滤适合于悬浮液中颗粒甚小而且含量甚 微（固相体积分率约在0.1％以下）的场合。
Rm = rLe
，则
∆p m dV = Adθ µRm
（五）过滤基本方程式
— — 表达过滤过程中任一瞬时过滤速率与过滤 压差、过滤时间、滤液量、液体粘度、滤 饼阻力之间的关系，是过滤计算的基本方 程。
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由以上分析知
∆ pc + ∆ pm ∆p ∆p dV = = = Adθ µ ( R + Rm ) µ ( R + Rm ) µr ( L + Le )
因滤饼厚度与获得的滤液量间的关系为：
LA = υV
∴
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L=
υV A
同样
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说明：
则
2 2 ∆θ = q + qe ∆q K K
2 2 qe 截距为 直线的斜率为 K K 2 可利用此关系和 qe = Kθ e由实验测得过滤常数。
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∆θ 与q成直线关系 ∆q
三者总称为过滤常数 (由实验测定)
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（一）恒压下 K、qe、θ e的测定 2 q + qe）dq = Kd θ 将 q 2 + 2qe q = Kθ 微分得 （ dθ 2 2 = q + qe dq K K ∆θ dθ 以 代替 ∆q dq 即
2.助滤剂：改变滤饼结构，增加滤饼刚性 增加滤饼空隙率，减少流动阻力 通常是一些不可压缩的粉状或纤维状固体 硅藻土、珍珠岩粉、石棉粉、炭 3. 常用的助滤剂： 粉或纤维粉末等。 4. 作为助滤剂的条件： 能悬浮于料液之中； 粒子大小有适当分布； （p237） 具有不可压缩性； 并具有化学稳定性等。
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¡ 采用康采尼公式有
ε3 u= 2 5a (1 − ε ) 2
∆ pc µL
（二）过滤速率
过滤速度： 单位时间通过单位过滤面积的滤液
体积，m/s
∆ pc dV ε3 = 2 u= Adθ 5a (1 − ε ) 2 L µ
过滤速率： 单位时间获得的滤液体积，m3/s
θ +θ e θe
V +V e
Ve
d (θ + θ e )
并令 K = 2 k∆p1− s 则可得
Ve = KA 2θ e
恒压过滤方程式
2
V 2 + 2VeV = KA 2θ
两式相加得
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(V + Ve ) 2 = KA 2 (θ + θ e )
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R = rL
u=
∆pc ∆ pc ∆ pc = = µ rL µR 5 a 2 (1 − ε ) 2 L µ ε3
不可压缩滤饼
5a2(1−ε)2 r= ε3
— — 滤饼的比阻，单位为1/m2
表示单位厚度滤饼的阻力，它代表过 滤的难易程度，是滤饼的基本特性。
R = rL — — 滤饼阻力，单位为1/m
V V dq ∆p ， qe = e 则 = A A d θ µ rυ ( q + q e ) 对可压缩滤饼， r = r ′( ∆p ) s dV A 2 ∆p 1 − s dq ∆p1− s = 或 = dθ µr ′υ (V + Ve ) dθ µr ′υ ( q + qe )
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¡ 工业上常用的过滤介质有： 织物介质、堆积介质、多
V Ve q = q = e ¡ 将 A ， A 代入可得
qe = K θ e q 2 + 2 qe q = K θ ( q + qe ) = K (θ + θ e )
2
2
也为恒压过滤方程式
四.过滤常数的测定
恒压过滤方程式中： K — — 过滤常数，m2/s
qe与 θ e — — 介质常数，单位分别为 m3/m2和s
对一定的悬浮液，可令
k=
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在边界条件 积分 及
孔固体介质和多孔膜。
(三) 滤饼的压缩性和助滤剂
1. 不可压缩滤饼： 悬浮液中的颗粒所形成的滤饼具有一 定的刚性，滤饼的孔隙结构不因为操 作压差的增大而变形。 可压缩滤饼：滤饼在操作压差作用下会发生不同程度 的变形，致使滤饼或滤布中的流动通道 缩小，流动阻力急聚增加，这种滤饼称 为可压缩滤饼。
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第三节 过滤分离原理及设备
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一.过滤操作的原理
基本概念
•过滤 (filtration ) ：以某种多孔物质作为 介质来处理悬浮液的操作。
滤浆 滤饼 过滤介质 滤液
•滤浆（料浆） (slurry ) ： 过滤操作所处理的悬浮液。 • 过滤介质(filter medium) ：过滤用的多孔性材料。 •滤饼（滤渣）(filter cake ) ： 留在过滤介质上的固体颗粒。 •滤液(filtrate ) ： 透过滤饼和过滤介质的澄清液。
二. 过滤基本方程式
（一）滤液通过饼层的流动
流动特点：（1）通道细小曲折 （2）流动阻力逐渐加大 网状结构 非定态操作
（3）滤液流动大部分在滞流区
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Le =
υVe A
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dV ∆p = Adθ µrυ (V + Ve ) A A 2 dV Aθ µrυ (V + Ve )
∴
若令 q =
由斜率(1-s)和截距(2k)可求出s及k
五.恒速过滤与先恒速后恒压的过滤
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p243－246（自学）
作业：p281/9、10
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（五）过滤的推动力
— — 是滤饼和过滤介质两侧的压差
（六）过滤的分类
常压过滤
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加压过滤
真空过滤
离心过滤
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