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1、3.4 過(guò)濾,3.4.1 概述 3.4.2 過(guò)濾基本理論 3.4.3 過(guò)濾設(shè)備 3.4.4 過(guò)濾計(jì)算,一、 過(guò)濾,固液混合，外力驅(qū)動(dòng)，多孔介質(zhì)，顆粒截留，液體通過(guò),3.4.1 概述,說(shuō)明：,名詞：過(guò)濾介質(zhì)；濾漿；濾渣(餅)；濾液, 過(guò)程推動(dòng)力：重力；壓力(差)；離心力, 濾餅過(guò)濾與深層過(guò)濾, 操作目的：固體或清凈的液體,深層過(guò)濾：顆粒尺寸比介質(zhì)的孔道直徑小得多，過(guò)濾在介質(zhì)內(nèi)部進(jìn)行，介質(zhì)表面無(wú)濾餅形成。 適用：液體中除去很小量的固體顆粒，如飲用水的凈化。,濾餅過(guò)濾：顆粒尺寸比介質(zhì)的孔道直徑大，固體物積聚于介質(zhì)表面，形成濾餅。 適用：處理固含量比較大的懸浮液（體積分?jǐn)?shù)在1%以上）。工業(yè)上大多數(shù)過(guò)濾
2、屬于濾餅過(guò)濾。, 洗滌回收濾餅中殘存的濾液或除去其雜質(zhì),織物介質(zhì)濾布(織物、網(wǎng))，565m，工業(yè)應(yīng)用廣泛,堆積介質(zhì)固體顆?；蚶w維等堆積，深層過(guò)濾,多孔固體介質(zhì)：具有微細(xì)孔道的固體，13m,多孔膜：有機(jī)膜、無(wú)機(jī)膜，1m以下,機(jī)械強(qiáng)度高，承受一定壓力，操作中拆裝、移動(dòng)頻繁,二、 過(guò)濾介質(zhì),支撐濾餅和截留顆粒，通過(guò)濾液，,多孔性，要求流動(dòng)阻力小，但孔道不宜大，,三、 濾餅的可壓縮性和助濾劑,可壓縮濾餅：濾餅受壓，（床層的空隙率），流動(dòng)阻力,助濾劑加入，使濾餅疏松而堅(jiān)硬 （硅藻土、珍珠巖、炭粉、纖維素等），降低過(guò)濾阻力。,顆粒間的空隙體積與顆粒床層的總體積之比，即,不可壓縮濾餅：濾餅的空隙結(jié)構(gòu)不因操作
3、壓力的增加而變形，單位厚度濾餅的阻力恒定。,3.4.2 （濾餅）過(guò)濾基本理論,一、 顆粒床層的物理模型與基本參數(shù),顆粒床層一組平行細(xì)管流體通道,細(xì)管內(nèi)表面=床層顆粒的全部表面,細(xì)管的總體積=床層空隙體積,（a）實(shí)際流動(dòng)顆粒床層 （b）簡(jiǎn)化的模型床層 顆粒床層簡(jiǎn)化模型示意圖,基本參數(shù),空隙率：床層的空隙體積/床層的總體積,比表面積a：顆粒表面積/顆粒體積,孔道(細(xì)管)平均長(zhǎng)度l：床層厚度，即l=K0L,孔道(細(xì)管)當(dāng)量直徑de：,濾液流速u(mài)1:對(duì)于各向同性的濾餅層,二、 過(guò)濾速度及其表達(dá),1. 定義,A濾餅層總截面積（床層截面積）；t過(guò)濾時(shí)間；V濾液體積,說(shuō)明,u1與u的關(guān)系,2. 過(guò)程推動(dòng)力,
4、濾漿側(cè)和濾液側(cè)的壓差,濾餅壓降,介質(zhì)壓降,3. pc的表達(dá)Hagen-Poiseuille 方程,4. 濾餅層的阻力, l(L)，如p不變，則u 瞬時(shí)速度,恒壓降速，恒速升壓,說(shuō)明,濾餅過(guò)濾是非穩(wěn)態(tài)過(guò)程,（適用管內(nèi)層流流動(dòng)）,u=濾餅層推動(dòng)力/濾餅層阻力。 濾餅阻力與濾餅層的性質(zhì)（r）、L、濾液的有關(guān)。,說(shuō)明,5. 過(guò)濾介質(zhì)的阻力,近似：阻力相當(dāng)厚度為L(zhǎng)e的一層濾餅,其中,r濾餅的比阻,單位厚度濾餅的阻力，m-2，反映過(guò)濾過(guò)程的難易程度，由顆粒特性決定。 K0-濾餅的空隙率、球形顆粒度、粒度范圍有關(guān)，實(shí)驗(yàn)測(cè)定。層流流動(dòng)下，K0=2.5,7. 過(guò)濾速度的具體表達(dá)形式,認(rèn)為:,AL=uV,獲取單位
5、體積濾液所得濾餅體積,系數(shù)：u=AL/V,Ve與Le對(duì)應(yīng)的濾液體積。不存在，虛擬量，常數(shù)，實(shí)驗(yàn)測(cè)定，與過(guò)濾介質(zhì)、濾餅的及濾漿的性質(zhì)有關(guān)。,6. 總推動(dòng)力與總阻力,R濾餅的阻力,三、恒壓過(guò)濾方程式,積分形式， u、r、與時(shí)間無(wú)關(guān)， Ve、A、p常數(shù),過(guò)濾常數(shù)（m2/s）,物料特性與過(guò)濾壓降決定,或者,其中,另一寫(xiě)法,其中,或,說(shuō)明：,過(guò)濾方程式Vt的關(guān)系，拋物線(xiàn),關(guān)于過(guò)濾常數(shù)K和qe，對(duì)可壓縮濾餅, p增大，減小，濾餅的比阻力r增大。,不可壓縮濾餅，有：,濾餅壓縮指數(shù)s=01,對(duì)過(guò)濾方程進(jìn)行微分,微分用增量代替,連續(xù)測(cè)定t，q,算出一系列t及對(duì)應(yīng)q,t/qq作圖，,直線(xiàn)斜率=2/K，,截距=2q
6、e/K,原理二,過(guò)濾方程同除以Kq,測(cè)量變量與上述相同,四、過(guò)濾常數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定,原理一,t/q q作圖，直線(xiàn)斜率=1/K，截距=2qe/K,討論,實(shí)驗(yàn)條件必須與生產(chǎn)條件一致過(guò)濾機(jī)設(shè)計(jì),在不同p下測(cè)多個(gè)常數(shù)（對(duì)于可壓縮濾餅）,測(cè)出u，,一定p下已測(cè)出的Kr；,多次一組（r, p）,雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)，直線(xiàn)斜率=s, 截距=r0,五、恒速過(guò)濾方程式,K隨過(guò)濾時(shí)間t改變。,例【34】有一板框過(guò)濾機(jī)，總過(guò)濾面積為10m2，在l.3大氣壓(表壓)下進(jìn)行過(guò)濾，2小時(shí)后得濾液量為30m3，若濾布介質(zhì)阻力略去不計(jì)。試求： (1)為了縮短過(guò)濾時(shí)間，增加板框數(shù)目，使總過(guò)濾面積增加到15m2，濾液量仍為30m3。問(wèn)此時(shí)過(guò)濾
7、時(shí)間多少? (2)若把壓力加大到2大氣壓(表壓)，過(guò)濾面積仍為15m2，2小時(shí)后得濾液50m3，問(wèn)此時(shí)過(guò)濾常數(shù)K為多少? (3)該濾餅的可壓縮系數(shù)s為多少？,解：(1)由恒壓過(guò)濾方程,得,因工作條件不變，過(guò)濾常數(shù)K不變，又保持濾液量不變，V1=V2。則有,新工況條件下的過(guò)濾時(shí)間為,(2) 若把壓力加大到2大氣壓(表壓)，過(guò)濾面積仍為15m2，2小時(shí)后得濾液50m3，此時(shí)過(guò)濾常數(shù)K為,m2.s-1,(2) 濾餅的可壓縮系數(shù),3.4.3 過(guò)濾設(shè)備,一、 板框過(guò)濾機(jī),1. 結(jié)構(gòu)與工作原理,1-非洗滌板； 2-框；3-洗滌板；,四角均開(kāi)孔,組裝: 1-2-3-2-1-2-3-2-1-2-3-2-1,濾
8、布框的兩側(cè),濾漿由總管入框框內(nèi)形成濾餅濾液穿過(guò)濾餅和濾布,經(jīng)每板上旋塞排出(明流),從板流出的濾液匯集于某總管排出(暗流),2. 工作過(guò)程,橫穿洗滌：,洗滌液由總管入洗滌板濾布濾餅濾布非洗滌板排出,洗滌面=(1/2)過(guò)濾面積,說(shuō)明,間歇操作過(guò)濾、洗滌、卸渣、整理、裝合,主要優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、過(guò)濾面積大、占地小、適應(yīng)能力較強(qiáng)、操作壓力高，濾餅含水少、能充分洗滌。 缺點(diǎn)：間歇手工操作、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低等。,二、 加壓葉濾機(jī),1. 結(jié)構(gòu)與工作原理,2. 工作過(guò)程,長(zhǎng)方形濾葉（多空金屬板或網(wǎng)）組成，外罩濾布。,濾漿由泵壓送至機(jī)殼濾液穿過(guò)濾布至濾葉內(nèi) 顆粒積于濾布外側(cè)成濾餅。,過(guò)濾完畢
9、后通入洗水，洗滌液行程與濾液相同。洗滌面=過(guò)濾面,置換洗滌：,說(shuō)明,間歇操作過(guò)濾、洗滌、卸渣、整理、裝合,主要優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：密閉操作、過(guò)濾速度大、洗滌效果好。 缺點(diǎn)：間歇手工操作、造價(jià)高，更換濾布比較麻煩。,三、 轉(zhuǎn)筒過(guò)濾機(jī),1. 結(jié)構(gòu)與工作原理,水平轉(zhuǎn)筒分為若干段，濾布蒙于外壁,段管分配頭轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)(多孔)分配頭固定盤(pán),(凹槽2、凹槽1、凹槽3) 三個(gè)通道的入口,濾液真空管,洗水真空管,吹氣管,2. 工作過(guò)程, 當(dāng)浸入濾漿中時(shí)，對(duì)應(yīng)濾布對(duì)應(yīng)管轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)孔凹槽2 濾液真空管 濾液通道過(guò)濾,過(guò)濾 洗滌 吹松 卸渣,當(dāng)位于水噴頭下，對(duì)應(yīng)濾餅、濾布對(duì)應(yīng)管 轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)孔凹槽1 洗水真空管洗水通道洗滌,吹氣管凹槽
10、3轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)孔 對(duì)應(yīng)管濾布濾餅 壓縮空氣通道吹松, 遇到刮刀 卸渣,兩凹槽之間的空白處：沒(méi)有通道 停工兩區(qū)不 致串通,主要優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：連續(xù)操作、節(jié)省人力、生產(chǎn)能力大、適宜處理量大容易過(guò)濾的料漿。 缺點(diǎn)：附屬設(shè)備高、投資費(fèi)用高、過(guò)濾面積不大。過(guò)濾推動(dòng)力有限（真空操作），不能過(guò)濾較高溫度（飽和蒸汽壓高）的濾漿，濾餅洗滌不充分。,3.4.4 過(guò)濾計(jì)算,一、間歇過(guò)濾機(jī)的計(jì)算,1. 操作周期與生產(chǎn)能力,操作周期總時(shí)間,總時(shí)間,過(guò)濾時(shí)間,洗滌時(shí)間,卸渣、清理、裝合,設(shè)計(jì)和操作計(jì)算要基于tC,生產(chǎn)能力：一個(gè)操作周期中，單位時(shí)間內(nèi)得到的濾 液或?yàn)V餅體積,已知K，qe，由過(guò)濾方程，tFVF,2. 洗滌速率和洗滌
11、時(shí)間,一般認(rèn)為：洗滌液量濾液量，即,假定：洗滌液與濾液相同；洗滌壓力與過(guò)濾時(shí)相同,洗滌速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)濾餅層的洗滌液體積,m3濾液/h,m3濾餅/h,(1) 葉濾機(jī)的洗滌速率和洗滌時(shí)間置換洗滌,洗滌速率恒定濾餅厚度不變,(2)板框壓濾機(jī)的洗滌速度和洗滌時(shí)間橫穿洗滌,洗滌時(shí)間,二、 連續(xù)過(guò)濾機(jī)的計(jì)算,1. 操作周期與過(guò)濾時(shí)間,間歇過(guò)濾機(jī)：部分時(shí)間，全部面積過(guò)濾,連續(xù)過(guò)濾機(jī)：部分面積，全部時(shí)間過(guò)濾,轉(zhuǎn)筒過(guò)濾機(jī)，每分n轉(zhuǎn)，則tC=60/n 每圈用時(shí),轉(zhuǎn)筒表面浸入分?jǐn)?shù)：,一個(gè)周期中全部面積經(jīng)歷過(guò)濾時(shí)間,部分面積，全部時(shí)間全部面積，部分時(shí)間,tC,A,2. 生產(chǎn)能力,m3濾液/h,一個(gè)周期中（時(shí)間t
12、c）只有fA的面積在經(jīng)歷過(guò)濾,V: 旋轉(zhuǎn)一圈得到的濾液量,當(dāng)濾布阻力可以忽略,qvA，n,說(shuō)明,，過(guò)濾面積 ，其他面積，操作不便,n， tF ，L，難以卸渣，功率消耗,【例3-5】用板框過(guò)濾機(jī)在恒壓差條件下過(guò)濾鈦白(TiO2)水懸浮液。過(guò)濾機(jī)的尺寸為：濾框的邊長(zhǎng)810mm(正方形)，每框厚度42mm，共10個(gè)框?，F(xiàn)已測(cè)得：過(guò)濾10分鐘得濾液1.31m3，再過(guò)濾l0分鐘共得濾液l.905m3。已知濾餅體積和濾液體積之比=0.l，試計(jì)算： （1）將濾框完全充滿(mǎn)濾餅所需的過(guò)濾時(shí)間； （2）過(guò)濾后用相當(dāng)于濾液量1/10的水進(jìn)行橫穿洗滌，求洗滌時(shí)間； （3）洗滌后卸渣、清理、裝合等共需要25分鐘，求每臺(tái)壓濾機(jī)的生產(chǎn)能力，以每小時(shí)平均可得多少濾渣計(jì)。,解：(1) 過(guò)濾面積,濾餅體積,濾液體積,濾框完全充滿(mǎn)時(shí)，單位過(guò)濾面積所得濾液量,得過(guò)濾常數(shù)K、單位面積的當(dāng)量濾液量qe：,將濾框完全充滿(mǎn)濾餅所需的過(guò)濾時(shí)間為,(3)該裝置的生產(chǎn)能力(以每小時(shí)得到的濾餅體積計(jì)),（2）洗滌水量,洗滌速度,作業(yè)：3-10，3-7,
【化工原理 課件】3.2過(guò)濾
