过滤原理73446课件.ppt

1、滤液过滤介质滤饼滤浆 ：深层过滤和滤饼过滤饼层过滤时，颗粒的尺寸大多数都比过滤介质的孔道大过滤之初，会有一些细小颗粒穿过介质而使滤液浑浊，但颗粒会在孔道中迅速发生“”现象，使小于孔道的颗粒也能被截留，故当滤饼开始形成，滤液即变清，此后过滤才能有效地进行。 。 架桥现象“架桥架桥”现象现象深层过滤时，颗粒的尺寸比介质的孔道小得多，但孔道弯曲细长，颗粒进入之后很容易被截留，更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。此法适合于从液体中除去很小量的悬浮液。如饮用水的净化。 深层过滤深层过滤：适宜的孔径、滤阻小，同时因过滤介质是滤饼的支承物，应具有足够的机械强度和耐腐蚀性。：棉麻或

2、合成纤维的丝织物或金属丝、玻璃丝等丝织成的金属网，常称为。堆积介质沙粒、碎石、碳屑等多用于深层过滤。多孔固体介质：具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶瓷、多孔塑料及多孔金属制成的管或板。能拦截13m的微细颗粒。 可以是重力、离心力或压力差。重力较小，重力过滤用于过滤阻力较小的场合。压差有可调性，常用压差作推动力 本节着重讨论以压力差为推动力的过滤过程。 ：在某些过滤过程中为了除去滤饼里存留的滤液，或者为了回收滤饼中存留的滤液，在过滤终了时，需要对滤饼进行洗涤。如果滤液为水溶液，一般就用水洗涤。床层滤饼厚度不断增加床层滤饼厚度不断增加拟定态处理拟定态处理设过滤面积为设过滤面积为A,在过滤时间在过

3、滤时间内所获得的滤液量为内所获得的滤液量为V液总量。通过单位过滤面积的滤过滤速率:AVqddqAddVu1、过滤过程的物料衡算、过滤过程的物料衡算 对给定的滤浆，所获得的滤液必形成一定的滤饼，它们之间的对应关系可由物料衡算求得。（1）湿滤渣密度）湿滤渣密度c的计算的计算式中：式中：c、p、分别为湿滤渣、干滤渣和滤液的密度分别为湿滤渣、干滤渣和滤液的密度 C为湿滤渣与其中所含干渣的质量比，为湿滤渣与其中所含干渣的质量比，kg湿渣湿渣/kg干渣干渣 11CCPc（2）干渣质量与滤液体积的比值）干渣质量与滤液体积的比值kg干渣干渣/m3滤液滤液 式中：式中：X为悬浮液中固体颗粒的质量分率，为悬浮液中

4、固体颗粒的质量分率，kg固体固体/kg悬浮液悬浮液 CX为单位质量悬浮液可得的湿滤渣的质量，为单位质量悬浮液可得的湿滤渣的质量，kg湿渣湿渣/kg悬浮液悬浮液 （1-CX1-CX）为单位质量悬浮液可得滤液的质量，）为单位质量悬浮液可得滤液的质量，kgkg滤液滤液/kg/kg悬浮液悬浮液 X/X/（1-CX1-CX）为干渣与滤液的质量比）为干渣与滤液的质量比 / )1 (CXX（3）湿滤渣体积与滤液体积的比值为）湿滤渣体积与滤液体积的比值为式中：式中：C为湿滤渣质量与滤液体积的比值，为湿滤渣质量与滤液体积的比值，kg湿滤渣湿滤渣/m3滤液滤液 为单位体积滤液所含湿滤渣的体积为单位体积滤液所含湿滤

5、渣的体积cC过滤速率：单位时间通过单位面积的滤液体积，可表示为 ，单位为m/s。过滤过程中，滤液通过滤布和滤饼的流速较低，其流动一般处于层流状态，处于康采尼公式适用的低雷诺数范围。2、过滤基本方程式、过滤基本方程式 量单位面积所得到的滤液滤液的粘度，滤饼层两侧压差，阻力推动力令:.:)1 (11)1 (32223qsPaPaqrddqaKrqLLKaddqAddVu滤液通过过滤介质的阻力可视为通过单位过滤面积获得某当量滤液量qe所形成的虚拟滤饼层的阻力。)()(212121eeeqqrqqrddqqrddqqrddq过滤介质两侧压降分别是滤饼和和设过滤速率基本方程可得：令.)(2)(222ee

6、VVKAddVqqKddqrKsraKr032)1 (常数r反应了滤饼的特性，成为滤饼的比阻。比阻r数值的大小反映了过滤操作的难易程度。S、r0:实验常数 S:压缩性指数不可压缩滤饼s=0，可压缩滤饼s=0.20.8硅藻土 s=0.01 碳酸钙 s=0.19 氢氧化铝s=0.9 三、滤液量与过滤时间三、滤液量与过滤时间 (1)(1)过滤操作方式过滤操作方式 (2)恒压过滤恒压过滤恒压过滤方程式或积分可得.22:2)(22200KAVVVKqqqdKdqqqeeqe若介质阻力可忽略不计，则可简化为：Ve和e间的关系为：qe单位面积上的当量滤液量222KAVKq或eeeeKAVKq222或)()(

7、)()(222eeeeeKAVVKqq或 当量滤液量Ve和当量过滤时间之间的关系如图中的oa线，实际过滤中的滤液量V与过滤时间的关系为图中的ab段。若不计过滤介质的阻力，即Ve=0，则实际过滤过程中V与的关系为图中ob 段。 恒压过滤的特点 : 滤饼不断变厚致使阻力逐渐增加，但推动力维持不变，因而过滤速度不断变小 应用恒压过滤方程式，可进行恒压过滤各种计算。 a.a.设计型：设计型：已知要求处理的悬浮液量及操作压差p，求所需的过滤面积。 b.b.操作型：操作型：已知过滤面积A和操作压差p，求能处理的悬浮液量，或已知滤面积和悬浮液处理量,求所需的操作压差p)()(2)()()(2)(2)(121

8、2121121211KAVVVVVKqqqqqdKdqqqeetqqe或：222KAVKq或0122rrKs一齐称为总过滤常数与和单位分别为称为介质常数小的常数是反映过滤介质阻力大Kmmsqee,23)(2)(22eeqqKddqVVKAddV速率单位过滤面积上的过滤过滤速率(3)恒速过滤恒速过滤22222)(2AKVVVKqqqqqqKddqeee或常数(4)先恒速后恒压过滤先恒速后恒压过滤)()(2)()()(2)(12121211212KAVVVVVKqqqqqee或（5）过滤常数的计算）过滤常数的计算测定过滤常数一般在恒压下进行eeqKqKqKqqq2122由恒压过滤方程 在恒压过滤时

9、,/q与q呈直线关系，直线的斜 率为1/K，截距为 2qe/K。由此可知，只要测出不同过滤时间时单位过滤面积所得的滤液量，即可由上式求得K和qe。如果恒压过滤时间从如果恒压过滤时间从 1 1、已经得到滤液量、已经得到滤液量q q1 1开始开始0122rrKs如何求？)(2)(11111qqKqqKqqe 1500 1000 q 500 0 0 0.025 0.05 0.075q斜率1/K/qq 图截距 2qe/K四、洗涤速率与洗涤时间四、洗涤速率与洗涤时间 规规定定 EWEWWppddVP;)(,;,为常数单位时间消耗的洗水量洗涤速率下在恒定操作洗涤过程中饼层不增厚洗水中不含固相(1)叶滤机：

10、置换洗涤法 特点：洗涤液流经滤饼通道与过滤终了时滤液通道相同 （L+Le）W=（L+Le）E AW=AE 22)(2)()(2)()()()()(KAVVVddVVVVKAddVddVddqqqqrddqWeWWWeEWWEWWWWeWWW有当洗涤时间洗涤速率 特点：过滤终了，滤液通过滤饼层的厚度为框厚的一半，过滤面积为全部滤框面积的2倍。 洗涤时，洗涤液将通过两倍于过滤终了时滤液的途径。洗涤面积为过滤面积的一半。 （L+Le）W=2（L+Le）E AW=0.5AE 22)(8)()(8)(41)()()(2)(KAVVVddVVVVKAddVddVddqqqqrddqWeWWWeEWWEWW

11、WWeWWW有当洗涤时间洗涤速率若洗水粘度、洗水表压与滤若洗水粘度、洗水表压与滤液相差较大，按右式校正：液相差较大，按右式校正：)(WWWWPP过滤L洗涤L五、间歇过滤机的生产能力五、间歇过滤机的生产能力 过滤机的生产能力可用单位时间内所得的滤液量或滤渣量表示。在一个过滤操作循环中，过滤装置的拆装、整理、重装等所占的辅助时间D是固定的，而过滤及洗涤时间W却要随产量的增加而增加。在一个循环中，过滤时间应有一最佳值，使生产能力最大。此时已形成的滤饼厚度，是设计压滤机框厚的依据。 操作周期= + W + D 生产能力生产能力Q=V/ Q=V/ :单位时间得到的滤液量。 过滤时间的相对长短，直接影响过

12、滤机的生产能力 若一个操作周期中过滤时间短，则形成的滤饼薄，过滤速率大，但非过滤时间所占的比例相对较大，生产能力不一定就大。相反，过滤时间长，形成的滤饼则厚，过滤速率小，生产能力也可能小。max, 0QVQ求最优过滤时间，及令 经推导，可得满足下式条件时，板框过滤机生产能力最大： DWKAVVV22)81 ( 当介质阻力不计时，有下式成立： DW 即：在过滤介质阻力不计（Ve0）的情况下，若过滤时间和洗涤时间之和等于辅助时间，则过滤机的生产能力最大。思考：若D和W一定， opt=?DWKAVVV22)21 (叶滤机六、回转真空过滤机的生产能力六、回转真空过滤机的生产能力 该过滤机特点：过滤、该

13、过滤机特点：过滤、脱水、脱水、洗涤、卸洗涤、卸料料等操作等操作在转筒的不同区段中同时进行，在一个周期中，只在转筒的不同区段中同时进行，在一个周期中，只有部分时间进行过滤操作。转筒表面浸入滤浆中的有部分时间进行过滤操作。转筒表面浸入滤浆中的分数称为浸没度，以分数称为浸没度，以表示，表示，=浸没角度浸没角度/360。在一个操作周期内，整个转筒表面上任何一小块过在一个操作周期内，整个转筒表面上任何一小块过滤面积所经历的过滤时间为：滤面积所经历的过滤时间为：= /n 转筒转速转筒转速n: r/s 卸渣区洗涤脱水区过滤区1234561-转筒；2-分配头；3-洗涤水喷嘴4-刮刀；5-悬浮液槽；6-抖搅器回

14、转真空过滤机操作简图从生产能力的角度看从生产能力的角度看:一台参数为总过滤面积一台参数为总过滤面积A、浸没度、浸没度转速转速n r/s的连续转筒过滤机，与一台在同样条件下操作的的连续转筒过滤机，与一台在同样条件下操作的过滤面积过滤面积A、操作周期为、操作周期为T=1/n，每次过滤时间为，每次过滤时间为/n的间的间歇板框过滤机是等效的。歇板框过滤机是等效的。nKAQVVKAnVnnqAQqqKVeeeee2222, 0,)(:有当滤布阻力可略生产能力体积转筒转一周所得的滤液讨论：生产能力与转筒转速的1/2次方成比例，转速n越高，生产能力越大。但n过大，每转所得滤液量减少，滤饼太薄（滤阻小），难卸

15、除，也不利于洗涤，且功耗增大。一般n=0.13 r/min。QK0.5 , 增大，洗涤不完全，能耗增大。： ？ (3.54m3/h 1.414 )改善滤饼结构 助滤剂如硅藻土改变悬浮液中的颗粒聚集状态 加入聚合电解质如明矾等絮凝剂 加入硫酸铝无机电解质动态过滤 人为干扰限制滤饼增长 动态过滤机小结小结过滤：过滤： 1.1.公式：公式：过过滤滤阻阻力力过过滤滤推推动动力力 AddVuLrp eVVKA 2r 与与滤滤饼饼的的结结构构、性性质质（比比表表面面积积 a、空空隙隙率率 ）有有关关与与滤滤饼饼性性质质有有关关（比比阻阻 r0、比比表表面面积积 a、空空隙隙率率 、压压缩缩指指数数 s）

16、、与与滤滤浆浆的的性性质质（浓浓度度、密密度度、粘粘度度）有有关关。与与推推动动力力有有关关spK 1Ve 与与过过滤滤介介质质的的性性质质有有关关恒恒压压过过滤滤方方程程 222KAVVVe Kqqqe 22wwwewLALAddVddV wwwddVV w 41 w （板框）（叶滤机、转筒真空机）洗洗涤涤： 222AKVVVe 恒恒速速过过滤滤方方程程 22Kqqqe 常常数数 AddVu计计算算：板板框框过过滤滤机机：半半个个框框：V，Ve、A侧侧、 一一个个框框：2V，2Ve、2A侧侧、 n个个框框：2nV，2nVe、2nA侧侧、 叶叶滤滤机机： 与与板板框框类类似似转转筒筒真真空空过

17、过滤滤机机： V总总、 Ve总总、 A总总、 T 或或V总总、Ve总总、A总总、 T2.重要概念：重要概念： 滤浆、滤饼、过滤介质、滤液、滤浆、滤饼、过滤介质、滤液、 生产能力生产能力 QnnKAnVTVQDwVQQQwDeV ，连连续续式式时时当当，间间歇歇式式：，max03、设备设备：板框机、叶滤机、转筒真空过滤机的结构、特点、2 2、1.414 1.414 ）以下过滤机是连续式过滤机_.（）箱式叶滤机 （）真空叶滤机（）回转真空过滤机 （）板框压滤机在一个过滤周期中 _.（）过滤时间越长生产能力越大（）过滤时间越短生产能力越大（）辅助时间越长生产能力越大（）为了达到最大生产能力，辅助时间

18、越长相应地过滤时间也越长 滤液在滤饼层中的流动属于( )流动。(A)层流(B)湍流(C)过渡流(D)不确定.颗粒床层的固体颗粒直径小,则床层的空隙率( )。原因？(A)小(B)大 (C)与颗粒直径无关(D)不确定 5. 对板框过滤机，洗涤面积AW和过滤面积A的定量关系为_，洗水走过的距离LW和滤液在过滤终了时走过的距离L的定量关系为_，洗涤时的（dV/d）W和过滤终了时的（dV/d）E的定量关系为_。叶滤机 如何？回转真空过滤机洗涤速率与最终过滤速率之比为_。 6.恒速操作的过滤机，过滤10min得到滤液0.01m3,继续过滤20min，可再得滤液_m3；然后，用0.009m3洗涤液洗涤，速率

19、不变，所需洗涤时间为_min?7.板框过滤机恒压操作，滤布阻力可忽略不计，经小时后的滤液量为V1,当框数增加到原来的1.5倍，框厚增加到原来的2倍，也经小时的滤液V2,则V2=_ V1。 1.58.叶滤机滤布阻力可忽略，恒压过滤1h得到滤液10m3,继续过滤1h，可再得滤液_m3；若此时维持操作压力不变，再用清水洗涤，VW=2 m3,已知滤液粘度是水的4倍，则洗涤时间为_h。板框过滤又如何？用一板框过滤机，对某种悬浮液进行恒压过滤，过滤时间为20min,得到滤液20m3, 滤饼不洗涤，拆装时间为15min,滤饼不可压缩，介质阻力可忽略不计。试求该机的生产能力，以m3(滤液)/h表示之。如果将该

20、机的过滤压力增加20%，拆装时间不变，试求该机的生产能力为多少m3(滤液)/h？ （1）hmVQhhDWDW/ )(3 .34410312041,31, 03滤液生产能力 （2） ：介质阻力忽略不计： hmKAKAVe/1200) 3/1/(400, 06222 过滤压力增加 20%，过滤面积、滤液量不变 hAKVKKPPksPkKs2778. 040012002 . 12 . 12 . 1, 0,2221不变， 生产能力：hmQhD/ )(89.3725. 002778. 02025. 03滤液 例例 1010 板框过滤机恒压过滤某悬浮液，一个操作周期的滤板框过滤机恒压过滤某悬浮液，一个操作

21、周期的滤液液 6m6m3 3， 其中过滤需时， 其中过滤需时 30min30min， 洗涤及拆装等共用去， 洗涤及拆装等共用去 40min40min，设滤饼不可压缩，介质阻力忽略不计。试求：设滤饼不可压缩，介质阻力忽略不计。试求： （1） 该机的生产能力；该机的生产能力； （2） 仅将操作压力加倍，而过滤时间、辅助时间等其他条仅将操作压力加倍，而过滤时间、辅助时间等其他条件都不变，该机生产能力将提高多少？件都不变，该机生产能力将提高多少？ （3） 若改用真空转筒过滤机，该机旋转一周可得若改用真空转筒过滤机，该机旋转一周可得 0.0428m0.0428m3 3滤液， 该机转速为多少方能维持生产能

22、力与 （滤液， 该机转速为多少方能维持生产能力与 （1 1） 相同） 相同？ 解（解（1 1）= 30/60 h = 30/60 h ，W W+ +D D= 40/60 h = 40/60 h ，V = 6mV = 6m3 3 Q = V / Q = V /（+ +W W+ +D D）= 6= 660/60/（30+4030+40）= 5.14 m= 5.14 m3 3/h/h （2 2） K K p p ，V V2 2 K Kp p （V V2 2/V/V1 1）2 2= 2 = 2 ，V V2 2 = V = V1 12 = 62 = 62 = 8.49 m2 = 8.49 m3 3 生产

23、能力提高： （生产能力提高： （8.498.49- -6 6）/6 = 41.5%/6 = 41.5% （3 3）设转速为）设转速为 n n（r/minr/min） ，生产能力为） ，生产能力为 Q Q 则有：则有：Q Q= 0.0428= 0.04286060n = 5.14n = 5.14 故：故： n = 5.14/ n = 5.14/（0.04280.04286060） = 2 r/min = 2 r/min 1111、固相、固相 3%3%（体）的某种悬浮液，用一小型板框过滤机进行恒（体）的某种悬浮液，用一小型板框过滤机进行恒压过滤， 滤框内的空间尺寸为压过滤， 滤框内的空间尺寸为 2

24、00mm200mm200mm200mm20mm20mm， 总框数为， 总框数为1010 个， 滤渣充满滤框所需时间为个， 滤渣充满滤框所需时间为 2h2h。 已知滤饼中固相分率 （体）。 已知滤饼中固相分率 （体）为为 60%60%，滤饼不可压缩，过滤介质阻力可忽略不计。若洗水粘，滤饼不可压缩，过滤介质阻力可忽略不计。若洗水粘度、洗水的表压分压分别与滤液的粘度、过滤压强差相同，洗度、洗水的表压分压分别与滤液的粘度、过滤压强差相同，洗水体积为滤液体积的水体积为滤液体积的 10%10%，每次卸渣、清理、装盒等辅助操作，每次卸渣、清理、装盒等辅助操作时间的中和为时间的中和为 0.5h0.5h。试计算

25、：。试计算： （1） 过滤常数过滤常数 K K； （2） 该过滤机的生产能力该过滤机的生产能力 Q Q（m m3 3滤液滤液/h/h） 。） 。 解：单位滤液形成的滤饼体积为：hmAVKKAVmVVmVmAVLA222222233201758. 028 . 015. 015. 0008. 0102 . 02 . 002. 08 . 02102 . 02 . 0053. 003. 06 . 003. 01介质阻力忽略不计，滤液体积滤渣体积过滤面积渣渣hmVQhddVVhmddVddVhmVKAddVVKAVVKAddVDWWWWEWEe滤液生产能力333322220366. 05 . 06 .

26、1215. 06 . 1)(1038. 9)(41)(0375. 015. 028 . 001758. 02)(2)(2)2(例例12 某板框过滤机有某板框过滤机有5个滤框，框的尺寸为个滤框，框的尺寸为635 635 25mm。过滤操作在过滤操作在20、恒定压差下进行，过滤常数、恒定压差下进行，过滤常数K=4.24 10-5m2/s，qe=0.0201m3/m2，滤饼体积与滤液体积之比，滤饼体积与滤液体积之比 =0.08 m3/m3，滤饼不洗涤，卸渣、重整等辅助时间为，滤饼不洗涤，卸渣、重整等辅助时间为10分分钟。试求框全充满所需时间。钟。试求框全充满所需时间。 现改用一台回转真空过滤机过滤滤

27、浆，所用滤布与前相同，现改用一台回转真空过滤机过滤滤浆，所用滤布与前相同，过滤压差也相同。转筒直径为过滤压差也相同。转筒直径为1m，长度为，长度为1m，浸入角度为，浸入角度为120 。问转鼓每分钟多少转才能维持与板框过滤机同样的生。问转鼓每分钟多少转才能维持与板框过滤机同样的生产能力？产能力？ 假设滤饼不可压缩。假设滤饼不可压缩。解：解：以一个框为基准进行计算。框全充满时滤饼的体积为：以一个框为基准进行计算。框全充满时滤饼的体积为： 30101. 0025. 0635. 0635. 0mV 饼饼滤液量滤液量 饼VV 23/156. 0806. 0126. 0mm Kqqqe 222806. 0

28、635. 0635. 022mAA侧侧 过滤面积过滤面积再根据恒压过滤方程得：再根据恒压过滤方程得： 222KAVVVe K=4.24 10-5m2/s，qe=0.0201m3/m2AVq 3126. 008. 00101. 0m min0 .129 .7211024. 40201. 0156. 02156. 02522 sKqqqe 思考：思考：以以5个框为基准，如何求解？个框为基准，如何求解？ smVQD/10773. 460100 .12126. 05534 改用回转真空过滤机后，压差不变，故改用回转真空过滤机后，压差不变，故K不变；不变；滤布不变，故滤布不变，故qe不变。不变。K=4.

29、24 10-5m2/s，qe=0.0201m3/m2过滤面积过滤面积214. 311mDLA 30631. 014. 30201. 0mAqVee 31360120 板框过滤机的生产能力为：板框过滤机的生产能力为：smnVQQ/10773. 434 设转筒每分钟转设转筒每分钟转n转，则回转真空过滤机生产能力转，则回转真空过滤机生产能力nkAVVVe 222 回转真空过滤机回转真空过滤机3166. 0mV mprsprn 17. 010875. 2166. 010773. 434（1）除去液体中混杂的固体颗粒，在化工生产中可以采用_ 、_ 、_等方法（列举三种方法）。化工设备中用到离心沉降原理的

30、设备有_ 、和_等。 （2）转筒真空过滤机的洗涤速率与最终过滤速率之比为_。A、 1/4 ；B、1/2 ；C、1 ；D、2分析：转筒真空过滤机属置换洗涤法。(3)助滤剂的作用是_。A、 降低滤液粘度，减少流动阻力；B、 形成疏松饼层，使滤液得以畅流；C、 帮助介质拦截固体颗粒；D、 使得滤饼密实并有一定的钢性（B） ：某板框过滤机在恒压下操作，过滤阶段的：某板框过滤机在恒压下操作，过滤阶段的时间为时间为2h，已知第，已知第1h过滤得过滤得8m3滤液，滤饼不可滤液，滤饼不可压缩，滤布阻力可忽略，试求：压缩，滤布阻力可忽略，试求：（1）第）第2h可得多少滤液？可得多少滤液？（2）过滤）过滤2h后用后用2m3清水（粘度与滤液相近），清水（粘度与滤液相近），在同样压力下对滤饼进行横穿洗涤，求洗涤时间；在同样压力下对滤饼进行横穿洗涤，求洗涤时间；（3）若滤液量不变，仅将过滤压差提高）若滤液量不变，仅将过滤压差提高1倍，问倍，问过滤时间为多少？过滤时间为多少？4）若过滤时间不变，仅将过滤压差提高）若过滤时间不变，仅将过滤压差提高1倍，问倍，问滤液量为多少？滤液量为多少？ 3.31m3 2.83 h 1 h 15.99 m3