化工原理 化工原理 第三章(2).pptVIP

* * 第3章 机械分离 化工原理 * * 第二节 过滤 一、过滤基本概念 二、过滤设备 三、过滤基本方程 四、过滤时间与滤液量 * * 一、过滤基本概念 过滤：以某种多孔物质为介质，在外力作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固、液分离的操作。过滤操作采用的多孔物质称为过滤介质，所处理的悬浮液称为滤浆或料浆，通过多孔通道的液体称为滤液，被截留的固体物质称为滤饼或滤渣。 过滤外力：重力、压强差或惯性离心力。 在化工中应用最多的是以压强差为推动力的过滤。 * * 一、过滤基本概念 基本方式：深层过滤和滤饼过滤。 1) 深层过滤 颗粒尺寸比过滤介质孔径小，但过滤介质孔道弯曲细长，当流体通过过滤介质时，颗粒随流体一起进入介质的孔道中，在惯性和扩散作用下，颗粒在运动过程中趋于孔道壁面，并在表面力和静电的作用下附着在孔道壁面上，如图所示。特点是过滤在过滤介质内部进行，过滤介质表面无固体颗粒层形成。由于过滤介质孔道细长，通常过滤阻力较大。这种过滤方式常用于净化含颗粒尺寸甚小，且含量甚微的情况下。 1．过滤方式 * * 一、过滤基本概念 2）滤饼过滤：流体中的固体颗粒被截留在过滤介质表面上，形成一颗粒层，称为滤饼。当过滤开始时，特别小颗粒会通过过滤介质，得到浑浊液体，随着过滤进行，较小颗粒在过滤介质表面形成“架桥”现象，形成滤饼，其后滤饼成为主要“过滤介质”，从而使通过滤饼层的液体变为清液，固体颗粒得到有效的分离。 滤饼过滤适用于处理颗粒含量较高的悬浮液，是化工生产中的主要过滤方式。 1．过滤方式 * * 一、过滤基本概念 1）织物介质 由天然或合成纤维、金属丝等编织而成的滤布、滤网，是工业生产使用最广泛的过滤介质。价格便宜，清洗更换方便，截留颗粒最小直径为5~65um。 2）多孔固体介质 包括素瓷、烧结金属（或玻璃）、或由塑料细粉粘结而成的多孔性塑料管等，能截留小至1~3mm的微小颗粒。 3）堆积介质 由各种固体颗粒（细砂、木炭、石棉、硅藻土）或非编织纤维等堆积而成，多用于深度过滤中。 选择过滤介质要根据悬浮液中固体颗粒的含量及粒度范围，介质所能承受的温度和化学稳定性、机械强度等因素来考虑。 2．过滤介质 * * 一、过滤基本概念 滤饼 由截留下的固体颗粒堆积而成的床层，随着操作进行，滤饼厚度与流动阻力都逐渐增加。 （1）不可压缩滤饼 颗粒如果是不易变形的坚硬固体（如硅藻土、碳酸钙等），则当滤饼两侧压强差增大时，颗粒形状和颗粒间空隙都不发生明显变化，单位厚度床层的流动阻力可视作恒定。 （2）可压缩滤饼 如果滤饼由某些类似氢氧化物胶体物质构成，则当滤饼两侧压强差增大时，颗粒的形状和颗粒间的空隙便有明显的改变，单位厚度饼层的流动阻力随压强差加高而增大。 3．滤饼的压缩性和助滤剂 * * 一、过滤基本概念 助滤剂：为减少可压缩滤饼流动阻力，有时将某种质地坚硬而能形成疏松饼层另一种固体颗粒混入悬浮液或预涂于过滤介质上，以形成疏松饼层，使滤液得以畅流。 助滤剂基本要求： （1）能形成多孔饼层的刚性颗粒，使滤饼有良好渗透性及较低流动阻力。 （2）具有化学稳定性，不与悬浮液发生化学反应，也不溶于液相中。 （3）在过滤操作压强差范围内，应具有不可压缩性，以保持滤饼有较高的空隙率。 3．滤饼的压缩性和助滤剂 * * 二、过滤设备 板框压滤机：由多块带棱槽面的滤板和滤框交替排列组装于机架所构成。滤板和滤框个数在机座长度范围内可自行调节，一般为10~60块不等，过滤面积约为2~80m2。 1．板框压滤机 * * 二、过滤设备 叶滤机主要构件是矩形或圆形滤叶。 滤叶是由金属丝网组成的框架其上覆以滤布所构成，多块平行排列的滤叶组装成一体并插入盛有悬浮液的滤槽中。 滤槽可封闭，以便加压过滤。 2．叶滤机 * * 三、过滤基本方程 过滤速率：单位时间获得滤液体积，m3/s。 过滤速度：单位过滤面积上过滤速率，m/s。 若过滤过程中其它因素不变，则由于滤饼厚度不断增加而使过滤速度逐渐变小。 任一瞬间过滤速度： 1．过滤速度与过滤速率 * * 三、过滤基本方程 对于不可压缩滤饼，任一瞬间单位面积上的过滤速率与滤饼上、下游两侧压强差Δp成正比，Δp也是过滤操作的推动力；同时与滤饼厚度L、滤液粘度μ等成反比。 比阻（r）：单位厚度滤饼的阻力，在数值上等于粘度为1Pa·s的滤液以1m/s的平均流速通过厚度为1m的滤饼层时所产生的压强降。 滤饼阻力： R1= r L 2．滤饼阻力 * * 三、过滤基本方程 滤饼过滤中，过滤介质阻力都比较小，但不能忽略，尤其在过滤初始滤饼尚薄的期间。过滤介质阻力也与其厚度及本身