2010--第六章--过滤原理PPT课件

1、1,第六章 过滤原理,本章主要内容 1、过滤的定义、基本原理、基本分类、过滤介质 2、可压缩滤饼与不可压缩滤饼过滤、过滤基本方程 及在恒压过滤、恒速过滤、及变压变速过滤过程 中的应用。 3、影响过滤的基本因素,2,第一节 概 述 1、过滤作业定义： 工业上，通过某种介质将固体与液体（或气体） 分离开来的作业，称为过滤作业。 2、基本原理： 在压强差作用下，悬浮液中的流体（气体或液体）透过可渗性介质（过滤介质），固体颗粒被介质所截留，从而实现流体和固体的分离,3,3、过滤具备两个条件： （1）具有实现分离过程所必需的设备（包括过 滤介质）； （2）在过滤介质两侧要保持一定的压力差（推动力）。 4

2、、过滤过程的两个显著特点： （1）流体通过多孔介质的流动属于极慢流动，即渗流运动。 （2）悬浮液在过滤过程中，过滤阻力是不断增加的,4,5、过滤分为两大类（工业上）： 表面过滤（ 滤饼过滤）在介质的一侧形 成一层由被截留的固体颗粒所构成 的滤饼。 深层过滤固体颗粒被阻留在过滤介质内， 不形成滤饼。 两种过滤情况见图（6-1,5,两种不同的过滤方式 a滤饼过滤；b深层过滤 1悬浮液；2滤饼；3过滤介质,6,6、过滤推动力类型及大小： 重力过滤 真空过滤 加压过滤 离心过滤 7、过滤介质： 过滤介质是指一些具有许多毛细孔的物体，它具有截留固体颗粒而让液体通过的功能,推动力增大,7,常用的过滤介质主

3、要有三类： a、织物介质天然或人造纤维编织而成的滤 布。（棉麻布、尼龙布） b、粒状介质如细砂、砾石、玻璃渣、木炭 等均可作为过滤介质。 c、 多空陶瓷介质此类介质在低温下煅烧 而成，具有大量的微细孔道,8,8、滤饼类型： 分不可压缩滤饼和可压缩滤饼 过滤过程中，流过滤饼的流体，通过表面的动量传递，给固体颗粒一个曳（Ye）应力，此力通过点接触的颗粒向前传递，沿流动方向逐渐积累。若滤饼结构在此积累的曳应力的作用下，颗粒不相互错动，滤饼的空隙度不产生变化，则称这种滤饼为不可压缩滤饼，否则为可压缩滤饼,9,第二节 流量速率与压力降的关系 一、清洁的过滤介质 滤饼过滤开始时，介质表面尚未形成滤饼，过介

4、质本身受到全部压力降（即推动力）。 达西（Darcy）过滤基本方程为,10,粘度 Q滤液的流速 L通过滤饼层厚度 A滤饼层表面积 p推动力 K为与滤饼层渗透性有关的常数 令 R=L/K（R为过滤介质阻力） 则,11,如果被过滤的液体是一种澄清液，压力降不变时，使滤液流量不变，滤液累积体积将随时间的延长作线性增加，如图,滤液累积体积与时间的关系,当含有固体颗粒的悬浮过滤时、过滤速率逐渐下降,12,二、表面形成滤饼的过滤介质 当有滤饼存在时，滤液受到两个阻力 R过滤介质的阻力 （假定是一个常数 ） Rc滤饼的阻力 （随时间延长而增大 ） 达西过滤基本方程为,13,若 ： 滤饼的阻力与沉积的滤饼质量

5、成正比 则： Rc= 单位面积上所沉积的滤饼质量（kgm-2）， 滤饼比阻（mkg-1） 将R c代入上式，则,14,单位面积上沉积滤饼的质量 ： 是时间的函数，在时间t内： A=cV c悬浮液中所含固体的浓度（kgm-3） V滤液累积体积（m3） 滤饼比阻： 比阻是待过滤物料的重要性质，影响它的主要因素有孔隙率、颗粒比表面积s0、颗粒密度s,15,科泽尼卡曼推出,不可压缩滤饼的滤饼比阻应为一个常数。但由于滤饼在液流作用下变得密实，滤饼比阻将随时间而变化,16,实际过滤中，滤饼均为可压缩滤饼， 随压力降p的变化而变化。 可用平均滤饼比阻av代替： 在一个限定的压力范围内 ：=0（pc）n 0单

6、位压力降下的滤饼比阻， n压缩性指数（由实验获得的,17,平均滤饼比阻 a v表示为,18,第三节 不可压缩滤饼过滤 一、过滤基本方程： 令： 则： （6-15,19,二、恒压过滤 P不变的情况下，将式（6-15）积分 得到 可写成如下形式,20,以t/V对V作图（参见图6-3），则可得出一条直线,21,如果从实际恒压过滤阶段起始处的t s，V s点开始对式（6-15）进行积分，可得到下列基本方程来计算和R值,22,例题 6.1 根据中间试验结果，计算滤饼比阻和过滤介质阻力R。 过滤试验是根据下列条件，在一台板框式压滤机 进行的： 固体颗粒： 液 体： 悬浮液： 浓度c=10kgm-3 压滤机

7、：一块板框：43043030mm,23,当V=0.56m3时，板框充满滤饼。 选与3686s相应的值0.30m3作为恒压操作的起始点， 从过滤试验中所得到的数据如表6-1所示，恒压过滤的压力为150.000Nm-2，过滤起始阶段的压力由人工控制。 试确定这一试验中的滤饼比阻和过滤介质阻力R,24,压滤机工作原理 1-矿浆入料口；2-固定尾板；3-滤板；4-滤布；5-滤饼； 6-活动头板,25,表6-1 例题6.1过滤试验数据,26,例题6-1的t/V图,27,三、恒速过滤 滤液流量保持不变 压降p随时间变化变化 。 过滤方程为： 或,28,在恒速过滤与不可压缩滤饼条件下，p=f（t）图,29,

8、四、先恒速后恒压操作 设恒压起始点为ts、Vs、Ps 过滤方程分两个阶段： P-t关系 V-t关系 V=Q1t 当VVs,30,先恒速后恒压操作和不可压缩滤饼条件下 p=f（t）图,31,例题 6.2 过滤试验是在一块面积0.02m2的滤布是进行的，以恒定速率加入悬浮液。每秒可生产滤液410-5m3。试验数据表明，在100秒以后压力降为4104Nm-2，500秒以后，压力降为1.2105Nm-2。 现把相同的材料滤布应用在板框压滤机上，每个框的尺寸为0.50.50.08m，过滤相同的悬浮液。在起始恒速过滤阶段中，单位滤布面积上悬浮液的流量与上述试验相同。当压力达到8104Nm-2时，即进入恒压

9、操作。如果每过滤1个单位体积的滤液所形成的滤饼体积v=0.02，试计算滤饼充满整个板框时所需的时间,32,例题6.2的p=f（t）图,33,t-tS）/（v-v s）-（v）图,34,第四节 可压缩滤饼的过滤 基本方程式 ： 恒压过滤 ：与不可压缩滤饼恒压过滤方程相同。 恒速过滤,35,第五节 影响过滤的基本因素 影响过滤的基本因素分类： a、物料性质及其调制：如物料粒度及粒度组成、料浆浓度、温度、助滤剂添加等， 其中最基本的是物料粒度及组成 b、设备及工况条件：包括设备的选型、过滤介质、工作压差、过滤总时间 等。 设备选型和工作压力最为重要,36,评价过滤效果的标准 从三方面评价： 过滤设备

10、的处理量 滤饼中的残液量 滤液中的固体含量 几个概念 1、过滤设备的处理能力：单位时间、单位过滤面积所获得的滤液体积L/（m2min）（目的产物为有价液体,37,或 单位时间、单位过滤面积所截留的滤饼质量 （kg/m2h）（目的产物为有价的固相物料） 2、滤饼湿含量：滤饼中液体质量和干物料质 量之比 。 W c = W L/W m W L、W m湿滤饼中液体和固体的质量（kg） 3、滤饼水分 ：湿滤饼中液体质量和湿滤饼质 量之比 。 W s= W L/W W W W湿滤饼质量,38,一、固体颗粒粒度大小及粒度组成的影响 1、颗粒粒度越细，过滤效果越差。 表现在： 粒度越小的粒群，其单位体积内颗

11、粒数越 多，孔隙率就越低，过滤效果越差。 物料粒度越细，过滤介质被堵塞的概率越 大，导致过滤速度降低。 物料粒度越细，物料表面水化膜相对厚度越 大 ，和固相结合越牢固，由于水化膜的流动 性极差，甚至静止，因而占据了流道部分空 间，也使滤饼孔隙率减小，滤速降低,39,2、颗粒排列及粒度组成的影响 颗粒直径相同，但不同的排列结构，会形 成不同的孔隙率。进而影响滤饼阻力。（见图） 因此： 窄级别沉积物的孔隙率必大于宽级别沉积物的孔隙率有利与过滤,40,a等大圆球的；b等大圆球的斜方； c等大圆棒的 立方体排列 六面体排列 立方体排列 =47.64%； =25.96%； =/4,41,粒度相同的物料粒

12、度越大，颗粒间孔隙越 大， 过滤速度快；反之就慢。 粒度不同的物料孔隙率极大程度取决于颗粒 粒径之比，小颗粒会钻隙与 大颗粒之间，从而减少整个 粒群的孔隙率，从而降低过 滤速度,42,a分级好的影响；b分级差的物料；c两种大小的圆球 颗粒的立方体排列 =32%； =17%； =12.5,43,二、料浆粘度的影响 1、粘度的变化与温度有关，温度升高，液体粘 度下降 。 2、过滤过程中，料浆的粘度升高，过滤效果降低。（粘度越高，流动性越差） 3、料浆中的固体颗粒越细，浓度越大，其粘度随之越高，而滤饼水分也随之增大 。 三、过滤压差与料浆浓度的影响 1、压力的影响,44,对不可压缩滤饼增大过滤压力，可提高过滤 速度。 对可压缩滤饼滤饼孔隙率、比阻因压力增 大而增大，结果导致过滤速 度下降。 2、浓度的影响（低压下对介质而言） 浓度低时，不利与过滤（细