化工原理过滤4

1、过滤目的：过滤目的：从悬浮液中分离出固体颗粒。 过滤原理：过滤原理：在外力的作用下，悬浮液中的液体通过多孔介质的 孔道而固体颗粒被截留下来，从而实现固、液分离。 过滤术语：过滤术语： 滤浆：滤浆：过滤操作所处理的悬浮液 过滤介质：过滤介质：所用的多孔物质（过滤介质是织物时，称为滤布)； 滤液：滤液：通过介质孔道的液体； 滤饼（滤渣）滤饼（滤渣）：被截留的物质。 3.6 过滤过滤 (1) 工业过滤方式工业过滤方式: 深层过滤、滤饼过滤深层过滤、滤饼过滤 特点：特点：固体颗粒的沉积发生 在较厚的粒状过滤介质内部， 过滤介质表面上无颗粒层形 成 。 特点特点：固体颗粒呈饼层状沉 积于过滤介质的上游一

2、侧， 形成滤饼层 。 适用适用：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。 适用适用：悬浮液中颗粒尺寸甚 小而且含量甚微的场合。 悬浮液 过滤介质 滤液 深层过滤 清液 过滤介质 悬浮液 滤饼 滤饼过滤 滤饼过滤中滤饼过滤中 流体滤饼层(固定床)+过滤介质 过滤后期，滤饼为主要的“过滤介质”。 (2) 过滤介质过滤介质 要求要求：具有多孔性，足够的机械强度。 丝织物品丝织物品：棉、麻、合纤、金属网(滤布、滤纸)； 多孔性固体介质多孔性固体介质：多孔塑料； 堆积介质堆积介质：砂、木炭、石棉粉等。 (3) 过滤推动力过滤推动力 克服流体流动阻力，提高过滤速度。 过滤推动力过滤推动力

3、 : 重力、离心力、压力差。 化工生产上常用压差作推动力，压差有可调性。 (5) 助滤剂助滤剂 目的目的：减小过滤阻力； 使用方法：使用方法：预涂法、预混法。 要求：要求：助滤剂应能较好地悬浮于料液中，颗粒大小合适， 助滤剂中还不应含有可溶于滤液的物质。如硅藻土。 注意：注意：当滤饼是产品时不能使用助滤剂。 (6) 过滤过程特点过滤过程特点 服从流体经过固定床的流动规律， 随过滤进行，床层厚度，过滤阻力。 (4) 滤饼的压缩性滤饼的压缩性 不可压缩滤饼不可压缩滤饼： 推动力时，不变；阻力随厚度； 可压缩滤饼可压缩滤饼：推动力时，阻力。 x)(悬浮液滤浆 ，滤饼 ，滤液 V V L L )(，空

4、隙中滤液 V V )1 ( s ，固体颗粒 (1) 对所得固体颗粒进行质量衡算对所得固体颗粒进行质量衡算 滤饼中固体颗粒质量=滤浆质量滤浆中固体颗粒质量分率x xVVVV sLLs )1 ()1 ( 设设：获得单位体积滤液所形成滤饼体积 v xx x V V v Ls L )1)(1 ( VVV sL )1 ( (2) 对滤饼进行质量衡算对滤饼进行质量衡算 3.6.2 过滤过程的物料衡算过滤过程的物料衡算 Ls s 空隙率： 3.6.3 过滤基本方程式过滤基本方程式 (1) 过滤速度与过滤速率过滤速度与过滤速率 过滤速率：过滤速率： 过滤速度：过滤速度： d dV /sm 3 d d A V

5、u m/s 计算前提计算前提：* 过滤过程可视为流体通过固定床的流动； * 滤液通过滤布和滤饼的流动多处于层流区。 滤饼层阻力滤饼层阻力 L p akA V u 1 22 3 )1 (d d 3 22 )1 ( ak r滤饼比阻： 1 1 d d rL p A V u 过滤速度： 阻力 推动力 过滤介质过滤介质 (滤布滤布) 阻力阻力 Le：滤布阻力折成滤饼阻力的当量厚度。 e 2 d d rL p A V u )(d d e LLr p A V 加和： 21 ppp总推动力： )( e LLr总阻力： 过滤总阻力过滤总阻力 (2) 过滤的基本方程式过滤的基本方程式 A vV L A vV L

6、 e e )(d d e 2 VVrv pAV (3) 滤饼比阻滤饼比阻 r 及常数及常数 k 滤饼比阻滤饼比阻 3 22 )1 ( ak r 说明说明：滤饼结构对过滤阻力的影响，大小与滤饼特性 常数 a、有关。 滤饼厚度：滤饼厚度：当量滤饼厚度：当量滤饼厚度： r与压差与压差p关系关系 不可压缩滤饼：不可压缩滤饼：a ,=常数，则 r 与p无关 rp，则时， s prr 0 r0：单位压差下的滤饼比阻，与p无关。 s ：压缩指数 不可压缩滤饼 s =0； 可压缩滤饼 s0 (0.20.8)。 vr k 0 1 影响因素影响因素：滤液性质、滤浆浓度、滤饼性质。 说明：说明：k与p无关。 滤饼常

7、数滤饼常数 k 可压缩滤饼：可压缩滤饼： 反映物料特性的常数。 e 12 d d VV pkAV s 过滤基本方程式： 计算内容：计算内容： 设计型、操作型。 过滤的操作方式过滤的操作方式： 恒压过滤恒压过滤：p一定，过滤阻力，u； 恒速过滤恒速过滤： u 一定， 则需p； 先恒速，后恒压先恒速，后恒压组合操作。 明确：明确：过滤过程 非稳态过程。 3.6.4 过滤计算过滤计算 e 12 d d VV pkAV s （1）恒压过滤）恒压过滤 过滤基本方程式： 0 12 0 12 0 e ddd)( ss V pkApkAVVV积分： 常数常数，常数，代入： ApkKp s1 2 恒压过滤方程式

8、： 过滤介质： 22 KAV 忽略介质阻力 则有： 2 e 2 2KAVVV )()( e 22 e KAVV e 22 e KAV AVq/ ee Kq 2 :忽略介质阻力 e 2 e Kq AVq/令： Kqqq e 2 2得 )()( e 2 e Kqq 2 e 2 2KAVVV由恒压时： (2) 恒速过滤恒速过滤 特点特点：速度恒定，V均匀 ， 要求p 。 常数 e 12 d d VV pkAVV s s pkAVVV 12 e 2 恒速： s pkqqq 1 e 2 或： (3) 先恒速后恒压过滤先恒速后恒压过滤分段计算（注意边界条件） 11 dd )( 12 e s V V pkA

9、VVV恒压段积分： )()(2)( 1 2 e1 2 1 2 KAVVVVV恒压段： )()(2)( 1e1 2 1 2 Kqqqqq或： 1 12 e1 2 1 s pkAVVV 恒速段： 0 12 0 e dd)( s V pkAVVV )dd(d )(d)( 1 1 1 1 0 12 e 0 e s V V V pkAVVVVVV (4) 过滤常数的测定过滤常数的测定 测定数据：测定数据： 实验条件：实验条件： 0ee rsqK、 同种悬浮液，恒定压差、恒定温度。 Kqqqp e 2 2：对某一压差 e 21 q K q Kq 变形： 作图，为一条直线，q q K 1 斜率： e 2 q

10、 K 截距： ee qK、可求固定压差下的 )( e 2 e Kq 实验测定实验测定 K 、 qe、e p 与过滤常数与过滤常数 K 的关系：的关系： 22 11 2 1 2 2 pk pk K K 2 1 2 1 p p K K s pkK 1 2 vr p s 0 1 2 不可压缩滤饼：不可压缩滤饼： pK 根据定义： 可压缩滤饼：可压缩滤饼： s pK 1 ps r Klog)1 ( 2 loglog 0 作图，为一条直线，pKlglg s1斜率： vr0 2 lg 截距： 不同压差下，测K，做图求 s，r0。 实验测定实验测定 s ， r0 s pkK 1 2 vr p s 0 1 2

11、 lgK lg p a b 0 常数洗涤速率： w ) d d ( V 洗涤速率 洗涤液用量 洗涤时间： w w w ) d d ( V V 3.6.5 滤饼的洗涤滤饼的洗涤 目的目的：回收滤饼中滤液，或除去滤饼中可溶性杂质； 方法方法：恒压洗涤恒压洗涤，压差为过滤的最终压差； 特点特点：洗涤速率恒定洗涤速率恒定（滤饼厚度不变，阻力恒定） 计算的内容：计算的内容：使用一定量洗涤液时所需要的洗涤时间 。 洗涤液用量：洗涤液用量：取决于对滤渣的质量要求或滤液的回收要求； 洗涤速率洗涤速率 ：与洗涤液的性质及洗涤方法有关，后者又与所用的 过滤设备结构有关 。 3.6.6 过滤机及其生产能力过滤机及其

12、生产能力 以压力差为推动力以压力差为推动力：板框式压滤机（间歇操作）； 叶滤机（间歇操作）； 回转真空过滤机（连续操作）。 以离心力以离心力为推动力为推动力：离心过滤机。 (1) 板框式压滤机板框式压滤机 结构和工作原理结构和工作原理 滤框、滤板 洗涤板，非洗涤板。 料液通道 2钮 1钮3钮 洗涤液通道 洗涤板 框 非洗涤板 排列方式排列方式：板、框交替，个数可调。 操作周期操作周期：组装过滤洗涤卸渣整理。 操作方式操作方式：间歇操作 滤 液 滤浆 过滤过程：过滤过程： 洗液 废洗液 洗涤过程：洗涤过程： 优点优点：操作灵活，过滤面积大，可承受较大压力； 缺点缺点：劳动强度大，操作不连续，生产

13、效率低。 板框过滤机的生产能力板框过滤机的生产能力 生产能力：生产能力：一个周期内，单位时间可获得滤液量。 Dw h V V Dw 辅助时间洗涤时间过滤时间一个生产周期 洗涤时间洗涤时间w的计算：的计算： 洗涤条件洗涤条件：洗涤压差=过滤最终压差； 洗涤时，滤饼厚度不变； 洗涤液粘度与滤液相近。 洗涤 L 过滤 L 滤液穿过 滤饼厚度 L/2 L 流通截面2A(A框面积)A 推动力过滤终了p洗涤p 速率 E d d V w d d V 洗涤方法：横穿洗涤法洗涤方法：横穿洗涤法 速率间关系：速率间关系： Ew ) d d ( 4 1 ) d d ( VV )(2 ) d d ( e 2 VV K

14、AV E )(8 1 ) d d ( e 2 w VV KAV 洗涤速率： VVa ww 令： 2 e 2 w w w w )(8 ) d d ( KA VVVa V V 洗涤时间： 最终过滤速率：最终过滤速率： 时，0 e V w 2 2 w w 8 8 a KA Va 最佳过滤周期最佳过滤周期 最佳：最佳：安排操作周期，使生产能力最大。 D 2 e 2 w 2 e 2 h )(82 KA VVVa KA VVV V V 2 2 wD )81 ( KA V a 时，0 e V Dw 最佳生产周期： 时，过滤机生产能力最大0 d d h V V 叶滤机的生产能力叶滤机的生产能力 Dw h V

15、V )(2 ) d d () d d ( e 2 Ew VV KAVV 2 e 2 w w )(2 KA VVVa 洗涤时间： (2) 叶滤机叶滤机 结构和工作原理结构和工作原理 主要部件：主要部件：机壳，滤叶 操作方式：操作方式：间歇操作 操作周期操作周期：过滤 洗涤 卸渣 洗涤方式：洗涤方式：置换法置换法 4 2-金属网; 2 5 3 1 滤叶的构造 1-空框; 3-滤布; 4-顶盖; 5-滤饼 时，0 e V ww 2a 最佳操作周期最佳操作周期 2 2 wD )21 ( KA V a洗涤时间： 时，0 e V Dw 最佳生产周期： (3) 回转真空过滤机回转真空过滤机 结构和工作原理结

16、构和工作原理 主要部件主要部件：水平转筒、分配头； 操作方式操作方式：恒压、连续操作；恒压、连续操作； 操作周期操作周期 (旋转一周)： 过滤 洗涤 吸干 吹松 卸渣。 1-转筒；2-分配头；3-洗涤水喷嘴 4-刮刀；5-悬浮液槽；6-抖搅器 卸渣区 洗涤脱水区 过滤区 1 2 3 4 5 6 回转真空过滤机操作简图 1 2 3 4 5 回转真空过滤机的分配头 转动盘 固定盘 1、2与滤液储槽相同的槽；3与洗液相通的槽； 4、5通压缩空气的孔 设设：转筒过滤面积A，一生产周期得滤液量V， 转筒浸没分率，转数 n（rps） n T 1 n T )()( e 22 e KAVV ee 2 )(VK

17、AV一周期滤液量： ee 2 )(V n KA )(36003600 ee 2 h nVnnKAnVV生产能力： T VV V Dw h 生产能力生产能力 Vh 生产周期：生产周期： 过滤时间：过滤时间： 过滤基本方程式过滤基本方程式： 卸渣区 洗涤脱水区 过滤区 1 2 3 4 5 6 时，0 e VKnAVh3600 ),(KAnfVh影响因素： n： 0.1-3 rpm，过高，滤饼薄，不易卸料； ：过滤面积为转筒总面积的30%- 40% 为宜。 (4) 其它过滤设备其它过滤设备 预涂层转鼓真空过滤机预涂层转鼓真空过滤机 普通回转真空过滤机的改进型式 优点：优点：滤饼层很薄，过滤速度较高，

18、滤饼可卸得很干净 ； 适用：适用：一些粒度小、易受压变形，且渗透性很差的固体颗粒 形成的悬浮液。 真空式带式过滤机真空式带式过滤机 特点：特点：滤饼薄，过滤速度大，可用于颗粒小、可压缩性滤饼的过 滤，卸饼快且干净，辅助时间较短。 适用：适用：有色冶金、化工、制药、磷酸工业和环境保护。 1预涂层加料槽 2配料罐 3悬浮液 4密封罩 5滤饼 6真空室 可变容积过滤机可变容积过滤机 可变容积过滤机的结构类似于板框压滤机，但其滤板用钢 材加强的硬橡皮制成，因厚度小，使过滤空间增大。 （a）（b） （a）过滤 1料液 2滤饼 3滤液 4滤布 5橡皮膜 （b）压缩脱水 1被压缩滤饼 2钢板 3压缩空气 管

19、式压滤机管式压滤机 管式压滤机由一根或多根钻孔管组成，这些管由支撑板支撑排列在 受压的筒体容器内，有卧式和立式两种类型。 优点：优点：更换过滤介质容易，过滤周期可根据需要调节，滤饼损失 量小，滤液在壳内容易排净，得到的滤饼含湿量小且维修方便。 缺点：缺点：更换介质等需人工操作，密度大的颗粒可能沉积在封头与 管板组成的加料室内。 适用：适用：小型工厂和中试场合，过滤较细颗粒物料。 卧式 立式 带式压榨过滤机带式压榨过滤机 脱水过程：脱水过程：重力过滤区、楔形挤压区、挤压压榨区 挤压区段是该机的主要脱水区 1加料；2重力区；3上带调偏；4下带张紧；5上带张紧； 6楔行区；7下带调偏听偏；8卸料；9压力区 3.6.7 离心过滤离心过滤 (1) 工作原理工作原理 过滤推动力：离心力； 离心机分类：常速、高速、超速离心机。 (2) 离心过滤计算离心过滤计算 作用在薄圆筒形液体上的离心力为： )()d(2d 2 c RRRhF 由此产生的径向压