不同粒径分布对过滤比阻的影响

1、不同粒径分布对过滤比阻的影响一，刖 言悬浮液的过滤是利用可发让液体通过而不能让固体通过的多孔介质将悬浮液中的固体 颗粒分离出来的操作。过滤中固体粒子在介质的网孔中架桥，从而截留固体形成饼。滤液在 过滤中受到滤饼的阻力和过滤介质的阻力，但过滤介质阻力对滤液的阻力对滤液的阻力比滤 饼小得多，而且随着过滤过程的进行，滤饼阻力逐渐升高，一般远大于过滤介质阻力，所以 对于大部分的过滤操作，过滤的阻力主要取决于滤饼阻力。为了提高过滤设备的能力在实际 的工业生产中，人们作采用预处理的方法，或从生产工艺角度来改变料浆的特性，以有利获 得疏松、多孔、低阻的滤饼，从而提高过滤速率、强化过滤操作。由于实际的过滤操作

2、涉及的因素复杂，尤其是所遇到的物料种类繁多，且物料的各种特 性对过程影响作用互相交叉，其结果变化莫测因此至今们还不能从理论上得出一个普遍的 公式，单纯从料浆特性去计算滤饼特性。所以要想确定合适的预处理方法，取得经济有效的 预处理效果，来降低滤饼阻力，强化过滤操作，必须从过滤基本理论出发，深入地研究物料 不同特性对过滤操作的影响，从而能够在实际过滤生产中选用正解的方法来确定具体的工艺 流程。国外自30年代起就有许多学者从事过滤基本理论的研究，如Ruth、Sperry、Carman。 近年来Tiller、Rushton、白户纹平等人在物料过滤特性的测定方面又进行了专门的研究， 并相应取得了一系列重

3、要结果。本文根据上述这些人的研究方法，以玻璃珠和钛黄粉为测试对象，研究了不同粒径和 粒径分布对滤饼平均比阻力的影响，并讨论了它的实用意义。一、试验方法和流程钛黄粉料将的配制：(a)用超声波筛分器将钛黄粉的原粉进行筛分，得到径为575um、1015um、1520um、 2025um、2532um、3853um、5375um、7个不同粒级的粒子、通过湿式超声波过 滤器对筛分粒径为、2025um的粒度粒子进行复测得到所筛分的各个粒子80%左右在该所 要求的级内，基本偏差5u之内。见表（1）、图（1）（b）通过不同直径筛子分级到一系列不同粒径的颗粒，然后按试验要求配制几组不同的料 浆：（1）由原粉配制

4、成料浆，（2）分级后以不同粒径范围的颗粒分别配成料浆，（3）按均方 差分别配制粒径成标准正态分布的料浆、（4）粒径按Rosin分配成的料浆。配制料浆时分别从以上四组物料中取8克加入200ml毫升的水，形成料浆浓度40%。 各种粒子径和分布见表（2）、图（2）和表（3）、（4）及图（3）。总重;4.868 （g） dp=29.166（2）玻璃珠料浆的配制玻璃珠粒径分别为510um、1015um、1520um、2025um、2532um、和32 37um，同样配制成浓度为4%水与玻璃珠的悬浮液供测试用。二、测试方法本试验所使用的方法见图（4）所示，配制好的固液悬浮液在过滤器4）内， 在一定的过滤压

5、力下形成滤饼后在相同的压差下测定滤饼的秀水速率、滤饼的厚度、重量和 过滤介质的阻力。同一粒径的物料径的物料以三种不同的过滤压力测定它的透水率，以确定 过滤压力对滤饼平均比阻力系数的影响。1 U形管压差计2真空泵 3真空缓冲罐 4过滤器 5手动调节阀三计算方法在滤饼过滤中由于流本通过滤饼手细孔的流速很低、赏通常处于滞流状态，可以用“达 西定律”来描述流体在滤饼内的流动状况，所以滤饼透过速率和过滤压力之间符合下列关系 式：V滤饼透过速率（m/s）V 过滤介质的透过速率（m/s）R 过滤介质的阻力（1/m）mR滤饼的阻力（1/m）三ca .av滤饼平均比阻力系数（m/kg）w-单位过滤面积上干滤饼重

6、量（kg/E）P过滤压差（kgf/E）u滤液粘度（kgm/sec）gc质力换算因子9.8 （kgm/kgfs2A过滤面积（E）G物料重量（kg）四、测试结果1、不同压力下粒径变化对比阻力系数的影响使用表（3）所示的各粒径物料，配制成4%浓度的钛黄粉的料浆，分别在压差为 100mmHg、200mmHg、300mmHg、下测定滤饼和过滤介质透过速率，再用（1 ）、（2）、（3）、（4） 式求出各粒径的滤饼平均比阻力系数。见表（5）、图（5）、（6）。用同样的方法测定了不同 粒径的玻璃珠悬浮液的滤饼透过速率的过滤压力之间的关系，经整理后见表（6）所示。所示为钛黄粉a纨对数关系，在粒径为义30顷和dp

7、30um范围内分别为直线，而它们 的斜率有明显的区别，即在dp30um 范围内随着dp增大aav也有所下降，但下降速率较慢，即在粒径为30um左右有一个转折点。 同样玻璃珠测试的结果也表明了粒径dp 30um以后dp对a av的影响明显下降。由于1gdp1gaav在dp30um时成线性关系，故用最小二乘法分别对钛黄粉的所测试的数据 进行线性回归得到的斜率会别为P=100mmHg:1na =11.4691-0.9144lndR=0.987 或：a av=9.571X 104Xdp-0.9：44P=200mmHg: 1na a11.283 0.935lndpR=0.987 或：a =7.946Xd

8、 -0.9358P=300mmHg:1na =13.2799 0.7771lndR=0.980 或：a =5.853X 105Xd-0.771从上述回归过程的相关系数R来看，上述方程与实验拟合程度较好。2粒径分布对a av的影响使用表（2）所示的平均粒径为28um而粒径分别为近拟于对数正态分布、标准正态分布和Rosin分布的物料用上述方法进行a的测试，结果见表（7）所示：av从表7中可以看出，三种粒径分布得到滤饼比阻力系数均较粒径为29.2um的滤饼比阻力明 显高，而三种不同分布中又以Rosin分布的比阻力最高，它约是dp = 29.2um的比阻力系数 的三倍。（2）标准正态分布中均方差的变化

9、对a纨的影响：以平均粒径为29um标准正态分布均方差分别为5.0、7.5、10、12.5的钛黄粉与水的悬 浮液测定xav与均方差之间的关系，其结果见表8所示。从表中可以看出随着均方差的增大，滤比饼阻有增大趋势。五、结论（1）从实验结果（1）可知，粒径变化对a1v有影响，当粒径dp30um时，随着dp增大aav 明显下降，这是因为随着颗粒粒径的增大，颗粒在过滤时堆积形成滤饼的手细孔直径的增大， 在孔隙率相同时流体量随着毛细管直径的增大而增大。这可以从泊萨伊方程推得。通过圆形截面的毛细管的液体流量有泊萨伊方程为：Dv/d当管径R不同时面积A截面上毛细管数：n=面积A中的流体流量对毛细管直径分别R1

10、与R2时：Dv1/d若u、L、w、A相同则则在其它条件相同时流体流量与毛细管半径的平方值成正比。由此可见，过滤阻力随着颗粒 直径的增大而减小，从而a avT降，至于在粒径为30um左右的dp与a纨的变化规律用数学 模型来加以描述，有待于以后的实验中加以探索。一般而言，固体粒径一致，形状规则的物料则由于颗粒堆积面形成的滤饼中毛细孔的 分布比较均匀而且也不易被粒子阻塞。所以滤饼层中毛细孔通道较规则，滤饼阻力也低，从 而有利于过滤过程在较低的阻力下进行。本实验测试粒径分布对aav影响，结果表明粒径分 布分别为近拟对数正态分布、标准正态分布和Rosin分布测试得到的比阻力系数均较粒径为 29.2um的

11、滤饼比阻力明显高，而三种不同分布中Rosin分布的比阻力最高，并且同一分布 中，均方差不同对aav也有影响，随着均方差的增大，滤饼比阻力也相应增大，这可以假设 是由于最早的介质上，由大粒子堆积成的滤饼中的毛细孔通道，随着过滤的继续进行细小粒 子不断进入通首而将毛细管局部或部堵塞，造成滤饼的阻上升，当粒径分布越宽，则这种现 象越明显。由上可知，若在实际的工业生产中，对于粒度分布宽的液固悬浮物用过滤方法进行分离时， 可以通过预处理方法来改变进物料的颗径分布或适当去除一部分细颗粒物料，再进行，过滤 或将被处理的物料分成粗细二种不同颗粒的物料现进行过滤，通过这些预处理缩小粒径分布 范围(使粒径趋于致)从而加快和强化过滤操作过程。滤饼平均比阻力系数和粒径的关系由试验可知滤饼的平均比阻力系数随着粒径的增大而减小，故具有 a av af(dp )的关系而 Tiller等已经得到滤饼平均比阻力系数与过滤压力有如下经验关系：a =a AP (5)虑了粒径的影响我们可以假设如下经验关系式成aav=a (d ) b(AP)a对上式二过取对数则:lna =lna+blnp+dlnAP将钛黄粉不同粒径和不同过滤压力差下所得的滤饼平均比阻力系数的实验值用多元线性回 归法得到式的各项系数为:lna av=11.8196-0.6679lnAP(8) 相关系数R=0.9747说明上