3.4 過濾,3.4.1 概述 3.4.2 過濾基本理論 3.4.3 過濾設備 3.4.4 過濾計算,一、 過濾,固液混合，外力驅動，多孔介質，顆粒截留，液體通過,3.4.1 概述,說明：,名詞：過濾介質；濾漿；濾渣(餅)；濾液, 過程推動力：重力；壓力(差)；離心力, 濾餅過濾與深層過濾, 操作目的：固體或清凈的液體,深層過濾：顆粒尺寸比介質的孔道直徑小得多，過濾在介質內部進行，介質表面無濾餅形成。 適用：液體中除去很小量的固體顆粒，如飲用水的凈化。,濾餅過濾：顆粒尺寸比介質的孔道直徑大，固體物積聚于介質表面，形成濾餅。 適用：處理固含量比較大的懸浮液（體積分數(shù)在1%以上）。工業(yè)上大多數(shù)過濾屬于濾餅過濾。, 洗滌回收濾餅中殘存的濾液或除去其雜質,織物介質濾布(織物、網)，565m，工業(yè)應用廣泛,堆積介質固體顆?；蚶w維等堆積，深層過濾,多孔固體介質：具有微細孔道的固體，13m,多孔膜：有機膜、無機膜，1m以下,機械強度高，承受一定壓力，操作中拆裝、移動頻繁,二、 過濾介質,支撐濾餅和截留顆粒，通過濾液，,多孔性，要求流動阻力小，但孔道不宜大，,三、 濾餅的可壓縮性和助濾劑,可壓縮濾餅：濾餅受壓，（床層的空隙率），流動阻力,助濾劑加入，使濾餅疏松而堅硬 （硅藻土、珍珠巖、炭粉、纖維素等），降低過濾阻力。,顆粒間的空隙體積與顆粒床層的總體積之比，即,不可壓縮濾餅：濾餅的空隙結構不因操作壓力的增加而變形，單位厚度濾餅的阻力恒定。,3.4.2 （濾餅）過濾基本理論,一、 顆粒床層的物理模型與基本參數(shù),顆粒床層一組平行細管流體通道,細管內表面=床層顆粒的全部表面,細管的總體積=床層空隙體積,（a）實際流動顆粒床層 （b）簡化的模型床層 顆粒床層簡化模型示意圖,基本參數(shù),空隙率：床層的空隙體積/床層的總體積,比表面積a：顆粒表面積/顆粒體積,孔道(細管)平均長度l：床層厚度，即l=K0L,孔道(細管)當量直徑de：,濾液流速u1:對于各向同性的濾餅層,二、 過濾速度及其表達,1. 定義,A濾餅層總截面積（床層截面積）；t過濾時間；V濾液體積,說明,u1與u的關系,2. 過程推動力,濾漿側和濾液側的壓差,濾餅壓降,介質壓降,3. pc的表達Hagen-Poiseuille 方程,4. 濾餅層的阻力, l(L)，如p不變，則u 瞬時速度,恒壓降速，恒速升壓,說明,濾餅過濾是非穩(wěn)態(tài)過程,（適用管內層流流動）,u=濾餅層推動力/濾餅層阻力。 濾餅阻力與濾餅層的性質（r）、L、濾液的有關。,說明,5. 過濾介質的阻力,近似：阻力相當厚度為Le的一層濾餅,其中,r濾餅的比阻,單位厚度濾餅的阻力，m-2，反映過濾過程的難易程度，由顆粒特性決定。 K0-濾餅的空隙率、球形顆粒度、粒度范圍有關，實驗測定。層流流動下，K0=2.5,7. 過濾速度的具體表達形式,認為:,AL=uV,獲取單位體積濾液所得濾餅體積,系數(shù)：u=AL/V,Ve與Le對應的濾液體積。不存在，虛擬量，常數(shù)，實驗測定，與過濾介質、濾餅的及濾漿的性質有關。,6. 總推動力與總阻力,R濾餅的阻力,三、恒壓過濾方程式,積分形式， u、r、與時間無關， Ve、A、p常數(shù),過濾常數(shù)（m2/s）,物料特性與過濾壓降決定,或者,其中,另一寫法,其中,或,說明：,過濾方程式Vt的關系，拋物線,關于過濾常數(shù)K和qe，對可壓縮濾餅, p增大，減小，濾餅的比阻力r增大。,不可壓縮濾餅，有：,濾餅壓縮指數(shù)s=01,對過濾方程進行微分,微分用增量代替,連續(xù)測定t，q,算出一系列t及對應q,t/qq作圖，,直線斜率=2/K，,截距=2qe/K,原理二,過濾方程同除以Kq,測量變量與上述相同,四、過濾常數(shù)的實驗測定,原理一,t/q q作圖，直線斜率=1/K，截距=2qe/K,討論,實驗條件必須與生產條件一致過濾機設計,在不同p下測多個常數(shù)（對于可壓縮濾餅）,測出u，,一定p下已測出的Kr；,多次一組（r, p）,雙對數(shù)坐標，直線斜率=s, 截距=r0,五、恒速過濾方程式,K隨過濾時間t改變。,例【34】有一板框過濾機，總過濾面積為10m2，在l.3大氣壓(表壓)下進行過濾，2小時后得濾液量為30m3，若濾布介質阻力略去不計。試求： (1)為了縮短過濾時間，增加板框數(shù)目，使總過濾面積增加到15m2，濾液量仍為30m3。問此時過濾時間多少? (2)若把壓力加大到2大氣壓(表壓)，過濾面積仍為15m2，2小時后得濾液50m3，問此時過濾常數(shù)K為多少? (3)該濾餅的可壓縮系數(shù)s為多少？,解：(1)由恒壓過濾方程,得,因工作條件不變，過濾常數(shù)K不變，又保持濾液量不變，V1=V2。則有,新工況條件下的過濾時間為,(2) 若把壓力加大到2大氣壓(表壓)，過濾面積仍為15m2，2小時后得濾液50m3，此時過濾常數(shù)K為,m2.s-1,(2) 濾餅的可壓縮系數(shù),3.4.3 過濾設備,一、 板框過濾機,1. 結構與工作原理,1-非洗滌板； 2-框；3-洗滌板；,四角均開孔,組裝: 1-2-3-2-1-2-3-2-1-2-3-2-1,濾布框的兩側,濾漿由總管入框框內形成濾餅濾液穿過濾餅和濾布,經每板上旋塞排出(明流),從板流出的濾液匯集于某總管排出(暗流),2. 工作過程,橫穿洗滌：,洗滌液由總管入洗滌板濾布濾餅濾布非洗滌板排出,洗滌面=(1/2)過濾面積,說明,間歇操作過濾、洗滌、卸渣、整理、裝合,主要優(yōu)缺點： 優(yōu)點：結構簡單緊湊、過濾面積大、占地小、適應能力較強、操作壓力高，濾餅含水少、能充分洗滌。 缺點：間歇手工操作、勞動強度大、生產效率低等。,二、 加壓葉濾機,1. 結構與工作原理,2. 工作過程,長方形濾葉（多空金屬板或網）組成，外罩濾布。,濾漿由泵壓送至機殼濾液穿過濾布至濾葉內 顆粒積于濾布外側成濾餅。,過濾完畢后通入洗水，洗滌液行程與濾液相同。洗滌面=過濾面,置換洗滌：,說明,間歇操作過濾、洗滌、卸渣、整理、裝合,主要優(yōu)缺點： 優(yōu)點：密閉操作、過濾速度大、洗滌效果好。 缺點：間歇手工操作、造價高，更換濾布比較麻煩。,三、 轉筒過濾機,1. 結構與工作原理,水平轉筒分為若干段，濾布蒙于外壁,段管分配頭轉動盤(多孔)分配頭固定盤,(凹槽2、凹槽1、凹槽3) 三個通道的入口,濾液真空管,洗水真空管,吹氣管,2. 工作過程, 當浸入濾漿中時，對應濾布對應管轉動盤孔凹槽2 濾液真空管 濾液通道過濾,過濾 洗滌 吹松 卸渣,當位于水噴頭下，對應濾餅、濾布對應管 轉動盤孔凹槽1 洗水真空管洗水通道洗滌,吹氣管凹槽3轉動盤孔 對應管濾布濾餅 壓縮空氣通道吹松, 遇到刮刀 卸渣,兩凹槽之間的空白處：沒有通道 停工兩區(qū)不 致串通,主要優(yōu)缺點： 優(yōu)點：連續(xù)操作、節(jié)省人力、生產能力大、適宜處理量大容易過濾的料漿。 缺點：附屬設備高、投資費用高、過濾面積不大。過濾推動力有限（真空操作），不能過濾較高溫度（飽和蒸汽壓高）的濾漿，濾餅洗滌不充分。,3.4.4 過濾計算,一、間歇過濾機的計算,1. 操作周期與生產能力,操作周期總時間,總時間,過濾時間,洗滌時間,卸渣、清理、裝合,設計和操作計算要基于tC,生產能力：一個操作周期中，單位時間內得到的濾 液或濾餅體積,已知K，qe，由過濾方程，tFVF,2. 洗滌速率和洗滌時間,一般認為：洗滌液量濾液量，即,假定：洗滌液與濾液相同；洗滌壓力與過濾時相同,洗滌速率：單位時間內通過濾餅層的洗滌液體積,m3濾液/h,m3濾餅/h,(1) 葉濾機的洗滌速率和洗滌時間置換洗滌,洗滌速率恒定濾餅厚度不變,(2)板框壓濾機的洗滌速度和洗滌時間橫穿洗滌,洗滌時間,二、 連續(xù)過濾機的計算,1. 操作周期與過濾時間,間歇過濾機：部分時間，全部面積過濾,連續(xù)過濾機：部分面積，全部時間過濾,轉筒過濾機，每分n轉，則tC=60/n 每圈用時,轉筒表面浸入分數(shù)：,一個周期中全部面積經歷過濾時間,部分面積，全部時間全部面積，部分時間,tC,A,2. 生產能力,m3濾液/h,一個周期中（時間tc）只有fA的面積在經歷過濾,V: 旋轉一圈得到的濾液量,當濾布阻力可以忽略,qvA，n,說明,，過濾面積 ，其他面積，操作不便,n， tF ，L，難以卸渣，功率消耗,【例3-5】用板框過濾機在恒壓差條件下過濾鈦白(TiO2)水懸浮液。過濾機的尺寸為：濾框的邊長810mm(正方形)，每框厚度42mm，共10個框?，F(xiàn)已測得：過濾10分鐘得濾液1.31m3，再過濾l0分鐘共得濾液l.905m3。已知濾餅體積和濾液體積之比=0.l，試計算： （1）將濾框完全充滿濾餅所需的過濾時間； （2）過濾后用相當于濾液量1/10的水進行橫穿洗滌，求洗滌時間； （3）洗滌后卸渣、清理、裝合等共需要25分鐘，求每臺壓濾機的生產能力，以每小時平均可得多少濾渣計。,解：(1) 過濾面積,濾餅體積,濾液體積,濾框完全充滿時，單位過濾面積所得濾液量,得過濾常數(shù)K、單位面積的當量濾液量qe：,將濾框完全充滿濾餅所需的過濾時間為,(3)該裝置的生產能力(以每小時得到的濾餅體積計),（2）洗滌水量,洗滌速度,作業(yè)：3-10，3-7,