化工原理(上)第三章2課件

1、27 七月 20221化工原理(上)第三章2一、概述過濾：在推動力的作用下，使混合物流體通過多孔過濾介質(zhì)，固體顆粒被過濾介質(zhì)截留，從而實現(xiàn)的固體與流體分離的操作。通常將原懸浮液稱為濾漿，濾漿中的固體顆粒稱為濾渣，過濾時積聚在過濾介質(zhì)上的濾渣層稱為濾餅，通過過濾介質(zhì)的液體稱為濾液。任務(wù)2.4過濾分離原理及方法用1、過濾方式濾餅過濾：懸浮液中的顆粒沉積在過濾介質(zhì)表面形成濾餅層，濾液穿過濾餅層中的空隙流動叫做濾餅過濾。深層過濾：固體顆粒不形成濾餅，而是沉積在過濾介質(zhì)內(nèi)部叫做深層過濾。用于去除直徑小于5m的細(xì)小顆粒,濾介質(zhì)要定期更換或清洗再生。2、過濾介質(zhì)定義：過濾操作中使流體透過而截留固體的可滲透材

2、料，是過濾設(shè)備的核心，過濾過程的關(guān)鍵。過濾介質(zhì)的作用是支撐濾餅，故除有孔隙外，還應(yīng)具有足夠的機械強度及盡可能小的阻力。工業(yè)上常用的過濾介質(zhì)有：深層過濾：均質(zhì)的固體顆粒，如砂粒、無煙煤、活性炭、由纖維制成的深層多空介質(zhì)及素?zé)判镜取V餅過濾：篩網(wǎng)或織物介質(zhì)，如編制金屬網(wǎng)、濾布等。多孔性固體介質(zhì)多孔性陶瓷板多孔性塑料板多孔性金屬陶瓷板或管（由金屬粉末燒結(jié)而成）特點：能截流小到13m的固體微粒。堆積介質(zhì)由顆粒狀的細(xì)沙、石、炭屑等堆積而成的顆粒床層非編織纖維玻璃棉等的堆積層特點：用于處理含固體微粒少的懸浮液，如水的凈化。 選擇過濾介質(zhì)時應(yīng)考慮的問題懸浮液中固體微粒的含量及粒度介質(zhì)所能承受的溫度及其化學(xué)

3、穩(wěn)定性、機械強度等優(yōu)質(zhì)的過濾介質(zhì)所應(yīng)具備的特點濾液清潔，固相損失量小濾餅容易卸除過濾時間短過濾介質(zhì)不致因突然地或逐漸地堵塞而破壞過濾介質(zhì)再生容易3、濾餅的壓縮性和助濾劑 1）可壓縮濾餅：由剛性顆粒形成的濾餅，在過濾過程中顆粒形狀和顆粒間的空隙率保持不變。2）不可壓縮濾餅：由非剛性顆粒形成的濾餅，在壓強差作用下會變形。3）助濾劑：是某種質(zhì)地堅硬而能形成疏松床層的固體微粒使用原因：在過濾某些細(xì)微而有粘性的微粒時，很容易形成致密的濾餅層，使流體阻力很大；也有時因微粒過于細(xì)密而將過濾介質(zhì)通道堵塞。要求：剛性顆粒；良好的物理、化學(xué)穩(wěn)定性；不可壓縮性、物美價廉。常用：不可壓縮的粉狀或纖維狀固體如硅藻土、纖

4、維粉末、活性炭、石棉。使用：可預(yù)涂，也可以混入待濾的濾漿中一起過濾。常用助濾劑硅藻土：使用最廣，其形成的濾餅空隙率可達(dá)85珠光粉碳粉纖維粉末石棉使用場合：只需要獲得清凈的濾液，濾餅則作為廢料與助濾劑一起卸除。用量：助濾劑用量一般是濾餅的110 。4、過濾推動力過濾推動力是指濾餅和過濾介質(zhì)兩側(cè)的壓力差。此壓力差可以是重力、離心力或人為壓差。增加過濾推動力的方法有：1、增加懸浮液本身的液柱壓力，一般不超過50KN/m2，稱為重力過濾。2、增加懸浮液液面的壓力，一般可達(dá)500KN/m2稱為加壓過濾。3、在過濾介質(zhì)下面抽真空，通常不超過真空度86.6KN/m2，稱為真空過濾。此外，過濾推動力還可以用離

5、心力來增大，稱為離心過濾。 5、過濾阻力過濾操作剛開始時，阻力只是過濾介質(zhì)的阻力隨著過濾過程的進(jìn)行，阻力為過濾介質(zhì)阻力與濾渣阻力之和當(dāng)濾餅層沉積到相當(dāng)厚度時，過濾介質(zhì)阻力可忽略當(dāng)濾餅增厚到阻力太大時，應(yīng)將濾餅除去再過濾濾餅 微粒，則阻力6、過濾基本參數(shù) 處理量：通常用懸浮液體積Vs、濾液體積V或濾餅體積Vc表示。（m3）生產(chǎn)能力:以m3濾液/h表示。生產(chǎn)率G：單位過濾面積單位時間內(nèi)過濾出的干固體質(zhì)量，kg干固體/(m2 s)。過濾面積A：允許濾液通過的過濾介質(zhì)總面積。 m2懸浮液固相濃度c：單位體積懸浮液中固體顆粒的總體積。體積百分?jǐn)?shù)表示，是選擇過濾設(shè)備的重要參數(shù)。濾餅含液量w：濾餅中所含液體

6、的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。濾餅與濾液的體積比：獲得單位體積濾液同時形成的濾餅體積。m3濾餅/m3濾液 (VS=V(1+ )過濾速率dV/dt：單位時間獲得的濾液體積，m3濾液/s過濾速度dV/Adt ：單位時間單位過濾面積上獲得的濾液體積。m3濾液/(m2 s)6.濾餅的洗滌濾餅的顆粒間隙中總會殘留一定量的濾液，過濾終了，要用洗滌液（一般為清水）進(jìn)行濾餅的洗滌，以回收濾液或得到較純凈的固體顆粒。洗滌速率取決于洗滌壓強差、洗滌液通過的面積及濾餅厚度。例題3-3見書一）過濾基本方程式表述（一）過濾的基本方程流體通過濾渣層的空隙，由于空隙通道直徑很小、又彎曲，所以流體流動呈層流。根據(jù)層流時損失壓力降：將通過濾餅和

7、過濾介質(zhì)的阻力折合成通過長度為l和le的直徑為d0直管阻力。二、恒壓過濾將式中局部阻力折合為當(dāng)量長度的直管阻力及當(dāng)量直徑做如下簡化：1、 Ao：濾餅空隙的平均流通截面積（自由截面積）；A：過濾面積對一定顆粒構(gòu)成的不可壓縮濾餅，為定值。2、濾液流過濾餅的瞬間平均速度等于瞬間過濾速度與平均流通截面積之商，即：3、將濾液通過濾餅看做以速度u通過許多平均直徑為d0、長度為濾餅厚度L的并聯(lián)小管。流體阻力可折合為長度為L、直徑為d0的直管阻力。4、將通過過濾介質(zhì)的流動阻力也折合為相當(dāng)于流速為u流過厚度為L、直徑為Le的濾餅的阻力，Le稱為過流介質(zhì)的當(dāng)量濾餅厚度。濾餅的比阻濾餅結(jié)構(gòu)越緊密、空隙越小，越小，通

8、道越曲折，r越大，過濾越困難。根據(jù)濾餅與濾液體積比v的定義：V= ALL=V/ALe=Ve/A過濾的基本方程根據(jù)過濾速度定義，整理得：pf：過濾壓差；：濾餅與濾液體積比；V：生成厚度為L的濾餅獲得的濾液量；Ve：過濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液體積。過濾的基本方程表示：任一瞬時的過濾速率與物系性質(zhì)、當(dāng)時壓力差、該時刻以前的累積濾液量之間的關(guān)系。過濾的基本方程是微分方程式，計算時，要根據(jù)不同的操作條件進(jìn)行積分。過濾操作方式恒壓過濾（變速率）開始階段，恒速率；壓力升至最大后恒壓恒速率（變壓差）（二）恒壓過濾方程恒壓過濾時， pf保持恒定，由于濾渣不斷增厚，過濾阻力逐漸增大。過濾基本方程兩端分離變量積分：V2+2

9、VeV=KA2t（衡壓過濾方程）q2+2qeq=Kt（衡壓過濾方程）（三）過濾常數(shù)K、Ve、qe的測定 根據(jù)恒壓過濾方程，測兩個時間t1、t2的濾液體積V1、 V2，聯(lián)立方程組即可估算其值。V12+2VeV1=KA2t1V22+2VeV2=KA2t2K、Ve實驗室測定過濾常數(shù)q2+2qeq=Kt兩邊同時除以qK得t/q= q/K+2qe/K，即y=x/k+2qe/ktVq=V/At/q橫坐標(biāo)縱坐標(biāo)斜率為1/K，截距為2qe/K,采用作圖法可求出K和qe五、過濾設(shè)備及過濾計算過濾設(shè)備 25/341、板框過濾機五、過濾設(shè)備及過濾計算濾框、濾板結(jié)構(gòu)：洗板板框壓濾機框非洗板洗板一個操作循環(huán)：過濾、洗滌

10、、卸渣、整理重裝 濾液流出懸浮液入口1060塊不等，過濾面積約為280m2 洗滌液流出洗滌液入口屬間歇式特點：橫穿洗滌：Lw=2L26/341、板框過濾機五、過濾設(shè)備及過濾計算生產(chǎn)能力： 操作周期： 單位時間內(nèi)獲得的濾液量或濾餅量 。其中：洗滌經(jīng)過的濾餅厚度為過濾時的兩倍，流通面積卻是過濾面積的一半。若洗液與濾液性質(zhì)相同，則在同樣的壓強差下，洗滌速率約為過濾終了時的過濾速率的1/4.板框壓濾機優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，過濾面積大而占地小，過濾壓力高，便于用耐腐蝕材料制造，操作靈活，過濾面積可根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)調(diào)節(jié)。缺點：間歇操作，勞動強度大，生產(chǎn)效率低。例題3-628/34置換洗滌：Lw=L屬連續(xù)式過濾、洗滌、吹松、刮渣2、轉(zhuǎn)鼓真空過濾機五、過濾設(shè)備及過濾計算轉(zhuǎn)筒-筒的側(cè)壁上覆蓋有金屬網(wǎng)，長、徑之比約為1/22，濾布-蒙在筒外壁上。分配