第3章非均相物系的分离-2-过滤选读.ppt

一.掌握流体通过颗粒床层的特点，掌握过滤过程的特点； 二.了解流体通过颗粒床层压降的推导过程，掌握床层空隙率、比阻的概念；掌握比阻与压力之间的关系； 三.掌握恒速过滤速率方程，掌握计算相关常数的方法。 本节小结 作业2 用板框压滤机过滤某悬浮液，框的长、宽各为450 mm，共10个框。过滤压力为400 kPa，不洗涤。此外，拆卸、重装等辅助实践共为1200 s。求其最大生产能力（m3滤液/h）。已测得过滤常数K=4.3×10-7 m2/s，qe=0.004 m3/m2。 提示：恒压过滤过程，qe≠0。 第3章 非均相物系的分离 ——过滤 Keywords: filtration, filtrate, filter cake 过滤 (Filtration) 过滤: 利用能让液体通过而截留固体颗粒的多孔介质（过滤介质），使悬浮液中固液得到分离的单元操作。 非均相混合物 过滤介质 纯净流体 一、概述 1. 过滤的基本概念 2. 过滤过程 二、过滤过程的计算 1. 流体通过颗粒层的模型 2. 过滤速率方程 3. 过滤常数的确定 三、本节小结 主要内容 作业1：习题3-11, 取K0=5.0 作业2：见最后一页PPT 一. 概述 过滤过程在化工中的应用：除杂质、得到产品。 水平真空带式过滤机 板框式压滤机 1. 过滤过程的基本概念 滤浆：过滤操作中所处理的悬浮液； 滤液：通过多孔介质的液体； 滤渣（滤饼）：被截留住的固体物质；不可压缩滤饼、可压缩滤饼 过滤介质：滤饼的支承物。 滤浆 滤饼 过滤介质 滤液 2. 过滤过程 2.1 固液分离过程 深层过滤：固体量0.1% 滤饼过滤：固体量1% 深层过滤 1）过滤介质，是滤饼的支承物，应具有下列条件： a) 多孔性, 孔道适当小, 对流体的阻力小, 又能截住要分离的颗粒; b) 物理化学性质稳定，耐热，耐化学腐蚀; c)足够的机械强度，使用寿命长; d) 价格便宜。 2.2 影响过滤的因素 过滤方式 推动力：重力、离心力或压力差。 2）过滤推动力（重力、压力差或离心力），相对于气体介质，液体介质的阻力大大增加，因此仅靠重力和离心力已经不足以分离大量的液固混合物。 二、过滤过程的计算（非稳态过程） 3）助滤剂，防止滤渣堆积过于密实，提高滤液过滤效率的物质，一般为粒径不一的惰性材料构成。常用助滤剂：硅藻土、珍珠岩、木炭、石棉粉。 过滤速率 过滤速度 单位时间通过单位过滤面积的滤液体积 定义 表达式 单位时间获得的滤液体积称为过滤速率 1. 流体通过颗粒层的模型 1.1. 简化物理模型 将流体流过颗粒层间不规则通道中的流动压降问题简化为一组当量的平行恒截面直管。 1）当量长度为Le(与实际颗粒层的流动阻力相当)； 2）总内表面积等于颗粒层所有颗粒的表面积之和； 3）总流动空间等于颗粒层的所有空隙容积之和。 2）当量直径为： 则表观速度u和真实速度u’之间的关系为： 定义床层空隙率 ε 为： 1）表观速度和真实流速 1.2 数学模型 滤液通过饼层的流动常属于层（滞）流流型： 以1 m3颗粒床层为例，有： a为颗粒的体积比表面积 令 则： 3）过滤速度表达式 过滤速度方程 令l=K0L，将u、de代入 得： 4）直管组的压力降 依Fanning 公式，有： 将de、u’代入上式得： r称为滤饼的比阻， ，为与滤饼的结构有关的常数， s 称为压缩指数，当滤饼不可压缩时，s＝0；当滤饼可压缩时，s=0.2～0.8。 其中，K’称为Kozeny常数，一般K’=5.0； Re’为流体在颗粒层空隙的雷诺数。 式中λ’= λLe/8L, 研究表明，在低雷诺数下，有： 2. 过滤速率方程 滤饼的厚度L可以通过物料衡算求得： 因此，有： 实际过滤过程，可以分为两个过程：滤饼过滤过程和介质过滤过程。 2.1 微分式 对于滤饼过滤过程，有： 对于介质过滤过程，可把过滤阻力表示为滤液 qe 通过当量滤饼厚度所产生的阻力，即令Le=cVe/A，则有： 依据等比定理，有： 或者 令： 称过滤常数，m2/s。 得到过滤过程的微分方程： 2.2 积分式 1) 恒压过滤过程 此时， ，对微分式分离变量，并积分，有： 或者 或者 为了计算方便，有时候把积分变量分别改为