化工原理课件第4章：过滤.ppt

3. 先恒速后恒压 恒压： 先恒速后恒压 恒压过滤 恒速过滤 不计介质阻力 计入介质阻力 过滤方式 化工原理——流体通过颗粒层的流动 4. 流体通过颗粒层的流动 4.1 概述 混合物 均相物系：物系内部不存在相界面 非均相物系：存在两种以上的相态 4.2 颗粒床层的特性 4.2.1 单颗粒的特性 表示颗粒特性的几何参数：大小、形状、表面积（或比表面积）。 1. 球形颗粒 比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积，其单位为 2. 非球形颗粒 非球形颗粒可用当量直径和形状系数来表示其特性 ① 体积当量直径 令实际颗粒的体积 V 等于当量球形颗粒的体积 4.2.1 单颗粒的特性 令实际颗粒的表面积等于当量球形颗粒的表面积 ② 表面积当量直径 2. 非球形颗粒 ③ 比表面积当量直径 令实际颗粒的比表面积 a 等于当量球形颗粒的比表面积 ④ 形状系数 形状系数（球形度） 表征颗粒的形状与球形的差异程度 2. 非球形颗粒 ∵ 球的表面积最小，∴ 由 还可得出： ⑤ 不规则颗粒特性的表征 通常选 和 来表征其特性，即： 1.粒度分布 2.平均粒径 非球形颗粒： 4.2.2 颗粒群的特性 1.床层空隙率 单位体积颗粒床层中空隙的体积为床层的空隙率ε ，即： ε反映了床层中颗粒堆集的紧密程度，其大小与颗粒的形状、粒度分布、装填方法、床层直径、所处的位置等有关。 球形：0.26～0.48 乱堆：0.47～0.7 壁效应 4.2.3 床层特性 ε的测量方法： 充水法： 不适于多孔性颗粒 称量法： 床层密度与颗粒密度的关系： 2.床层的比表面积 即单位体积床层中颗粒的表面积。若忽略因颗粒相互接触而减小的裸露面积，则： 影响 的主要因素：颗粒尺寸，一般，颗粒尺寸越小， 越大。 3.床层的各向同性 指从各个方位看，颗粒的堆积情况都是相同的。 自由截面积：床层截面上可供流体通过的空隙面积 4.3 流体通过固定床的压降 4.3.1 固定床的床层简化模型 a. 颗粒床层由许多平行细管组成，孔道长度Le与床层高度L成正比 b. 孔道内表面积之和等于全部颗粒的表面积，孔道内全部流动空 间等于床层空隙的容积。 水力半径 以1m3 床层体积为基准： 4.3.2 流体压降的数学模型 单位床层高度的压降， Pa 模型参数 4.3.3 模型的检验和模型参数的估计 1. 康采尼（Kozeny）方程 在流速较低， 时（层流）， 实验测得 其中： 把 代入模型方程，得： 半经验半理论关联式 2. 欧根（Ergun）方程 欧根在较宽的床层雷诺数范围内研究了 的关系，得： 代入模型方程得： 误差：±25%，不适于细长物体及环状填料 影响床层压降的因素： ，其中ε影响最大。 4.3.4 因次分析法和数学模型法的比较 实验：寻找函数形式，决定参数 4.4 过滤 过滤的目的： 从悬浮液中分离出固体颗粒 获得清净的液体 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：过滤操作所处理的悬浮液称为滤浆，所用的多孔物质称为 过滤介质（当过滤介质是织物时，也称为滤布），通过介 质孔道的液体称为滤液，被截留的物质称为滤饼或滤渣。 重力、离心力、压力差 4.4.1 过滤操作的基本概念 1. 两种过滤方式 深层过滤和滤饼过滤。 ① 深层过滤 特点是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。 适用于悬浮液中颗粒尺寸甚小而且含量甚微的场合。 如自来水厂用很厚的石英砂层作为过滤介质来进行水的净化 ② 滤饼过滤 固体颗粒呈饼层状沉积于过滤介质的上游一侧，形成滤饼层。 滤饼过滤适用于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. 2. 过滤介质 ① 织物介质 由天然或合成纤维、金属丝等编制的滤布、滤网 ② 多孔性固体介质 陶瓷、金属、玻璃、多孔性塑料管 ③ 堆积介质 石英砂、木炭、石棉粉等 基本要求:具有适宜的孔径、过滤阻力小， 具有足够的机械强度和耐腐蚀性。 4. 滤饼的洗涤 目的：净化滤饼， 回收滤饼中存留的滤液 如果滤液为水溶液，一般就用水洗涤。