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化工原理第三章过滤

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化工原理第三章过滤

化工原理第三章过滤
⑶在原床层与简化床层空速u相等情况 下，二者阻力或压降相同。
第二十七页，共76页。
其当量直径为de 通道截面积
de 4 浸润周边
de 4通 浸道 润截 周 面 通 通 边积 道 道长 长 通 度 度 4通 道道 内体 表
第二十八页，共76页。
以１m3床层为例： 通道的体积即空隙体积ε； 忽略床层中因颗粒相互接触而彼此覆盖的 表面积则： 通道内表面积＝颗粒体积×颗粒比表面积 ＝（滤饼体积－空隙体积）×颗粒比表面积 ＝(1-ε) a
通常进行回流操作。
第二页，共76页。
常用过滤介质类型
织物介质：天然纤维织物，合成纤维织 物，玻璃丝、金属、丝织物 堆积介质：细砂、木炭、石棉、硅藻土 等 多孔固体介质：多孔陶瓷、多孔塑料、 金属烧结板等
第三页，共76页。
３．滤饼（Cake）
由被截留的固体颗粒垒积而成的颗粒床层。 不可压缩滤饼：
构成滤饼的颗粒不易变形，滤饼空隙 不因操作压差增大而改变。 可压缩滤饼：
过滤速率u的定义单位时间单位过滤面积所得的滤液量4请说出下式中每一个符号的物理含义baseequationv滤液体积m形成与过滤介质阻力相等的滤饼层所得的滤液量虚拟量m此方程表示某一瞬时的过滤速率与物系性质操作压差及该时刻以前的累计滤液量之间的关系同时也表明了过滤介质阻力率u---单位时间、单位过滤面积所
得的滤液量 u dVdq
式中
q
V A
Ad d 为通过单位过滤面积的滤
液总量，m3/m2
第十三页，共76页。
二、过滤设备（Filter）
１．板框式压滤机（Plate Frame Filter） 结构：由板（洗涤板、非洗涤板）和
滤框构成，如图。 主要参数：过滤面积，板框尺寸、数

化工原理第三章过滤-最新版本

化工原理第三章过滤-最新版本

➢应用：适于处理生产能力大而悬浮液中颗粒小而且含量少（颗 粒的体积百分数<0.1%) ，滤饼不为产品的场合,如水处理和酒的 过滤。
(二）过滤介质
过滤介质的作用(滤饼过滤)：促使滤饼的形成，并支承滤饼。 过滤介质应具有如下性质： （1）多孔性，液体流过的阻力小； （2）孔道大小适当，能发生架桥现象； （3）有足够的机械强度,使用寿命长； （4）耐腐蚀性和耐热性 （5）价格便宜
工业常用的过滤介质主要有
a) 织物介质：又称滤布，包括有棉、毛、丝等天然纤维，玻璃丝 和各种合成纤维制成的织物，以及金属丝织成的网能截留的粒径 的范围较宽，从几十μm到1μm。 优点：织物介质薄，阻力小，清洗与更新方便，价格比较便宜， 是工业上应用最广泛的过滤介质。 b)多孔固体介质：如素烧陶瓷，烧结金属．塑料细粉粘成的多孔 塑料，棉花饼等。这类介质较厚，孔道细，阻力大，能截留1～ 3μm的颗粒。 c) 堆积介质：由各种固体颗粒（砂、木炭、石棉粉等）或非编织 的纤维（玻璃棉等）堆积而成，层较厚。 d) 多孔膜：由高分子材料制成，膜很薄（几十μm到200μm）， 孔很小，可以分离小到0.05μm的颗粒,应用多孔膜的过滤有超滤 和微滤。
阻力与压强降成正比，因此可认为上式表达了过滤操作中 滤液流速与阻力的关系。
编辑版pppt
22
在与过滤介质相垂直的方向上，床层空隙中的滤液流速u1 与按整个床层截面积计算的滤液平均流速u之间的关系为：
u
u1
u1
de2 (pc )
L
de (1 )a
u 1 K
3 a2(1)2
(pc)
L
上式中的比例常数K′与滤饼的空隙率、颗粒形状、排列及
第四节 过 滤
在某些场合，过滤是沉降的后继操作。 过滤目的：从悬浮液中分离出固体颗粒。

化工原理课件第三节过滤

化工原理课件第三节过滤

•设备革新
增大过滤面积
弹性压榨隔膜
第二章
29
第二章
30
dV A2p
dt rv(V Ve)
V
(VVe)dV
A2pt
dt
0
rv 0
恒压过滤方程
V2 2VeV2A2pt
rv
令 K 2p
rv
K——过滤常数，m2/s
V22VeV K2A t
第二章
13
二、恒压过滤方程
V22VeV K2A t
令 q=V/A qe=Ve/A
压滤是利用压缩空气
或液体输送设备在输
送料液时产生的压力 为推动力完成过滤。
第二章
18
板框压滤机
间歇操作 压滤设备
由机头（固定头）、滤框、滤板、头板、尾板、压紧装置等组成。
第二章
19
板框压滤机
框、板形状 ：
材料：金属（铸铁、碳钢、不锈钢、铝）、塑料、木材等。 过滤面积：框——长×宽×2 板——两面
qe——过滤常数，m3/m2
q2 2qeqKt
——均为恒压过滤方程 * 当滤饼阻力远远大于过滤介质阻力时：
V2 KA2t & q2 Kt
第二章
14
三、过滤常数K、qe测定
恒压条件下，测得t1、t2时间获得的滤液体积V1、V2 ：
V12 2VeV1 KA2t1
V22 2VeV2 KA2t2
每旋转一周的生产能力为 Q=60nV
优缺点：
适于处理量大而又容易过滤的料浆，对不易过滤的细、粘料浆可采 用助滤剂的方法也很方便（刮刀稍微离开转鼓表面一定距离）。附 属设备较多，投资费用高；滤饼含液量较高（约30％）；料浆温度 不能过高。

化工原理第三章沉降与过滤PPT

化工原理第三章沉降与过滤PPT
真空过滤
利用真空泵降低过滤介质两侧 的压力差进行过滤，适用于易 产生泡沫或悬浮液中含有大量
气体的场合。
过滤设备与操作
板框压滤机
由滤板和滤框组成，适 用于各种颗粒分离，但
操作较繁琐。
转筒真空过滤机
叶滤机
袋式过滤器
结构简单，操作方便， 但只适用于颗粒较大的
分离。
适用于精细颗粒的分离， 但设备成本较高。
过滤原理
利用颗粒大小、形状、密度等物 理性质的差异，使不同颗粒在过 滤介质两侧形成不同的速度或动 量，从而实现分离。
过滤操作的分类
恒压过滤
在恒定压力下进行过滤，适用 于颗粒粒度较小、悬浮液粘度
较大的情况。
变压过滤
在改变压力下进行过滤，适用 于颗粒粒度较大、悬浮液粘度 较小的情况。
热过滤
在加热条件下进行过滤，适用 于悬浮液中含有热敏性物质的 情况。
设备
沉降槽、沉降池、离心机等。
操作
将悬浮液引入沉降设备中，在重力作用下使固体颗粒下沉，上清液从上部排出， 底部沉积的固体经过排出装置排出。操作过程中需控制适当的温度、流量和停留 时间等参数，以保证分离效果。
02
过滤
过滤的定义与原理
过滤定义
通过多孔介质使固体颗粒截留， 从而使液体与固体分离的操作。
实验步骤 1. 准备实验装置，包括过滤器、压力计、流量计等。
2. 将过滤介质放入过滤器中。
过滤实验操作
3. 将待测流体引入过滤器，并施加一定的压力。 5. 收集过滤后的流体样本，测量其中颗粒的浓度。
4. 记录不同时刻的流量和压差数据。
注意事项：确保过滤器密封性好，避免流体泄漏；保持 恒定的流体流量和压力，以获得准确的实验数据。

化工原理课件3 过滤

化工原理课件3 过滤
3.1.3.2 滤液通过滤饼层的流动
流动阻力可用哈根—泊谡叶方程表示： 32l u p1 2 de 式中 l'—— 滤饼孔道的平均长度，m； u'——为滤饼孔道中滤液的流速， m/s； de —— 为孔道的当量直径，m。
de 4 流通截面积 流 通 截 面 积 l 滤 饼 层 体 积 4 4 4 润湿周边 润 湿 周 边 l 滤 饼 层 体 积 a B 1 S 0
K称为过滤常数，m2/s，与滤液性质、悬浮液浓度、温 度、过滤压力、压缩性指数等因素有关；对一定的悬浮液 在恒压条件下过滤，压力差、滤液粘度、悬浮液浓度、滤 饼比阻、压缩性指数等为常数，即为常数，那么过滤基本 方程为：
dV KA 2 u d 2V Ve
3.1.3 过滤基本理论
dV KA 2 u d 2V Ve
1 s
K p 若比阻r与参数c没有变化则 p K
1 s
u 体积流量 体积流量 滤饼层截面积 u u 流 通 截 面 积 流 通 截 面 积 滤 饼 层 截 面 积 A0
l K0 L
3.1.3 过滤基本理论
将以上关系代入哈根—泊谡叶方程：
2 32K 0 Lu 1 S 0 2 K 0 Lu 1 2 S 0 p1 4 3 p1 3 u 2 2 K 0 1 2 S 0 L 2
压力
（1） （3） （4） （5） 速率 （2）
在工业应用实际中采用哪种操作方式？恒压？恒速？ 先恒速后恒压？先恒压后恒速？
3.1.3 过滤基本理论
dV A p 1 s u Ad r0 c V Ve
令 k
1 r0 c

化工原理 第三章 过滤

化工原理 第三章 过滤

1、恒压过滤方程式
dV
A 2 p
据

d rv(V Ve )
条件：恒压 Δ p=const 设备一定 A=const
过滤介质一定 Ve=const 悬浮液一定 r、μ 、v =const
令
K 2p
rv
——过滤常数
则
dV
KA2

d 2(V Ve )
2(V Ve )dV KA2 d
2019/8/3
2019/8/3
5、助滤剂 （1）滤饼的种类
不可压缩滤饼：颗粒有一定的刚性，所形成的滤饼并
滤饼
不因所受的压力差而变形 ；
可压缩滤饼：颗粒比较软，所形成的滤饼在压差的作
用下变形，使滤饼中的流动通道变小，
阻力增大。
助滤剂一般用于可压缩滤饼。
2019/8/3
（2）助滤剂的作用 对于可压缩滤饼，过滤阻力在过滤压力提高时明显增大，
几点说明：
①其中多孔介质称为过滤介质；所处理的悬浮液称为滤浆； 滤浆中被过滤介质截留的固体颗粒称为称为滤饼或滤渣；通 过过滤介质后的液体称为滤液；
②驱使液体通过过滤介质的推动力可以有重力、压力（或压 差）和离心力，工业过程中经常采用的是压力；
③过滤操作的目的可能是为了获得清净的液体产品，也可能 是为了得到固体产品；
2019/8/3
V+V V e
V+V e
V
B
V e0


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0' e
e
e
恒压过滤的滤液体积与过滤时间关系曲线.swf
（5）由比阻r的定义可以看出，其值与滤饼的空隙率ε 及比
例系数有关。如果滤饼不可压缩，则这两个量便与压力无关

化工原理：3.3 过滤

化工原理：3.3 过滤
（漏斗） (3) 堆积介质：由固体颗粒、纤维堆积而成。
（沙滤）
滤饼的压缩性和助滤剂
(1) 滤饼的压缩性 滤饼的空隙率ε与操作压差有关的称可压缩 滤饼，反之称为不可压缩滤饼。 （艾普西龙） (2) 助滤剂 能提高空隙率和减少阻力的固体颗粒、纤维。 使用助滤剂必须不使产品纯度变化。
过滤介质缝隙并不需要比颗粒小---架桥现象 “穿滤” 5%
颗粒粘，不出滤液—用助滤剂 助滤剂 刚性颗粒 方式1.预涂
方式2.混入悬浮液
工业上，例如用板框压滤机 过滤完毕时，框内充满滤饼
过滤过程特点
(1) 滤液是通过固定床的流动，但过程是非 定态的
（床层厚度不断增加，一定压差下，过滤速 率随时间延长而减小；由于滤饼增加缓慢， 拟定态处理，可用固定床压降的结果。）
=0.124升/分
恒速
Q V
12 0.21l / min
W D 30 6 20
3.3.3.3 先变压后恒压
从τ =τ1, q=q1起开始恒压操作
q
q1 2(q qe )dq
K
d
1
(q2 q12 ) 2qe (q q1 ) K ( 1 )
或 (V 2 V12 ) 2Ve (V V1 ) KA2 ( 1 )
KA2
2
注意: K变化
例2 某过滤机恒速操作
τ(min)= 10 + 10 + 10
① V(l) = 4 + ? + ?
②共滤了30min后，用VW=0.2V总的洗涤液量洗涤， 速率不变, 则τW=?
③每次过滤洗涤后, 所需装卸时间τD为20min,
求：生产能力
Q
V
?
解：①由于速度恒定, ∴ V∝τ V=4+4+4=12升

大学化工原理实验三 过滤实验

大学化工原理实验三 过滤实验
实验三 过滤试验
过滤是分离非均相混合物的 方法之一。
本实验装置主要测定给定物 料在一定操作条件和过滤介质时 的过滤常数。
一、实验目的和任务
熟悉过滤的工艺流程 掌握过滤的操作级调节方法 学会测定过滤常数K、qe、τe及物料特性常
数K和压缩性指数S或比阻r0
二、实验原理
恒压过滤 dV A2p1s
d rv(V Ve)
令 k 1/ rv K 2kp(1s) q Ve/ A qe Ve / A 对上式积分，得 (q qe )2 K ( e )
二、实验原理
过滤常数K、qe、τe的测定
2(q
d
dq
qe 2 K
)dq q
Kd
2 K qe
q
2 K
q
2 K
qe
得一直线，由此直线的斜率及截距确定2/K 及2qe/K,由此求得K,qe。并通过下式求出τe
整理实验数据，完成实验报告
五、实验基本操作步骤
配制含CaCO3 8%~13%（wt.%）的水悬浮液， 作为滤浆
开动循环水泵，使水力真空喷射泵开始工 作，若系统不能造成真空，检查原因并作 适当处理
五、实验基本操作步骤
真空系统运转正常后，调好真空度，将过 滤板放入清水盆中，将清水吸入剂量筒中 某液面建立零点，然后关闭阀门。
二、实验原理
滤饼特定常数k和压缩指数s的测定 改变实验过滤压差，可测得不同的k值，
由的定义式两边取对数，得一直线 ㏒K=(1-s) ㏒△p+㏒2k
斜率为（1-s）可得滤饼压缩性指数s， 进而可得物料特性常数k
பைடு நூலகம்
二、实验原理
滤饼比阻r0的测定 如果测得滤液的粘度μ以及实验过程得
到的滤饼体积和滤液体积，求得单位滤液 体积所生成的滤饼体积的值υ，即可由

化工原理第三章过滤3-2

化工原理第三章过滤3-2

导致滤饼两侧的压强差增大。滤饼的压缩性对压强差有较大影响。
加入助滤剂
改变滤饼的结构
增加刚性
助滤剂的加入，可以增大滤饼的空隙率，对于所处理的悬浮液 颗粒比较细小而且粘度很大时，效果尤为明显。
使用方法：
①混入悬浮液：助滤剂混入待滤的悬浮液一起过滤。
②预涂：预先制备只含助滤剂颗粒的悬浮液并先行过。
适用场合：以获得清洁滤液为目的才使用，当滤饼是产品时不能 使用助滤剂。
C 1 C 1
C
P

Ρp:固体的密度 Ρc:湿滤渣的密度 Ρ:液体的密度
kg干渣/ kg悬浮液
X—单位质量悬浮液中所含干滤渣质量。
ω—得到1m3滤液所形成的干滤渣质量。 取1kg悬浮液为基准：
kg(干渣)/m3(滤液)
X 1 CX /
湿滤渣质量与滤液体积的比值ωC ωC——kg湿渣/m3滤液
过滤基本方程
过滤速度: 单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积，
m3/m2s。
过滤速率: 单位时间内获得的滤液体积，m3/s。
任一瞬间的过滤速度为：
pc dV 3 u 2 ( ) 2 Adt 5a (1 ) L
Apc dV 3 2 ( ) 2 dt 5a (1 ) L
（三）助滤剂
随着过滤的进行，滤饼的厚度增大，滤液的流动阻力亦逐渐增大， 滤饼分为可压缩滤饼和不可压缩滤饼。 不可压缩滤饼：某些悬浮液中的颗粒所形成的滤饼具有一定的刚 性，滤饼的空隙结构不会因为操作压差的增大而变形。 可压缩滤饼：滤饼因为操作压差的增大而发生不同程度的变形， 滤饼中的流动通道缩小，流动阻力增加。 克服滤饼压缩性的手段：
管道截面积 d e 4 水力半径 4 润湿周边长

化工原理第三章沉降与过滤课后习题包括答案.doc

化工原理第三章沉降与过滤课后习题包括答案.doc

第三章沉降与过滤沉 降【 3-1 】 密度为 1030kg/m 3、直径为 400 m 的球形颗粒在 150℃的热空气中降落，求其沉降速度。

解 150℃时，空气密度0.835kg / m 3 ，黏度 2.41 10 5 Pa s颗粒密度p 1030kg / m3，直径 d p 4 10 4 m假设为过渡区，沉降速度为4 g 2 ( p)214 9 81 2 103013234u td p( . ) ( ) 4 101.79 m / s225225 2.41 10 50.835d p u t44101 79 0．835验算Re=.24 82 41 105..为过渡区3【 3-2 】密度为 2500kg/m 的玻璃球在 20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。

解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为u td 2ppg / 18由此式得（下标w 表示水， a 表示空气）18pw d pw2( pa )d pa2 u t =gwad pw ( d pa(pa )wpw)a查得 20℃时水与空气的密度及黏度分别为w998 2 3w 1 . 004 10 3 . kg / m , Pa s 1 205 3a1 81 10 5 Pa sa . kg / m , .已知玻璃球的密度为p2500 kg / m 3 ，代入上式得dpw( 2500 1 205 ) 1 . 004 10.d pa( 2500998 2 1 . 81 10. )359.61【 3-3 】降尘室的长度为10m ，宽为 5m ，其中用隔板分为 20 层，间距为 100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为10 m ，气体密度为1.1kg / m 3 ，黏度为 21.8 10 6 Pa s ，颗粒密度为4000kg/m 3。

试求： (1) 最小颗粒的沉降速度；(2) 若需要最小颗粒沉降，气体的最大流速不能超过多少m/s (3) 此降尘室每小时能处理多少m 3 的气体解 已知 d pc10 10 6 m, p4000kg / m 3 ,1.1kg / m 3 ,21.8 10 6 Pa s(1) 沉降速度计算假设为层流区gd pc 2 (p) 9 . 81 ( 10 10 6 2 ( 4000 1 1u t)6 . ) 0.01m / s1818 21.8 10d pc u t10 10 6 0 01 1 1000505． 2 验算 Re21 8 10 6 为层流.(2) 气体的最大流速 umax 。

第三章 化工原理第四版王志魁(1)

第三章 化工原理第四版王志魁(1)

2021/7/26
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（二）过滤介质
类别： • 织物介质 • 多孔性固体介质 • 堆积介质 • 多孔膜：高聚物膜、无机膜
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33
（三）滤饼的可压缩性与助滤剂
不可压缩滤饼：空隙不随压力变化 可压缩滤饼：空隙随压力增加而减小 ——加助滤剂
（四）过滤过程物料衡算 （1）湿滤渣密度
C 1 C 1
C p C——kg湿渣/kg干渣
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34
（2）干渣质量与滤液体积之比
w
X
(1 CX ) /
kg干渣/m3滤液
X——kg固体/kg悬浮液 （3）湿渣质量与滤液体积之比
wC ——kg湿渣/m3滤液
（4）湿渣体积与滤液体积之比
wC v
c
m3滤饼/m3滤液
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35
二、过滤速率基本方程式
37
令 r 32 ——滤饼的比阻
d2
过滤速度
dV
Ad
pc
r Vc
A
滤饼阻力 过滤介质阻力
Rc
r VC
A
rv V
A
Rm
rv Ve
A
v——获得单位体积滤液所形成滤饼的体积，
m3滤饼/m3滤液；
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38
（二）过滤基本方程
滤饼层：
dV pc
Ad Rc
过滤介质层：
dV pm
Ad Rm
（一）过滤速率
过滤速率： dV m3 / s
d
过滤速度： dV m / s
Ad
设为层流流动
d 2 Δp
Δp
u
32l
32l
d2

化工原理第三章---过滤

化工原理第三章---过滤

：重力、压力（或压差）和离心力；
获得清净的液体产品，或者得到固体产品；
浓缩液
进料液渗透液
直径大多要比过滤介质的孔道大
滤的进行，固体颗粒沉积于过滤介质表面而形成滤饼。

固相含量稍高（固相体积分率在
饼层过滤(b) 架桥现象
图3-18 饼层过滤
颗粒尺寸比介质的孔道小很多，但孔道弯曲细长，颗粒进入后很容易被截流，同时这种过滤是在过滤介质内部进行的，介质表面无滤饼形成。

过滤用的介质为粒状床层或素烧（不上釉的）陶瓷筒或板。

很小量的固体微粒，例如饮
②堆积介质：由各种固体颗粒（砂、木碳、石棉、硅藻土）或非纺织纤维等堆积而成，多用于深床过滤中。

恒压过滤方
洗非洗横穿洗涤法：
，先将洗涤板上的滤液
叶滤机由许多滤叶组成。

滤叶内有空间，外包滤布，将滤叶装在密闭的机壳内，为滤浆所浸没。

1）滤浆中的液体在压力作用下穿过滤布进入滤叶内部，成为滤液后从其一端排出（过滤）。

2）过滤完毕，机壳内改充清水，使水循着与滤液相同的路径通过滤饼进行洗涤，故为置换洗涤（洗涤）。

3）最后，滤饼可用振动器使其脱落，或用压缩空气将其吹下（卸渣）。

滤叶可以水平放置也可以垂直放置，滤浆可用泵压入也可用真空泵抽入。

2、加压叶滤机
滤浆
滤液
滤叶的构造。

(化工原理)第三节 过滤

(化工原理)第三节 过滤
(化工原理）第三节 过滤
3-3-1 过滤操作的基本概念-1
过滤是以某种多孔物质作为介质来处理 悬浮液的操作。在外力的作用下,悬浮 液中的液体通过介质的孔道而固体颗粒 被截留下来,从而实现固、液分离.
过滤操作的基本概念-2
一、过滤方式
饼层过滤 深床过滤
"架桥现象"
过滤操作的基本概念-3
二、过滤介质
则在任一瞬间的滤饼厚度L与当时已经 获得滤液体积V之间的关系应为：
LA =υV
υ——滤饼体积与相应的滤液体积之比,无因次, 或m3/m3
过滤基本方程式
如体生积成以V厚e表度示为,L则e的：滤饼所应获得的滤液
式拟中滤V液e—体—积过,m滤3。介质的当量滤液体积,或称虚
在一定的操作条件下,以一定介质过滤 一在定不的同悬的浮过液滤时操作, V中e为,V定e值值不,但同同。一介质
(L+L）w=2(L+Le)E
滤饼的洗涤-6
将以上关系代人过滤基本方程式,可得
板框压滤机上的洗涤速率约为过滤终了 时滤液流率的四分之一。
滤饼的洗涤-7
当洗水粘度、洗水表压与滤液粘度、过 滤压强差有明显差异时,所需的洗涤时 间可按下式进行校正,即：
式中 θW’ ——校正后的洗涤时间,s θW——未经校正的洗涤时间,s μW——洗水粘度,N•s/m2 Δp——过滤终了时刻的推动力,N/m2 ΔpW——洗涤推动力,N/m2
积分并将式3-43代入,得：
(V2-VR2)+2Ve(V -VR)=KA2(θ-θR)
恒压阶段的过滤方程,式中(V -VR)、 (获θ得-θ的R滤) 液分体别积代及表所转经入历恒的压过操滤作时后间所。
例9
例9
3-3-5 过滤常数的测定

化工原理 第三章 沉降与过滤

化工原理 第三章 沉降与过滤
（1）作用：防止滤饼压缩及细小颗粒堵塞过滤介质的孔隙。 （2）使用方法： A . 在悬浮液中加入助滤剂后一起过滤。 B. 先把助滤剂配成悬浮液并过滤，形成助滤剂层后，才正式过滤。 应予注意，一般以获得清净滤液为目的时，采用助滤剂才是适宜的。 （3）要求 A.能形成多孔饼层刚性颗粒 B.物理、化学性质稳定 c.具有不可压缩性（在使用的压力范围内）
二.过滤基本方程
1. 定义 （1）空隙率：单位体积床层中的空隙体积，，m3/m3。 （2）比表面：单位体积颗粒所具有的表面积，a，m2/m3。 2. 孔道当量直径
(1)
3. 过滤速度： 由 所以
（2）
得
u1 u /
（3）
过滤介质层相垂直的方向上床层空隙中的滤液流速u1 按整个床层截面积计算的滤液平均流速u
1．降尘室的总高度H，m；
2．理论上能完全分离下来的最小颗粒尺寸；
解：1）降尘室的总高度H
273 t 273 427 VS V0 1 2.564m3 / s 273 273
VS 2.564 H bu 2 0.5
2.564m
2）理论上能完全出去的最小颗粒尺寸
Vs 2.564 ut 0.214m / s bl 2 6
将（1）、（3）代入（2）并写成等式
pc 1 3 u ' 2 ( ) 2 K a (1 ) L
层流流动，K’值可取为5。
Pc u 2 ( ) 2 5a (1 ) L
3
——过滤速度表达式
4. 过滤速率（体积流量）：单位时间内获得的滤液体积
显然
所以
5. 滤饼的阻力 令 — 滤饼的比阻
t
Vs blu t
——降尘室的生产能力

化工原理讲稿-应化第三章沉降与过滤2

化工原理讲稿-应化第三章沉降与过滤2
1.结构与原理：
1－转筒；2－滤饼；3－割刀；4－分配头； 5－吸走滤液的真空凹槽；6－吸走洗水的真 空凹槽；7－通入压缩空气的凹槽； I－过滤区；II－洗涤脱水区；III－卸渣区
2.过滤操作：
➢ 转筒旋转一周，每一个扇形过滤室依次完成真空过滤、洗涤、和压缩 空气吹松、刮刀卸料等全部操作，相应分为过滤区、洗涤区、卸料区等 几个不同的工作区域。 ➢ 转筒转速多在0.1～3 r/min，浸入悬浮液中的吸滤面积约占总表面的 30～40%。滤饼厚度范围大约3～40mm。
（二）过滤基本方程式
定义饼液比：C＝滤饼体积/滤液体积V， m3饼/m3液
滤 饼 体C 积VAL 则： 介质当量滤饼 CVe体 A积 Le
d dV r'A ( L P 1 L se)r'(A C P V 1 C s e)V r' A C 2( V P 1 V se)
AA
dV A2P1s
d r'C(VVe)
滤液
2
装成一体插入箱体内。
淤泥
（二）叶滤机
2.操作：
悬浮液被加压送入或借真空泵进行抽吸，滤液穿过滤布进入丝网构成 的中空部分并汇集于下部总管流出，颗粒则沉积在滤布上形成滤饼，当 滤饼达到一定厚度时停止过滤。视悬浮液的性质和操作压强的大小，滤 饼厚度通常在5~35mm之间。
过滤结束后，通入洗涤液对滤饼进行洗涤，洗涤液的行程和流通面 积与过滤终了时滤液的行程和流通面积相同，在洗涤液与滤液的性质 接近的情况下，洗涤速率约为过滤终了时速率。可用振动或压缩空气 及清水等反吹卸滤渣。
2.过滤方式
表面过滤(滤饼过滤)：
➢ 过滤介质为织物、多孔材料或膜等， 孔径可大于最小颗粒的粒径。过滤初 期，部分小颗粒可能会进入或穿过介 质的小孔，后因颗粒的架桥作用使介 质的孔径缩小形成有效的阻挡。

化工原理第三章沉降与过滤

化工原理第三章沉降与过滤
问题：过滤速度慢，影响生产效率 解决方案：采用高效过滤材料，如活性炭、膜过滤等
解决方案：优化过滤工艺，如增加过滤层数、调整过滤压力等
问题：过滤效果不佳，杂质残留 解决方案：优化过滤工艺，如增加过滤层数、调整过滤压力等
解决方案：定期维护设备，更换易损件，提高设备可靠性
问题：设备故障率高，维护成本高 解决方案：定期维护设备，更换易损件，提高设备可靠性
生物化工：利用生物技术，开发新型化工产品
纳米化工：纳米材料，提高产品性能和应用范围
环保化工：环保型化工产品，减少环境污染
汇报人：
感谢您的观看
离心过滤机：过滤速度快，过滤效果好，但设备复杂，成本高
袋式过滤机：结构简单，操作方便，过滤面积大，过滤效率高，但过滤精度低
陶瓷过滤机：过滤精度高，耐腐蚀，但设备复杂，成本高
膜过滤机：过滤精度高，过滤效果好，但设备复杂，成本高
04
沉降与过滤的比较
操作原理的比较
沉降：利用重力作用使悬浮颗粒下沉，达到分离目的
离心沉降应用：污水处理、食品加工、制药等领域
沉降原理：利用颗粒间的重力差进行分离工艺流程： a. 进料：将待分离的混合物送入沉降器 b. 沉降：颗粒在重力作用下沉降，液体上升 c. 澄清：液体澄清后从顶部流出 d. 排渣：沉降后的颗粒从底部排出沉降器类型： a. 重力沉降器：利用重力进行沉降 b. 离心沉降器：利用离心力进行沉降沉降效果影响因素： a. 颗粒大小：颗粒越大，沉降速度越快 b. 液体密度：液体密度越大，沉降速度越快 c. 颗粒形状：颗粒形状影响沉降速度 d. 液体黏度：液体黏度影响沉降速度沉降应用： a. 污水处理：去除悬浮物和颗粒物 b. 化工生产：分离固体和液体 c. 食品加工：分离固体和液体 d. 环境监测：监测颗粒物浓度

化工原理答案 第三章 沉降与过滤

化工原理答案 第三章 沉降与过滤

第三章 沉降与过滤沉 降【3-1】 密度为1030kg/m 3、直径为400m μ的球形颗粒在150℃的热空气中降落，求其沉降速度。

解 150℃时，空气密度./30835kg m ρ=，黏度.524110Pa s μ-=⨯⋅ 颗粒密度/31030p kg m ρ=，直径4410p d m -=⨯ 假设为过渡区，沉降速度为()(.)()./..1122223345449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ--⎡⎤-⎡⎤⨯==⨯⨯=⎢⎥⎢⎥⨯⨯⨯⎢⎥⎣⎦⎣⎦验算 .Re ..454101790．835=24824110p t d u ρμ--⨯⨯⨯==⨯为过渡区【3-2】密度为2500kg/m 3的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。

试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。

解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为()/218t p p u d g ρρμ=-由此式得（下标w 表示水，a 表示空气）()()2218= p w pw p a pat w ad d u g ρρρρμμ--=pw pad d =查得20℃时水与空气的密度及黏度分别为./,.339982 100410w w kg m Pa s ρμ-==⨯⋅ ./,.35120518110a a kg m Pa s ρμ-==⨯⋅已知玻璃球的密度为/32500p kg m ρ=，代入上式得.961pw pad d =【3-3】降尘室的长度为10m ，宽为5m ，其中用隔板分为20层，间距为100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为10m μ，气体密度为./311kg m ，黏度为.621810Pa s -⨯⋅，颗粒密度为4000kg/m 3。

试求：(1)最小颗粒的沉降速度；(2)若需要最小颗粒沉降，气体的最大流速不能超过多少m/s? (3)此降尘室每小时能处理多少m 3的气体？解 已知,/./.6336101040001121810pc p d m kg m kg m Pa s ρρμ--=⨯===⨯⋅,, (1) 沉降速度计算 假设为层流区().()(.)./.26269811010400011001181821810pc p t gd u m s ρρμ---⨯⨯-===⨯⨯验算..Re .66101000111000505221810pc t d u ρμ--⨯⨯⨯===<⨯． 为层流(2) 气体的最大流速max u 。

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不可压缩滤饼: 颗粒有一定的刚性，当滤饼两侧的压 力差增大时，颗粒的形状和颗粒间的 空隙不会发生明显变化，单位厚度床 层的流动阻力可视作恒定。
可压缩滤饼:
颗粒比较软，当滤饼两侧的压力差增 大时，颗粒的形状和颗粒间的空隙会 有明显的改变，单位厚度饼层的流动 阻力随压力差增大而增大。
2）助滤剂 助滤剂是某种质地坚硬而能形成疏松饼层的固体颗粒或纤 维状物质，将其混入悬浮液或预涂于过滤介质上，可以改善 饼层的性能，使滤液得以畅流。
2、过滤基本方程的推导 简化模型：假定： (1)流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。 (2)细管的内表面积等于全部颗粒的表面积。
u 空床速度（表观速度）
p1
L
u le
de
真实速度
u1
流体在固定床内流动的简化模型
讨论： 设滤饼的体积为Vc，颗粒的比表面积为a
① u1与u的关系
滤饼层的空隙体积
说明：随着过滤过程的进行，滤饼逐渐加厚，过滤阻力不断 增加，可以想见，如果过滤压力不变，即恒压过滤时，过滤 速度将逐渐减小。因此上述定义为瞬时过滤速度。
（二）涉及的几个术语
1. 空隙率: 单位体积床层中的空隙体积，用ε表示。 ε=空隙体积 / 床层体积 m3/m3
2. 颗粒比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积，用a表示。 a=颗粒表面 / 颗粒体积
3. 管道的当量直径： de=4×水力半径=4×管道截面积 / 润湿周边
（三）过滤基本方程
1、滤液通过滤饼层的流动特点 1）非稳态过程 实际过滤过程中，随着过滤的进行，滤饼的厚度不断 增加，流动阻力逐渐加大 。因此，是一个非稳态流动。
2）层流流动
滤饼层是由许多细小颗粒堆积而成，这些颗粒提供了 很大的液，固接触表面，液体在滤饼层的流动速度很慢 ，因此，滤液在滤饼层的流动是层流流动。
加入助滤剂可减少可压缩滤饼的流动阻力
预涂 用助滤剂配成悬浮液，在正式过滤前用它进
加入方法
行过滤，在过滤介质上形成一层由助滤剂组 成的滤饼。
将助滤剂混在滤浆中一起过滤
二、过滤的基本理论
（一）过滤速度
定义：单位时间通过单位过滤面积的滤液体积
u dV dq
Ad d
u---瞬时过滤速率，m3·m-2·s-1即m·s-1 q--单位过滤面积所得的滤液量，q=V/A， m3·m-2
定义滤饼层的空隙率为： 滤饼层的总体积
滤液体积流量 u 滤饼的截面积
滤液体积流量
滤液体积流量
u1 滤饼截面中空隙部分的面积 滤饼空隙率 滤饼截面积
所以
u1
u
（1）
②孔道的平均长度可以认为与滤饼的厚度成正比：
le=K0L
（2）
③孔道的当量直径
de
4 流通截面积 润湿周边长
L L
4 空隙体积 颗粒表面积
重力沉降分离
一、重力沉降原理
一)自由重力沉降
u0
4dg(s ) 3
——沉降速度表达式
a) 层流区或斯托克斯(stokes)定律区（10 –4＜Re0<2）
u0
d
2 s
18
——斯托克斯公式
b) 过渡区或艾伦定律区（Allen）（2＜Re0<500）
u0 0.269
gd s Re00.6
——艾伦公式
③多孔固体介质：具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶 瓷、多孔塑料、多孔金属制成的管或板，能拦截1-3m的微细 颗粒。
④多孔膜：用于膜过滤的的各种有机高分子膜和无机材料膜。 醋酸纤维素和芳香酰胺系两大类有机高分子膜。可用于截留 1m以下的微小颗粒。
4、滤饼的压缩性及助滤剂
1）滤饼的可压缩性
滤饼
此法适用于从液体中除去很小量的固体微粒，例如饮 用水的净化。
3、过滤介质 （1）对过滤介质的性能要求
a) 多孔性，对流体的阻力小，又能截住要分离的颗粒,孔 道又不宜大 。 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）工业上常用的过滤介质的种类
Vs BLu0 A0u0 ——降尘室的生产能力
二）分级器 三）沉降槽 ---用于分离出液-固混合物
第四节 过 滤
• 一、过滤操作的基本概念 • 二、过滤基本理论 • 三、过滤设备 • 四、滤饼的洗涤 • 五、过滤机的生产能力
பைடு நூலகம் 一、过滤操作的基本概念
1、过滤的概念
1）定义：在外力作用下， 使悬浮液中的液体通过多孔 介质的孔道，而悬浮液中的 固体颗粒被截留在介质上， 从而实现固、液分离的操作。
①织物介质(又称滤布) ②堆积介质
③多孔固体介质
④多孔膜
①织物介质：滤布， 用棉、毛、丝、麻 等天然纤维及合成 纤维织成的织物， 由玻璃丝或金属丝 织成的网。能截留 颗粒的最小直径为 5-65m。工业上的 应用最为广泛。
②堆积介质：由各种固体颗粒（砂、木碳、石棉、 硅藻土）或非纺织纤维等堆积而成，多用于深床过滤 中。
说明: ①推动力：重力、压力（或压差）和离心力；
②目的:获得清净的液体产品，或者得到固体产品；
2）过滤的相关术语
滤浆：过滤操作中所处理的原始悬浮液 滤液：通过多孔介质后的液体 滤渣（滤饼）：被截留住的固体颗粒堆积层
2、过滤方式
1）饼层过滤 √ 2）深层过滤 3）膜过滤
浓缩液
渗透液
(a)饼层过滤 图 3-18
c) 湍流区或牛顿定律区（Nuton）（500＜Re0＜ 2×105）
u0 1.74
d s g
——牛顿公式
常用沉降速度的计算：
u0
假设沉降属于层流区
d 2 s
18
Re0 du0
u0
Re0
艾伦公式（牛顿公式）
Re0＞2
二）干扰沉降
u0为所求
Re0＜2
二、重力沉降分离设备
一）降尘室---气固体系 L H ——降尘室使颗粒沉降的条件 u u0
(b) 架桥现象 饼层过滤
进料液
1）饼层过滤
要求颗粒的直径大多要比过滤介质的孔道大，随着过 滤的进行，固体颗粒沉积于过滤介质表面而形成滤饼。
适用于处理固相含量稍高（固相体积分率在1%以上） 的悬浮液。
(a)饼层过滤
(b) 架桥现象
图 3-18 饼层过滤
2）深层过滤
颗粒尺寸比介质的孔道小很多，但孔道弯曲细长，颗 粒进入后很容易被截流，同时这种过滤是在过滤介质内 部进行的，介质表面无滤饼形成。过滤用的介质为粒状 床层或素烧（不上釉的）陶瓷筒或板。
4 滤饼层体积空隙率 比表面积 颗粒体积
4 滤饼层体积空隙率
比表面积 滤饼层体积 1 空隙率