过滤基本原理

第二节过滤一过滤基本原理1．过滤过滤是在外力作用下，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。

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；通过压力2①②③④3（1一侧，在过滤操作的开始阶段，会有部分小颗粒进入介质孔道内，并可能穿过孔道而不被截留，使滤液仍然是混浊的。

随着过程的进行，颗粒在介质上逐步堆积，形成了一个颗粒层，称为滤饼。

在滤饼形成之后，它便成为对其后的颗粒起主要截留作用的介质。

因此，不断增厚的滤饼才是真正有效的过滤介质，穿过滤饼的液体则变为澄清的液体。

（2）深层过滤：此时，颗粒尺寸比介质孔道的尺寸小得多，颗粒容易进入介质孔道。

但由于孔道弯曲细长，颗粒随流体在曲折孔道中流过时，在表面力和静电力的作用下附着在孔道壁上。

因此，深层过滤时并不在介质上形成滤饼，固体颗粒沉积于过滤介质的内部。

这种过滤适合于处理固体颗粒含量极少的悬浮液。

4．滤饼的可压缩性和助滤剂滤饼的可压缩性是指滤饼受压后空隙率明显减小的现象，它使过滤阻力在过滤压力提高时明显增大，过滤压力越大，这种情况会越严重。

另外，悬浮液中所含的颗粒都很细，刚开始过滤时这些细粒进入介质的孔道中会将孔道堵死，即使未严重到这种程度，这些很细颗粒所形成的滤饼对液体的透过性也很差，即阻力大，使过滤困难。

为解决上述两个问题，工业过滤时常采用助滤剂。

二过滤设备1．板框过滤机（1）结构与工作原理：由多块带凸凹纹路的滤板和滤框交替排列于机架而构成。

板和框一般滤饼，2（位1—2—3（显然，相同。

（2率低。

2（1）结构与工作原理：叶滤机由许多滤叶组成。

滤叶是由金属多孔板或多孔网制造的扁平框架，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。

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。

最后，滤饼可用振动器使其脱落，或用压缩空气将其吹下。

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）主要优缺点：叶滤机也是间歇操作设备。

它具有过滤推动力大，过滤面积大，滤饼洗涤较充分等优点。

其产生能力比压滤机还大，而且机械化程度高，劳动力较省。

缺点是构造较为复杂，造价较高，粒度差别较大的颗粒可能分别聚集于不同的高度，故洗涤不均匀。

3．转筒过滤机（1）结构与工作原理：设备的主体是一个转动的水平圆筒，其表面有一层金属网作为支承，网的外围覆盖滤布，筒的下部浸入滤浆中。

圆筒沿径向被分割成若干扇形格，每格都有管与位于筒中心的分配头相连。

凭借分配头的作用，这些孔道依次分别与真空管和压缩空气管相连通，从而使相应的转筒表面部位分别处于被抽吸或吹送的状态。

这样，在圆筒旋转一周的过程中，每个扇形表面可依次顺序进行过滤、洗涤、吸干、吹松、卸渣等操作。

（2宜。

1过滤速度指单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积，即其中，u—瞬时过滤速度，m3/s·m2，m/s；V—滤液体积，m3；A—过滤面积，m2；—过滤时间，s。

说明：①随着过滤过程的进行，滤饼逐渐加厚。

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。

②过滤过程中，若要维持过滤速度不变，即维持恒速过滤，则必须逐渐增加过滤压力或压差。

总之，过滤是一个不稳定的过程。

上面给出的只是过滤速度的定义式，为计算过滤速度，首先需要该撑握过滤过程的推动力和阻力。

2．过滤速度的表达（1）过程的推动力：过滤过程中，需要在滤浆一侧和滤液透过一侧维持一定的压差，过滤过程才能进行。

从流体力学的角度讲，这一压差用于克服滤液通过滤饼层和过滤介质层的微小孔道时的阻力，称为过滤过程的总推动力，以p ∆表示。

这一压差部分消耗在了滤饼层，部分消耗在了过滤介质层，即21p p p ∆+∆=∆。

其中1p ∆为滤液通过滤饼层时的压力降，也是通过该层的推动力；2p ∆为滤液通过介质层时的压力降，也是通过该层的推动力。

（2）考虑滤液通过滤饼层时的阻力：滤液在滤饼层中流过时，由于通道的直径很小，阻力很说明（e e （4）两种具体的表达形式滤饼层的体积为AL ，它应该与获得的滤液量成正比，设比例系数为c ，于是cV AL =。

由V AL c /=，可知c 的物理意义是获得体积的滤液量能得到的滤饼体积。

由前面的讨论可知：A rcV rL R /==，A rcV rL R e e e /==。

其中e V 为滤得体积为e AL 或厚度为e L 的滤饼层可获得的滤液体积。

但这部分滤液并不存在，而只是一个虚似量，其值取决于过滤介质和滤饼的性质。

于是：()e V V rc p A d dV +∆=μθ2 （1）又设，获得的滤饼层的质量与获得的滤液体积成正比，即V c W '=。

其中'c 为获得单位体积的滤液能得到的滤饼质量。

由滤饼面积滤饼体积r rL R ==可知，R 与单位面积上的滤饼体积成正比，我们也有理由认为它与单位面积上的滤饼质量成正比，只是比例系数需要改变，即A V c r A W r r R /''/''===滤饼面积滤饼质量；A V c r A W r R e e /''/'== 于是我们可以得到与（1）式形式相同的微分方程：()e V V c r p A d dV +∆=''2μθ （2）3饼比阻r 其中K =其中，说明：如图所e V V +~，则e q K r K ,,0→→εr K e q③平均比阻与压力之间有如下经验关系：s p r r 0=或s p r r 0''=，其中s 称为压缩性指数，其值取决于滤饼的压缩性，若不可压缩，则0=s ，0r 或0'r 为不随压力而变的常数。

将这关系代入过滤常数的定义式可得：0101''22r c p cr p K ss μμ--==；另外，介质的阻力常数====e s e se e cq p r A cV p r rL R 00，所以s e p q -∝。

4．过滤常数的实验测定过滤计算必须在过滤常数具备的条件下才能进行。

过滤常数K 、e q （或e V ）的影响因素很多，包括：操作压力、滤饼及颗粒的性质、滤浆的浓度、滤液的性质、过滤介质的性质等，因此从理论上直接计算过滤常数比较困难，应该用实验的方法测定。

（1）方法一：对式（4）进行微分可得：()θKd dq q q e =+2，整理得：将该式等号左边的微分用增量代替：K q q K q e 22+=∆∆θ （5）式（5）为一直线方程，它表明：对于恒压下过滤要测定的悬浮液，在实验中测出连续时间θ及以单位面积计的滤液累积量q ，然后算出一系列θ∆与q ∆的对应值，在直角坐标系中以θ∆/q ∆为纵坐标，以q（2以q （3同时，K 的1（1滤，为：其中，θ R θ应根据C θ而不是F θ来定。

间歇过滤机的生产能力定义为一个操作周期中单位时间内获得的滤液体积或滤饼体积来表示：（2）洗涤速率和洗涤时间：洗涤的目的是回收滞留在颗粒缝隙间的滤液，或净化构成滤饼的颗粒。

当滤饼需要洗涤时，洗涤液的用量应该由具体情况来定，一般认为洗涤液用量与前面获得的滤液量成正比。

即F W JV V =。

洗涤速率定义为单位时间的洗涤液用量。

在洗涤过程中，滤饼厚度不再增加，故洗涤速率恒定不变。

将单位时间内获得的滤液量称为过滤速率。

我们研究洗涤速度时作如下假定：洗涤液粘度与滤液相同；洗涤压力与过滤压力相同。

①叶滤机的洗涤速率和洗涤时间：此类设备采用置换洗涤法，洗涤液流经滤饼的通道与过滤终了时滤液的通道完全相同，洗涤液通过的滤饼面积也与过滤面积相同，所以终了过滤速率与洗涤速率相等。

由式（1）可得：)(2)(22e e W V V K A V V rc p A d dV d dV +=+=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛终了终了终了μθθ（6）用洗涤液总用量除以洗涤速率，就可得到洗涤时间：K A V V p A V V rc d dV V e e w W w w 22)(2)(/+=+=⎪⎭⎫ ⎝⎛=终了终了μθθ （7）②板框压滤机的洗涤速度和洗涤时间：板框压滤机过滤终了时，滤液通过滤饼层的厚度为框厚知c c w =（3若采用达到一2（1）操作周期与过滤时间：转筒过滤机的特点是过滤、洗涤、卸渣等操作是在过滤机分区域同时进行的。

任何时间内都在进行过滤，但过滤面积中只有属于过滤区的那部分才有滤液通过。

连续过滤机的操作周期就是转筒旋转一周所经历的时间。

设转筒的转速为每秒钟n 次，则每个操作周期的时间：转筒表面浸入滤浆中分数为：360/浸入角度=φ。

于是一个操作周期中的全部过滤面积所经历的过滤时间为该分数乘以操作周期长度：如此，我们将一个操作周期中所有时间但部分面积在过滤转换为所有面积但部分时间在过滤。

这样，转筒过滤机的计算方法便于间歇取得一致。

（2）生产能力转筒过滤机是在恒压操作的。

设转筒面积为A ，一个操作周期中（即旋转一周）单位过滤面积的所得滤液量为q ，则转筒过滤机的生产能力为：而q 可由恒压过滤方程求得：上式可以变为：e e q K n q q -+=φ2 于是 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+==e e h V KA n V n nqA Q 2236003600φ （9）当滤布的阻力可以忽略时，0=e V ，式（9）可以变为：n K A Q h φ3600= （10）式（9说明：则例题2如下：。

机0.760m 3。

（1（2（3解（2洗涤速率为最终过滤速率的1/4。

洗涤水量为：95.01.0==F W V V洗涤时间()s d dV V W W 13921073.295.0*4/43=⨯==-终了θθ （3）操作周期为：s R W F C 5.5606139260*405.1814=++=++=θθθθ生产能力：小时滤液/1.6/36003m V Q C F ==θ；小时滤饼/488.008.01.6'3m c Q Q =⨯=⋅=。