广东石油化工学院化工原理广东石油化工学院化工原理过滤.ppt

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1、化工原理化工原理主讲教师：童汉清主讲教师：童汉清一、概述一、概述2 过滤过滤 过过滤滤是是以以某某种种多多孔孔物物质质为为介介质质，在在外外力力作作用用下下，使使悬悬浮浮液液中中的的液液体体通通过过介介质质的的孔孔道道，而而固固体体颗颗粒粒被被截截留留在在介介质质上上，从而实现固、液分离的操作。从而实现固、液分离的操作。1 1、过滤操作的基本概念、过滤操作的基本概念表面过滤时发生表面过滤时发生“架桥架桥”现象现象2、表面过滤和深床过滤、表面过滤和深床过滤（1）表面过滤）表面过滤 滤液流过过滤介质后，浆料中的固体颗粒呈饼滤液流过过滤介质后，浆料中的固体颗粒呈饼状沉积在过滤介质的上游。又称滤饼过滤

2、。状沉积在过滤介质的上游。又称滤饼过滤。表面过滤主要作用是液固分离表面过滤主要作用是液固分离（2）深床过滤）深床过滤 浆料中的固体颗粒沉积在较厚的过滤介质内部浆料中的固体颗粒沉积在较厚的过滤介质内部而不形成滤饼。而不形成滤饼。深床过滤主要目的是澄清深床过滤主要目的是澄清过滤介质应具有如下性质：过滤介质应具有如下性质：过过滤滤介介质质的的作作用用(滤滤饼饼过过滤滤)：促促使使滤滤饼饼的的形形成成，并支承滤饼。并支承滤饼。（1 1）多孔性，液体流过的阻力小；）多孔性，液体流过的阻力小；（2 2）有足够的强度；）有足够的强度；（3 3）耐腐蚀性和耐热性；）耐腐蚀性和耐热性；（4 4）孔道大小适当，能

3、发生架桥现象。）孔道大小适当，能发生架桥现象。3、工业上常用的过滤介质的种类、工业上常用的过滤介质的种类（1）织物介质）织物介质(又称滤布又称滤布)非金属滤布非金属滤布 由棉、毛、麻、丝等天然纤维及合成纤维制成的织物，由棉、毛、麻、丝等天然纤维及合成纤维制成的织物，以及玻璃丝、金属丝等织成的网。以及玻璃丝、金属丝等织成的网。金属滤布金属滤布（2 2）堆积介质（粒状介质）堆积介质（粒状介质）由由各各种种固固体体颗颗粒粒（细细砂砂、硅硅藻藻土土等等）堆堆积积而成，而成，多用于深床过滤。多用于深床过滤。（3 3）多孔固体介质）多孔固体介质 这类介质具有很多细微孔道，如多孔陶瓷、多孔塑料这类介质具有很

4、多细微孔道，如多孔陶瓷、多孔塑料等。多用于含少量细微颗粒的悬浮液，如白酒等的精滤。等。多用于含少量细微颗粒的悬浮液，如白酒等的精滤。不可压缩滤饼可压缩滤饼 当当滤滤饼饼两两侧侧的的压压强强差差增增大大时时，颗颗粒粒的的形形状状和和颗颗粒粒间间的的空空隙隙都都不不发发生生明明显显变变化化，单单位位厚厚度度床床层层的的流流动阻力可视为恒定，这类滤饼称为不可压缩滤饼。动阻力可视为恒定，这类滤饼称为不可压缩滤饼。当当滤滤饼饼两两侧侧的的压压强强差差增增大大时时，颗颗粒粒的的形形状状和和颗颗粒粒间间的的空空隙隙便便有有明明显显的的改改变变，单单位位厚厚度度饼饼层层的的流流动动阻阻力力随压强差增加而增大，

5、这种滤饼称为可压缩滤饼。随压强差增加而增大，这种滤饼称为可压缩滤饼。4、可压缩滤饼和不可压缩滤饼、可压缩滤饼和不可压缩滤饼1）助滤剂的种类：硅藻土；活性炭；石棉；锯屑等。）助滤剂的种类：硅藻土；活性炭；石棉；锯屑等。2）助助滤滤剂剂的的作作用用：防防止止过过滤滤介介质质孔孔道道阻阻塞塞，增增加加滤滤饼饼空隙率，提高过滤速度。空隙率，提高过滤速度。3）助滤剂的应用：滤液是产品而不需回收滤渣。）助滤剂的应用：滤液是产品而不需回收滤渣。对对于于可可压压缩缩滤滤饼饼，为为了了使使过过滤滤顺顺利利进进行行，可可以以将将质质地地坚坚硬硬而而能能形形成成疏疏松松滤滤饼饼的的另另一一种种固固体体颗颗粒粒混混入

6、入悬悬浮浮液液或或预预涂涂于于过过滤滤介介质质上上，以以形形成成疏疏松松饼饼层层，使使得滤液畅流，该种颗粒状物质就称为助滤剂。得滤液畅流，该种颗粒状物质就称为助滤剂。5、助滤剂、助滤剂 6、过滤种类、过滤种类1）常压过滤）常压过滤 过滤推动力为悬浮液液柱压差，小于过滤推动力为悬浮液液柱压差，小于5104 N/m2。2）加压过滤）加压过滤 过滤推动力源于悬浮液表面加压，小于过滤推动力源于悬浮液表面加压，小于5105 N/m2。3）真空过滤）真空过滤 过滤推动力源于过滤介质下方减压，小于过滤推动力源于过滤介质下方减压，小于5105N/m2。4）离心过滤）离心过滤 过滤推动力源于离心力。过滤推动力源

7、于离心力。7、过滤速度与过滤速率、过滤速度与过滤速率（1）过滤速度）过滤速度 定义：单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积。定义：单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积。单位：单位：m3/（m2s）（2）过滤速率）过滤速率 定义：单位时间内获得的总滤液量（体积）。定义：单位时间内获得的总滤液量（体积）。单位：单位：m3/s二、床层二、床层在多孔板架上堆积固体颗粒物料。在多孔板架上堆积固体颗粒物料。(1)分类分类 固定床固定床流体流速较低，颗粒层处静止状态，床层高度不变。流体流速较低，颗粒层处静止状态，床层高度不变。流化床流化床 流流体体流流速速较较低低，颗颗粒粒全全部部浮浮在在向向上上流流动动的的

8、流流体体中中做做随机的运动。床层高度随流体流速增加而升高。随机的运动。床层高度随流体流速增加而升高。稀相输送床稀相输送床 流流体体流流速速很很大大，流流化化床床上上界界面面消消失失。颗颗粒粒分分散散悬悬浮浮于流体中，被气体带走。于流体中，被气体带走。（2）固定床床层的特性固定床床层的特性 床层的空隙率床层的空隙率：床层中空隙的体积占床层总体积的比率。：床层中空隙的体积占床层总体积的比率。单位：单位：m3/m3 床层的空隙率床层的空隙率 的影响因素的影响因素a、颗粒粒径的均匀性。、颗粒粒径的均匀性。粒径越均匀，粒径越均匀，越大。越大。b、颗粒表面的光滑性。、颗粒表面的光滑性。颗粒表面越光滑，颗粒

9、表面越光滑，越小。越小。c、颗粒的大小。、颗粒的大小。颗粒粒径越大，颗粒粒径越大，越大。越大。d、非球形颗粒的球形度。、非球形颗粒的球形度。球形度越小，球形度越小，越小。越小。e、床层的堆积方式，、床层的堆积方式，乱堆床层乱堆床层 大。大。f、床层的堆积速度。、床层的堆积速度。堆积越快，堆积越快，越大。越大。床层的平均自由截面积床层的平均自由截面积A 流体流过床层截面时的有效流动截面积在高度流体流过床层截面时的有效流动截面积在高度范围的平均值。范围的平均值。床层的比表面积床层的比表面积S单位体积床层所具有的颗粒的表面积。单位体积床层所具有的颗粒的表面积。SP 为颗粒群的平均比表面积。为颗粒群的

10、平均比表面积。床层流道的当量直径床层流道的当量直径 de对床层流道作下列简化：对床层流道作下列简化：a、将床层中的不规则通道简化为长度为、将床层中的不规则通道简化为长度为Le的一组平行细管。的一组平行细管。b、细管的内表面积等于床层颗粒的全部表面积。、细管的内表面积等于床层颗粒的全部表面积。c、细管的全部流动空间等于床层的空隙体积。、细管的全部流动空间等于床层的空隙体积。流体在床层流道中的流速流体在床层流道中的流速 u 流体流过床层的压降流体流过床层的压降P 流体在管内作层流流动时的阻力压降由哈根流体在管内作层流流动时的阻力压降由哈根-泊谡叶公式：泊谡叶公式：则流体在滤饼层内流动的压降为则流体

11、在滤饼层内流动的压降为 设设则则三、过滤设备三、过滤设备 板框压滤机板框压滤机1、板框压滤机的构造、板框压滤机的构造 一钮：非洗涤板一钮：非洗涤板 二钮：框二钮：框 三钮：洗涤板三钮：洗涤板一钮：非洗涤板一钮：非洗涤板 二钮：框二钮：框 三钮：洗涤板三钮：洗涤板2、板框压滤机的操作流程、板框压滤机的操作流程（1 1）组装）组装 排序：排序：1 2 3 2 1 2 3 2 1 2 3 2 1 2 3 2 1S S手动压紧手动压紧；Y液压压紧；液压压紧；D电动压紧电动压紧（2）过滤）过滤 M型：型：明流式板框压滤机明流式板框压滤机A 型：型：暗流式板框压滤机暗流式板框压滤机过滤过滤滤液路径：半个框

12、厚、滤液路径：半个框厚、一层滤布一层滤布过滤面积：框内边长过滤面积：框内边长宽宽2 （3）洗涤）洗涤 贯穿洗涤法贯穿洗涤法洗水路径：洗水路径：整个框厚、两层滤布整个框厚、两层滤布过滤面积：过滤面积：框内边长框内边长宽宽1 过滤过滤滤液路径：半个框厚、一层滤液路径：半个框厚、一层 滤布滤布过滤面积：框内边长过滤面积：框内边长宽宽2 洗涤洗涤洗水路径：整个框厚、两层洗水路径：整个框厚、两层 滤布滤布过滤面积：框内边长过滤面积：框内边长宽宽1 若过滤推动力若过滤推动力=洗涤推动力洗涤推动力则有：洗涤面积则有：洗涤面积=过滤面积过滤面积/2 洗涤阻力洗涤阻力=2最终过滤阻力最终过滤阻力 洗涤速度洗涤速

13、度=最终过滤速度最终过滤速度/2 洗涤速率洗涤速率=最终过滤速率最终过滤速率/4 （4）卸渣整理）卸渣整理3、板框压滤机的特点、板框压滤机的特点优点：结构简单；造价低；过滤面积大；辅助设备优点：结构简单；造价低；过滤面积大；辅助设备少；动力消耗低。少；动力消耗低。过滤推动力一般为过滤推动力一般为31055105N/m2，最大可达，最大可达1106 N/m2。缺点：间歇操作；组装和卸渣需要繁重的体力劳动，缺点：间歇操作；组装和卸渣需要繁重的体力劳动，洗涤时间长；不易清洗；效率较低。洗涤时间长；不易清洗；效率较低。板框材料：铸铁；钢；铝；铜；木材；塑料等板框材料：铸铁；钢；铝；铜；木材；塑料等4、

14、板框压滤机的系列代号、板框压滤机的系列代号 BMS20/63525B：板框压滤机板框压滤机M：明流式明流式 （A表示暗流式）表示暗流式）S：手动压紧手动压紧20：过滤面积过滤面积20m2635：框内边边长：框内边边长 635mm25：框厚框厚25 mm 四、过滤计算四、过滤计算 1、过滤的基本方程过滤的基本方程 1）滤饼阻力滤饼阻力2）过滤介质阻力）过滤介质阻力 将过滤介质视为厚将过滤介质视为厚 le 的滤饼，由以上推导得的滤饼，由以上推导得所以，过滤总阻力为所以，过滤总阻力为 3）过滤的基本方程）过滤的基本方程2、恒压过滤、恒压过滤 3、恒压过滤的过滤常数及当量滤液量的测定、恒压过滤的过滤常

15、数及当量滤液量的测定例：在恒压下对某种滤浆进行过滤实验，测得如下数例：在恒压下对某种滤浆进行过滤实验，测得如下数据：据：滤液量（滤液量（m3）0.10 0.20 0.30 0.40过滤时间（过滤时间（s）38 115 228 380 已知过滤面积为已知过滤面积为1 m2，求过滤常数及当量滤液量。，求过滤常数及当量滤液量。4、洗涤时间、洗涤时间5、板框压滤机的生产能力、板框压滤机的生产能力例例：某某板板框框压压滤滤机机在在恒恒压压条条件件下下过过滤滤含含硅硅藻藻土土的的悬悬浮浮液液，过过滤滤机机的的滤滤框框内内边边尺尺寸寸为为81081025mm(长长宽宽厚厚)，共共有有40个个框框，已已知知过

16、过滤滤常常数数k=1104 m2/s，当当量量滤滤液液量量qe=0.01m3/m2，滤滤框框内内充充满满滤滤渣渣后后为为不不可可压压缩缩滤滤饼饼，其其空空隙隙率率为为0.01。滤滤浆浆的的浓浓度度为为100kg硅藻土硅藻土/m3滤液，硅藻土的比重为滤液，硅藻土的比重为2，试求：，试求：1）过滤到框中充满滤渣时所需的时间。）过滤到框中充满滤渣时所需的时间。2）过过滤滤后后用用滤滤液液量量的的1/10的的清清水水洗洗涤涤滤滤饼饼（贯贯穿穿洗洗涤涤法法），求求洗洗涤时间。涤时间。3）洗涤后，辅助时间共需）洗涤后，辅助时间共需20分钟，求该板框压滤机的生产能力。分钟，求该板框压滤机的生产能力。3.3.

17、6.2 加压叶滤机 l l构造：加压叶滤机是由若干不同宽度的长方形滤叶组装而成，滤叶由金属多孔板或金属网制成，内部l l具有空间，外部覆盖滤布，滤叶组装完毕后放入密闭圆筒内，见图。l l过滤：将滤浆用泵送入圆筒内，滤液穿过滤布进入滤叶中心空间，汇集至总管后排出；颗粒则沉积在滤布上形成滤饼，当积到一定厚度时停止进料过滤结束，滤饼厚度为535mm，视情况而定。l l洗涤：过滤完毕放尽筒内残存滤浆通入洗水，洗涤方法与过滤完全相同，称为置换洗涤法：l l洗涤路径与过滤终了路径相同l l洗涤面积与过滤终了面积相同l l洗涤后可用压缩空气反吹滤饼，然后打开圆筒上盖，抽出滤叶经旋转卸出滤饼，清洗后重新装入圆

18、筒中进行下一循环操作，因此亦为间歇过滤机。l l特点：设备紧凑，密闭操作，过滤洗涤效果好。过滤面积小，滤布损坏更换费时。3.3.6.3 转筒真空过滤机(连续过滤机连续过滤机)l l构造：主体为一转筒，转筒表面有一层金属网，网上覆盖滤布，筒的一部分浸入滤浆槽中，如图示。沿转筒的周边用隔板分成若干小过滤室，每室单独与转筒转动盘上的孔相通。转动盘与安装在支架上的固定盘之间的接触面，用弹簧力紧密配合，保持密封。固定盘表面上有三个长短不等的圆弧凹槽，一端与转动盘的小孔连接，另一端分别与滤液排出管(真空)、洗水排出管(真空)和压缩空气管相接。因此转动盘与固定盘的这种配合，使得转筒内的过滤小室分别依次与滤液排出管、洗液排出管和压缩空气管连通。一般将转动盘与固定盘合称为分配头。操作：l l藉分配头的作用，转筒旋转一周时各小室可依次进行过滤、洗涤、吸干、吹松、卸渣等项操作，而整个转筒上在任何时候都在不同的部位同时进行过滤、洗涤、吸干、卸渣的操作。固定盘上的三个圆弧凹槽之间留有一定距离，以防转筒上操作区域过渡时互相串通，刮刀固定在滤浆槽之上，与滤布相贴。