食品工程原理—过滤课件

返回3.2 过滤过滤3.2.1 过滤基本原理过滤基本原理3.2.2 过滤设备过滤设备3.2.3 过滤基本理论过滤基本理论3.2.4 过滤计算过滤计算返回返回3.2 过滤3.2.1 过滤基本原理返回返回一、一、过滤过滤固液混合，外力驱动，多孔介质，颗粒截留，液体通过固液混合，外力驱动，多孔介质，颗粒截留，液体通过3.2.1 过滤基本原理过滤基本原理一、过滤固液混合，外力驱动，多孔介质，颗粒截留，液体通过3返回说明：说明：名词：过滤介质；滤浆；滤渣名词：过滤介质；滤浆；滤渣(饼饼)；滤液；滤液过程推动力：重力；压力过程推动力：重力；压力(差差)；离心力；离心力 滤饼过滤与深层过滤滤饼过滤与深层过滤操作目的：固体或清净的液体操作目的：固体或清净的液体 洗涤洗涤回收滤饼中残存的滤液或除去其杂质回收滤饼中残存的滤液或除去其杂质二、二、过滤介质过滤介质支撑滤饼或截留颗粒，通过滤液支撑滤饼或截留颗粒，通过滤液说明：名词：过滤介质；滤浆；滤渣(饼)；滤液过程推动力：返回要求流动阻力小，机械强度高要求流动阻力小，机械强度高织物介质织物介质滤布滤布(织物、网织物、网)，5 56565 m m，工业应用广，工业应用广泛泛堆积介质堆积介质固体颗粒或纤维等堆积，固体颗粒或纤维等堆积，深层过滤深层过滤 多孔固体介质：具有微细孔道的固体，多孔固体介质：具有微细孔道的固体，1 13 3 m m多孔膜：有机膜、无机膜，多孔膜：有机膜、无机膜，1 1 m m以下以下 三、三、滤饼的可压缩性和助滤剂滤饼的可压缩性和助滤剂 滤饼受压滤饼受压，流动阻力，流动阻力 助滤剂助滤剂加入，使滤饼疏松而坚硬加入，使滤饼疏松而坚硬要求流动阻力小，机械强度高织物介质滤布(织物、网)，5返回3.2.2 过滤设备过滤设备一、一、板框过滤机板框过滤机 1.结构与工作原理结构与工作原理 3.2.2 过滤设备一、板框过滤机 1.结构与工作返回食品工程原理过滤课件返回1-1-非洗涤板；非洗涤板；2-2-框；框；3-3-洗涤板；洗涤板；四角均开孔四角均开孔组装组装:1-2-3-2-1-2-3-2-1-2-3-2-1:1-2-3-2-1-2-3-2-1-2-3-2-1滤布滤布框的两侧框的两侧滤浆由总管入框滤浆由总管入框 框内形成滤饼框内形成滤饼 滤液穿过饼和布滤液穿过饼和布经每板上旋塞排出经每板上旋塞排出(明流明流)从板流出的滤液汇集于某总管排出从板流出的滤液汇集于某总管排出(暗流暗流)2.工作过程工作过程1-非洗涤板；2-框；3-洗涤板；四角均开孔组装:1-2-返回横穿洗涤：横穿洗涤：洗涤液由总管入板洗涤液由总管入板 滤布滤布 滤饼滤饼 滤布滤布非洗涤板非洗涤板 排出排出洗涤面洗涤面=(1/2)(1/2)过滤面积过滤面积洗涤液行程与滤液相同。洗涤面洗涤液行程与滤液相同。洗涤面=过滤面过滤面置换洗涤：置换洗涤：说明说明间歇操作间歇操作过滤、洗涤、卸渣、整理、装合过滤、洗涤、卸渣、整理、装合主要优缺点主要优缺点二、二、叶滤机叶滤机 横穿洗涤：洗涤液由总管入板滤布滤饼滤布非洗涤板排出返回食品工程原理过滤课件返回三、三、转筒过滤机转筒过滤机 1 1.结构与工作原理结构与工作原理 三、转筒过滤机 1.结构与工作原理 返回水平转筒分为若干段，滤布蒙于侧壁水平转筒分为若干段，滤布蒙于侧壁段段管管分配头转动盘分配头转动盘(多孔多孔)分配头固定盘分配头固定盘(凹槽凹槽2 2、凹槽、凹槽1 1、凹槽、凹槽3)3)三个通道的入口三个通道的入口滤液真空管滤液真空管洗水真空管洗水真空管 吹气管吹气管工作过程工作过程跟踪一段跟踪一段 当浸入滤浆中时，对应滤布当浸入滤浆中时，对应滤布对应管对应管转动盘孔转动盘孔凹槽凹槽2 2 滤液真空管滤液真空管 滤液通道滤液通道过滤过滤水平转筒分为若干段，滤布蒙于侧壁段管分配头转动盘(多孔)返回当位于水喷头下，对应滤饼、滤布当位于水喷头下，对应滤饼、滤布对应管对应管 转动盘孔转动盘孔凹槽凹槽1 1 洗水真空管洗水真空管洗水通道洗水通道洗涤洗涤吹气管吹气管凹槽凹槽33转动盘孔转动盘孔 对应管对应管滤布滤布滤饼滤饼 压缩空气通道压缩空气通道吹松吹松 遇到刮刀遇到刮刀 卸渣卸渣两凹槽之间的空白处：没有通道两凹槽之间的空白处：没有通道 停工停工两区不两区不 致串通致串通 主要优缺点：主要优缺点：当位于水喷头下，对应滤饼、滤布对应管吹气管凹槽3返回3.2.3 过滤基本理论过滤基本理论 一、一、颗粒床层的物理模型与基本参数颗粒床层的物理模型与基本参数颗粒床层颗粒床层一组平行细管一组平行细管流体通道流体通道细管内表面细管内表面=床层颗粒的全部表面床层颗粒的全部表面细管的总体积细管的总体积=床层空隙体积床层空隙体积基本参数基本参数空隙率空隙率：床层的空隙体积：床层的空隙体积/床层的总体积床层的总体积比表面积比表面积S0：颗粒表面积：颗粒表面积/颗粒体积颗粒体积孔道孔道(细管细管)平均长度平均长度l：床层厚度，即床层厚度，即l=K0L3.2.3 过滤基本理论 一、颗粒床层的物理模型与基本参返回孔道孔道(细管细管)当量直径当量直径de：滤液流速滤液流速u1:孔道(细管)当量直径de：滤液流速u1:返回二、二、过滤速度及其表达过滤速度及其表达 1.定义定义A滤饼层总截面积；滤饼层总截面积；过滤时间；过滤时间；V滤液体积滤液体积说明说明u1与与u的关系的关系 2.过程推动力过程推动力 滤浆侧和滤液侧的压差滤浆侧和滤液侧的压差滤饼压降滤饼压降介质压降介质压降二、过滤速度及其表达 1.定义A滤饼层总截面积；过返回 3.p1的表达的表达Hagen-Poiseuille 方程方程4.滤饼层的阻力滤饼层的阻力 l(L)，如，如 p不变，则不变，则u 瞬时速度瞬时速度恒压降速，恒速升压恒压降速，恒速升压说明说明 3.p1的表达Hagen-Poiseuille 返回u=滤饼层推动力滤饼层推动力/滤饼层阻力。滤饼层阻力。滤饼阻力滤饼阻力与与滤饼层的性质、滤饼层的性质、L、滤液的滤液的 有关有关。说明说明5.过滤介质的阻力过滤介质的阻力近似：阻力近似：阻力相当相当厚度为厚度为Le的一层滤饼的一层滤饼6.总推动力与总阻力总推动力与总阻力其中其中滤饼的比阻滤饼的比阻u=滤饼层推动力/滤饼层阻力。说明5.过滤介质的阻力近似：返回 7.过滤速度的两种具体表达形式过滤速度的两种具体表达形式认为认为:AL=cV获取单位体积滤液所得滤饼体积获取单位体积滤液所得滤饼体积系数：系数：c=AL/VVe与与Le对应的滤液体积。不存在，虚拟量，对应的滤液体积。不存在，虚拟量，与与滤饼的性质有关滤饼的性质有关形式形式1 1 7.过滤速度的两种具体表达形式认为:AL=cV获取单位返回又认为：又认为：获取单位体积滤液所得滤饼质量获取单位体积滤液所得滤饼质量 与与滤浆浓度和颗粒性质有关滤浆浓度和颗粒性质有关系数：系数：仿照仿照可得可得形式形式2 2比较形式比较形式1 1与与2 2 可得可得又认为：获取单位体积滤液所得滤饼质量系数：仿照可得形式2比返回三、三、(恒压恒压)过滤方程式过滤方程式 积分形式积分形式1 1c、r、与时间无关与时间无关Ve、A、p常数常数过滤常数（过滤常数（m m2 2/s/s）三、(恒压)过滤方程式 积分形式1c、r、与时间无关Ve返回另一另一写法写法其中其中说明说明 过滤方程式过滤方程式V 的关系，抛物线的关系，抛物线关于过滤常数关于过滤常数K K和和qe滤饼滤饼的的(不不)可压缩性，可压缩性，K,qep的关系的关系平均平均r(r)p:另一写法其中说明 过滤方程式V的关系，抛物线关于返回其中其中r0(r0)为常数；为常数；不可压缩，不可压缩，s=0其中r0(r0)为常数；不可压缩，s=0返回对过滤方程进行微分对过滤方程进行微分微分用增量代替微分用增量代替连续测定连续测定，q算出一系列算出一系列 及对应及对应 q /qq作图，作图，直线斜率直线斜率=2/=2/K，截距截距=2qe/K原理二原理二过滤方程同除以过滤方程同除以Kq测量变量相同测量变量相同四、过滤常数的实验测定四、过滤常数的实验测定 原理一原理一对过滤方程进行微分微分用增量代替连续测定，q算出一系列返回/q q作图，作图，直线斜率直线斜率=1/K，截距截距=2qe/K讨论讨论实验条件必须与生产条件一致实验条件必须与生产条件一致过滤机设计过滤机设计在不同在不同p下测多个常数下测多个常数测出测出c或或c，一定一定p测出测出Kr；多次多次一组（一组（r,p）双对数坐标，直线斜率双对数坐标，直线斜率=s,截距截距=r0/q q作图，直线斜率=1/K，截距=2qe/K讨论返回 3.2.4 过滤计算过滤计算 一、间歇过滤机的计算一、间歇过滤机的计算 1 1.操作周期与生产能力操作周期与生产能力 操作周期总时间操作周期总时间总时间总时间过滤时间过滤时间洗涤时间洗涤时间卸渣、清理、装合卸渣、清理、装合 设计和操作计算要基于设计和操作计算要基于 C C生产能力：生产能力：一个操作周期中，单位时间内得到的滤一个操作周期中，单位时间内得到的滤 液或滤饼体积液或滤饼体积 3.2.4 过滤计算 一、间歇过滤机的计算 1.操作周返回已知已知K，qe，由过滤方程，由过滤方程，FVF Q 2.洗涤速率和洗涤时间洗涤速率和洗涤时间 一般认为：洗涤液量一般认为：洗涤液量 滤液量，即滤液量，即假定：假定：洗涤液洗涤液 与滤液相同；洗涤与滤液相同；洗涤p与过滤时相同与过滤时相同 洗涤速率：单位时间内通过滤饼层的洗涤液体积洗涤速率：单位时间内通过滤饼层的洗涤液体积m3滤液滤液/hm3滤液滤液/h已知K，qe，由过滤方程，FVF Q 2.洗涤速率和返回(1)(1)叶滤机的洗涤速率和洗涤时间叶滤机的洗涤速率和洗涤时间置换洗涤置换洗涤 洗涤速率恒定洗涤速率恒定滤饼厚度不变滤饼厚度不变(2)(2)板框压滤机的洗涤速度和洗涤时间板框压滤机的洗涤速度和洗涤时间横穿洗涤横穿洗涤 (1)叶滤机的洗涤速率和洗涤时间置换洗涤 洗涤速率恒定返回洗涤时间洗涤时间3.最佳操作周期最佳操作周期 在一个操作周期中在一个操作周期中 一般固定一般固定 F，V ，但上升幅度，但上升幅度，Q可能可能 F ，V V ，且下降幅度，且下降幅度，Q可能可能 洗涤时间3.最佳操作周期 在一个操作周期中 一般固定F返回存在一个最优的过滤时间，使存在一个最优的过滤时间，使Q最大。可以证明：最大。可以证明：如忽如忽略过滤介质阻力，则当略过滤介质阻力，则当 F+W=R时时，Q可达最大。可达最大。二、二、连续过滤机的计算连续过滤机的计算 1.操作周期与过滤时间操作周期与过滤时间 间歇过滤机：部分时间，全部面积间歇过滤机：部分时间，全部面积过滤过滤连续过滤机：部分面积，全部时间连续过滤机：部分面积，全部时间过滤过滤转筒过滤机，每秒转筒过滤机，每秒n周周，则则 C=1/n每圈用时每圈用时转筒表面浸入分数：转筒表面浸入分数：存在一个最优的过滤时间，使Q最大。可以证明：如忽略过滤介质阻返回一个周期中一个周期中全部面积全部面积经历过滤时间经历过滤时间部分面积，全部时间部分面积，全部时间全部面积，部分时间全部面积，部分时间 C CA 2.生产能力生产能力 一个周期中全部面积经历过滤时间部分面积，全部时间全部面积返回当滤布阻力可以忽略当滤布阻力可以忽略QA，n说明说明 ，过滤面积，过滤面积 ，其他面积，其他面积，操作不便，操作不便n，F ，L，难以卸渣，功率消耗，难以卸渣，功率消耗 当滤布阻力可以忽略QA，n说明，过滤面积，其他返回例题例题3-2 在试验装置中过滤钛白的水悬浮液，过滤压力为在试验装置中过滤钛白的水悬浮液，过滤压力为3kgf/cm2（表压），求得过滤常数如下：（表压），求得过滤常数如下：K=5 10-5m2/s，qe=0.01m3/m2。又。又测出滤渣体积与滤液体积之比测出滤渣体积与滤液体积之比c=0.08 m3/m3。现要用工业压滤机过。现要用工业压滤机过滤同样的料液，过滤压力及所用滤布亦与实验时相同。压滤机型号滤同样的料液，过滤压力及所用滤布亦与实验时相同。压滤机型号为为BMY33/810-45。这一型号设备滤框空处长与宽均为。这一型号设备滤框空处长与宽均为810mm，厚，厚度为度为45mm，共有，共有26个框，过滤面积为个框，过滤面积为33，框内总容量为，框内总容量为0.760m3。试计算：试计算：（1）过滤进行到框内全部充满滤渣所需要过滤时间；）过滤进行到框内全部充满滤渣所需要过滤时间；（2）过滤后用相当于滤液量）过滤后用相当于滤液量1/10的水进行横穿洗涤，求洗涤时间；的水进行横穿洗涤，求洗涤时间；（3）洗涤后卸渣、清理、装合等共需要）洗涤后卸渣、清理、装合等共需要40分钟，求每台压滤机的分钟，求每台压滤机的生产能力，分别以每小时平均可得多少滤渣计。生产能力，分别以每小时平均可得多少滤渣计。例题3-2 在试验装置中过滤钛白的水悬浮液，过滤压力为3k