化工单元操作--过滤概要

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,过滤,3,过滤,混合物,均相混合物：所需分离的物质在同一相中，不能用机械,的方法分离；,非均相混合物：具有一个以上的相，可以用机械的方,法分离。相界面两侧的物质性质不同。,固体,固体：固体混合物,固体,液体：悬浮液,固体,气体：含尘气体,液体,气体：含雾气体,液体,液体：乳浊液,非均相混合物,3.1 过滤Filteration,3.1.1 概述,过滤是在外力作用下，利用过滤介质使悬浮液中的液体通过，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固液分别的一种单元操作。过滤介质具有多孔构造，可以截留固体物质，而让液体通过；我们把待过滤的悬浮液成为滤浆Slurry，而过滤后分别出的固体称为滤渣或滤饼Filter cake，通过过滤介质的液体称为滤液Filtrate。,1过滤介质Filter medium：,过滤介质应具有以下特性：多孔性，足够的机械强度，尽可能小的流淌阻力，耐腐蚀性，耐热性，易于再生。,工业上常见的过滤介质：织物介质、积存介质、多孔固体介质、多孔膜。,3.1.1,概述,2过滤分类：,深层过滤Deep bed filteration,滤饼过滤Cake filteration,过滤介质,悬浮液,深层过滤,悬浮液,滤饼,过滤介质,滤液,滤饼过滤,3过滤推动力：,重力漏斗过滤、压力加压过滤或真空抽滤、离心力离心过滤。,4滤饼的可压缩性,5助滤剂,助滤剂本身就是一性能良好的过滤介质，是一种坚硬、不规章的小颗粒，它能形成构造疏松、空隙率大、不行压缩的滤饼，很大程度改善过滤难度。助滤剂使用方法主要有两种：混合、预涂。,3.1.1,概述,3.1.2,过滤设备,过滤设备按生产压差的方式不同分成两大类,:,压滤和吸滤 如叶滤机、板框压滤机，回转真空过滤机等；,离心过滤 如各种间歇卸渣和连卸渣离心机。,3.1.2,过滤设备,1板框压滤机Plate-and-frame type filter press,构造与工作原理,3.1.2,过滤设备,3.1.2,过滤设备,流程,装合、过滤、洗涤、卸渣、整理，,3.1.2,过滤设备,特点,优点：构造简洁，过滤面积大100100mm1500 1500mm而占地省，过滤压力高可达1.5MPa，操作敏捷，便于用耐腐蚀材料制造，所得滤饼水分含量少，又能充分地洗涤。,缺点：间歇过滤，劳动强度大，适用于中小规模的生产及有特殊要求的场合。,横穿洗涤洗涤液的流通路径是过滤滤液流通路径的两倍，洗涤液的流通截面积为过滤滤液流通截面积的一半；故洗涤速率为过滤终了速率的四分之一。,3.1.2,过滤设备,2叶滤机Leaf filter,构造与工作原理：,3.1.2,过滤设备,流程,装合、过滤、洗涤、卸渣、整理,特点,优点：间歇过滤，单位地面所容纳的过滤面积大，洗涤充分，生产力量比压滤机大，机械化程度高，劳动力省，密闭过滤，操作环境较好。,缺点：构造简单，造价高，滤饼中粒度差异较大的颗粒可能分别积聚于不同的高度，使洗涤不均匀。,置换洗涤洗涤液的流通路径与过滤滤液流通路径一样，洗涤液的流通截面积与过滤滤液流通截面积相等；洗涤速率与过滤终了速率相等。,3转筒真空过滤机Rotary vacuum drum filter,构造与工作原理：,3.1.2,过滤设备,3.1.2,过滤设备,3.1.2,过滤设备,流程,过滤、洗涤、吸干、吹松、卸渣,特点,优点：操作连续、自动,缺点：设备体积浩大，过滤面积相对较小，过滤、洗涤推动力小，洗涤不充分，适用于处理量大而简洁过滤的悬浮液分别。,洗涤方式为置换洗涤。,3.1.3 过滤根本理论,3.1.3.1 滤饼层特性,1滤饼层空隙率,空隙率反映了滤饼层中固体颗粒的积存密度；，颗粒积存严密，同样流量下，阻力；，颗粒积存疏松，同样流量下，阻力。,3.1.3 过滤根本理论,2滤饼自由截面积分率A0,D,d,L,将滤饼层转化为如下图的圆环柱，依据空隙率和自由截面积分率的定义，有：,3.1.3 过滤根本理论,3滤饼比外表积aB和颗粒比外表积 S0,3.1.3 过滤根本理论,3.1.3.2 滤液通过滤饼层的流淌,流淌阻力可用哈根泊谡叶方程表示：,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。,3.1.3 过滤根本理论,将以上关系代入哈根,泊谡叶方程：,滤饼两侧,的压力差,滤饼的比阻,（,Lewis Specific filtration resistance,）,3.1.3 过滤根本理论,滤饼的空隙率，r，所以对可压缩滤饼推动力不同时，比阻也不同；由于滤液流过滤饼而对滤饼中的颗粒产生向前的压缩力压紧力，使得滤饼外表空隙率较大，而内部的空隙率较小，阻力较大；因此空隙率、比阻不仅与过滤推动力有关，还与滤饼层的位置有关，它们在滤饼中的不同位置分布是不均匀的。且上式过滤速率只考虑了滤饼的过滤阻力，还未考虑过滤介质的过滤阻力。,3.1.3 过滤根本理论,3.1.3.3 过滤根本方程式,1可压缩滤饼,当量滤液量，,m,3,同理,当量滤饼层厚度，,m,压缩性指数,3.1.3 过滤根本理论,（,2,）不可压缩滤饼,S,=0,比阻的另一种表达方法,定义：,无论如何定义，过滤的阻力是不变的，所以：,即,比阻（,Ruth Specific filtration resistance,），,m/kg,3.1.3 过滤根本理论,3.1.3.4 恒压过滤Constant pressure filtration,假设在过滤过程中保持过滤推动力恒定，那么在过滤初始阶段，滤饼还未形成时，过滤阻力小，过滤速率大，随着过滤的进展，滤饼厚度不断增大，过滤阻力增大，过滤速率下降；这种过滤方式为恒压过滤。,假设要保证过滤过程的过滤速率恒定，那么在过滤过程中应不断提高过滤的推动力，这种操作方式为恒速过滤Constant rate filtration。,假设过滤过程中压力和速率均无法恒定则为变压变速过滤。,恒压过滤如线1所示，压力恒定，速率不断下降；,恒速过滤如线2所示，速率恒定，过滤压力不断提高；,线5为系统阻力，包括过滤系统管道阻力和滤饼阻力；,变压变速过滤，当管道阻力滤饼阻力时，则变压变速过滤趋向于恒压过滤，如线3所示；当管道阻力滤饼阻力时，则过滤压力和过滤速率变化明显，如线4所示。,（,3,）,（,4,）,（,5,）,（,2,）,（,1,）,压力,速率,3.1.3 过滤根本理论,在工业应用实际中承受哪种操作方式？恒压？恒速？先恒速后恒压？先恒压后恒速？,3.1.3 过滤根本理论,令,，,k,与滤液性质、悬浮液浓度、温度等有关,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；对肯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，那么过滤根本方程为：,3.1.3 过滤根本理论,e为过滤得到滤液量所花的时间，它与Ve一样是虚拟量反映过滤介质阻力的大小，积分上式,3.1.3 过滤根本理论,当过滤介质阻力与滤饼阻力相比较小可以无视，Le=0、Ve=0、e=0时，,令,单位过滤面积上所得到的滤液量，,m,3,/m,2,；,过滤介质阻力不可忽略,过滤介质阻力可忽略,3.1.3 过滤根本理论,3.1.3.5 过滤参数的测定,1过滤常数Filtration constant的测定,过滤常数与过滤体系、操作条件有关，通常由恒压过滤试验测定；其测定方法主要有两种。,微分法：,用,近似代替,3.1.3 过滤根本理论,3.1.3 过滤根本理论,积分法：,3.1.3 过滤根本理论,留意：,在试验测定过程中微分法测定的是肯定时间段内时间、滤液量的变化量，而积分法是测定试验过程中某时刻滤液的总量；微分法在理论上做了近似不如积分法准确；,在试验过程中要保证最终得到的关系线为直线，也就是过滤常数恒定，必需留意哪些问题？,保证、r、c、s、p等参数即悬浮液体系、温度、浓度、过滤方式、过滤介质、过滤压力等在过滤过程中维持恒定；,过滤常数是在肯定过滤压力下测定的，它能否用于其他过滤压力的计算呢？,3.1.3 过滤根本理论,若比阻,r,与参数,c,没有变化则,若为不可压缩滤饼则,滤饼多具有可压缩性，且试验条件往往与实际操作条件不同如悬浮液的浓度、温度、压力等等，所以要将试验测定的过滤常数应用于实际生产，必需利用以上各式进展校正；但校正前必需确定压缩性指数s。,3.1.3 过滤根本理论,2压缩性指数Compressibility coefficient的测定,3.1.3 过滤根本理论,例 拟用一板框压滤机在3kgf/cm2压强下过滤某悬浮液，过滤常数为710-5m2/s，qe=0.015 m3/m2，现要求每一操作周期得到10m3滤液，过滤时间为0.5h，滤饼不行压缩，且滤饼与滤液体积比c=0.03 m3/m3，求：,1需要多大过滤面积；,2假设操作压力提高至6 kgf/cm2，现有一台板框压滤机，每个框的尺寸为635 635 25mm，要求每个过滤周期得到的滤液量仍为10m3，过滤时间不超过0.5h，至少需要多少个滤框才能满足要求。,3.1.3 过滤根本理论,3.1.3.6 洗涤速率和洗涤时间,1洗涤速率,洗涤速率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，故洗涤过程的阻力不变，洗涤速率为常数。,3.1.3 过滤根本理论,连续过滤机和叶滤机,此类过滤机的洗涤方式是置换洗涤，其特点是：,当过滤滤液粘度与洗涤液粘度相等 ，过滤终了压力与洗涤压力相等时 ，洗涤速率与过滤终了速率相等：,3.1.3 过滤根本理论,板框过滤机,此类过滤机承受横穿洗涤方式，其特点是：,同样比较过滤终了速率和洗涤速率，当过滤滤液粘度与洗涤液粘度相等W=E，过滤终了压力与洗涤压力相等pW=p E时，洗涤速率为过滤终了速率的四分之一：,3.1.3 过滤根本理论,2洗涤时间,为了相互区分，过滤时间用F表示，洗涤时间用W、帮助时间用R表示。洗涤时间为：,式中,V,W,为洗涤液的用量，,m,3,；置换洗涤和横穿洗涤速率可合并写成：,置换洗涤,=1,横穿洗涤,=1/4,3.1.3 过滤根本理论,争论：,当过滤介质阻力可以无视时,洗涤速率与洗涤时间计算中置换洗涤=1，横穿洗涤=1/4的成立条件？,W=E，pW=pE；,假设W E，pW pE，则W如何计算？,3.1.3 过滤根本理论,例 用板框压滤机过滤某悬浮液，该过滤机共有12个框，框边长300mm，厚25mm，在过滤开头3min内恒速过滤，当压力上升到392kPa表压后恒压操作，又经过15min滤框被布满，然后在343kPa表压下洗涤10min，求：在每个操作周期内1收集到的滤液量；2洗涤液用量。,此悬浮液曾在一过滤面积为0.05m2的真空叶滤机内