非均相物系的分离过滤优.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,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,*,非均相物系的分离过滤,一、概述,1.,过滤的基本概念,2.,过滤过程,二、过滤过程的计算,1.,流体通过颗粒层的模型,2.,过滤速率方程,3.,过滤常数的确定,三、本节小结,主要内容,作业,1,：习题,3-11,取,K,0,=5.0,作业,2,：见最后一页,PPT,一,.,概述,过滤过程在化工中的应用：除杂质、得到产品。,水平真空带式过滤机,板框式压滤机,1.,过滤过程的基本概念,滤浆：,过滤操作中所处理的悬浮液；,滤液：,通过多孔介质的液体；,滤渣（滤饼）：,被截留住的固体物质；,不可压缩滤饼、可压缩滤饼,过滤介质：,滤饼的支承物。,滤浆,滤饼,过滤介质,滤液,2.,过滤过程,2.1,固液分离过程,深层过滤：固体量,1%,深层过滤,1,）过滤介质，,是滤饼的支承物，应具有下列条件：,a),多孔性,孔道适当小,对流体的阻力小,又能截住要分离的颗粒,;,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。,2.2,影响过滤的因素,过滤方式,推动力：重力、离心力或,压力差。,2,）过滤推动力,（重力、压力差或离心力），相对于气体介质，液体介质的阻力大大增加，因此仅靠重力和离心力已经不足以分离大量的液固混合物。,二、过滤过程的计算,（,非稳态过程,）,3,）助滤剂，,防止滤渣堆积过于密实，提高滤液过滤效率的物质，一般为粒径不一的惰性材料构成。常用助滤剂：硅藻土、珍珠岩、木炭、石棉粉。,过滤速率,过滤速度,单位时间通过单位过滤面积的滤液体积,定义,表达式,单位时间获得的滤液体积称为过滤速率,1.,流体通过颗粒层的模型,1.1.,简化物理模型,将流体流过颗粒层间不规则通道中的流动压降问题简化为一组当量的平行恒截面直管。,1,）当量长度为,L,e,(,与实际颗粒层的流动阻力相当,),；,2,）总内表面积等于颗粒层所有颗粒的表面积之和；,3,）总流动空间等于颗粒层的所有空隙容积之和。,2,）当量直径为：,则表观速度,u,和真实速度,u,之间的关系为：,定义床层空隙率,为：,1,）表观速度和真实流速,1.2,数学模型,滤液通过饼层的流动常属于层（滞）流流型：,以,1 m,3,颗粒床层为例，有：,a,为颗粒的体积比表面积,令 则：,3,）过滤速度表达式,过滤速度方程,令,l,=K,0,L,，将,u,、,de,代入 得：,4,）直管组的压力降,依,Fanning,公式，有：,将,d,e,、,u,代入上式得：,r,称为滤饼的比阻，为与滤饼的结构有关的常数，,s,称为压缩指数，当滤饼不可压缩时，,s,0,；当滤饼可压缩时，,s=0.2,0.8,。,其中，,K,称为,Kozeny,常数，一般,K=5.0,；,Re,为流体在颗粒层空隙的雷诺数。,式中,=L,e,/8L,研究表明，在低雷诺数下，有：,2.,过滤速率方程,滤饼的厚度,L,可以通过物料衡算求得：,因此，有：,实际过滤过程，可以分为两个过程：滤饼过滤过程和介质过滤过程。,2.1,微分式,对于滤饼过滤过程，有：,对于介质过滤过程，可把过滤阻力表示为滤液,q,e,通过当量滤饼厚度所产生的阻力，即令,L,e,=cV,e,/A,，则有：,依据等比定理，有：,或者,令：,称过滤常数，,m,2,/s,。,得到过滤过程的微分方程：,2.2,积分式,1),恒压过滤过程,此时，,，对微分式分离变量，并积分，有：,或者,或者,为了计算方便，有时候把积分变量分别改为：,于是有：,或者,当介质阻力可以忽略时，有：,3）助滤剂，防止滤渣堆积过于密实，提高滤液过滤效率的物质，一般为粒径不一的惰性材料构成。,作业2 用板框压滤机过滤某悬浮液，框的长、宽各为450 mm，共10个框。,b)物理化学性质稳定，耐热，耐化学腐蚀;,滤液通过饼层的流动常属于层（滞）流流型：,75 m3，所得滤饼含水25%(质量)，CaCO3和MgCO3固体的平均密度可取2000 kg/m3。,二、改造方案生产能力：,3）总流动空间等于颗粒层的所有空隙容积之和。,实际过滤过程，可以分为两个过程：滤饼过滤过程和介质过滤过程。,2)洗涤时间 W 的计算,滤浆：过滤操作中所处理的悬浮液；,流体通过颗粒层的模型,依Fanning 公式，有：,滤饼过滤：固体量1%,39m3，增稠液体含固体90%：,充满滤框的V浆=38.,1）当量长度为Le(与实际颗粒层的流动阻力相当)；,然后在直角坐标纸上以/q为纵坐标，以q为横坐标进行标绘，可得到一斜率为2/K，截距为2qe/K的直线。,2),恒速,过滤过程,或者,例题：,某氧化镁厂在生产过程中生成含,CaCO,3,和,MgCO,3,固体的悬浮液。其中固体,含量为,20 g/L,，溶液为,Mg(HCO,3,),2,稀溶液，因为溶液很稀，其物性可按水考虑。现用板框压滤机进行压滤。板框尺寸为,长,0.8 m,，宽为,0.8 m,，厚为,0.1 m,，共,10,个框,。用,3B57A,型离心泵输送加压，在过滤期间,平均压差为,0.45 MPa,，操作为,恒压过滤,，过滤,1 h,得滤液,26.24 m,3,，经,2 h,滤饼充满滤框得滤液,37.75 m,3,，所得,滤饼含水,25%(,质量,),，,CaCO,3,和,MgCO,3,固体的平均密度可取,2000 kg/m,3,。滤饼不进行洗涤，卸饼、拆装等,辅助时间为,0.5 h,。为了提高板框压滤机的生产能力，减少过滤所需的能耗，建议采用以下方案：先将悬浮液进行澄清，得到澄清液和增稠液。澄清液只含微量固体,(,可按无固体考虑,),，,增稠液含固体,10%(,质量,),，再将澄清液进行过滤，然后过滤增稠液，试估算此方案可使板框压滤机的生产能力提高多少？,(,假设：改进方案操作时，平均操作压力、温度、滤饼含水量等均与原操作情况相同，滤饼不可压缩。,),一、原生产能力：,解：,A,0.80.8102,12.8 m,2,充满滤框,V,饼,0.80.8100.1=0.64 m,3,1,=1 h V,1,=26.24m,3,2,=2 h V,2,=37.75 m,3,(,充满滤框，,V,浆,38.39 m,3,）,可以解出：,以固相为基准对增稠液体进行衡算：,充满滤框的,V,浆,=38.39m,3,，增稠液体含固体,90%,：,二、改造方案生产能力：,1,、求,V,稀,，,V,稠,求,K,：,2,、求,稀,以介质阻力为主的等速过滤,3,、求,稠,利用 计算,4,、求,Q,求,q,e,求,稠,2.3,过滤常数,q,e,和,K,的确定,1,.,恒压下,K,、,q,e,、,e,的测定,对于一定恒压下过滤的悬浮液，测出延续的时间及滤液的累计量,q,（,按单位面积计）的数据，然后算出一系列的,与,q,的对应值。,由恒压过滤方程,微分,实验原理：,然后在直角坐标纸上以,/q,为纵坐标，以,q,为横坐标进行标绘，可得到一斜率为,2/,K,，,截距为,2,q,e,/K,的直线,。,求得：,由：,q,q,/,q,0,0,0,0,1,q,1,1,q,1,1,/q,1,2,q,2,2,-,1,q,2,-q,1,(,2,-,1,)/(q,2,-q,1,),3,q,3,3,-,2,q,3,-q,2,(,3,-,2,)/(q,3,-q,2,),由实验测得的,K,值，可进一步确定滤饼比阻的值,r,，,0,0,.0030,0,.045,0.015,0.060,0.0075,0.0090,500,1000,1500,q,2、压缩性指数,s,的测定,lgK,与,lg,(,p),的关系在对数坐标纸上标绘时应是直线,直线的斜率为,1-,s,，,截距为,B,。由此可得到滤饼的压缩性指数,s,及物料特性常数,K,。,由,两端取对数，得,三、过滤计算,过滤计算的依据：,（过滤速率方程）,1.,间歇过程,周期进行，每一周期包括：过滤、滤渣洗涤、辅助操作时间,V,h,:,生产能力，一周期中所得到的滤液量，,m,3,/h,恒压过滤计算式,恒速过滤计算式,或,或,1,）过滤时间,2),洗涤时间,W,的计算,对板框过滤机，一般采用横穿洗涤法，有：,F,可由速率方程求得,。,因此，有：,当洗涤水的粘度、压差与滤液相差较大时，有：,3),最优操作周期,忽略介质阻力，有：,且：,于是有：,令：,解得：,洗涤的总时间等于辅助时间时，压滤机的生产能力最由以上结论可以看出，当过滤与大。,对于一定恒压下过滤的悬浮液，测出延续的时间及滤液的累计量q（按单位面积计）的数据，然后算出一系列的与q的对应值。,75 m3，所得滤饼含水25%(质量)，CaCO3和MgCO3固体的平均密度可取2000 kg/m3。,其中固体含量为20 g/L，溶液为Mg(HCO3)2稀溶液，因为溶液很稀，其物性可按水考虑。,洗涤的总时间等于辅助时间时，压滤机的生产能力最由以上结论可以看出，当过滤与大。,则表观速度u和真实速度u之间的关系为：,3、求稠 利用 计算,当洗涤水的粘度、压差与滤液相差较大时，有：,了解流体通过颗粒床层压降的推导过程，掌握床层空隙率、比阻的概念；,式中=Le/8L,研究表明，在低雷诺数下，有：,3）助滤剂，防止滤渣堆积过于密实，提高滤液过滤效率的物质，一般为粒径不一的惰性材料构成。,恒压下K、qe、e的测定,一,.,掌握流体通过颗粒床层的特点，掌握过滤过程的特点；,二,.,了解流体通过颗粒床层压降的推导过程，掌握床层空隙率、比阻的概念；掌握比阻与压力之间的关系；,三,.,掌握恒速过滤速率方程，掌握计算相关常数的方法。,本节小结,作业,2,用板框压滤机过滤某悬浮液，框的长、宽各为,450 mm,，共,10,个框。过滤压力为,400 kPa,，不洗涤。此外，拆卸、重装等辅助实践共为,1200 s,。求其最大生产能力（,m,3,滤液,/h,）。已测得过滤常数,K=4.310,-7,m,2,/s,，,q,e,=0.004 m,3,/m,2,。,提示：恒压过滤过程，,q,e,0,。,