化工原理课件 天大版

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3.2 过滤分离原理及设备

3.2.1流体通过固定颗粒床层的流动

一、固体颗粒群的特性

——由大小不同的颗粒组成的集合体称为颗粒群。

1.颗粒群粒度分布

颗粒群的粒度组成情况即粒径分布。可用筛分分析法测定各种尺寸颗粒所占的分率。

2.颗粒的平均粒径1d x dpn

i 1i

piGx Gii

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二、固定颗粒床层的特性

1. 床层的空隙率ε

——床层中空隙体积占床层总体积的比率。

床层空隙体积床层体积 颗粒总体积 床层总体积床层总体积

影响因素:

a.颗粒粒径的均匀性：粒径越均匀，ε越大。

b.颗粒表面的光滑性：颗粒表面越光滑，ε越小。

c.颗粒的大小：颗粒粒径越大，ε越大。

d.非球形颗粒的球形度：球形度越小，ε越小。

e.床层的堆积方式：乱堆床层ε大。

f.床层的堆积速度：堆积越快，ε越大。

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2. 床层的平均自由截面积A

床——有效流动截面积在高度范围的平均值AL A空隙体积 AL A床层体积床A A床

3. 床层的比表面积

颗粒表面积颗粒体积 颗粒表面积颗粒体积a 床层体积床层体积b

床层体积 空隙体积 a 1 a床层体积

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4.床层流道的当量直径de

①将床层中的不规则通道简化为长度为le的一组平行细管。 ②细管的内表面积等于床层颗粒的全部表面积。

③细管的全部流动空间等于床层的空隙体积。

4 流道截面积4 流道截面积 ld 润湿周边润湿周边 le

ee

4 床层的流动空间4 床层空隙总体积 细管的全部内表面积床层颗粒总表面积

4 床层总体积4 床层颗粒总表面积

床层总体积

4 4 1 aab

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5.颗粒的密度

颗粒的真密度：当不包括颗粒之间的空隙时，单位颗粒群体积内颗粒的质量，kg/m3。

堆积密度（表观密度）：当包括颗粒之间的空隙时，单位颗粒群体积内颗粒的质量，kg/m3。

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三、流体通过固体颗粒床层（固定床）的压力降 由于构成滤饼的固体颗粒通常很小，颗粒间空隙十分细微，液体流速教低，故流动常为粘性力控制。

32 lu由 p d2d( p)得u 32 l2

仿照上式可写出滤液通过饼层的流速与压强降的关系为：

d( p)u l

VVS u u1 AA 2ec1SuAuuuu A AAh

AAh1

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将ud d( p)u 2

ecu1 e(1 )a代入1

3

整理得：u 1 pc

K a2(1 )2 L

比例常数K′与滤饼的空隙率，离子形式、排列及粒

度范围有关，对于颗粒床层中的滞流, K′取5

u 3 pc

5a2(1 )2( L) l

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3.2.2、过滤操作的原理

过滤的概念

利用能让液体通过而截留固体颗粒的多孔介质（过滤介质），使悬浮液中固液得到分离的单元操作。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

实现过滤操作的外力有重力、压力、离心力，

化工中应用最多的是压力过滤。

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一、过滤方式1.滤饼过滤固体颗粒成饼层状沉积于过滤介质表面，

形成滤饼

适用于处理固相含量稍高（固相体积分

率在1%以上）的悬浮液。

过滤2.深层过滤固体颗粒的沉积发生在较厚的粒状过滤

介质床层内部，悬浮液中的颗粒直径小于

床层直径，当颗粒随流体在床层的曲折孔

边穿过时，便粘附在过滤介质上。

适用于悬浮液中颗粒甚小且含量甚微

（固相体积分率在0.1%以下）的场合

3.膜过滤

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二、过滤介质

过滤介质是滤饼的支承物，应具有下列条件：

a)多孔性，孔道适当的小，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

工业常用的过滤介质主要有

a)织物介质：又称滤布，包括有棉、毛、丝等天然纤维，玻璃丝和各种合成纤维制成的织物，以及金属丝织成的网能截留的粒径的范围较宽，从几十μm到1μm。

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优点：织物介质薄，阻力小，清洗与更新方便，价格比较便宜，是工业上应用最广泛的过滤介质。

b)多孔固体介质：如素烧陶瓷，烧结金属．塑料细粉粘成的多孔塑料，棉花饼等

这类介质较厚，孔道细，阻力大，能截留1～3μm的颗粒c)堆积介质：由各种固体颗粒（砂、木炭、石棉粉等）或非编织的纤维（玻璃棉等）堆积而成，层较厚。

d)多孔膜：由高分子材料制成，膜很薄（几十μm到200μm），孔很小，可以分离小到0.05μm的颗粒,应用多孔膜的过滤有超滤和微滤。

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三、滤饼的压缩性和助滤剂

不可压缩滤饼:颗粒有一定的刚性，所形成的滤饼并滤

不因所受的压力差而变形

饼可压缩滤饼:颗粒比较软，所形成的滤饼在压差的作

用下变形，使滤饼中的流动通道变小，

阻力增大。

加入助滤剂可减少可压缩滤饼的流动阻力

预涂用助滤剂配成 …… 此处隐藏：733字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……