1、第二节 流体通过颗粒层的流动 过滤简介一 概述 1 流体通过颗粒层过程的特征 1）在液固混合液的过滤过程中，含有悬浮固体颗粒的悬浮液(滤浆)流过由其本身颗粒构成的颗粒床层； 2）在固定床催化反应器中，单一流体(气体或液体)流过催化剂颗粒层并发生化学反应。,2,这些过程的分析与描述都与流体通过颗粒床层的过程特征流动压降(阻力损失)有关。 流体流过颗粒层的阻力是床层中所有颗粒拽力的合力。,3,2 过滤过程及其特点 过滤是在外力作用下， 使悬浮液中的液体通过某种多孔物质的孔道，而固体颗粒被截留在多孔物质上，实现固、液分离的操作。,4,1）过滤方式（1） 饼层过滤 过滤过程中在过滤介质表面形成固体颗粒
2、的滤饼层，这种过滤操作称为饼层过滤。,5,（2） 深床过滤 若以细小坚硬的固体颗粒堆积生成的固定床作为过滤介质，将悬浮于液体中的固体颗粒截留在床层内部且过滤介质表面不生成滤饼的过滤称为深层过滤。深层过滤适用于悬浮液中固体颗粒的体积百分数小于0.1%且固体颗粒粒径较小的场合。,6,（3）动态过滤 饼层过滤中，饼层不断增厚，阻力亦不断增加，在推动力（如压强差）保持不变时则过滤速率会不断变小。为了在过滤过程中限制滤饼的增厚，Tiller提出了被称为动态过滤的新过滤方式。动态过滤可描述为料浆沿过滤介质表面作高速流动，使得滤饼在剪切力的作用下不会增厚，这样就可维持较高的过滤能力。如图所示。,7,2）过滤
3、介质 过滤介质是滤饼的支承物，工业上常用的过滤介质主要有下面三类： 织物介质（滤布） 包括由棉、毛、丝、麻等天然纤维及合成纤维制成的织物，以及由玻璃丝、金属丝等织成的网。 堆积介质 由各种固体颗粒（细砂、木炭、石棉、硅藻土）或非编织纤维等堆积而成，多用于深床过滤中。多孔固体介质 是具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶瓷、多孔塑料及多孔金属制成的管或板，能截拦1-3m的微细颗粒。,8,3）助滤剂 将某种质地坚硬而能形成疏松饼层的另一种固体颗粒混入悬浮液或预涂于过滤介质上，以形成疏松饼层，使滤液畅流，减少可压缩滤饼的流动阻力。这种预混或预涂的粒状物质称为助滤剂。 通常可采用：预涂法过滤前把助滤剂涂
4、在过滤介质上，防止胶状粒子堵住过滤介质；混合法把助滤剂混于滤浆中，以增加滤饼的孔隙率，减少滤饼阻力。,3 过滤速率基本方程式,过滤速率基本方程式表达过滤速率与各影响因素之间的关系。过滤过程中，流体受到的阻力有滤饼的阻力和过滤介质的阻力。研究中将过滤过程简化为相当于某一直径的管道中的流体的流动。将过滤介质的阻力相当于一定厚度的滤饼的阻力。,9,10,式中： dV/d过滤速率，单位时间获得的滤液量，m3/s A过滤面积，m2 p滤饼压强差，Pa s滤饼的压缩性指数，无因次 r单位压差下滤饼的比阻，1/m2 v滤饼体积与相应的滤液体积之比，无因次 Ve 过滤介质的当量滤液体积，m3,过滤速率基本方程
5、式表达为,11,可压缩滤饼的比阻是压强差的函数。 压强差增大时比阻的变化可用下面的经验公式估算，即：,r 单位压强差下滤饼的比阻，1/m2； p过滤压强差，Pa； s滤饼的压缩性指数，无因次。一般情况下， s=0-1。对于不可压缩滤饼, s=0。 如硅藻土的s=0.01，碳酸钙s=0.19，高岭土s=0.33。,式中：,12,过滤设备,工业上使用的典型过滤设备：,按操作方式分类：间歇过滤机、连续过滤机,按操作压强差分类：压滤、吸滤和离心过滤,板框压滤机（间歇操作）转筒真空过滤机（连续操作）过滤式离心机,13,1 板框压滤机,结构：滤板、滤框、夹紧机构、机架等组成。,滤板：凹凸不平的表面，凸部用
6、来支撑滤布，凹槽是滤液的通道。滤板右上角的圆孔，是滤浆通道；左上角的圆孔，是洗水通道。,洗涤板：左上角的洗水通道与两侧表面的凹槽相通， 使洗水流进凹槽；非洗涤板：洗水通道与两侧表面的凹槽不相通。,14,为了避免这两种板和框的安装次序有错，在铸造时常在板与框的外侧面分别铸有一个、两个或三个小钮。非洗涤板为一钮板，框带两个钮，洗涤板为三钮板。,15,17,板框过滤机的操作是间歇式的，每个操作循环由装合、过滤、洗涤、卸渣、整理五个阶段。,过滤过程,1)装合： 将板与框按 1-2-3-2-1-2-3的顺序，滤板的两侧表面放上滤布，然后用手动的或机动的压紧装置固定，使板与框紧密接触。,2)过滤： 用泵把
7、滤浆送进右上角的滤浆通道，由通道流进每个滤框里。滤液穿过滤布沿滤板的凹槽流至每个滤板下角的阀门排出。固体颗粒积存在滤框内形成滤饼，直到框内充满滤饼为止。,18,3)洗涤： 将洗水送入洗水通道，经洗涤板左上角的洗水进口，进入板的两侧表面的凹槽中。然后，洗水横穿滤布和滤饼，最后由非洗涤板下角的滤液出口排出。在此阶段中，洗涤板下角的滤液出口阀门关闭。,4)卸渣、整理 打开板框，卸出滤饼，洗涤滤布及板、框。,19,结构简单，价格低廉，占地面积小，过滤面积大。可根据需要增减滤板的数量，调节过滤能力。对物料的适应能力较强，由于操作压力较高（310kg/cm2）对颗粒细小而液体粘度较大的滤浆，也能适用。间歇
8、操作，生产能力低，卸渣清洗和组装阶段需用人力操作，劳动强度大，所以它只适用于小规模生产。近年出现了各种自动操作的板框压滤机，使劳动强度得到减轻。,板框压滤机的特点：,20,2 转筒真空过滤机,结构：,转筒，扇形格(18格)； 滤室；分配头；动盘(18个孔，分别与扇形格的18个通道相连)；定盘(三个凹槽：滤液真空凹槽、洗水真空凹槽、压缩空气凹槽，分别将动盘的18个孔道分成三个通道)；金属网；滤布；滤浆槽。,21,转筒及分配头的结构,18格分成6个工作区1区(17格)：过滤区；2区(810格)：滤液吸干区；3区(1213格)：洗涤区；4区(14格)：洗后吸干区；5区(16格)：吹松卸渣区；6区(1
9、7格)：滤布再生区。,过滤区(12区)，f 槽; 洗涤区(34区)，g槽 ;干燥卸渣区(56区)，h 槽;,f 槽,h 槽,g 槽,23,自动连续操作；适用于处理量大，固体颗粒含量较多的滤浆；真空下操作，其过滤推动力较低(最高只有1atm)，对于滤饼阻力较大的物料适应能力较差。,转筒旋转时，由于分配头的作用，能使转筒旋转一周的过程中，每个小过滤室可依次进行过滤、洗涤、吸干、吹松卸渣等操作。,整个转筒圆周在任何瞬间都划分为:,特点：,工作过程,过滤区;洗涤区;干燥卸渣区。,24,3 离心过滤机（centrifugal filter）,结构：,1.悬筐式离心机(suspended-basket centrifuge),转鼓(上有小孔，亦称悬框)；滤网；滤布；机架。,原理：,由于离心力作用，液体产生径向压差，通过滤饼、滤网及滤筐而流出。,4 加压叶滤机,
