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1、第三章非均相分离第三次课本讲稿第一页，共十七页不不可可压压缩缩滤滤饼饼：若若颗颗粒粒由由不不易易变变形形的的坚坚硬硬固固体体组组成成，则则当当压压强强差差增增大大时时，滤滤饼饼的的结结构构不不发发生生明明显显变变化化，单单位位厚厚度度滤滤饼饼的的流流动动阻阻力力可可视视作作恒恒定定，这类滤饼称为不可压缩滤饼。这类滤饼称为不可压缩滤饼。可可压压缩缩滤滤饼饼：若若滤滤饼饼为为胶胶体体物物质质时时，当当压压强强差差增增大大时时，滤滤饼饼被被压压紧紧，使使单单位位厚厚度度滤滤饼饼的的流流动动阻阻力力增增大大，此此类类滤滤饼饼称称为为可可压压缩缩滤饼。滤饼。2 2、滤饼的压缩性和助滤剂、滤饼的压缩性和助
2、滤剂本讲稿第二页，共十七页助助滤滤剂剂：对对于于可可压压缩缩滤滤饼饼，可可以以将将质质地地坚坚硬硬而而能能形形成成疏疏松松滤滤饼饼的的另另一一种种固固体体颗颗粒粒混混入入悬悬浮浮液液或或预预涂涂于于过过滤滤介介质质上上，以以形形成成疏疏松松饼饼层层，使使滤液畅流，该种颗粒状物质就称为助滤剂。滤液畅流，该种颗粒状物质就称为助滤剂。常用的助滤剂：常用的助滤剂：硅藻土、珍珠岩、石棉、炭粉等。硅藻土、珍珠岩、石棉、炭粉等。助滤剂的助滤剂的基本要求基本要求：1 1、能形成多孔饼层的刚性颗粒，使滤饼有良好的渗透性及较低的流、能形成多孔饼层的刚性颗粒，使滤饼有良好的渗透性及较低的流体阻力。体阻力。2 2、具
3、有化学稳定性。、具有化学稳定性。3 3、在操作压强范围内具有不可压缩性。、在操作压强范围内具有不可压缩性。本讲稿第三页，共十七页 dpde 对于颗粒层中不规则的通道，可以简化成由一组当量直径为对于颗粒层中不规则的通道，可以简化成由一组当量直径为d de e的细管，而细管的当量直径可由床层的空隙率和颗粒的比表面积来计算。的细管，而细管的当量直径可由床层的空隙率和颗粒的比表面积来计算。1 1、滤液通过饼层的流动、滤液通过饼层的流动二、过滤的基本理论二、过滤的基本理论本讲稿第四页，共十七页颗粒床层的特性可用颗粒床层的特性可用空隙率空隙率、当量直径当量直径等物理量来描述。等物理量来描述。空隙率空隙率：
4、单位体积床层中的空隙体积称为空隙率。单位体积床层中的空隙体积称为空隙率。式中式中 床层的空隙率，床层的空隙率，m m3 3/m/m3 3。式中式中 颗粒的比表面，颗粒的比表面，m m2 2/m/m3 3。比表面积比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积称为比表面积。单位体积颗粒所具有的表面积称为比表面积。2 2 2 2、颗粒床层的特性、颗粒床层的特性、颗粒床层的特性、颗粒床层的特性本讲稿第五页，共十七页依照非圆形管的当量直径定义，当量直径为：依照非圆形管的当量直径定义，当量直径为：式中式中 d de e床层流道的当量直径，床层流道的当量直径，m m故对颗粒床层直径应可写出：故对颗粒床层直径应可写出
5、：本讲稿第六页，共十七页 滤滤液液通通过过饼饼层层的的流流动动常常属属于于滞滞流流流流型型，仿仿照照圆圆管管内内滞滞流流流流动动的的泊泊稷稷叶叶公公式式(哈哈根根方方程程)描描述述滤滤液液通通过过滤滤饼饼的的流流动动，则则滤滤液液通通过过饼饼床床层层的的流流速速与与压压强强降的关系为：降的关系为：式中式中 u u1 1 滤液在床层孔道中的流速，滤液在床层孔道中的流速，m/sm/s；L L 床层厚度，床层厚度，m,m,ppc c 滤液通过滤饼层的压强降，滤液通过滤饼层的压强降，papa；阻力与压强降成正比，上式表达了过滤操作中滤液流速与阻力的关系。阻力与压强降成正比，上式表达了过滤操作中滤液流速
6、与阻力的关系。本讲稿第七页，共十七页 在在与与过过滤滤介介质质相相垂垂直直的的方方向向上上，床床层层空空隙隙中中的的滤滤液液流流速速u u1 1与与按按整个床层截面积计算的滤液平均流速整个床层截面积计算的滤液平均流速u u之间的关系为：之间的关系为：上上式式中中的的比比例例常常数数KK与与滤滤饼饼的的空空隙隙率率、颗颗粒粒形形状状、排排列列及及粒粒度度范围诸因素有关。对于颗粒床层内的滞流流动，范围诸因素有关。对于颗粒床层内的滞流流动，KK值可取为值可取为5 5。本讲稿第八页，共十七页式中式中 V V 滤液量，滤液量，m m3 3；过滤时间，过滤时间，s s；A A 过滤面积，过滤面积，m m2
7、 2。过滤速率为：过滤速率为：任一瞬间的过滤速度为：任一瞬间的过滤速度为：过滤速度过滤速度:单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积，单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积，m m3 3/m/m2 2 s s。过滤速率过滤速率:单位时间内获得的滤液体积，单位时间内获得的滤液体积，m m3 3/s/s。3 3 3 3、过滤速率、过滤速率、过滤速率、过滤速率本讲稿第九页，共十七页R R滤饼阻力，滤饼阻力，1/1/m,m,其计算式为：其计算式为：对于不可压缩滤饼，滤饼层中的空隙率对于不可压缩滤饼，滤饼层中的空隙率可视为常数，颗粒的形状、可视为常数，颗粒的形状、尺寸也不改变，因而比表面尺寸也不改变，因而比表
8、面a a 亦为常数，则有亦为常数，则有式中式中 r r滤饼的比阻，滤饼的比阻，1/1/m m2 2,其计算式为：其计算式为：R=rL4 4、滤饼阻力、滤饼阻力本讲稿第十页，共十七页比阻比阻r r单位厚度滤饼的阻力；单位厚度滤饼的阻力；在数值上等于粘度为在数值上等于粘度为1 1PasPas的滤液以的滤液以1 1m/sm/s的平均流速通过厚的平均流速通过厚度为度为1 1m m 的滤饼层时所产生的压强降；的滤饼层时所产生的压强降；比阻反映了颗粒特性比阻反映了颗粒特性(形状、尺寸及床层空隙率形状、尺寸及床层空隙率)对滤液流动的影响；对滤液流动的影响；床层空隙率床层空隙率愈小及颗粒比表面愈小及颗粒比表面
9、a a愈大，则床层愈致密，对流体流愈大，则床层愈致密，对流体流动的阻滞作用也愈大。动的阻滞作用也愈大。本讲稿第十一页，共十七页 通通常常把把过过滤滤介介质质的的阻阻力力视视为为常常数数，仿仿照照滤滤液液穿穿过过滤滤饼饼层层的的速速度度方方程程可可写写出出滤液穿过过滤介质层的速度关系式：滤液穿过过滤介质层的速度关系式：式中式中 ppm m 过滤介质上、下游两侧的压强差，过滤介质上、下游两侧的压强差，PaPa；R Rm m 过滤介质阻力，过滤介质阻力，l/ml/m 由于很难划定过滤介质与滤饼之间的分界面，更难测定分界面处由于很难划定过滤介质与滤饼之间的分界面，更难测定分界面处的压强，在操作过程中把
10、过滤介质与滤饼联合起来考虑。的压强，在操作过程中把过滤介质与滤饼联合起来考虑。5 5、过滤介质的阻力、过滤介质的阻力本讲稿第十二页，共十七页通常，滤饼与滤布的面积相同，两层中的过滤速度应相等，则：通常，滤饼与滤布的面积相同，两层中的过滤速度应相等，则：上式表明，可用滤液通过串联的滤饼与滤布的总压强降来表示过上式表明，可用滤液通过串联的滤饼与滤布的总压强降来表示过滤推动力，用两层的阻力之和来表示总阻力。滤推动力，用两层的阻力之和来表示总阻力。式中：式中：p p 滤饼与滤布两侧的总压强差，称为过滤压强差。滤饼与滤布两侧的总压强差，称为过滤压强差。本讲稿第十三页，共十七页假假设设：厚厚度度为为L L
11、e e的的滤滤饼饼产产生生的的阻阻力力与与过过滤滤介介质质相相同同，而而过过程程仍仍能能完完全全按按照原来的速率进行，则：照原来的速率进行，则：rLrLe e=R=Rm m注意：注意：在一定的操作条件下，以一定介质过滤一定悬浮液时，在一定的操作条件下，以一定介质过滤一定悬浮液时，L Le e为定值；为定值；但同一介质在不同的过滤操作中，但同一介质在不同的过滤操作中，L Le e值不同值不同。式中式中L Le e过滤介质的当量滤饼厚度，或称虚拟滤饼厚度，过滤介质的当量滤饼厚度，或称虚拟滤饼厚度，m m。本讲稿第十四页，共十七页式中：式中：v 滤饼体积与相应的滤液体积之比，无因次。滤饼体积与相应的
12、滤液体积之比，无因次。LA=vV 若每获得若每获得1 1m m3 3滤液所形成的滤饼体积为滤液所形成的滤饼体积为v m m3 3，则任一瞬间的滤饼厚度则任一瞬间的滤饼厚度L L与当与当时已经获得的滤液体积时已经获得的滤液体积V V之间的关系为：之间的关系为：同理，如生成厚度为同理，如生成厚度为L Le e的虚拟滤饼所应获得的滤液体积以的虚拟滤饼所应获得的滤液体积以V Ve e来表示，则来表示，则式中式中V Ve e 过滤介质的当量滤液体积，或称虚拟滤液体积，过滤介质的当量滤液体积，或称虚拟滤液体积，m m3 3。三、过滤基本方程式三、过滤基本方程式本讲稿第十五页，共十七页注注意意：在在一一定定
13、的的操操作作条条件件下下，以以一一定定介介质质过过滤滤一一定定的的悬悬浮浮液液时时，V Ve e为定值，但同一介质在不同的过滤操作中，为定值，但同一介质在不同的过滤操作中，V Ve e不同。不同。上式适用于上式适用于不可压缩滤饼不可压缩滤饼。本讲稿第十六页，共十七页对于对于可压缩滤饼可压缩滤饼其比阻其比阻r r与压强差有关。与压强差有关。上式称为上式称为过滤基本方程式过滤基本方程式，它对各种过滤情况均适用。，它对各种过滤情况均适用。式中式中 rr单位压强下滤饼的比阻，单位压强下滤饼的比阻，1/1/m m2 2 p p 过滤压强差，过滤压强差，papa s s 滤饼的压缩性指数，无因次。一般情况下，滤饼的压缩性指数，无因次。一般情况下，s s=0=01 1。对于不可压缩滤饼，对于不可压缩滤饼，s s=0=0。根据上两式可得根据上两式可得r=r(p)s本讲稿第十七页，共十七页