非均相物系的分离PPT推荐.ppt

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在非均相物系中，处于分散状分散物质。

在非均相物系中，处于分散状态的物质。

态的物质。

p连续相连续相：

分散介质。

包围着分散物质而处于连续状分散介质。

包围着分散物质而处于连续状态的流体。

态的流体。

非均相物系由分散相和连续相组成非均相物系由分散相和连续相组成要要实实现现分分离离，必必须须使使分分散散相相和和连连续续相相之之间间发发生生相相对对运运动动。

因因此此，非非均均相相物物系系的的分分离离操操作作遵遵循循流流体体力力学学的的基本规律。

基本规律。

p非均相物系的分离原理：

非均相物系的分离原理：

p非均相物系分离的理论基础：

非均相物系分离的理论基础：

根据两相物理性质根据两相物理性质（如密度等如密度等）的不同而进行的分离。

的不同而进行的分离。

由于非均相物的两相间的密度等物理特性差异较大，由于非均相物的两相间的密度等物理特性差异较大，因此常采用因此常采用机械方法机械方法进行分离。

按两相运动方式的不进行分离。

按两相运动方式的不同，机械分离大致分为同，机械分离大致分为沉降和过滤沉降和过滤两种操作。

两种操作。

通常先造成一个两相物系，再用机械分离的方法分通常先造成一个两相物系，再用机械分离的方法分离，如蒸馏，萃取等。

离，如蒸馏，萃取等。

p非均相物系的分离方法：

非均相物系的分离方法：

p均相物系的分离均相物系的分离：

过滤介质过滤介质:

过滤采用的多孔物质；

滤浆滤浆:

所处理的悬浮液；

滤液滤液:

通过多孔通道的液体；

滤饼或滤渣滤饼或滤渣:

被截留的固体物质。

以某种多孔物质为介质，在外力的作用下，使悬浮液中以某种多孔物质为介质，在外力的作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固液分离的单元操作。

实现固液分离的单元操作。

第二节第二节过过滤滤一、过滤操作的基本概念一、过滤操作的基本概念1过滤过滤（filtration）滤浆滤浆（slurry）：

原悬浮液。

滤饼滤饼（filtercake）：

截留的固体物质。

过滤介质过滤介质（filteringmedium）：

多孔物质。

滤液滤液（filterate）：

通过多孔通道的液体。

过滤操作示意图过滤操作示意图（滤饼过滤滤饼过滤）滤饼过滤过程：

滤饼过滤过程：

刚开始：

有细小颗粒通过孔道，滤液混浊。

开始后：

迅速发生开始后：

迅速发生“架桥现象架桥现象”，颗粒被拦截，颗粒被拦截，滤液澄清。

滤液澄清。

所以，在滤饼过滤时真正起过滤作用的是滤饼本所以，在滤饼过滤时真正起过滤作用的是滤饼本身，而非过滤介质。

身，而非过滤介质。

2过滤方式过滤方式过滤的操作基本方式有两种：

过滤的操作基本方式有两种：

滤饼过滤滤饼过滤和和深层过滤深层过滤。

2.12.1滤饼过滤滤饼过滤（cakefiltration）cakefiltration）：

饼层过滤饼层过滤架桥现象架桥现象注意注意：

所选过滤介质的孔道尺寸一定要使：

所选过滤介质的孔道尺寸一定要使“架桥现象架桥现象”能够能够过发生。

过发生。

饼层过滤适于处理固体含量较高的悬浮液。

特点：

颗粒特点：

颗粒（粒子粒子）沉积于介质内部。

沉积于介质内部。

深层过滤深层过滤过滤对象：

悬浮液中的固体颗粒小而少。

过滤对象：

过滤介质：

堆积较厚的粒状床层。

过滤原理：

颗粒尺寸过滤原理：

颗粒尺寸介质通道尺寸，介质通道尺寸，颗粒通过细长而弯曲的孔道，靠静电和分颗粒通过细长而弯曲的孔道，靠静电和分子的作用力附着在介质孔道上。

子的作用力附着在介质孔道上。

应用：

适于处理生产能力大而悬浮液中应用：

适于处理生产能力大而悬浮液中颗粒小而且含量少的场合，如水处理和酒颗粒小而且含量少的场合，如水处理和酒的过滤。

的过滤。

2.2深层过滤深层过滤（deepbedfiltration）：

深床过滤深床过滤织物介质织物介质（又称滤布又称滤布）由棉、毛、麻、丝等天然纤维及合成纤维制成的织物，以由棉、毛、麻、丝等天然纤维及合成纤维制成的织物，以及玻璃丝、金属丝等织成的网；

及玻璃丝、金属丝等织成的网；

过滤介质的分类：

堆积介质堆积介质由各种固体颗粒（细砂、硅藻土等）堆积而成，由各种固体颗粒（细砂、硅藻土等）堆积而成，多用于多用于深床过滤；

深床过滤；

多孔固体介质多孔固体介质这类介质具有很多细微孔道，如多孔陶瓷、多孔塑料等。

这类介质具有很多细微孔道，如多孔陶瓷、多孔塑料等。

多用于含少量细微颗粒的悬浮液，如白酒等的精滤。

33过滤介质过滤介质过滤介质应具有如下性质：

过滤介质应具有如下性质：

过过滤滤介介质质的的作作用用（滤滤饼饼过过滤滤）：

促促使使滤滤饼饼的的形形成成，并支承滤饼。

并支承滤饼。

（11）多孔性，液体流过的阻力小；

）多孔性，液体流过的阻力小；

（22）有足够的强度；

）有足够的强度；

（33）耐腐蚀性和耐热性；

）耐腐蚀性和耐热性；

（44）孔道大小适当，能发生架桥现象。

）孔道大小适当，能发生架桥现象。

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流动阻力可视作恒定，这类滤饼称为不可压缩滤饼。

的流动阻力可视作恒定，这类滤饼称为不可压缩滤饼。

随着过滤的进行，滤饼的厚度增大，滤液的流动阻力亦逐随着过滤的进行，滤饼的厚度增大，滤液的流动阻力亦逐渐增大，导致滤饼两侧的压强差增大。

滤饼的压缩性对压强差渐增大，导致滤饼两侧的压强差增大。

滤饼的压缩性对压强差有较大影响。

有较大影响。

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，滤滤饼饼则则被被压压紧紧，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可压缩滤饼。

为可压缩滤饼。

4滤饼的压缩性和助滤剂滤饼的压缩性和助滤剂助助滤滤剂剂：

对对于于可可压压缩缩滤滤饼饼，为为了了使使过过滤滤顺顺利利进进行行，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，使使得得滤滤液液畅畅流流，该该种种颗粒状物质就称为助滤剂。

颗粒状物质就称为助滤剂。

常用的助滤剂：

硅藻土、珍珠岩、石棉、炭粉等。

助滤剂的基本要求：

11、能形成多孔饼层的刚性颗粒，使滤饼有良好的渗透性及、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。

较低的流体阻力。

22、具有化学稳定性。

、具有化学稳定性。

33、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。

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为ddee的细管，而细管的当量直径可由床层的空隙率和颗粒的的细管，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。

比表面积来计算。

二、过滤的基本理论二、过滤的基本理论1滤液通过饼层的流动滤液通过饼层的流动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：

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，m3/m3。

式中式中颗粒的比表面，颗粒的比表面，m2/m3。

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。

2颗粒床层的特性颗粒床层的特性依照第一章中非圆形管的当量直径定义，当量直径为：

依照第一章中非圆形管的当量直径定义，当量直径为：

式中式中de床层流道的当量直径，床层流道的当量直径，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：

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，可可以以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）来来描描述述滤滤液液通通过过滤滤饼饼的的流流动动，则则滤液通过饼床层的流速与压强降的关系为：

滤液通过饼床层的流速与压强降的关系为：

式中式中uu11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；

LL床层厚度，床层厚度，m,m,ppcc滤液通过滤饼层的压强降，滤液通过滤饼层的压强降，papa；

阻阻力力与与压压强强降降成成正正比比，因因此此可可认认为为上上式式表表达达了了过过滤滤操操作作中中滤液流速与阻力的关系。

滤液流速与阻力的关系。

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uu11与按整个床层截面积计算的滤液平均流速与按整个床层截面积计算的滤液平均流速uu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范围围诸诸因因素素有有关关。

对对于于颗颗粒粒床床层层内内的的滞滞流流流流动动，KK值值可可取为取为55。

式中式中V滤液量，滤液量，m3；

过滤时间，过滤时间，s；

A过滤面积，过滤面积，m2。

过滤速率为：

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，m3/m2s。

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，m3/s。

3过滤速率过滤速率RR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，颗可视为常数，颗粒的形状、尺寸也不改变，因而比表面粒的形状、尺寸也不改变，因而比表面a亦为常数，则有亦为常数，则有式中式中rr滤饼的比阻，滤饼的比阻，1/1/mm22,其计算式为：

R=rL4滤饼阻力滤饼阻力比阻比阻rr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11PaPass的滤液以的滤液以11m/sm/s的平均流速通过的平均流速通过厚度为厚度为11mm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）对滤液流对滤液流动的影响；

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aa愈大，则床层愈致密，愈大，则床层愈致密，对流体流动的阻滞作用也愈大。

对流体流动的阻滞作用也愈大。

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