化工原理（非均相分离） - 图文(6)

3．滤饼的压缩性和助滤剂

滤饼是由截留下的固体颗粒堆积而成的床层，随着操作的进行，滤饼的厚度与流动阻力都逐渐增加。构成滤饼的颗粒特性对流动阻力的影响悬殊。颗粒如果是不易变形的坚硬固体(如硅藻土、碳酸钙等)，则当滤饼两侧的压强差增大时，颗粒的形状和颗粒间的空隙都不发生明显变化，单位厚度床层的流动阻力可视为恒定，这类滤饼称为不可压缩滤饼。相反，如果滤饼是由某些类似氢氧化物的胶体物质构成，则当滤饼两侧的压强差增大时，颗粒的形状和颗粒间的空隙便有明显的改变，单位厚度饼层的流动阻力随压强差加高而增大，这种滤饼称为可压缩滤饼。

为了减少可压缩滤饼的流动阻力，有时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，使滤液得以畅流。这种预混或预涂的粒状物质称为助滤剂。 对助滤剂的基本要求如下：

①应是能形成多孔饼层的刚性颗粒，使滤饼有良好的渗透性、较高的孔隙率及较低的流动阻力；

②应具有化学稳定性，不与悬浮液发生化学反应，也不溶于液相中。 应予注意，一般以获得清净滤液为目的时，采用助滤剂才是适宜的，

3．4.2过滤基本方程式

过滤基本方程式是描述过滤速率(或过滤速度)与过滤推动力、过滤面积、料浆性质、介质特性及滤饼厚度等诸因素关系的数学表达式。本节，从分析滤液通过滤饼层流动的特点入手，将复杂的实际流动加以简化，对滤液的流动用数学方程式进行描述，并以基本方程式为依据，分析强化过滤操作的途径，进行过滤计算。

1．滤液通过饼层的流动

1)滤液通过滤饼层流动的特点

①滤液通道细小曲折，形成不规则的网状结构；

②随着过滤进行，滤饼厚度不断增加，流动阻力逐渐加大，因而过滤属非稳态操作；

③细小而密集的颗粒层提供了很大的液、固接触表面，滤液的流动大都在层流区。

2)滤液通过饼层流动的数学描述

对于滤液通过平行细管的层流流动，由康采尼方程式得到

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u??2325a?1?????pc???????L?的滤液平均流速，降，Pa;m/s;式中u—按整个床层截面积计算?pc—滤液通过滤饼层的压强L—滤饼层厚度，ｍ；

?—滤液黏度，Pa?s. 2.过滤速率和过滤速度

前面讨论的u为单位州司通过单位过滤面积的滤液体积，称为过滤速度。通常将单位时间获得的滤液体积称为过滤速率，单位为m3/s。过滤速度是单位过滤面积上的过滤速率，应防止将二者相混淆。若过滤进程中其他因素维持不变，则由于滤饼厚度不断增加而使过滤速度逐渐变小。任一瞬间的过滤速度应写成如下形式：

u?dVAd???2325a?1?????pc???????L?而过滤速率为

dVd?式中??2325a?1????A?pc??????L??3

V—滤液量，m;?—过滤时间，s;A—过滤面积，m.2

3.滤饼的阻力

对于不可压缩滤饼，滤饼层中的空隙率ε可视为常数，颗粒的形状、尺寸也不改变，因而比表面a亦为常数。

?2325a?1???令—反映了颗粒的特性，其1r?pc值随物料而不同?2325a?1???dVAd???则式中?pc?rL??RR?rL2

r—滤饼的比阻，1/mR—滤饼阻力，1/m.

比阻r是单位厚度滤饼的阻力．它在数值上等于黏度为1 Pa .s的滤液以1 m／s的平均流速通过厚度为1m的滤饼层时所产生的压强降。比阻反映了颗粒形状、尺寸及床层空隙率对滤液流动的影响。床层空隙率ε愈小及颗粒比表面a愈大，则床层愈致密，对流体流动的阻滞作用也愈大。

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4.过滤介质的阻力

饼层过滤中，过滤介质的阻力一般都比较小，但有时却不能忽略，尤其在过滤初始滤饼尚薄的期间。过滤介质的阻力当然也与其厚度及本身的致密程度有关。通常把过滤介质的

阻力视为常数，仿照滤饼阻力公式可写出滤液穿过过滤介质层的速度关系式：

dVAd???pm?Rm与滤饼之间的分界面，更难测定分界面处的压强，最初所形成的滤饼层的介质与滤饼联合起来考阻力往往是无法分开的虑。过滤速度应相等，则，所以由于很难划定过滤介质因而过滤介质的阻力与过滤操作中总是把过滤通常，滤饼与滤布的面dVAd???pc??pm积相同，所以两层中的?(R?Rm)??p?(R?Rm)设想以一层厚度为rLe?RmdVAd?式中??pLe的滤饼来代替滤布?p?(rL?rLe)??r(L?Le)的压强差，Pa；?pm—过滤介质上、下游两侧Rm—过滤介质阻力，1/m.Le—过滤介质的当量滤饼厚度，或称虚拟滤饼厚度，m.不同

在一定条件下，以一定介质过滤一定悬浮液时，Le为定值；但同一介质在的过滤操作中，Le值不同。

5.过滤基本方程式

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若每获得1m滤液所形成的滤饼体积获得的滤液体积V之间的关系3为?m,则任一瞬间的滤饼厚度3L与当时已经LA??V则L??VALe的滤饼所应获得的滤液体积以Ve表示，则如生成厚度为Le??VeA别为?p?V?Ve??A??过滤速度和过滤速率分dVAd???r??2dVd?式中?A?p?r??V?Ve?体积之比，量纲为1，或m/m.，m.333?—滤饼体积与相应的滤液Ve—过滤介质的当量滤液体积，或称虚拟滤液体积

可压缩滤饼的情况比较复杂，它的比阻是两侧压强差的函数。考虑到滤饼的压缩性，通常可借用下面的经验公式来粗略估算压强差增大时比阻的变化，即

r?r???p?式中s2r?—单位压强差下滤饼的比?p—过滤压强差，Pa;阻，1/m;

s—滤饼的压缩性指数，量对于不可压缩滤饼，故过滤基本方程式可表dVd??A?p2纲为1.一般情况下，s?0?1.

s?0.示为1?s?r???V?Ve?

应用过滤基本方程式时，需针对操作的具体方式而积分。过滤操作有两种典型的方式，即恒压过滤及恒速过滤。有时，为避免过滤初期因压强差过高而引起滤液浑浊或滤布堵塞，可采用先恒速后恒压的复合操作方式，过滤开始时以较低的恒定速率操作，当表压升至给定数值后，再转入恒压操作。当然，工业上也有既非恒速亦非恒压的过滤操作，如用离心泵向压滤机送料浆即属此例。

3.4.3恒压过滤

若过滤操作是在恒定压强差下进行的，则称为恒压过滤。恒压过滤是最常见的过滤方式。连续过滤机内进行的过滤都是恒压过滤，间歇过滤机内进行的过滤

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