第07章過濾1.ppt

1、第7章：過過濾，第7章：過濾，第1節(jié)：過濾操作的基本概念，第2節(jié)：表面過濾的基本理論，第3節(jié)：深層過濾的基本理論，本章的主要內(nèi)容，第1章：過濾過程2:過濾介質(zhì)3:過濾器分類，本節(jié)的主要內(nèi)容，第1節(jié)：過濾操作的基本概念，混合物的分離：液體和氣體混合物的什么現(xiàn)象屬于過濾？混合物中的流體在驅(qū)動力(重力、壓力和離心力)的作用下通過過濾介質(zhì)，固體顆粒被截留，而流體通過過濾介質(zhì)，從而實現(xiàn)流體與顆粒的分離。液固分離、氣固分離，如砂濾器、袋式過濾器、面罩過濾器等分離對象？粗顆粒、細(xì)顆粒、細(xì)菌、病毒和高分子物質(zhì)等。1.過濾過程，第一節(jié)是過濾操作的基本概念，固體顆粒：固體顆粒具有一定的形狀，包括天然的和合成的。天

2、然：石英砂、無煙煤、磁鐵礦顆粒等。手冊：聚苯乙烯泡沫塑料球等。固體顆粒過濾介質(zhì)廣泛應(yīng)用于水處理中的各種過濾器，通常稱為濾料。第二，過濾介質(zhì)，第一節(jié)是過濾操作的基本概念，織物介質(zhì)：又稱濾布，如棉、麻、絲、毛、合成纖維、金屬絲等。多孔固體介質(zhì)：如素?zé)沾砂寤蚬堋Y(jié)金屬板或管等。多孔膜：由高分子有機(jī)材料或無機(jī)材料制成的膜，根據(jù)分離孔徑大小可分為微濾和超濾。第一節(jié)是過濾操作的基本概念。1.根據(jù)過濾機(jī)理分為表面過濾(濾餅過濾)和深度過濾(PP241)。2.分為重力過濾：在水位差作用下過濾的混合溶液通過過濾介質(zhì)過濾，如水處理中的快速過濾器。真空過濾：在真空下過濾，如在水處理中。壓差過濾：加壓過濾，如水處

3、理中的壓力過濾器。離心過濾：分離出的混合液旋轉(zhuǎn)，在慣性離心力的作用下，流體通過周圍的濾餅和過濾介質(zhì)，實現(xiàn)與顆粒的分離。第三，過濾分類，第一節(jié)是過濾操作的基本概念，(1)過濾過程在環(huán)境工程領(lǐng)域有哪些應(yīng)用？(2)在環(huán)境工程領(lǐng)域，過濾過程中使用的主要過濾介質(zhì)是什么？(3)過濾的主要類型是什么？(4)表面過濾和深層過濾的主要區(qū)別是什么？在本節(jié)中，過濾操作的基本概念、過濾的基本方程、過濾過程的計算、過濾常數(shù)的確定、濾餅的洗滌、過濾器生產(chǎn)能力的計算、本節(jié)的主要內(nèi)容、表面過濾的基本理論、表面過濾的過程和表面過濾通常發(fā)生在過濾流體中顆粒物質(zhì)的濃度高或過濾速度慢時。給水處理：污泥在慢濾池中脫水：使用各種脫水機(jī)(

4、如真空過濾機(jī)、板框壓濾機(jī)、帶式過濾機(jī)等)。)，多孔介質(zhì)，第二節(jié)表面過濾的基本理論，旋轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)和旋轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)工作過程示意圖，第二節(jié)表面過濾的基本理論，主要特點：隨著過濾過程的進(jìn)行，流體中的固體顆粒被截留在過濾介質(zhì)的表面，并逐漸積聚成濾餅層。濾餅層厚度：隨著過濾時間的增加而增加，其增加速度與過濾得到的濾液量成正比。過濾速度：由于濾餅層厚度的增加，在過濾過程中會發(fā)生變化。，過濾速度是描述過濾過程的關(guān)鍵！1。過濾的基本方程，第2節(jié)表面過濾的基本理論，處理能力：處理過的流體流量或通過分離獲得的純流體體積v，單位為m3。過濾驅(qū)動力：由流體電位差、壓差或離心力場引起的過濾壓差p。過濾面積：表示過濾設(shè)備

5、的尺寸，單位為平方米。過濾速度：單位時間通過單位面積的濾液體積u，過濾過程的主要參數(shù)。第2節(jié)：表面過濾的基本理論，在一定過濾時間t時的過濾狀態(tài)，相應(yīng)的濾液量為v，過濾速度u定義為：dt微分過濾時間，通過過濾表面的濾液量在s dVdt時間，m3 A過濾面積，m2，(表觀)，和第2節(jié)：表面過濾的基本理論，(7.2.1)。過濾速度和驅(qū)動力之間的關(guān)系可以用達(dá)西定律表示，公式如下：rm:過濾介質(zhì)的過濾阻力，1/m Rc:濾餅層的過濾阻力，1/m，假設(shè)Rm和r分別為過濾介質(zhì)和濾餅層的過濾比阻力，1/m2 Rm=1/m；Rc=rL，(7.2.2)，(7.2.3) Ruth過濾方程，r:它與過濾介質(zhì)上形成的濾

6、餅層的孔結(jié)構(gòu)特征有關(guān)。l:它與濾液的量有關(guān)，并在過濾過程中發(fā)生變化。第2節(jié)，表面過濾基本理論，假設(shè)每m3濾液過濾得到濾餅F，單位為m3，V:濾液體積，m3，第2節(jié)，表面過濾基本理論，(7.2.4)，(7.2.8)，另外，過濾介質(zhì)的阻力可以轉(zhuǎn)化為厚度為樂的濾餅層的阻力，(7.2.6)。可壓縮濾餅在壓力下不變形，r與p無關(guān)：在壓力下容易變形，r0:單位壓差下濾餅的比電阻，m-2pa-1；s:濾餅的壓縮指數(shù)，對于可壓縮濾餅，s=0.20.8，對于不可壓縮濾餅，s=0。在第二節(jié)，表面過濾的基本理論，把比電阻的計算公式代入公式(7.2.8)，得到：讓，然后：在第二節(jié)，表面過濾的基本理論，(7.2.10)

7、，(7.2.11)，K:過濾常數(shù)，如何測量它？它與以下因素有關(guān)：濾餅的顆粒性質(zhì)、懸浮液的濃度、濾液的粘度、濾餅的壓縮性、qe:過濾介質(zhì)的特征參數(shù)、表面過濾的基本理論；其次，過濾過程的計算決定了濾液量與過濾時間和過濾壓差的關(guān)系。(1)恒壓過濾(常用)在過濾過程中，過濾壓差自始至終保持恒定。k是給定懸架的常數(shù)。積分公式(7.2.11)或公式(7.2.12):表面過濾的基本理論，如果過濾介質(zhì)的阻力可以忽略不計，則簡化為：如果恒壓過濾是在濾液體積達(dá)到V1，即濾餅層厚度累積到L1的條件下開始的，應(yīng)如何計算？k可以通過實驗來確定。積分時間：時間0 t，濾液體積V1V，第2節(jié)，表面過濾基本理論，(7.2.1

8、4a)，(7.2.14b)，(7.2.15)，如何應(yīng)用恒壓過濾方程？設(shè)計類型：了解待處理懸浮液的量和驅(qū)動力，并計算所需的過濾面積。操作類型：已知過濾面積和驅(qū)動力，計算懸浮物的處理量；給定過濾面積和懸浮液的處理能力，找出驅(qū)動力。第2節(jié)表面過濾的基本理論，第2節(jié)表面過濾的基本理論，第2節(jié)表面過濾的基本理論。(2)恒速過濾是指過濾過程中過濾速度保持不變，即濾液量與過濾時間成正比?；蛘撸砻孢^濾的第二個基本理論，(7.2.16b)，(7.2.16a)，在恒速過濾方程中，過濾壓差隨時間變化，因此過濾常數(shù)k隨時間T變化.如果忽略過濾介質(zhì)的阻力，將簡化為：或第2節(jié)(7.2.18a)、(7.2.18a)中的表

9、面過濾基本理論。事實上，通常采用的過濾方式是：先恒速過濾，再恒壓過濾。過濾開始時，以較低的恒速運行，以防止顆粒滲透過濾介質(zhì)。當(dāng)壓差上升到給定值時，計算：恒壓過濾的初始濾液量為恒速過濾最后階段的濾液量。第2節(jié)，表面過濾的基本理論，第2節(jié)，表面過濾的基本理論，第2節(jié)，表面過濾的基本理論，和第3節(jié)，過濾常數(shù)的測量(1)過濾常數(shù)K，qe的計算對于恒壓過濾，過濾積分方程改寫如下：第2節(jié)，表面過濾的基本理論，(7.2)第二節(jié)是表面過濾的基本理論，(7.2.20)。第四，濾餅洗滌。在一些過濾操作中，為了除去或回收濾餅中殘留的濾液或可溶性雜質(zhì)，有必要在過濾結(jié)束時洗滌濾餅。洗滌過程中要確定的主要內(nèi)容是計算洗滌速

10、度和洗滌時間。在第二部分，即表面過濾的基本理論中，洗滌速度是每單位時間內(nèi)通過單位洗滌面積的洗滌液的量。洗滌速度與過濾結(jié)束時濾餅層的狀態(tài)有關(guān)。如果洗滌壓力與過濾結(jié)束時的操作壓力相同，那么洗滌速度和過濾結(jié)束時的速度之間有如下近似關(guān)系：l . Lw過濾結(jié)束時濾餅層的厚度，洗滌過程中通過的濾餅層的厚度，m，表面過濾的基本理論，第2節(jié)(7.2.21)。如果洗滌液所走的路徑與過濾結(jié)束時的路徑完全相同，并且洗滌液和濾液的粘度也相同，那么：如果洗滌液的量為Vw，則洗滌時間為，第2節(jié)表面過濾的基本理論，(7.2) (1)間歇式過濾器的每個操作循環(huán)包括：過濾tF、洗滌tW、排放tD。假設(shè)過濾器在每個運行周期中的濾

11、液體積為v，間歇式過濾器的生產(chǎn)能力為：tT，第二節(jié)表面過濾的基本理論、(7.2.26)、(2)連續(xù)式過濾器，其定義與間歇式過濾器相同。然而，在連續(xù)過濾器的生產(chǎn)周期中的任何時刻，過濾器的不同部分同時執(zhí)行過濾、洗滌、濾餅卸載和清潔操作。第二部分，表面過濾的基本理論，旋轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)的轉(zhuǎn)速為n(r/s)，即一轉(zhuǎn)的時間為1/n (s)。起過濾作用的是浸沒在液體中的滾筒表面，相應(yīng)的中心角與2的比值稱為浸沒度。浸沒程度相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)周期中過濾時間的比例，因此每個周期的有效過濾時間為：每個周期獲得的濾液量可由公式(7.2.13a)獲得，旋轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)的生產(chǎn)能力為：單位為m3/s，第二節(jié)表面過濾基礎(chǔ)理論，(7.2.

12、29)，(7.2.2)。(2)如何表達(dá)表面過濾的過濾速度與驅(qū)動力和阻力之間的關(guān)系？(3)濾波器常數(shù)與哪些因素相關(guān)？(4)什么因素影響濾餅層的比電阻？(5)過濾介質(zhì)的特定等效濾液量的物理意義是什么？在這一節(jié)，表面過濾的基本理論在第二節(jié)，(6)恒壓過濾和恒速過濾的主要區(qū)別是什么？(7)如何通過實驗確定過濾常數(shù)、過濾介質(zhì)的比等效濾液體積和壓縮指數(shù)？(8)洗滌過程和過濾過程之間有什么關(guān)系？(9)間歇過濾和連續(xù)過濾有什么相同點和不同點？在這一節(jié)中，第二節(jié)介紹了表面過濾的基本理論，第三節(jié)介紹了深層過濾的基本理論，通過顆粒床的流體流動，深層過濾過程中懸浮顆粒的運動，深層過濾的水力學(xué)，這一節(jié)的主要內(nèi)容，深層過

13、濾的過程，過濾介質(zhì)之間的間隙。通常發(fā)生在以固體顆粒作為過濾材料的過濾操作中。過濾材料的內(nèi)部間隙大于懸浮顆粒的粒徑。懸浮顆粒隨流體進(jìn)入過濾材料。在攔截、慣性碰撞和擴(kuò)散沉淀的作用下，顆粒附著在濾料表面，并與流體分離。、流體在顆粒過濾介質(zhì)層中的流動規(guī)律、深層過濾的基本理論、深層過濾在水處理中的應(yīng)用、快速過濾器的深層過濾和加壓砂濾在水處理中的應(yīng)用，一般適用于流體中顆粒含量小的場合。第三部分是深層過濾的基本理論。首先，通過顆粒床的流體流由一定尺寸和形狀的顆粒組成。(1)混合粒子的幾何特征1。粒度分布篩選實驗：使用一套標(biāo)準(zhǔn)篩來測量混合顆粒的累積粒度分布曲線，稱量篩余物，并計算混合顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。第三部分是

14、深層過濾的基本理論。2.混合顆粒的平均粒徑有許多方法來表示混合顆粒的平均粒徑。一般定義為：比表面積等于混合顆粒的粒徑。對于球形顆粒，取1kg密度為p的混合顆粒，其中dpi顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為xmi，那么混合顆粒的比表面積為：每單位體積顆粒的單個顆粒的比表面積，第三節(jié)深度過濾的基本理論，假設(shè)混合顆粒的平均直徑為dpm，那么對于非球形顆粒：顆粒的球形度deVi:顆粒I的等體積當(dāng)量直徑，每個篩上篩渣的平均直徑，第三節(jié)深度過濾的基本理論，(7.3.1)，(7.3.2)，(2)幾何顆粒床的孔隙率、孔隙率的大小和形狀、粒徑分布、填充方法和顆粒床的條件對于均勻的球形顆粒，最疏松排列的孔隙率為0.48，最致密排列

15、的孔隙率為0.26。當(dāng)非球形顆粒隨機(jī)堆積時，床層空隙率通常大于球形顆粒的空隙率，通常為0.350.7。第3節(jié)，深層過濾的基本理論，(7.3.3)，2。顆粒床的比表面積：每單位體積顆粒的表面積，第3節(jié)，深層過濾的基本理論，第3節(jié)。顆粒床當(dāng)量直徑顆粒床空隙形成的流體通道結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。簡化的流動模型通常用來代替真實的床內(nèi)流動過程。實際的床被簡化成由許多平行的小通道組成的管束。與床層厚度成正比，l=l。在第3節(jié)，深層過濾的基本理論中，顆粒床的當(dāng)量直徑定義為：以面積為1m2、厚度為1m的顆粒床為基準(zhǔn)。根據(jù)第3節(jié)中的簡化模型和深層過濾的基本理論，對于非球形顆粒，dea:等比表面積當(dāng)量直徑deV:等體積當(dāng)量

16、直徑：形狀系數(shù)，它與床孔隙率和顆粒尺寸有關(guān)。那么顆粒床的等效直徑是：第3節(jié)，深層過濾的基本理論，(7.3.5)，(7.3.6)，(3)顆粒床中的流體流動，1。流速根據(jù)上述簡化模型，顆粒床中的流體流動可視為小孔管束中的流動。通道中的流體流動可視為層流。流速可以用哈根-泊肅葉定律來描述。ul流體在床層間隙中的實際速度，m/s；deb顆粒床的當(dāng)量直徑，m；p流體通過顆粒床的壓差，pa；流體粘度，帕秒；l平均孔道長度，m，第三段是深層過濾的基本理論，(7.3.7)，顆粒床的空床速度為u:在DVDT時間內(nèi)通過床的濾液體積，m3；垂直于流動方向的顆粒床的橫截面積，m2。床層間隙中的實際速度ul和空床速度u

17、之間的關(guān)系如下：實際速度和空床速度的物理意義？在第三節(jié)，深層過濾的基本理論，(7.3.9)，(7.3.8)，根據(jù)簡化模型，孔道的長度L與顆粒床的厚度L成正比，然后是Kozeny-Carmam方程，Kl是Kozeny系數(shù)，它與以下因素有關(guān)：床的顆粒尺寸，床的形狀孔隙度等。第三節(jié)是深層過濾的基本理論，(7.3.11)，2。顆粒床的阻力和顆粒床的比阻力，那么，顆粒床內(nèi)流體流速的影響因素是什么？首先，驅(qū)動力P促進(jìn)流體流動；阻礙流體流動的因素有：(1)流體粘度；(2)床層阻力：床層特性(比阻力r)和厚度l，與顆粒尺寸有關(guān)第三部分是深層過濾的基本理論，(7.3.12)，(1)遷移行為：顆粒偏離流線，向濾料內(nèi)部空隙表面移動。驅(qū)動力主要