第七章 过滤 第一第一节 过滤操作的基本概念操作的基本概念第二第二节 表面表面过滤的基本理的基本理论第三第三节 深深层过滤的基本理的基本理论本章主要内容本章主要内容一、一、过滤过程程二、二、过滤介介质三、三、过滤分分类主要内容主要内容第一节 过滤操作的基本概念过滤方方式式很很多多，适适用用广广泛泛，固固-液液、固固-气气、大大、小小颗粒粒等等。无无论采采用用何何种种过滤方方式式，均均需需过滤介介质，过滤介介质是影响是影响过滤操作重要因素。操作重要因素。一、一、过滤过程程过滤操作的外力：重力、操作的外力：重力、压力差或力差或惯性离心力。性离心力。 在外力作用下，使流体通在外力作用下，使流体通过多孔介多孔介质孔道而将固孔道而将固体体颗粒截留，从而粒截留，从而实现固体固体颗粒与流体的分离。粒与流体的分离。 过滤介质过滤介质 多孔物质；多孔物质；滤浆滤浆( (料浆料浆)被处理的悬浮液；被处理的悬浮液；滤饼滤饼( (滤渣滤渣) )截留的固体颗粒；截留的固体颗粒；滤液滤液通过滤饼及过滤介质的液体通过滤饼及过滤介质的液体二、二、过滤介介质织织物物介介质质：又又称称滤滤布布(网网)，由由天天然然纤纤维维、玻玻璃璃纤纤维维、合合成成纤纤维或金属丝编织而成。截留几十微米颗粒。维或金属丝编织而成。截留几十微米颗粒。多多孔孔材材料料：如如素素瓷瓷、烧烧结结金金属属或或玻玻璃璃、多多孔孔塑塑料料、滤滤纸纸和和压压紧紧的的毡毡与与棉棉等等。介介质质较较厚厚，孔孔道道细细，截截留留13m微小颗粒。微小颗粒。固固体体颗颗粒粒床床层层：由由沙沙、木木炭炭等等固固体体颗颗粒粒(滤滤料料)堆堆积积而而成成，称称作作滤滤床床，应应用用在在各各类类滤滤池池中中，使使含含少少量量悬悬浮浮物物的的液体澄清。液体澄清。多多孔孔膜膜：由由特特殊殊工工艺艺合合成成的的聚聚合合物物薄薄膜膜，常常见见的的是是醋醋酸酸纤纤维维膜膜与与聚聚酰酰胺胺膜膜，膜膜过过滤滤属属精精密密过过滤滤，可可分分离离5nm微粒。微粒。起支撑滤饼作用，并让滤液通过，基本要求是具有足起支撑滤饼作用，并让滤液通过，基本要求是具有足够的机械强度、尽可能小的流动阻力，耐腐蚀和耐热够的机械强度、尽可能小的流动阻力，耐腐蚀和耐热三、过滤方式1 1、滤饼过滤、滤饼过滤( (表面过滤表面过滤) )： 过过滤滤介介质质为为织织物物、多多孔孔材材料料或或膜膜等等，孔孔径径可可大大于于最最小小颗颗粒粒的的粒粒径径。过过滤滤初初期期，部部分分小小颗颗粒粒可可以以进进入入或或穿穿过过介介质质的的小小孔孔，后后因因颗颗粒粒的的架架桥桥作作用用使使介介质质的的孔孔径径缩小形成有效的阻挡。缩小形成有效的阻挡。 截截留留在在介介质质表表面面的的颗颗粒粒形形成成滤滤渣渣层层（滤滤饼饼），随随滤滤饼饼的的形形成成，真真正正起起过过滤滤介介质质作作用用的的是是滤滤饼饼，而而非过滤介质本身，故称作滤饼过滤。非过滤介质本身，故称作滤饼过滤。 主要用于含固量较大主要用于含固量较大（1%）的场合。）的场合。慢滤池慢滤池; 袋滤器袋滤器; 压滤机。压滤机。2、深层过滤：、深层过滤： 过过滤滤介介质质一一般般为为介介质质层层较较厚厚的的滤滤床床(如如沙沙层层、硅硅藻藻土土等等)。小小于于介介质质孔孔隙隙的的颗颗粒粒可可进进入入到到介介质质内内部部，在在长而曲折的孔道中被截留并附着于介质之上。长而曲折的孔道中被截留并附着于介质之上。 深深层层过过滤滤无无滤滤饼饼形形成成，主主要要用用于于净净化化含含固固量量较较少少（0.1%）的流体，如水的净化、烟气除尘等。）的流体，如水的净化、烟气除尘等。 过滤介质过滤介质深层过滤示意图深层过滤示意图在拦截、惯性碰撞、扩散沉淀在拦截、惯性碰撞、扩散沉淀等作用下，颗粒物最终附着在等作用下，颗粒物最终附着在介质表面介质表面快滤池等。快滤池等。 为降低可压缩滤饼的过滤阻力，可加入助滤剂改为降低可压缩滤饼的过滤阻力，可加入助滤剂改变滤饼的结构。变滤饼的结构。助滤剂是某种质地坚硬而能形成疏松助滤剂是某种质地坚硬而能形成疏松饼层的固体颗粒或纤维状物质饼层的固体颗粒或纤维状物质，有两种加法：一是直，有两种加法：一是直接将其混入悬浮液；二是预涂于过滤介质上。接将其混入悬浮液；二是预涂于过滤介质上。 一般只有在以获得清净滤液为目的时才使用助滤一般只有在以获得清净滤液为目的时才使用助滤剂。常用的剂。常用的助滤剂有粒状助滤剂有粒状（硅藻土，珍珠岩粉，碳粉（硅藻土，珍珠岩粉，碳粉或石棉粉等）和或石棉粉等）和纤维状纤维状（纤维素、石棉等）两大类。（纤维素、石棉等）两大类。四、四、滤饼的的压缩性和助性和助滤剂滤饼滤饼不可压缩滤饼不可压缩滤饼: 颗颗粒粒具具有有一一定定刚刚性性，形形成成的的滤滤饼饼不因受到压力而变形。不因受到压力而变形。 可压缩滤饼可压缩滤饼: : 颗颗粒粒较较软软，形形成成的的滤滤饼饼在在压压差差作作用用下下易易变变形形，导导致致滤滤饼饼中中通通道道变变小小，阻力增大。阻力增大。(1)过滤过程在程在环境工程境工程领域有哪些域有哪些应用？用？(2)环境工程境工程领域中的域中的过滤过程，使用的程，使用的过滤介介质主要有哪些？主要有哪些？(3)过滤的主要的主要类型有哪些？型有哪些？(4)表面表面过滤和深和深层过滤的主要区的主要区别是什么？是什么？本本节思考思考题第一节 过滤操作的基本概念一、一、过滤基本方程基本方程 二、二、过滤过程的程的计算算三、三、过滤常数的常数的测定定四、四、滤饼洗洗涤五、五、过滤机生机生产能力的能力的计算算主要内容第二节 表面过滤的基本理论掌握掌握过滤过程的基本程的基本计算、算、过滤常数及其常数及其测定，定，掌握掌握过滤机生机生产能力的能力的计算。算。 主主要要特特征征：过过滤滤是是一一种种不不稳稳定定流流动动过过程程，随随过过滤滤的的进进行行，流流体体中中的的固固体体颗颗粒粒被被截截留留在在过过滤滤介介质质表表面面并并逐逐渐渐积积累累成成滤饼层。滤饼层。滤滤饼饼厚厚度度：随随过过滤滤时时间间的的延延长长而而增增厚厚，其其增增厚厚速速率率与与过过滤所得滤液量成正比。滤所得滤液量成正比。过滤速度：过滤速度：由于滤饼厚度增加，过滤速度逐渐减小。由于滤饼厚度增加，过滤速度逐渐减小。 一、一、过滤基本方程基本方程过滤速度速度u定定义为： dt微分过滤时间,sdVdt时间内通过的滤液量,m3A过滤面积,m2表表观Rm：过滤介介质过滤阻力阻力, 1/mRc：滤饼层过滤阻力阻力, 1/m过滤速度与推速度与推动力力间的关系的关系可用可用Darcy 定律表示：定律表示： 过程速率程速率=过程推程推动力力/过程阻力程阻力 表面表面过滤过程示意程示意图 p 过滤压差 LL滤饼Lm过滤介质又：又： Rm= rmLm；Rc= rL Ruth 过滤方程方程rm，r 过滤介质和滤饼层的过滤介质和滤饼层的过滤比阻过滤比阻，m-2，单，单 位厚度过滤介质或滤饼层的阻力；位厚度过滤介质或滤饼层的阻力；Lm，L 过滤介质和滤饼层厚度，过滤介质和滤饼层厚度，m。把把过滤介介质阻阻力力转化化成成厚厚度度为Le的的滤饼层阻阻力力，Le为过滤介介质的的当当量量滤饼厚厚度度 假设每过滤假设每过滤 1m3 滤液，产生滤饼量滤液，产生滤饼量 f m3 ，V：滤液体积，：滤液体积，m3则：同同理理，生生成成厚厚度度Le的的滤饼获得得过滤介介质的的当当量量滤液液体体积用用Ve表示表示 过滤过程中饼厚过滤过程中饼厚 L 难以直接测定，而滤液体积难以直接测定，而滤液体积 V易于测量，故用易于测量，故用 V 计算过滤速度更为方便。计算过滤速度更为方便。 滤饼比阻滤饼比阻 r 有两种情况：有两种情况：不可压缩滤饼：不可压缩滤饼：滤饼层的颗粒结构稳定，在压力作用滤饼层的颗粒结构稳定，在压力作用下不变形，下不变形，r与与 p无关无关 。可压缩滤饼：可压缩滤饼：在压力作用下易变形，在压力作用下易变形，r与与 p有关有关 。单位位压差下差下滤饼的的比阻，比阻，m-2 Pa-1经验式：滤饼的的压缩指数，指数，对于可于可压缩滤饼，s，对于不可于不可压缩滤饼，s=0 。代入故：令q=V/A，qe=Ve/A滤饼过滤基本方程基本方程令K 过滤常数，与滤饼的颗粒性质、悬浮液浓度、滤液黏度、滤饼的可压缩性有关，由实验测定。qe：过滤介质特性参数二、过滤过程的计算 过滤计算的基本问题：确定过滤速度与推动力、过滤计算的基本问题：确定过滤速度与推动力、阻力等因素的具体关系。阻力等因素的具体关系。 1、恒压过滤：对指定悬浮液，对指定悬浮液，K为常数为常数。忽略过滤介质阻力如果恒压过滤的滤液量已达到如果恒压过滤的滤液量已达到 V1，即滤饼层厚度已，即滤饼层厚度已累计到累计到 L1 的条件下开始，如何计算的条件下开始，如何计算？L1V1积分时：时间0t，滤液量V1V如何如何应用恒用恒压过滤方程？方程？设计型：型：已知已知悬浮液量和推浮液量和推动力，求所需力，求所需过滤面面积。操作型：操作型：已知已知过滤面面积和推和推动力，求力，求悬浮液浮液处理量；理量； 已知已知过滤面面积和和悬浮液浮液处理量，求推理量，求推动力。力。（二）恒速（二）恒速过滤特点：特点： K不为常数，不为常数，忽略过滤介质阻力讨论：讨论：要要保保持持恒恒速速则则过过滤滤压压差差( (推推动动力力) )需需随随滤滤饼饼增增厚厚或或累累积积滤液量增加而增加，过滤结束阶段操作压力会过高。滤液量增加而增加，过滤结束阶段操作压力会过高。实际操作中常常采用：实际操作中常常采用：先恒速过滤后恒压过滤先恒速过滤后恒压过滤过过滤滤开开始始时时，以以较较低低的的恒恒速速操操作作，以以便便在在过过滤滤介介质质上上平平稳稳、均均匀匀地地形形成成滤滤饼饼，减减少少颗颗粒粒穿穿透透量量、避避免免初初滤滤液液浑浑浊浊或或网网孔孔堵堵塞塞。进进入入滤滤饼饼过过滤滤阶阶段段，压压差差上上升升到到一定值后，即转入恒压过滤直至过滤终止。一定值后，即转入恒压过滤直至过滤终止。这这种种过过滤滤操操作作可可分分段段进进行行计计算算，也也可可根根据据 p 随随 V 的的变化关系直接由过滤基本方程进行积分求解。变化关系直接由过滤基本方程进行积分求解。1、恒压过滤常数K，qe的测定三、过滤常数的测定对恒压过滤，过滤积分方程改写为：对恒压过滤，过滤积分方程改写为： 测测出出不不同同过过滤滤时时间间t内内的的滤滤液液量量q (按按单单位位面面积积计计)，在在直直角角坐坐标标系系中中绘绘制制 t/q 与与q 的的函函数数关关系系，得到一直线。得到一直线。 由斜率求由斜率求K，由截距求，由截距求qe。t/q q 2qe/K 斜率斜率1/K 2、压缩指数s的测定在不同过滤压差下做过滤实在不同过滤压差下做过滤实验，验，求求相应相应K，K与与p的关的关系在系在对数坐标对数坐标上上是一条直线是一条直线，直线的直线的斜率为斜率为(1-s)，可得，可得s。lgK lgp斜率(1s)实验序号实验序号过滤压强差过滤压强差p/MPa0.10.30.4滤液体积滤液体积V/m3过滤时间过滤时间/s0.000000.0174.029.622.60.02214.395.174.50.03448.0205.2170.70.04756.2351.7285.80.051120.2530.8423.2【例例题题】采采用用边边长长小小型型板板框框对对某某固固体体粉粉末末与与水水的的悬悬浮浮液液进进行行过过滤滤实实验验。悬悬浮浮液液固固体体含含量量25kg/m3，温温度度为为20。测测定定过过滤滤压压差差p为为、下下不不同同过过滤滤时时间间所所得得滤滤液液量量见见下下表表。求求：（1）各各p下下的的过过滤滤常常数数K及及过过滤滤介介质质的的当当量量滤滤液液qe；（2）滤饼压缩指数）滤饼压缩指数s。实验序号过滤压差p/0.10.30.4V/m3q/m3m-2tt/qtt/qtt/q0.010.10474.0711.529.6284.622.6217.30.020.208214.31030.395.1457.274.5358.20.030.31448.01445.2205.2661.9170.7550.60.040.416756.21817.8351.7845.4285.8687.00.050.5201120.22167.7530.81020.8423.2813.8（1）计算）计算q与与t/q，绘出，绘出t/q q图，得三条直线。图，得三条直线。读取直线斜率和截距可求得读取直线斜率和截距可求得 K、 qe：2.8110-4，；：5.5910-4，；：6.8410-4，（2）将三次实验的）将三次实验的K和和p数据绘制于双对数坐标上，数据绘制于双对数坐标上， 读取直线斜率，求得读取直线斜率，求得s。四、四、滤饼洗洗涤 回收滞留在颗粒缝隙间的滤液，或去除滤饼中的可溶回收滞留在颗粒缝隙间的滤液，或去除滤饼中的可溶性杂质，洗涤操作大多具有恒速恒压的特点。性杂质，洗涤操作大多具有恒速恒压的特点。洗涤速度:单位时间通过单位洗涤面积洗涤液量 洗涤时间：式中下标W表示洗涤操作 若洗涤压力与过滤终了时的操作压力相同，若洗涤压力与过滤终了时的操作压力相同，洗涤洗涤液与滤液的粘度大致相等，液与滤液的粘度大致相等，则洗涤速度与过滤终了时则洗涤速度与过滤终了时速度之间速度之间存在一定的关系，它取决于特定过滤设备上存在一定的关系，它取决于特定过滤设备上采用的洗涤方式。采用的洗涤方式。 连续过滤机及叶滤机等采用连续过滤机及叶滤机等采用置换洗涤法置换洗涤法，洗水与过，洗水与过滤终了时滤液流过的路径基本相同，洗涤与过滤面积也相滤终了时滤液流过的路径基本相同，洗涤与过滤面积也相同，洗涤速率大致等于过滤终了时的过滤速率，即同，洗涤速率大致等于过滤终了时的过滤速率，即板板框框过过滤滤机机采采用用横横穿穿洗洗涤涤法法，洗洗水水横横穿穿两两层层滤滤布布及及整整个个厚厚度度的的滤滤饼饼，流流径径长长度度约约为为过过滤滤终终了了时时滤滤液液流流动动的的两倍，而洗水流通面积仅为过滤面积的一半。两倍，而洗水流通面积仅为过滤面积的一半。 若洗水粘度、洗水表若洗水粘度、洗水表压与与滤液粘度、液粘度、过滤压力差有明力差有明显差异差异时，所需洗，所需洗涤时间可按下式可按下式进行校正，即行校正，即 tw校正后的洗校正后的洗涤时间，s； tw未未经校正的洗校正的洗涤时间，s；w洗水粘度，洗水粘度，Pas；p过滤终了了时的推的推动力，力，Pa；pw洗洗涤推推动力，力，Pa。五、五、过滤设备 间歇歇过滤机：板框机：板框过滤机和叶机和叶滤机机连续过滤机：机：转筒真空筒真空过滤机机操作操作方式方式结构构：由由若若干干交交替替排排列列的的滤板板、滤框框与与夹于于板板框框之之间的的滤布叠合布叠合组装装压紧而成。而成。1、板框、板框过滤机机滤板滤板滤框滤框滤布滤布滤板滤板滤布滤布滤布滤布滤框滤框滤布滤布常常见滤板与板与滤框框一个操作循环的工作过程2、转筒真空过滤机设备的主体是一个能转动的水平圆筒，其表面有一层金属网，网上复盖滤布，筒的下部侵入滤浆中2、转筒真空过滤机转筒及分配头的结构a 转筒；转筒；b 滤饼；滤饼；c 割刀；割刀；d 转动盘；转动盘；e 固定盘；固定盘；f 走滤液的真空凹槽；走滤液的真空凹槽；g 吸走洗水吸走洗水的真空凹槽；的真空凹槽；h 通入压缩空气的凹槽通入压缩空气的凹槽1-7格：格：过滤区；区；8-10、14格：吸干区；格：吸干区；12-13格：洗格：洗涤区；区；16-17格：吹松区；格：吹松区；11、15、18格：不工作。格：不工作。六、六、过滤机生机生产能力能力 一个操作循环：过滤洗涤卸饼、清洗滤布、组装时间： tFtWtD生产能力为：一般以单位时间得到的滤液量一般以单位时间得到的滤液量qV 表示，当以滤饼为表示，当以滤饼为产品时也可用单位时间得到的滤饼量来表示。产品时也可用单位时间得到的滤饼量来表示。1、间歇式歇式过滤机机滤液量：qV 00一个循一个循环总时间： tT=tF+tW+tD 生产中应尽量缩短辅助操作时间以提高生产能力。生产中应尽量缩短辅助操作时间以提高生产能力。注意：恒压操作过滤速率随过滤时间增长而下降，合理选注意：恒压操作过滤速率随过滤时间增长而下降，合理选择每个循环中的过滤时间，可得到最大的生产能力。择每个循环中的过滤时间，可得到最大的生产能力。2、连续式式过滤机机 特点特点: 过滤，洗涤，卸饼等操作是在过滤，洗涤，卸饼等操作是在转筒表面的不同区域同时进行，即在转筒表面的不同区域同时进行，即在转筒回转一周过程中转筒回转一周过程中起过滤作用的表起过滤作用的表面所占比例是一定的。面所占比例是一定的。以以转转速速n（转转/分分）匀匀速速旋旋转转的的过过滤滤机机， 又又等等价价于于过过滤滤时时间间在在旋旋转转周周期期（1/n）中中所所占占的的比比例例，故故每每周周期期的有效过滤时间为：的有效过滤时间为： 将这种分区概念等价转换为将这种分区概念等价转换为浸没度浸没度 ，即即浸没浸没在料浆在料浆中的转筒中的转筒表面表面所对应的所对应的圆心角圆心角 与与2 之比：之比：每周期滤每周期滤液量为：液量为：生产能力：恒压过滤时：恒压过滤时：忽略介质阻力忽略介质阻力: : 转筒真空过滤机转速高生产能力大；实际操作中转筒真空过滤机转速高生产能力大；实际操作中转速一般不会超过转速一般不会超过3转转/分。原因是转速较高时形成的分。原因是转速较高时形成的滤饼薄且含液率高，不仅会增加卸除滤饼的难度，也滤饼薄且含液率高，不仅会增加卸除滤饼的难度，也将影响滤饼质量和滤液收率。将影响滤饼质量和滤液收率。 这样就把回转真空过滤机部分转鼓表面的连续过滤转这样就把回转真空过滤机部分转鼓表面的连续过滤转换为全部转鼓表面的间歇过滤，恒压过滤方程仍适用。换为全部转鼓表面的间歇过滤，恒压过滤方程仍适用。 (1)表面过滤的过滤阻力由哪些部分组成？(2)表面过滤的过滤速度与推动力和阻力的关系如何表示？(3)过滤常数与哪些因素有关？(4)哪些因素影响滤饼层比阻？(5)过滤介质的比当量滤液量的物理意义是什么？本本节思考思考题第二节 表面过滤的基本理论(6)恒压过滤和恒速过滤的主要区别是什么？(7)如何通过实验测定过滤常数、过滤介质的比当量滤液量和压缩指数？(8)洗涤过程和过滤过程有什么关系？(9)间歇式过滤机和连续式过滤机的相同点和不同点是什么？第二节 表面过滤的基本理论第三节 深层过滤的基本理论 一、流体通一、流体通过颗粒床粒床层的流的流动二、深二、深层过滤过程中程中悬浮浮颗粒的运粒的运动三、深三、深层过滤的水力学的水力学主要内容主要内容掌握流体通掌握流体通过颗粒床粒床层的流的流动、深、深层过滤过程中程中悬浮浮颗粒的运粒的运动特性。特性。 深深层过滤是是利用利用过滤介介质间的空隙的空隙进行行过滤的的过程程，实际上是流体通过颗粒过滤介质床层的流动过程 众多固体众多固体颗粒堆粒堆积而成的静止的而成的静止的颗粒床粒床层称称为固定固定床床许多化工操作都与流体通过固定床的流动有关，其中常见的有： （1）固定床反应器(组成是粒状或片状催化剂) （2）悬浮液的过滤(组成是悬浮液中的固定颗粒堆积而成的滤饼)深层过滤一般适用于流体中颗粒含量少的场合。深层过滤在水处理中的应用水处理中的加压砂滤器、快滤池快快滤池池一、流体通过颗粒床层的流动颗粒与流体之间的相对运动特性与颗粒本身的特性密切相关。（一）混合（一）混合颗粒的几何特性粒的几何特性1、粒度分布、粒度分布混合颗粒滤料混合颗粒滤料单颗粒粒径不同单颗粒粒径不同粒度分布粒度分布筛分法筛分法标标 准准 筛筛 ： 是是 由由 一一 系系 列列 筛筛 孔孔 孔孔 径径 递递 增增(0.045mm4.0mm)、筛筛孔孔为为正正方方形形的的金金属属丝丝网网组组成成，筛筛网网上上每每英英寸寸长长度度的的孔孔数数为为筛筛号号，国国内内将将其其称称之之为为目目数。数。 累计粒度分布曲线：大小筛筛分分实实验验：将将一一套套标标准准筛筛按按筛筛孔孔上上大大下下小小的的顺顺序序叠叠在在一一起起，将将称称重重后后的的颗颗粒粒样样品品放放在在最最上上面面的的筛筛子子上上，整整套套筛筛子子用用振振荡荡器器振振动动，不不同同粒粒度度的的颗颗粒粒分分别别被被截截留留在在各各号号筛筛网网面面上上。称称量量各各号号筛筛网网上上的的筛筛留留物物，计计算算其其在在混混合合颗颗粒粒中中的的质质量量分数，即可得到样品的粒度分布。分数，即可得到样品的粒度分布。 2、混合、混合颗粒的平均粒径粒的平均粒径 颗颗粒粒比比表表面面对对流流体体通通过过固固定定床床的的流流动动影影响响最最大大，常以比表面积相等的原则定义混合颗粒的平均直径常以比表面积相等的原则定义混合颗粒的平均直径dpm。 若若密密度度为为 p的的单单位位质质量量混混合合球球形形颗颗粒粒中中，粒粒径径为为dpi颗粒的质量分率为颗粒的质量分率为xmi ，则混合颗粒的，则混合颗粒的表面积表面积为为: Vpi ai若混合颗粒平均直径为dpm，Vp a对于非球形颗粒 （二）颗粒床层的几何特性 流体流过颗粒床层时，其流动特性与颗粒床层的一下流体流过颗粒床层时，其流动特性与颗粒床层的一下几何特性有关。几何特性有关。1、颗粒床层的空隙率表示床表示床层中中颗粒堆粒堆积的疏密程度，的疏密程度，紧密，阻力密，阻力。2、颗粒床层的比表面床层的比表面积ab：单位体积的床层中颗粒的表面积。ab与a之间的关系如下：ab与与颗粒尺寸有关，粒尺寸有关，颗粒尺寸愈小，床粒尺寸愈小，床层比表面愈大。比表面愈大。 3、颗粒床层的当量直径L P当流体通过固定颗粒床层时，由于颗粒当流体通过固定颗粒床层时，由于颗粒大小不均匀，形状不规则，所形成的通大小不均匀，形状不规则，所形成的通道是弯曲、变截面、纵横交错的网状结道是弯曲、变截面、纵横交错的网状结构，造成直接计算流动阻力的困难。构，造成直接计算流动阻力的困难。 合理简化过程，合理简化过程，建立物理模型建立物理模型是工程是工程问题处理方法之一。问题处理方法之一。 (1)简化的依据：过程的特殊性爬流爬流流体通过颗粒层的流动一般很缓慢，呈爬流状态，流体通过颗粒层的流动一般很缓慢，呈爬流状态，不存在边界层脱体。因此，流动压降主要来自表面摩不存在边界层脱体。因此，流动压降主要来自表面摩擦，只与流体通道的表面积成正比，与通道的形状几擦，只与流体通道的表面积成正比，与通道的形状几乎无关，亦即只与颗粒的表面积成正比，与颗粒形状乎无关，亦即只与颗粒的表面积成正比，与颗粒形状无关。无关。(2)合理简化将复杂、不规则的网状通道简化为许多管径为deb，长度为Leb的平行细管。(3)本质近似（等效）简化不能失真，简化的物理模型与实际过程在本质上要近似（等效）。在此体现为：1）细管长度与床层厚度成正比；2）在相同的u条件下，两者的P相同；3）细管的内表面积等床层颗粒的全部表面积；4）细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙体积。颗粒床层的当量直径定义为： 取面积1m2，厚度1m的颗粒床层为基准，据简化模型则颗粒床层的当量直径为：与床层空隙率和颗粒尺寸有关 对于非球形颗粒dea：等比表面积当量直径：等比表面积当量直径deV：等体积当量直径：等体积当量直径 ：形状系数：形状系数（三）流体在（三）流体在颗粒床粒床层中的流中的流动 1、流、流动速度速度根据上述简化模型，流体在颗粒床层中流动可以看成是在小孔道管束中流动，而流体在孔道内的流动可以看成是层流。流动速度可以用哈根一泊肃叶定律来描述。ul流体在床层空隙中的实际流速，m/s；deb颗粒床层的当量直径，m;p流体通过颗粒床层的压力差，Pa；流体黏度，Pas；l孔通道的平均长度，m。颗粒床层的空床流速u：dVdt时间内通过床层的滤液量，m3；A垂直于流向的颗粒床层截面积，m2。床层空隙中实际流速床层空隙中实际流速ul与空床流速与空床流速u 间关系如下：间关系如下： 在计算颗粒床各参数关系式中，所涉及的流速都是在计算颗粒床各参数关系式中，所涉及的流速都是流体的空床流速（表观流速），即用流体体积流速流体的空床流速（表观流速），即用流体体积流速除以反应器截面积求得。但许多流体力学行为与实除以反应器截面积求得。但许多流体力学行为与实际流速即空隙速度有关，实际流速由体积流速除以际流速即空隙速度有关，实际流速由体积流速除以实际通过的截面积求得。实际流通截面就是反应器实际通过的截面积求得。实际流通截面就是反应器截面积减去颗粒所占面积得出的空隙面积。截面积减去颗粒所占面积得出的空隙面积。按简化模型，孔通道长度l与颗粒床层厚度L成正比，Kozeny-Carmam方程方程Kl 为为Kozeny系数，与下列因素有关：系数，与下列因素有关：床层颗粒粒径、形状床层颗粒粒径、形状床层空隙率等床层空隙率等在床层空隙率在床层空隙率 时，时，Kl5。 2、颗粒床层的阻力颗粒床层比阻则：流体在颗粒床层中流动速度的影响因素？一是促使流体流动的推动力p；二是阻碍流体流动的因素rL：(1)流体黏度；(2)床层阻力：床层性质（比阻r）及厚度L。与颗粒床颗粒大小和孔隙率有关通过试验求得1、迁移行为：颗粒进入滤料内部后，主要包括以下几个行为： 二、深层过滤过程中悬浮颗粒的运动 颗粒偏离流线运动到滤料内部空隙表面推动力包括：颗粒偏离流线运动到滤料内部空隙表面推动力包括： a. 扩散作用扩散作用(布朗运动布朗运动)，对，对 1 m 的颗粒起作用；的颗粒起作用； b. 重力沉降，当颗粒较大时，重力沉降起主要作用；重力沉降，当颗粒较大时，重力沉降起主要作用； c. 流体运动作用力流体运动作用力(惯性力惯性力)，如惯性离心力，使颗粒，如惯性离心力，使颗粒 偏离流线而运动到滤料表面。偏离流线而运动到滤料表面。2、附着行、附着行为： 3、脱落行、脱落行为： 影响附着的作用力影响附着颗粒脱落主要因素流体对附着颗粒的剪切作用运动颗粒对附着颗粒的碰撞作用。静电作用力(静电斥力或静电引力)范德华引力1、清洁滤料床层过滤初期，滤料层孔隙尚无堵塞，孔隙大小与孔过滤初期，滤料层孔隙尚无堵塞，孔隙大小与孔隙率没有变化。隙率没有变化。三、深层过滤的水力学过滤水力学是指过滤过程中流体通过滤料层时流过滤水力学是指过滤过程中流体通过滤料层时流速和水头损失的变化速和水头损失的变化流速计算：阻力损失：式中：L滤料层厚度，m；运动黏滞系数，m/s2对于对于非均匀滤料非均匀滤料的实际滤层，计算阻力损失时：的实际滤层，计算阻力损失时：可以按筛分曲线分成若干可以按筛分曲线分成若干微小滤料层微小滤料层，取相邻两层，取相邻两层的筛孔孔径的平均值作为各层的计算粒径。的筛孔孔径的平均值作为各层的计算粒径。假设粒径为假设粒径为d dp pi i的滤料质量占全部滤料质量之比为的滤料质量占全部滤料质量之比为p pi i，则清洁滤料层的，则清洁滤料层的总阻力损失为总阻力损失为：阻力损失的影响因素阻力损失的影响因素？第三节 深层过滤的基本理论 第三节 深层过滤的基本理论 2、运行、运行过程中程中滤料床料床层随着过滤时间的延长，滤层中截留的悬浮物量逐渐增随着过滤时间的延长，滤层中截留的悬浮物量逐渐增多，滤层空隙率逐渐减少。多，滤层空隙率逐渐减少。如空隙率减少，在阻力损失不变条件下滤速将降低。如空隙率减少，在阻力损失不变条件下滤速将降低。 反之，如果滤速保持不变，阻力损失将增加。反之，如果滤速保持不变，阻力损失将增加。等速过滤：任意过滤时间t 时的滤料层的总阻力损失式中：Kt实验系数；0过滤原液的固体浓度。减少或消除滤料表层堵塞的措施：p261过滤水头损失的时间变化odst第三节 深层过滤的基本理论 第三节 深层过滤的基本理论 (1)混合颗粒和颗粒床层有哪些主要的几何特性？(2)混合颗粒的平均粒径和颗粒床层的当量直径如何定义？(3)流体通过颗粒床层的实际流速与哪些因素有关，与空床流速是什么关系？(4)深层过滤的过滤速度与推动力和阻力的关系如何表示？本节思考题第三节 深层过滤的基本理论 (5)悬浮颗粒在床层中的运动包括哪些主要行为？(6)流体在深层过滤中的水头损失如何变化，主要存在哪些变化情况？(7)如何防止滤料表层的堵塞，为什么？