对难过滤物料强化过滤技术的研究及应用.pdf

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1、第38卷第2期化工机械149对难过滤物料强化过滤技术的研究及应用都丽红。m(1．上海化工研究院；2．天津大学化工学院)摘要对一种高可压缩、具有软体颗粒难过滤的生物酶解液物料，进行了过滤过程研究。采用添加助滤剂的掺浆助过滤扣限制滤饼增长的薄层滤饼过滤相结合的强化过滤技术．可以解决此类难过滤物料的液固分离问题。关键词强化过滤技术助滤荆模拟计算法滤饼比阻渗透率滤饼孔隙率中图分类号TQ028．5+3文献标识码A文章编号0254-6094(2011)02_0149_06过滤分离技术应用十分广泛，对非均相物系的脱水(液)过程而言，

2、过滤与分离技术是一种节能的非热力脱水(液)分离技术，在国外已引起广泛重视。随着工业的不断发展，需要液固分离的物料日益增多，其中有很多是难过滤物料，以制药、生物化工、酿酒及食品等行业中的发酵液最为典型，这些物料成分复杂、固体颗粒极小、分散程度高、易变形，形成的滤饼易于压缩，液相粘稠，用传统过滤方法很难进行分离。为此，要对这类物料进行过滤与分离，面临的难题越来越多，单纯依靠过滤介质采用机械截留的机理来进行已经难以实现。笔者以生物化工中间产品酶解液等难过滤物料为研究对象，针对这些难过滤物料的性质与生产工艺的要求，在理论研究和

3、实验基础上，决定分别采用改善滤饼结构和薄层滤饼过滤强化过滤技术。1改善滤饼结构——添加助滤剂采用助滤剂的助过滤技术在难过滤物料的过滤问题上起着重要作用。加入合适的助滤剂，可以改善滤饼结构、增加滤饼的孔隙率，形成高度渗透性的滤饼、降低滤饼比阻和提高过滤精度。因此针对物料特性、工艺要求选择合适的助滤剂、科学确定使用方法和条件，使之达到强化过滤是非常必要的。添加助滤剂后滤饼的孔隙率是选择助滤剂的重要参数之一，但该参数的测定或计算都有一定的难度，笔者在已有的过滤理论基础上，根据实验参数，通过模拟计算探索了滤饼孔隙率计算方法。1

4、．1孔隙率模拟计算法⋯21很多学者都对孔隙率进行了研究，其中最有影响的是Kozeney提出的渗透率公式，它将渗透率I

5、}和滤饼孔隙率8关联起来，笔者根据这个公式和达西方程，推导出了利用实验数据滤液累计量y和和过滤时间t求解孔隙率的方法。．3扣币妇n)根据压力降=滤饼上的压力降+过滤介质上的压力降，有：△p=△p。+△p．(2)根据达西定律，将滤饼上的压力降△

6、P。和过滤介质上的压力降△P。写成：．△p。=告警(3)却。=告警㈩代入式(2)，得：却=告警+卷苦cs，式中滤饼高度￡可以用滤液体积y和滤饼的孔隙率占表示：·都

7、丽红，女，1965年1月生，教授级高级工程师。上海市，200062。150化工机械20l1年工=蔷溉将式(6)代入式(5)，得：(6)查!堡竺竺兰查却=坐警y詈+告警c7，△p2—■万r7面+百i(7)上式中料浆粘度p，料浆质量分数C。，K(Kozeney常数，通常在固定的颗粒床层或低速移动的颗粒床层取5)，单位颗粒体积的比表面积S，，滤饼面积A，固体颗粒的密度P。，过滤介质的厚度￡。均可知，对式(7)积分，得：汪≮装≠n蛊y㈣‘=————i—彳————一y+■—■●yt6J2占’A。Ps△p后mA卸、’式(8)中，时

8、间t是滤液体积累计量y的函数，除了占和I

9、}。，时间t和y可通过实验获得。令口I=筹^=高删式(8)写成：‘=口I俨+口2’，(9)为解得口。和口：，可以通过不同的y，t求解。通过n次实验，得到n个方程，方程组为：II=口1I，l2+口2ylt2=口l吃2+n2Kj(10)l_一I=口IK．I2+口2■一II．=口I■2+口2匕将y，t写成向量形式：‘。，I=[Il⋯l。]’rEl，。]A一=l；i【匕tLjⅢ则式(9)简化为矩阵形式：l。。l=A．，2d．。2(11)通过矩阵运算，可求出口。和口：，也就可以得出滤饼孔

10、隙率8和过滤介质的渗透率．j}。。。。x2=[A。。2TA。。2]一1A．。2T‘．。l(12)将助滤剂配成800mL质量分数为5％的料浆，在不同压差下进行过滤试验，其中弘为1．3×10一，Cs是5％，K取5，A为114×10—m2，Jps为1．44kg／m3。根据公式推导和矩阵运算，可以利用模拟计算与实验测得曲线等效求取滤饼孔隙率，计算结果见表l。从表1中得到，在0．02—0．12MPa压差下，随着压差的增大，滤饼的孔隙率呈下降趋势，这是由于助滤剂的粒度分布宽引起的，小颗粒在压差作用下存在钻隙现象；当压差为O．12—

11、0．18MPa时，滤饼孔隙率基本保持不变，说明在这个压差范围内的滤饼结构趋于稳定。图1是O．04MPa压差下拟合曲线和实验数据图，从中可以看到拟合曲线和实验数据很接近，说明用模拟方法计算孔隙率是可行的。{唇莒赠捌图10．04MPa压差下孔隙率拟舍曲线和实验数据图1．2助滤剂助过滤的方法和条件¨’41研究以难过滤的生物药物酶解液为研