等压滤饼过滤过程中五个基本理论问题之探讨——非均布滤饼的局部比阻与平均比阻的测定与计算方法

宋志黎* 宋显洪

（上海洪利净化科技有限公司）

工业生产中液固过滤物料无数，过滤过程形成的滤饼种类极多。按照滤饼层内局部孔隙率或局部比阻沿滤饼层滤液纵向流动方向分布，应将滤饼层分为局部孔隙率或局部比阻皆均等的滤饼称为均布滤饼；而将局部孔隙率或局部比阻非均等的滤饼为称非均布滤饼。传统的过滤理论将均布滤饼称之为不可压缩滤饼，将非均布滤饼称为可压缩滤饼。

在《等压滤饼过滤过程中五个基本理论问题之探讨》系列论文中已提出，等压滤饼过滤的单位过滤面积的滤液体体积q与t之间的关系如下：

t——累积的过滤时间，s；

t*——滤液通过滤饼层与过滤介质的总时间，s；

tm——表征过滤介质的原始阻力对过滤时间t的影响，可近似认为等压过滤一启动，从过滤介质与料浆接触面，滤液通过过滤介质的时间，通过记录开始加压与滤液流出过滤介质的时间差，即可初步直接测得tm值，还可通过计算求得比较正确的tm值；

qm——近似看成与tm相对应的虚拟滤液量，把过滤介质虚拟地假设为一层滤饼，形成该层滤饼的过滤时间为tm，在该时间内所得到滤液量为qm；

ξ——系数；

n——指数，表征滤饼层的结构的参数，均布滤饼n=2，非均布滤饼n＞2。

均布滤饼的tm，ξ，n等参数可以通过计算求得，非均布滤饼的tm，ξ，n等参数需要实验测定。

《等压滤饼过滤过程中五个基本理论问题探讨》系列论文中理论推导出，过滤介质阻力Rm与累计过滤时间t的数学方程为：

过滤介质阻力Rm与单位过滤面积所得的累计滤液体积q之间关系为：

1 均布滤饼的局部比阻α与平均比阻αcp的计算公式

式中：c——滤饼总体积除以滤液体积。

2 非均布滤饼的局部比阻α的新计算方法探讨

在《等压滤饼过滤过程中五个基本理论问题探讨》系列论文中，n＞2 的非均布滤饼内，不同滤饼层位置h的局部比阻α（h）的计算式如下：

h无法直接正确测量，因此不利用测量不同滤饼层位置h时的“局部比阻”α（h），而计算不同滤液总体积q时的局部比阻α（q），因为在过滤过程中，q值可以直接与正确测量。

首先，等压滤饼过滤过程中，过滤的基本方程为：

用等压过滤过程中取得的均布滤饼一系列t与q

在非均布滤饼等压过滤过程中，q值不同时，其薄层滤饼的滤饼体积除以滤液体积的c值不可能是常数，但目前无法正确测量。如果在测试滤饼比阻的过滤试验中，能确保被过滤料液在过滤过程中无沉降现象，另外滤饼层总厚度不超过5～10 mm；过滤压差不超过0.1～0.2 MPa，可近似认为整个滤饼层内各层c值是常数，则式（7）可以表示为：

3 n＞2的非均布滤饼的平均滤饼比阻αcp计算公式

在过滤工程的设计计算过程中，最重要的是不同压差下整个滤饼层的平均比阻，即整个滤饼层最终厚度为hmax时的平均比阻αcp，或最终滤液体积qmax时的平均αcp。αcp的计算公式如下：

4 实测与计算实例

4.1 实验

4.2 实验测定数据

实验测得的数据可见表1。

表1 复方连翘-金银花水提液过滤的qi与ti实测数据

将表1 中的qi与ti值作图，图1 所示为该物料在过滤压差为0.2 MPa 条件下qi与ti实测值的变化情况。

图1 0.2 MPa时qi与ti实测值变化情况

按照表1 的实测数据，可以得出qm，ξ，tm等参 数：qm=0.881×10-2m3/m2，ξ=226 986.5，n=2.41，tm=2.075 s。

表2 是复方连翘-金银花水提液过滤的实测qi，ti值与根据式（1）计算得到的qi与ti值，实测qi与ti值与计算qi与ti值的绝对误差及相对误差，以及计算得到的局部比阻α（qi）值。图2 为不同qi时，α（qi）与qi的关系。

表2 复方连翘—金银花水提液过滤的计算值与实测值及其误差

图2 不同qi 值时，计算所得α(qi )与qi 之间的关系

5 总结

液固过滤是各种工业生产过程中不可缺少的单元操作。难滤物料中除了部分是特细物料，绝大部分都是可压缩滤饼，即局部比阻非均布滤饼。

至今国内外还没有较正确的局部比阻的测定与计算方法，既影响工业生产上过滤工程的设计计算，导致能耗与物耗增大，投资成本与操作成本不合理增加，又导致生产环境恶化，生产安全性降低。由于没有较正确的局部比阻的数值，导致该物料的工业化生产无法数字化显示与智能化管理。

本文对难滤物料的局部比阻与平均比阻的测试计算理论重新研究后，得出了新的测试与计算方法。新的计算方法应与作者提出的专门用于测定滤饼层比阻的新专利技术相结合使用，该专利最大优点是能消除测试过程中液固分层与沉降现象对测试结果正确性的干扰。