15 过滤计算

影响洗涤速率的因素可据过滤速率方程分析，有：
dV A p A p 1 s d rc q qe r L Le
对板框压滤机而言，一般采用横穿洗涤法，即有： 当洗水压力与过滤 压力相同，洗水粘 度与滤液粘度相近
L Le W
2 L Le F ; AW A / 2
卸渣等全部操作过程，而各部分操作各自独立进行，即各操作在同时进行，使过
程连续化。 转筒真空过滤机的操作情况及分配头的结构如图15-4所示。 这种过滤机的优点是：①适于处理各种不同悬浮液；②管理简单。缺点是：①过 滤面积小，投资费用高；②滤饼洗涤不充分；③难以得到未经稀释的滤液。
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F W R
qF
f F
为使这个平均时间最小，即使 f F 最小，可令：
df F 0 F W R d F
即一个操作周期中， F W 占一半时间，则达到一定产量所需时间最小，或生 产能力最大。
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KA (60 n n ) V n
2 2 e e
忽略过滤介质阻力即： e 0 , e 0 V
Vh 60 KA2 60 n 465 A K n
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(m 3 /h)
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操作周期为转筒旋转一周所经历的时间，如转筒转数为n，rpm，则：
滤机的两个平行横梁上，滤板与滤框间夹有滤布，用夹紧装置压紧或松开。
图15-1是组成压滤机的三种具有不同结构的滤板和滤框元件，将其按一定顺序 交替排列便可构成具有一定流体通道的压滤机，如图15-2所示。其中图(a)、(b)
分别为过滤与洗涤滤渣的情景。
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图15-1a 板框压滤机的结构
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AW A
置换洗涤法 1
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当洗水粘度、洗水压力与滤液相差较大时，可用下式校正之：
W W W p pW
1 s
2. 最优操作周期 在很多情况下，过滤介质阻力可以忽略不计，此时 qe 0 。如令洗水量与累积 滤液量成正比，可推知，在一个周期中，单位过滤面积上过滤出单位体积滤 液所需的平均时间为过滤时间 F 的函数，即有：
图15-1b
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滤浆
洗水
洗液
滤液
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(a) 过滤
பைடு நூலகம்
(b) 洗涤
图15-2 板框压滤机的过滤和洗涤
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板框压滤机的优点是：①单位占地面积上的过滤面积大；②操作压强 高，适应能力强；③运行时无运动部件，管理简单、使用可靠。缺点 是：①人力操纵，劳动强度大，效率低；②由于经常拆卸和在加压下 操作，滤布磨损严重；③滤渣洗涤不彻底。 （二）叶滤机 叶滤机由许多滤叶构成，滤叶安装在密闭的筒壳内。 图15-3为直立式叶滤机，滤叶由外面有滤布的骨架构成，骨架为多孔金属板或 金属丝制成的空心框，操作时，悬浮液在加压(p=0.4MPa表压)下注满桶壳，滤 液经滤布和滤叶骨架，经排出管排入过滤机旁的汇流槽内，当滤布上滤渣达到足 够厚度时，将机壳内悬浮液放出，而滤渣在加压下用水洗涤，洗涤路径与过滤时 一样，为置换洗涤法，洗涤后取出滤叶组件，卸除滤渣，安装后进行下一循环操 作与板框压滤机比较，叶滤机有如下优点：①洗涤水用量少而洗涤效果好；②滤 布磨损较轻；③管理简单；④单位过滤面积生产能力大，缺点是：①制造复杂、 成本高；②滤布更换较麻烦。 （三）转筒真空过滤机 这是一种连续操作的过滤机。它的主要结构及操作原理是：一水平空心圆筒，侧 面上具有孔眼并包有金属网和滤布，在料槽内低速回转(0.1～2.6r/min)。
此时，操作周期为转筒转一周所经历的时间，如转筒转数为n，rpm。则 c 60 / n 在一个周期中，过滤时间为：
F c 60 / n
(s)
V KA2 F e Ve KA2 60 / n e Ve
生产能力为：
Vh 60nV 60
工业常用过滤设备，然后讨论它们的计算方法。 一、常用过滤设备 工业上常用过滤机为压滤机、真空过滤机，按操作方式可将其分类如下： 1.间歇过滤机—板框压滤机、叶滤机等； 2.连续过滤机—转筒真空过滤机、转盘真空过滤机等。 下面简要介绍几种常用过滤机的结构及其操作原理。关于另一类过滤机─离心式 过滤机情况可参阅其他参考书。 （一）板框压滤机 板框压滤机由许多顺序交替的滤板和滤框构成，滤板和滤框借侧面的支耳架在过
F 2J F / R f F qF K F d [ f ( F )] 1 2 J / F 1 / 2 R F 3 / 2 0 d F 2 K 2 K F W R

1 2J / R F 1 0
c F W R
洗涤滤饼的目的是回收残留在滤饼中的滤液或净化滤饼。在洗水中不含固粒，
滤饼厚度不变。在恒压下，洗水体积流量也不变，洗水流量即洗涤速率，以 表示： (dV / d )W
W
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VW (dV / d )W
(VW — 洗水用量，m3 )
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图15-4b 真空转筒过滤机
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图15-4c 真空转筒过滤机上的转筒
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图15-4d
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槽内盛满悬浮液，侵入悬浮液内的表面约是整个转筒的25％～40％。
空心转筒内由数块（12块或18块）径向隔板分成许多扇形格，各格 与空心轴颈中的通道用一分配头相连，分配头压紧在空心轴颈上。分配头使转筒
V KA2 F e Ve KA2 60 / n e Ve
生产能力
Vh 60nV 60 KA2 (60 n c n2 ) Ve n


如忽略滤布阻力时，Ve 0， e 0 ，则有：
Vh 60 KA2 60 n 465 A K n (m 3 /h)
可见，n—V，但如n太高，则每周期过滤时间τF 越短——滤饼太薄——难以卸
除，也不利于洗涤，且功率消耗大。合适的转速应由经验确定，一般为
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n＝0.1～2.6 r/min。
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三、过滤速率的强化 过滤技术的改进大体包括两个方面：寻找适当的过滤方法和设备以适 应物料的性质；加快过滤速率以提高过滤机的生产能力。 加快过滤速率原则上有改变滤饼结构、改变悬浮液中的颗粒聚集状态以及动态过 滤限制滤饼厚度增长三种途径。 改变滤饼结构 改变悬浮液中的颗粒聚集状态 动态过滤限制滤饼厚度增长 改变滤饼结构 滤饼结构如空隙率、可压缩性等对过滤速率影响很大。为获得较 高的过滤速率，希望形成的滤饼较为疏松而且是不可压缩的。通常改变滤饼结构 的方法是使用助滤剂。常用的助滤剂是一些不可压缩的粉状或纤维状固体，如硅 藻土、膨胀珍珠岩、纤维素等。对助滤剂的基本要求是：刚性，能承受一定压差 而不变形；多孔性，以形成高空隙率的滤饼，如硅藻土层的空隙率可高达80％～ 90％；尺度大体均匀，其大小有不同规格以适应不同的悬浮液；化学稳定性好， 不与物料发生化学反应。 助滤剂除上述改变滤饼结构、降低滤饼的可压缩性之外，还有防止过滤介质早期 堵塞和吸附悬浮液中微小颗粒以获得澄清滤液的作用。
q 2 K
dq K K dq d 2 q d F 2 q F
K dq dq ; q F K F d W d F 2 q F
令qW JqF 或VW JVF
W
VW qW JqF JqF 2J F (dV / d )W (dq / d )W (dq / d ) F K / 2qF
横穿洗涤法
1 dV dV d W 4 d F
1/ 4
横穿洗涤法的洗涤速率为过滤速率终了速率的1/4 对叶滤机而言，通常采用置换洗涤法，洗涤速率与过滤速率终了的速率相等。
L Le W L Le F ;
dV dV d W d F
各个扇形格区同真空管路和压缩空气管路顺序接通。浸在悬浮液内的各扇形格同
真空管路接通，由于转筒内外压差作用，滤渣被截留在筒外表面上，而滤液则吸 入筒内经分配头吸出。
整个转筒按与分配头的不同管路接通，分为三个操作区域：①过滤区；②洗涤吸
干区；③吹松卸渣区。 在转筒的回转中，过滤机过滤面的各部分都顺序经历过滤、洗涤、吸干、吹松、
第十五讲 过滤计算
一、常用过滤设备
（一）板框压滤机 （二）叶滤机 （三）转筒真空过滤机
二、过滤计算
（一）间歇过滤计算 （二）连续过滤机算
三、过滤速率的强化
（一）改变滤饼结构 （二）改变悬浮液中的颗粒聚集状态 （三）动态过滤限制滤饼厚度增长
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过滤计算往往与过滤操作方式和所用设备密切相关，为此先介绍几种
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图15-3 叶滤机
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过滤计算
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洗水
洗涤吸干区 吹松卸渣区
转动盘

滤浆
过滤区
溢流

固定盘 转动盘 转 鼓 刮 刀