第三章 过滤及离心讲解

3)、洗涤：
将洗水送入洗水通道，经洗涤板左上角的洗水进口，进入板 的两侧表面的凹槽中。然后，洗水横穿滤布和滤饼，最后由非 洗涤板下角的滤液出口排出。在此阶段中，洗涤板下角的滤液 出口阀门关闭。
在洗液粘度与滤液粘度相近的情况下，且在压差相同时， 洗涤速率约为过滤终了速率的1/4。
为什么？
4)、卸渣、整理 打开板框，卸出滤饼，洗涤滤布及板、框。
液的流道。滤板右上角的圆孔，是滤浆通道；左上角的圆 孔，是洗水通道。
洗涤板：左上角的洗水通道与两侧表面的凹槽相通，
使洗水流进凹槽；
非洗涤板：洗水通道与两侧表面的凹槽不相通。
滤框：
滤浆通道：滤框右上角的圆孔 洗水通道：滤框左上角的圆孔
为了避免这两种板和框的安装次序有错，在铸造时常在板
与框的外侧面分别铸有一个、两个或三个小钮。非洗涤板为一
滤液
滤饼 滤布 滤网
支承力,N
为什么会自 动卸料？
摩擦力,f 重力,mg
离心力,F
特点：
结构简单，造价低廉，功率消耗小。 对悬浮液的浓度和固体颗粒大小的波动敏感。 生产能力较大，分离因数约为2000，可分离固体颗 粒浓度较浓、粒度为0.04~1mm的悬浮液。 在各种结晶产品的分离中广泛应用。
注意：所选过滤介质的孔道尺寸一定要使“架桥现象”能发
生。
饼层过滤适于处理固体含量较高的悬浮液。
2.2 深层过滤
特点：颗粒(粒子)沉积于介质内部。 过滤对象：悬浮液中的固体颗粒小而少。 过滤介质：堆积较厚的粒状床层。 过滤原理：颗粒尺寸 介质通道尺寸， 颗粒通过细长而弯曲的孔道，靠静电和分 子的作用力附着在介质孔道上。 应用：适于处理生产能力大而悬浮液中 颗粒小而且含量少的场合，如水处理和酒 的过滤。
三、 离心沉降
4 往复活塞推渣离心机
工作原理：
在离心力作用下液体沿加料斗的锥形面流动，均匀地沿圆 周分散到滤筐的过滤段。滤液透过滤网而形成滤渣层。活塞推 渣器与加料斗一齐作往复运动，将滤渣间断地沿着滤筐内表面 向排渣口排出。排渣器的往复运动是先向前推，马上后退，经 过一段时间形成一定厚度的滤渣层后，再次向前推，如此重复 进行推渣。
非均相物系的分离方法：
由于非均相物的两相间的密度等物理特性差异较 大，因此常采用机械方法进行分离。按两相运动方式 的不同，机械分离大致分为沉降和过滤两种操作。
均相物系的分离：
通常先造成一个两相物系，再用机械分离的方法分 离，如蒸馏，萃取等。
第二节 过 滤
一、过滤操作的基本概念
1 过滤(filtration)
过滤操作示意图 (滤饼过滤)
2 过滤方式
过滤的操作基本方式有两种：滤饼过滤和深层过滤。 2.1 滤饼过滤：饼层过滤
滤饼过滤过程： 刚开始：有细小颗粒通过孔道，滤液混浊。
开始后：迅速发生“架桥现象”，颗粒被拦截， 滤液澄清。
所以，在滤饼过滤时真正起过滤作用的是滤饼本 身，而非过滤介质。
架桥现象
几种过滤设备的比较
设备名称 主要结构 工作过程 特点、 适用性 生产能力计算
加压过滤，推动力较大 结构简单，造价低； 滤板、滤框、 装合、过滤、过滤面积大，能耗少； 板框压滤 夹紧机构、 洗涤、卸渣、读为间歇操作，推动力 机 机架 整理 较大； 洗涤时间长，生产效率 低。

应用范围广。 对原料的适 3600 V 应性强 Q


Q
3600 V 3600 V T W D
应用广泛， (q+qe )2=K(+e) 转鼓(滤网、 适应性强。 离心过滤 过滤、洗涤、离心过滤，推动力最大； 滤布)、机 仪设备成本 机 卸渣等 滤液湿度小。 架 高，过滤面 f2 3 3 p 积小。 3R ( R r )
特点：
分离因数约为300～700，其生产能力大，适用于分离固体 颗粒浓度较浓、粒径较大（0.1~5mm）的悬浮液，在生产中得 到广泛应用。
5 离心力自动卸渣离心机（conical basket centrifuge）
离心力自动卸料离心机，又称为锥篮离心机
料浆
结构：如图
滤渣
洗涤
转鼓
工作过程：
料浆进入锥形滤筐底部，靠离心 力甩向滤筐； 液相通过滤布，固相被截留。 滤渣克服摩擦阻力，沿滤筐向上 移动，经过洗涤段和干燥段。最后 从顶端排出。
钮板，框带两个钮板，洗涤板为三钮板。
这是一台等待出厂的板框过滤机产品
过滤机的板和框的结构
滤板
滤浆
滤框
洗板
洗水
滤布
滤板
滤浆 洗水
滤框
洗板
板框过滤机
滤布
过滤过程
板框过滤机的操作是间歇式的，每个操作循环由装合、过滤、 洗涤、卸渣、整理五个阶段。 1)、装合： 将板与框按 1-2-3-2-1-2-3的顺序，滤板的两侧表面放上滤 布，然后用手动的或机动的压紧装置固定，使板与框紧密接触。 2)、过滤： 用泵把滤浆送进右上角的滤浆通道，由通道流进每个滤框里。 滤液穿过滤布沿滤板的凹槽流至每个滤板下角的阀门排出。固体 颗粒积存在滤框内形成滤饼，直到框内充满滤饼为止。
有较大影响。
不可压缩滤饼：若颗粒由不易变形的坚硬固体组成，则当
压强差增大时，滤饼的结构不发生明显变化，单位厚度滤饼 的流动阻力可视作恒定，这类滤饼称为不可压缩滤饼。
可压缩滤饼 ：若滤饼为胶体物质时，当压强差增大时，滤
饼则被压紧，使单位厚度滤饼的流动阻力增大，此类滤饼称 为可压缩滤饼。
助滤剂：对于可压缩滤饼，为了使过滤顺利进行，可以将
Fd
Fd与颗粒运动的方向相反 只要颗粒与流体之间有相 对运动，就会产生阻力。 对于一定的颗粒和流体， 只要相对运动速度相同，流 体对颗粒的阻力就一样。
u
图
流体绕过颗粒的流动
二、重力沉降
重力沉降 由地球引力作用而发生的颗粒
沉降过程，称为重力沉降。
阻力 Fd
浮力 Fb
u
重力 Fg
颗粒的沉降过程分为两个阶段：
2 间歇过滤机的生产能力
生产能力: 单位时间内获得的滤液体积。
对于间歇过滤机，一个过滤循环包括过滤、洗涤、卸渣、
清理、重装等步骤。
通常把卸渣、清理、重装等所用的时间合在一起称为辅助
时间D 。
一个循环时间T=+W+D 。其中只有过滤时间真正用于过滤。
例：以某板框式压滤机在恒压条件下过滤含硅藻土的悬浮夜。 过滤机的滤框尺寸为810×810×25(mm)，共有37个框。已 测出过滤常数K=10-4m2/s，qe=0.01m3/m2，e=1s。若已知单 位面积上通过的滤液量为0.15m3/m2，所用洗水量为滤液量
过滤介质的作用 ( 滤饼过滤 ) ：促使滤饼的形成， 并支承滤饼。
过滤介质应具有如下性质： （1）多孔性，液体流过的阻力小；
（2）有足够的强度；
（3）耐腐蚀性和耐热性；
（4）孔道大小适当，能发生架桥现象。
4 滤饼的压缩性和助滤剂
随着过滤的进行，滤饼的厚度增大，滤液的流动阻力亦逐
渐增大，导致滤饼两侧的压强差增大。滤饼的压缩性对压强差
加速阶段； 匀速阶段。
沉降速度 ：也称为终端速度，匀速阶段颗粒相对于流体的运动 速度。
ut
4 gd p ( p ) 3
3 降尘室
降尘室的示意图
降尘室：利用重力降分离含尘气体中尘粒的设备。是一种最原 始的分离方法。一般作为预分离之用，分离粒径较大的尘粒。
净化气体
含尘气体 粉尘
的1/5。求：
1) 过滤面积和滤框内的总容量； 2) 过滤所需的时间； 3) 洗涤时间； 4) 生产能力Q(td=15min)。
解：1) 过滤面积
滤框总容积
A=2LBZ=2×0.81×0.81×37=48.6m2
Vz=LBZ=0.81×0.81×0.025×37=0.607m3
2) 过滤时间
(q+qe )2=K(+e) (0.15+0.01)2=10-4(+1) =255s
深层过滤
3 过滤介质
过滤介质的分类： 织物介质(又称滤布)
由棉、毛、麻、丝等天然纤维及合成纤维制成的织物，以 及玻璃丝、金属丝等织成的网；
堆积介质
由各种固体颗粒（细砂、硅藻土等）堆积而成， 多用于 深床过滤；
多孔固体介质
这类介质具有很多细微孔道，如多孔陶瓷、多孔塑料等。 多用于含少量细微颗粒的悬浮液，如白酒等的精滤。
以某种多孔物质为介质，在外力的作用下，使悬浮液中 的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而
实现固液分离的单元操作。
过滤介质: 过滤采用的多孔物质； 滤浆: 所处理的悬浮液； 滤液: 通过多孔通道的液体； 滤饼或滤渣: 被截留的固体物质。
滤浆 原悬浮液。 滤饼 截留的固体物质。 过滤介质 多孔物质。 滤液 通过多孔通道的液体。
3) 洗涤时间
w = 8(q+qe)qw/5K =8×(0.15+0.01)×0.15/(5×10-4)=348s
4) 生产能力
Q
V T
qA w d

0.1548.6 255 348 1560
4.8510 m / s 17.5m / h
3 3
3
第二节 沉降
定义： 在某种力场的作用下，利用分散物质与分散介质的 密度差异，使之发生相对运动而分离的单元操作。 沉降力场：重力、离心力。 沉降操作分类：重力沉降、离心沉降。
一、颗粒运动时的阻力
当流体相对于静止的固体颗粒流动时，或者固体颗粒在静止 流体中移动时，由于流体的粘性，两者之间会产生作用力，这 种作用力通常称为曳力（drag force)或阻力。
二、过滤设备
按操作方式分类：间歇过滤机、连续过滤机 按操作压强差分类：压滤、吸滤和离心过滤 工业上使用的典型过滤设备：