15过滤计算

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 ; AW A
dV
d
W
dV
d
F
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：
2. 最优操作周期
W
W
W
p pW
1 s
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
dV A p A p1s d rcq 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 2L Le F ; AW A/ 2
dV
d
W
1 4
dV
d
F
横穿洗涤法 1/4
横穿洗涤法的洗涤速率为过滤速率终了速率的1/4
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 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 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。
液所需的平均时间为过滤时间 F 的函数，即有：
F
W
qF
R
f F
为使这个平均时间最小，即使 f F 最小，可令：
df F
d F
0
F
W
R
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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q2
K
dq
d
K 2q
dq
d
F
K 2qF
dq
浸没角度 / 360
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 KA2(60 n en2 ) Ven
2 过滤计算方法与过滤操作方式有关，即与操作是间歇的还是连续的有关。
3 在板框压滤机中，洗水速率为过滤终了速率的1/4（横穿洗涤法）。在叶滤 机中，二者相等（置换洗涤法）。
4 转筒过滤机的生产能力与转筒转速的1/2次方次成比例，合适的转速应由经 验确定。
作业：4-4 4-5 4-10
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转筒每转一周的累积滤液体积为
生产能力
V KA2 F e Ve KA2 60 / n e Ve
Vh 60nV 60 KA2(60 n cn2 ) Ven
如忽略滤布阻力时，Ve 0， e 0 ，则有：
Vh 60 KA2 60 n 465 A K n
(m3/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Байду номын сангаас，一般为
忽略过滤介质阻力即： Ve 0 , e 0
Vh 60 KA2 60 n 465 A K n
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(m3/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：
c 60 / n rps 在一个周期中，过滤时间为 F c 60 / n (s)
这样，从生产能力角度看，一台参数为A、Φ及n的转筒过滤机，与一台在同样条 件下操作的参数为A、τc 60 / n 及 F 60 / n 的间歇过滤机等效。 转筒过滤机的生产能力
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。
d
W
dq
d
F
K
2qF
;
qF
K F
令qW JqF 或VW JVF
W
VW
(dV / d )W
qW
(dq / d )W
JqF
(dq / d )F
JqF
K / 2qF
2J F
F
W
qF
R
F
2J F / R
K F
f F
d[
f ( F d F
)]
1
2J /
2K
F
1/
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图15-1a 板框压滤机的结构
图15-1b
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(a) 过滤
(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)。
絮凝或凝聚剂的加入量都有某个最佳值，对不同物料必须由实验决定。经絮凝或 凝聚后的颗粒变大，但同时增加了滤饼的可压缩性而难以过滤，需要权衡处置。
动态过滤 在传统的过滤装置中。滤饼不受搅动并不断增厚，固体颗粒连同悬 浮液都以过滤介质为其流动的终端，因此称为终端过滤。这种过滤的主要阻力大 多来自滤饼。为了保持初始阶段薄层滤饼的高过滤速率，可采用多种方法．如机 械的、水力的或电场的人为干扰限制滤饼增长。这种有别于传统的过滤统称为动 态过滤。图4-24所示即为动态过滤的一个例子。
个操作周期为：
c F W R
1. 洗涤时间
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
VW
(dV / d )W
(VW — 洗水用量，m3 )
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影响洗涤速率的因素可据过滤速率方程分析，有：
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。
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改变悬浮液中的颗粒聚集状态 过滤之前先将悬浮液作处理，以使分 散的细小颗粒聚集成较大颗粒，从而易于过滤。促使分散颗粒聚集的 方法有两种。一是加入聚合电解质如明胶、聚丙烯酰胺等絮凝剂，其 长链高分子使固体颗粒之间发生桥接，形成多个颗粒组成的絮团。二是在悬浮体 中加入硫酸铝等无机电解质．使颗粒表面的双电层压缩．颗粒与颗粒得以进一步 靠拢并借范德华力凝聚在一起。
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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 过滤计算
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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 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、 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。