第三章 过滤及离心

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。
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
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。
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。
质地坚硬而能形成疏松滤饼的另一种固体颗粒混入悬浮液或 预涂于过滤介质上，以形成疏松饼层，使得滤液畅流，该种 颗粒状物质就称为助滤剂。
助滤剂的基本要求：
1、能形成多孔饼层的刚性颗粒，使滤饼有良好的渗透性及
较低的流体阻力。
2、具有化学稳定性。 3、在操作压强范围内具有不可压缩性。
常用的助滤剂：硅藻土、珍珠岩、石棉、炭粉等。
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。
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
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
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
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
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
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：
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
近年出现了各种自动操作的板框压滤机，使劳动强度得到减
轻。
3 离心过滤机
1.悬筐式离心机(suspended-basket centrifuge)
结构：
转鼓(上有小孔，亦称悬框)； 滤网； 滤布； 机架。
转鼓 滤饼 滤布 滤网
原理：
网及滤筐而流出。
离心过滤机工作原理图
由于离心力作用，液体产生径向压差，通过滤饼、滤
板框压滤机的特点：
结构简单，价格低廉，占地面积小，过滤面积大。 可根据需要增减滤板的数量，调节过滤能力。
对物料的适应能力较强，由于操作压力较高
（3~10kg/cm2 ），对颗粒细小而液体粘度较大的滤浆，也能 适用。 间歇操作，生产能力低，卸渣清洗和组装阶段需用人力操作， 劳动强度大，所以它只适用于小规模生产。
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。
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。
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：
板框压滤机（间歇操作） 转筒真空过滤机（连续操作） 过滤式离心机
1 板框压滤机
下载
结构：滤板、滤框、夹紧机构、机架等组成。 滤板：凹凸不平的表面，凸部用来支撑滤布，凹槽是滤
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。
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。
隔板
继续
多层隔板降尘室示意图 当降尘室用水平隔板分为N层，则每层高度为H/N。水平速度 u不变。此时： 尘粒沉降高度为原来的1/N倍； utc降为原来的1/N倍(utc=Vs / bl) ； 1/ N 一般可分离20μm以上的颗粒。多层隔板降尘室排灰不方便。
d pc V 18 s ( p ) g bl


Q
3600 V 3600 V T W D
应用广泛， 2 转鼓(滤网、 适应性强。 (q+qe ) =K(+e) 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 2 p 3f R ( R 3 r 3 ) 积小。
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
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。
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)
T
洗涤速率 终了过滤速率 4
3600 V
W D
真空过滤，推动力较小； 转筒(滤网、 连续化生产，自动化程 适于粒度中 转鼓真空 滤布)、分 过滤、洗涤、 度高，推动力小，滤饼湿 等，粘度不 过滤机 配头、滤浆 吹干、卸渣 度大，设备投资高 太大的物料 槽
Q 60nV 60 KA2 (60n e n 2 ) Ve n
第三章 非均相物系的分离
重点：过滤和沉降、离心的基本Fra Baidu bibliotek论
难点：过滤基本方程的应用、过滤设备
第一节
均相物系：
概述
自然界的混合物分为两大类：
均相混合物。物系内部各处均匀且无相界
面。如溶液和混合气体都是均相物系。
非均相物系：非均相混合物。物系内部有隔开不同相
的界面存在，且界面两侧的物料性质有显著差异。如：由固体 颗粒与液体构成的悬浮液、乳浊液、泡沫液属于液态非均相物 系，由固体颗粒与气体构成的含尘气体、含雾气体属于气态非 均相物系。
三、 离心沉降