沉降与过滤

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污水处理中的沉降与过滤

污水处理中的沉降与过滤
化效果。
针对不同污水来源和特点,开 展实际应用案例的研究,验证 沉降和过滤技术的可行性和有 效性。
加强与其他学科领域的交叉研 究,如物理学、化学、生物学 等,以拓展沉降和过滤技术的 应用范围和领域。
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部,从而实现水质的净化。
沉降和过滤的效果受到多种因素的影响,如颗粒物的粒径、密度、形状 以及滤料的孔隙率、粒径、材质等。为了提高沉降和过滤效果,需要选 择合适的工艺参数和技术手段。
对未来研究的建议
进一步研究不同类型颗粒物和 滤料的性质对沉降和过滤效果 的影响,为实际应用提供更加
科学的依据。
探讨新型的沉降和过滤技术, 以提高污水处理效率和水质净
02
沉降原理
自然沉降
自然沉降是利用污水中的颗粒物在静 置状态下受到重力作用自然下沉的原 理。
自然沉降的缺点是处理效率较低,需 要较大的沉淀池面积和较长的沉淀时 间。
自然沉降的优点是简单易行,无需额 外能耗,适用于处理低浓度、颗粒物 较大的污水。
强制沉降
强制沉降是通过向污水中加入絮 凝剂,使颗粒物凝聚成较大絮体 ,再利用沉淀池或沉淀桶进行分
智能化控制
利用物联网、大数据和人工智能等 技术,实现沉降与过滤过程的智能 化控制,提高处理效率和稳定性。
处理效率与成本的关系
优化工艺流程
01
通过改进工艺流程和操作参数,降低能耗和物耗,提高处理效
率,同时降低处理成本。
资源回收利用
02
将处理过程中产生的副产物进行回收利用,如污泥中的有机物
和金属元素,降低处理成本并实现资源化利用。
污水处理中的沉降与过滤
汇报人:可编辑 2024-01-04

化工原理第三章沉降与过滤PPT

化工原理第三章沉降与过滤PPT
真空过滤
利用真空泵降低过滤介质两侧 的压力差进行过滤,适用于易 产生泡沫或悬浮液中含有大量
气体的场合。
过滤设备与操作
板框压滤机
由滤板和滤框组成,适 用于各种颗粒分离,但
操作较繁琐。
转筒真空过滤机
叶滤机
袋式过滤器
结构简单,操作方便, 但只适用于颗粒较大的
分离。
适用于精细颗粒的分离, 但设备成本较高。
过滤原理
利用颗粒大小、形状、密度等物 理性质的差异,使不同颗粒在过 滤介质两侧形成不同的速度或动 量,从而实现分离。
过滤操作的分类
恒压过滤
在恒定压力下进行过滤,适用 于颗粒粒度较小、悬浮液粘度
较大的情况。
变压过滤
在改变压力下进行过滤,适用 于颗粒粒度较大、悬浮液粘度 较小的情况。
热过滤
在加热条件下进行过滤,适用 于悬浮液中含有热敏性物质的 情况。
设备
沉降槽、沉降池、离心机等。
操作
将悬浮液引入沉降设备中,在重力作用下使固体颗粒下沉,上清液从上部排出, 底部沉积的固体经过排出装置排出。操作过程中需控制适当的温度、流量和停留 时间等参数,以保证分离效果。
02
过滤
过滤的定义与原理
过滤定义
通过多孔介质使固体颗粒截留, 从而使液体与固体分离的操作。
实验步骤 1. 准备实验装置,包括过滤器、压力计、流量计等。
2. 将过滤介质放入过滤器中。
过滤实验操作
3. 将待测流体引入过滤器,并施加一定的压力。 5. 收集过滤后的流体样本,测量其中颗粒的浓度。
4. 记录不同时刻的流量和压差数据。
注意事项:确保过滤器密封性好,避免流体泄漏;保持 恒定的流体流量和压力,以获得准确的实验数据。

化工原理中的沉降与过滤

化工原理中的沉降与过滤

化工原理中的沉降与过滤引言在化工工艺中,沉降和过滤是常用的固液分离方法。

沉降是指根据固液颗粒的重力作用,通过静置使固体颗粒沉降到底部,而将悬浮液体分离出来。

过滤则是通过利用滤介质的孔隙或表面,将悬浮液体中的固体颗粒留下,而使液体通过,从而达到分离固液的目的。

本文将从理论和实际应用两个方面,对化工原理中的沉降与过滤进行介绍。

沉降原理沉降是基于固体颗粒的重力作用,通过静置使固体颗粒沉降到底部,从而实现固液分离的过程。

沉降速度取决于固体颗粒与液体的密度差和粒径大小。

根据Stokes定律,沉降速度与颗粒直径的平方成正比,与液体的粘度成反比。

沉降速度可由下式计算:v = (2/9) * (ρp - ρl) * g * (d^2) / μ其中,v为沉降速度,ρp为颗粒的密度,ρl为液体的密度,g为重力加速度,d为颗粒的直径,μ为液体的动力粘度。

过滤原理过滤是通过滤介质的孔隙或表面,将悬浮液体中的固体颗粒留下,而使液体通过,从而实现固液分离的过程。

滤介质常用的有滤纸、滤筒、滤板等,其孔隙大小决定了能够透过的颗粒大小。

根据Darcy定律,过滤速度与滤介质的孔隙直径的平方成正比,与液体的粘度成反比。

过滤速度可由下式计算:Q = (π/4) * (d^2) * (ΔP/μ) * A其中,Q为过滤速度,d为滤介质的孔隙直径,ΔP为过滤压差,μ为液体的动力粘度,A为过滤面积。

实际应用沉降的应用沉降在化工过程中被广泛应用,常见的应用场景包括:1.污水处理:污水中悬浮的固体颗粒通过沉降实现固液分离,从而达到净化水质的目的。

2.矿石提取:矿石中的有用矿物颗粒通过沉降分离出来,然后进行后续的加工和提取。

3.食品加工:在食品饮料生产中,一些颗粒物质需要通过沉降分离,以获得纯净的液体产品。

4.生物工程:在细胞培养和发酵工艺中,需要将细胞或发酵产物与培养基进行分离。

沉降是一种常用的分离方法。

5.药物制剂:在药物合成和制剂工艺中,沉降用于分离和提取所需的纯净物质。

沉降与过滤

沉降与过滤
沉降与过滤
概述
(本章:本质上讲:属于流体流动过程,从方法或手段上讲:属于非均相分离过 程,下册讲的蒸馏、吸收、萃取等单元操作都是均相分离过程)。 1、相:体系中具有相同组成,相同物理性质和相同化学性质的均匀物质。 相与相之间有明确的界面。
2、均相:凡物系内部各处物理料质均匀而不存在相界面者,称为均相混 合物或均相物系。溶液及混合气都是均相混合物。
Vs LW
与临界粒径dpc相对应的临界沉降速度
utc
Vs LW
(又称表面负荷qo)
当尘粒沉降速度处于层流区时,d pc
18 Vs ( p )g LW
表明:1、大于dpc的尘粒能100%除去; 2.降尘室的处理能力只取决于降尘室 的底面积,与高度H无关。
重力沉降
悬浮液的沉聚过程 :
悬浮液的沉聚过程;属重力沉降,在沉降槽中进行。固体颗粒在液体中的沉降过程, 大多属于干扰沉降。比固体颗粒在气体中自由沉降阻力大。随着沉聚过程的进行, A,D两区逐渐扩大,B区这时逐渐缩小至消失。在沉降开始后的一段时间内,A, B两区之间的界面以等速向下移动,直至B区消失时与C区的上界面重合为止。此 阶段中AB界面向下移动的速度即为该浓度悬浮液中颗粒的表观沉降速度。表观沉 降速度不同于颗粒的沉降速度,因为它是颗粒相对于器壁的速度,而不是颗粒相对 于流体的速度。
湍流区:Re=500--2105,
≌0.44
──Newton区
球形颗粒的自由沉降 :
重力沉降
自由沉降──对于单一颗粒在流体中的沉降或者颗粒群充分地 分散、颗粒间互不影响,不致引起相互碰撞的沉降过程。
1.加速阶段——
沉降开始时,颗粒初速度为零,
颗粒受重力和浮力的作用,合力不为零,
产生加速度。

第三章沉降与过滤

第三章沉降与过滤

&第三章沉降与过滤第一节沉降教学目标:了解颗粒和颗粒群的特性及有关参数的计算方法。

理解重力沉降和离心沉降的意义,掌握颗粒在层流和团粒状态下自由沉降速度的计算公式。

掌握重力沉降设备的结构和工作原理。

掌握碟片式离心机、高速管式离心机、旋风分离器、旋液分离器等离心分设被的结构、工作原理及使用方法。

教学重点:碟片式离心机、高速管式离心机、旋风分离器等离心分设被的结构、工作原理及使用方法。

教学难点:自由沉降速度的计算公式的应用。

教学内容:一、颗粒的基本性质非均相体系的不连续相常常是固体颗粒。

由于不同的条件和过程将形成不同性质的固体颗粒,且组成颗粒的成分不同则其理化性质也不同,所以在分离操作过程中就要采用不同的工艺,因而有必要认识颗粒的性质。

1.颗粒的特性按照颗粒的机械性质可分为刚性颗粒和非刚性颗粒。

如泥砂石子、无机物颗粒属于刚性颗粒。

刚性颗粒变形系数很小,而细胞则是非刚性颗粒,其形状容易随外部空间条件的改变而改变。

常将含有大量细胞的液体归属于非牛顿型流体。

因这两类物质力学性质不同,所以在生产实际中应采用不同的分离方法。

如果按颗粒形状划分,则可分为球形颗粒和非球形颗粒。

球形颗粒的体积为334136V r d ππ== (3——1)其表面积为 224S r d ππ== (3——2)颗粒的表面积与其体积之比叫比表面积,用符号0S 表示,单位23m /m 。

其计算式为:06S S V d ==将非球形颗粒直径折算成球形颗粒的直径,这个直径叫当量直径e d 。

在进行有关计算时,将e d 代入相应的球形颗粒计算公式中即可。

根据折算方法不同,当量直径的具体数值也不同。

常见当量直径有:体积当量直径d e d e =3P6πV (3——3)表面积当量直径d es d es =πPS (3——4)球形度(形状系数)φs =PS S (3——5) 2.颗粒群的特性 由大小不同的颗粒组成的集合称为颗粒群。

在非均相体系中颗粒群包含了一系列直径和质量都不相同的颗粒,呈现出一个连续系列的分布,可以用标准筛进行筛分得到不同等级的颗粒。

第3章 沉降与过滤-化工原理讲解

第3章 沉降与过滤-化工原理讲解

dr d p2 ( p ) r 2 d p2 ( p ) ui2
d
18
18 r
分离变量,积分求得沉降时间;
60
沉降时间 ≤ 颗粒旋转n圈(平均半径rm)的停留时间:
d pc 3
b n( p )ui
ui ——进口气流的流速,m/s
b——入口宽度,m n ——气流旋转的圈数, 计算时通常取n=5。

20 2 9.81 0.3
136
48
二、 离心沉降速度
切向速度 u

径向速度 ur 合成u合
dr
ur d
49
离心力:FC

m
u2 r


6
d p3 p
u2 r
径向向外
浮力:
Fb


6
d p3
u2 r
指向中心
阻力:
Fd
A ur2
2


4
d
2 p
ur2
2
指向中心
受力平衡时,径向速度ur为该点的离心沉降速度。
61
d pc 3
b n( p )ui
33
沉降室设计
一定粒径的颗粒,沉降室的生产能力只与与底面积
WL和 utc有关,而与H 无关。
故沉降室应做成扁平形,或在室内均匀设置多层隔板。 气速u不能太大,以免干扰颗粒沉降,或把沉下来的
尘粒重新卷起。一般u不超过3m/s。
34
净化气体
含尘气体 粉尘 隔板
多层隔板降尘室示意图
若加入n个隔板,则: qV (n 1)WLut
4
d p2
u2
2

污水处理中的沉降与过滤技术

污水处理中的沉降与过滤技术

污水处理中的沉降与过滤技术污水处理是保护环境、维护公共卫生的重要过程。

其中,沉降与过滤技术作为常用的处理方法,在去除污染物和净化水质方面起着关键作用。

本文将对污水处理中的沉降与过滤技术进行深入探讨,介绍其原理、应用和发展趋势。

一、沉降技术沉降是指将悬浮物质从水中分离出来的过程。

其主要依靠物质的比重差异以及重力的作用实现。

沉降技术通过合理设计沉淀池,并采用不同的方法来促进沉降作用,如改变水流速度、加入沉降剂等。

1. 沉降原理沉降原理基于物质的比重差异,将悬浮在水中的颗粒物质逐渐下沉至水底,从而实现固体与液体的分离。

较小粒径的颗粒物质沉降速度较慢,需要较长时间才能被沉淀。

因此,沉降效率受到颗粒物质的粒径和浓度的影响。

2. 沉降应用沉降技术应用广泛,常见于污水处理厂的预处理工序,用于去除污水中的悬浮物质、泥沙和颗粒物质。

在工业生产中,沉降技术也被用于处理含有高浓度颗粒污染物的废水,如冶金、矿山和化工行业的废水处理。

3. 沉降技术发展趋势随着科技的不断发展,沉降技术也在不断改进和创新。

例如,采用超声波、电场等技术可以增加悬浮物质的沉降速度,提高沉降效率。

此外,结合其他处理方法,如生物处理和化学处理,能够进一步提高沉降效果。

二、过滤技术过滤是指将水通过多孔材料或滤网过滤,以去除其中的固体颗粒和胶体物质的过程。

过滤技术基于物质的尺寸差异,将污染物截留在过滤介质中,而使洁净水通过。

1. 过滤原理过滤原理主要依靠过滤介质的孔径和表面形态来完成水质的净化。

当水经过过滤介质时,较大的颗粒和胶体物质被截留在过滤介质的表面,而水分子和较小颗粒则穿过过滤介质。

2. 过滤应用过滤技术广泛应用于家庭和工业环境中的水处理。

家庭中常见的过滤器通过滤芯过滤颗粒物质和异味,提供更干净的饮用水。

而在工业处理中,过滤技术被用于去除颗粒物质、胶体物质和微生物等污染物。

3. 过滤技术发展趋势随着技术的进步,过滤技术不断改进和创新。

例如,研发出更高效的过滤介质,如纳米材料和活性炭,能够更好地去除微小颗粒和有机污染物。

第三章 沉降与过滤

第三章    沉降与过滤

分散相的密度差异,使之发生相对运动而分离的操作。
一、 沉降速度
1、自由沉降 单个颗粒在流体中沉降,或者颗粒群在流体中充分分 散,颗粒之间互不接触、互不碰撞的条件下的沉降。
2、沉降速度推导
将表面光滑、刚性的球形颗粒置于静止的流体中 ,进行受 力分析 F g:重力 F b:浮力 F d:阻力
du d d P 2 u 2
1 2 q qe q K K

作τ/q ~ q 图, τ/q 与q之间具有线性关系,斜率为 1/K,截距为2q e/K
四、过滤设备
板框压滤机(间歇操作)、转筒真空过滤机(连 续操作)、离心过滤机
1、板框压滤机
1)结构:
滤板和滤框交替排列组装
非洗涤板:一钮板
洗涤板 :三钮板
框:二钮板
组装顺序:1—2—3—2—1—2—3
过滤阻力
r v(V Ve ) Rc Rm A
过滤推动力
p pc pm
过滤速度方程
dV p Ad r v(V Ve ) / A
过滤速率方程
dV Ap d r v(V Ve ) / A
三、恒压过滤
1、滤液体积与过滤时间的关系 积分得:
A2 p (V Ve )dV 0 d rv

N
转筒旋转一周获得的滤液量为:Q/N 单位面积的滤液量为:
Q q AN
代入过滤速率方程:
Q Q ) K( ) 2qe ( AN N AN
2
解方程可得:
2 Q AN ( qe
K qe ) N
忽略过滤介质阻力
Q A KN
3、离心过滤机
4、影响沉降因素

铁矿加工的沉降与过滤工艺

铁矿加工的沉降与过滤工艺
絮凝剂等
搅拌混合:将 研磨后的矿石 与药剂充分搅 拌混合,使药 剂均匀分布在
矿石中
沉降前的预处 理:对混合后 的矿石进行脱 水、脱气等预 处理,以提高
沉降效果
根据矿石性质选择:如矿石粒 度、密度、形状等
根据生产规模选择:如处理能 力、占地面积等
根据设备性能选择:如沉降速 度、处理量等
根据经济效益选择:如投资成 本、运行成本等
铁矿加工的沉降与过 滤工艺
汇报人:
目录
添加目录标题
沉降与过滤工艺的 原理
沉降工艺的应用
过滤工艺的应用
沉降与过滤工艺的 比较与选择
沉降与过滤工艺的 优化与发展
添加章节标题
沉降与过滤工艺的 原理
沉降过程:颗粒在重力作用下,逐 渐下沉,达到分离的目的
沉降设备:沉降槽、沉降罐、离心 机等
添加标题
添加标题
沉降设备:用于分离固体和液体,如沉淀池、离心机等 过滤设备:用于分离固体和液体,如过滤器、滤布等 设备原理:利用重力、离心力、压力差等原理实现固体和液体的分离 设备选型:根据处理量、物料性质、工艺要求等因素选择合适的设备
沉降工艺的应用
矿石研磨:将 矿石研磨至合 适的粒度,以 提高沉降效率
调整药剂配比: 根据矿石性质 和沉降要求, 调整药剂配比, 如添加分散剂、
优点:可有效去除 悬浮物和杂质,提 高产品质量
缺点:需要定期清 理沉降池,维护成 本较高
过滤工艺的应用
滤布:选择合适的 滤布材质和孔径, 以适应不同的过滤 需求
滤饼:选择合适的 滤饼厚度和强度, 以保证过滤效果和 效率
助滤剂:选择合适 的助滤剂,以提高 过滤效率和效果
滤液:选择合适的 滤液,以保证过滤 效果和效率

环境工程原理 沉降与过滤

环境工程原理 沉降与过滤

⑶旋风分离器类型与选用
①CLT/A型 采用倾斜螺旋面进口的 旋风分离器。
CLT/A型
②CLP型 CLP型是带有半螺旋 线和螺旋线的旁路分离室 的旋风分离器。
CLP/B型
③扩散式 它主要的特点是圆筒以
下部分的直径逐渐扩大,底 部有一刀锥体形、顶部有口 的反射屏,下沿有缝隙与集 灰斗相通。
扩散式旋风分离器
多层降尘室: 隔板间距一般为40~100nm 降尘室内设置n层水平隔板,
生产能力:
qv (n 1)blUt
2.沉降槽 沉降槽又称增浓器或澄清器,是利用重力沉降来提高悬 浮液浓度并同时得到澄清液的设备。
连续沉降槽
3.普通沉淀池 ⑴平流式沉淀池
设链带刮泥机的平流沉淀池
平流式沉淀池的优点是构造简单,效果良好, 工作性能稳定,但排泥较为困难。
(1)织物介质(又称滤布) 这类介质能截流颗粒
2.旋液分离器 利用离心沉降原理从悬浮液中分离固体颗粒的设备
第四节 过 滤
过滤是在外力作用下,使悬浮液中的液体通过多孔介质 的孔道,而固体颗粒被截留在介质上,从而实现固、液分离 的操作。
过滤操作示意图
推动力:压力差,离心力, 重力
阻 力:滤饼、过滤介质 阻力
一、过滤操作的基本概念 1.过滤介质
F
g
6
d
3s
g
Fb
6
d 3g
Fd
A
su2
2

Fg Fb Fd ma
6
d 3 (s
)g
d 2
4
su2
2
ma
⑵颗粒沉降过程分析
沉降过程可分为两个阶段: 第一阶段为加速运动,
第二阶段为匀速运动。

化工原理第三章沉降与过滤

化工原理第三章沉降与过滤
问题:过滤速度慢,影响生产效率 解决方案:采用高效过滤材料,如活性炭、膜过滤等
解决方案:优化过滤工艺,如增加过滤层数、调整过滤压力等
问题:过滤效果不佳,杂质残留 解决方案:优化过滤工艺,如增加过滤层数、调整过滤压力等
解决方案:定期维护设备,更换易损件,提高设备可靠性
问题:设备故障率高,维护成本高 解决方案:定期维护设备,更换易损件,提高设备可靠性
生物化工:利用生物技术,开发新型化工产品
纳米化工:纳米材料,提高产品性能和应用范围
环保化工:环保型化工产品,减少环境污染
汇报人:
感谢您的观看
离心过滤机:过滤速度快,过滤效果好,但设备复杂,成本高
袋式过滤机:结构简单,操作方便,过滤面积大,过滤效率高,但过滤精度低
陶瓷过滤机:过滤精度高,耐腐蚀,但设备复杂,成本高
膜过滤机:过滤精度高,过滤效果好,但设备复杂,成本高
04
沉降与过滤的比较
操作原理的比较
沉降:利用重力作用使悬浮颗粒下沉,达到分离目的
离心沉降应用:污水处理、食品加工、制药等领域
沉降原理:利用颗粒间的重力差进行分离工艺流程: a. 进料:将待分离的混合物送入沉降器 b. 沉降:颗粒在重力作用下沉降,液体上升 c. 澄清:液体澄清后从顶部流出 d. 排渣:沉降后的颗粒从底部排出沉降器类型: a. 重力沉降器:利用重力进行沉降 b. 离心沉降器:利用离心力进行沉降沉降效果影响因素: a. 颗粒大小:颗粒越大,沉降速度越快 b. 液体密度:液体密度越大,沉降速度越快 c. 颗粒形状:颗粒形状影响沉降速度 d. 液体黏度:液体黏度影响沉降速度沉降应用: a. 污水处理:去除悬浮物和颗粒物 b. 化工生产:分离固体和液体 c. 食品加工:分离固体和液体 d. 环境监测:监测颗粒物浓度

第三章 沉降与过滤

第三章 沉降与过滤

r
5
2
(1
3
)2
则:
dV Apc Apc
d rL R
第四节 过滤
3. 滤饼的过滤速度
单位时间通过单位过滤面积的滤液体积。
dV pc pc
Ad rL R
对于过滤介质:
dV Apm Apm
d rLe Rm dV pm pm
Ad rLe Rm
其中:Le为过滤介质的当量滤饼厚度,或称虚拟滤饼厚度
Ve
e
(V Ve )d (V Ve ) kA2p1s d ( e )
0
0
V Ve
e
(V Ve )d (V Ve ) kA2p1s d ( e )
Ve
• 压力降 原因:ⅰ.进气管和排气管及主体器壁所引起的摩擦阻力
ⅱ.局部阻力 ⅲ.气体旋转运动所产生的动能损失
d ui2
2
第三节 离心沉降及设备
⑶旋风分离器类型与选用
①CLT/A型 采用倾斜螺旋面进口的 旋风分离器。
CLT/A型
第三节 离心沉降及设备
②CLP型 CLP型是带有半螺旋
线和螺旋线的旁路分离室 的旋风分离器。
第四节 过滤
若产生厚度为Le的滤饼所获得的滤液体积为Ve,则:
Le
Ve
A
其中,Ve 为虚拟滤液体积;Le为虚拟滤饼厚度
第四节 过滤
不可压缩滤饼的过滤基本方程式
dV A2p
d r (V Ve )
dV Ap
Ad r (V Ve )
第四节 过滤
可压缩滤饼的过滤基本方程式
r r(p)s
dV
d
A2p1s
CLP/B型
第三节 离心沉降及设备
③扩散式 它主要的特点是圆筒以

第四章沉降与过滤

第四章沉降与过滤

第四章沉降与过滤一:前言1:混合物分为:均相物系和非均相物系。

2:均相物系:内部各处物料组成和性质均匀,内部不存在相界面。

溶液和混合气体都是均相混合物。

3:在分离非均相物系的单元操作中,主要是沉降与过滤。

4:沉降与过滤在食品工业中的重要意义:(1)作为生产的主要阶段(2)提高制品的纯度(3)回收有价值的物质(4)为了安全生产第一节:重力沉降1:当有黏性的实际流体流过时,流体对颗粒会产生曳力,流体对颗粒会产生阻力。

流体在流动时在背面会产生漩涡。

2:层流(Rep<1);过渡区(1<Rep<500);湍流(>500)3:层流(K<2.62);过渡区(2.62<K<43.6);湍流(K>43.6)。

4:影响沉降速度的因素:颗粒直径、分散介质的黏度、两相密度差、颗粒形状、壁效应、干扰沉降。

第二节:悬浮液的重力沉降1:按得到制品不同可分为:澄清和增稠;按其操作可分为间歇式、半连续式、连续式。

2:间歇式的特点:间歇式沉降器的生产能力等于沉降速度和沉降面积的乘积,而与沉降器的高的无关。

3:半连续式沉降的特点:生产能力与沉降速度和沉降面积成正比,与沉降器的高度无关。

4:连续式沉降的特点:生产能力等于沉降速度和沉降面积的乘积,与沉降器的高度有关。

第三节:气溶胶的重力沉降速度1:以气体为分散介质的非均相物系称为气溶胶。

2:工业上沉降室分为立式和卧式两种。

第四节:过滤1:过滤:是以某种多孔物质为过滤的介质,在外力作用下,使悬浮液中的的液体通过介质孔道面,固体颗粒留在介质上,实现固液分离的操作。

2:过滤的两种方式:深床过滤、滤饼过滤。

3:当悬浮液中所含固体颗粒很小时而且含量很少用深床过滤。

4:当悬浮液中颗粒含量较,过滤时会再过滤介质上形成滤饼。

5:过滤的推动力和阻力(1)重力过滤,利用重力,此种压力不能超过50KPa(2)加压过滤,压力不能超过500KPa(3)真空过滤,不超过85KPa6:滤饼可分为不可压缩和可压缩滤饼。

第三章 沉降与过滤

第三章 沉降与过滤
经每板上旋塞排出(明流) 从板流出的滤液汇集于某总管排出(暗流)
横穿洗涤: 洗涤液由总管入板 滤布 滤饼 滤布 非洗涤板
排出
洗涤面=(1/2)过滤面积
置换洗涤:
洗涤液行程与滤液相同。洗涤面=过滤面 说明 ①间歇操作——过滤、洗涤、卸渣、整理、装合 ②主要优缺点
XAZ /2000-UB系列
Rc r V / A
Байду номын сангаас
Rm r Ve / A
P Pc Pm R Rc Rm
,对应克服介质阻力的压力为P m
dV p 将上式代入,可得 Ad r V Ve) A ( / dV Ap 过滤速率方程 d r V Ve) A ( /
嵌入式滤布的滤板
XASL /630-UB系列
XAZ /800-UB系
XKZ系列全自动快开式压滤机
DY-Q 带式压榨过滤机
2、叶滤机
NYB系列高效板式密闭过滤机
MYB型全自动板式密闭过滤机
WYB系列卧式叶片过滤机 SYB系列水平叶片过滤机
3、转筒过滤机 结构与工作原理
水平转筒分为若干段,滤布蒙于侧壁 段—管—分配头转动盘(多孔)——分配头固定盘 (凹槽2、凹槽1、凹槽3) —三个通道的入口 滤液真空管 洗水真空管 吹气管
第三章 沉降与过滤
第一节 概述
一、非均相物系的分离 气态:含烟尘和含雾的气体 液态:悬浮液、乳浊液及泡沫液 分散相和连续相 二、非均相物系分离的目的
回收分散物质
净制分散介质
劳动保护和环境卫生
过滤法
常用的方法 沉降法
液体洗涤除尘法
电除尘法 三、颗粒与流体相对运动时所受的阻力 流体与固体颗粒之间有相对
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沉降与过滤第三章沉降与过滤第一节沉降教学目标:了解颗粒和颗粒群的特性及有关参数的计算方法.理解重力沉降和离心沉降的意义,掌握颗粒在层流和团粒状态下自由沉降速度的计算公式.掌握重力沉降设备的结构和工作原理.掌握碟片式离心机,高速管式离心机,旋风分离器,旋液分离器等离心分设被的结构,工作原理及使用方法.教学重点:碟片式离心机,高速管式离心机,旋风分离器等离心分设被的结构,工作原理及使用方法.教学难点:自由沉降速度的计算公式的应用.教学内容:一,颗粒的基本性质非均相体系的不连续相常常是固体颗粒.由于不同的条件和过程将形成不同性质的固体颗粒,且组成颗粒的成分不同则其理化性质也不同,所以在分离操作过程中就要采用不同的工艺,因而有必要认识颗粒的性质.1.颗粒的特性按照颗粒的机械性质可分为刚性颗粒和非刚性颗粒.如泥砂石子,无机物颗粒属于刚性颗粒.刚性颗粒变形系数很小,而细胞则是非刚性颗粒,其形状容易随外部空间条件的改变而改变.常将含有大量细胞的液体归属于非牛顿型流体.因这两类物质力学性质不同,所以在生产实际中应采用不同的分离方法.如果按颗粒形状划分,则可分为球形颗粒和非球形颗粒.球形颗粒的体积为3——1其表面积为 3——2颗粒的表面积与其体积之比叫比表面积,用符号表示,单位.其计算式为:将非球形颗粒直径折算成球形颗粒的直径,这个直径叫当量直径.在进行有关计算时,将代入相应的球形颗粒计算公式中即可.根据折算方法不同,当量直径的具体数值也不同.常见当量直径有:体积当量直径de de= 3——3表面积当量直径des des = 3——4球形度形状系数φs= 3——52.颗粒群的特性由大小不同的颗粒组成的集合称为颗粒群.在非均相体系中颗粒群包含了一系列直径和质量都不相同的颗粒,呈现出一个连续系列的分布,可以用标准筛进行筛分得到不同等级的颗粒.1颗粒群的平均粒径为便于对颗粒群的运动状态进行分析,根据统计学原理,计算颗粒平均粒径的公式如下:3——62颗粒的密度由于颗粒之间有空隙,所以颗粒的密度就分为真密度和堆积密度.所谓颗粒的真密度就是只计算颗粒群的真实体积所得到的密度,单位是.所谓堆积密度就是由颗粒真实体积与空隙体积之和计算得到的密度,又称为表观密度,单位是kgm3.通常,我们可以利用密度的大小对颗粒在非均相体系中的运动状态进行分析. 二,重力沉降及设备颗粒受到重力加速度的影响而沉降的过程叫重力沉降.1.颗粒沉降过程如果颗粒在重力沉降过程中不受周围颗粒和器壁的影响,称为自由沉降.而固体颗粒因相互之间影响而使颗粒不能正常沉降的过程称为干扰沉降.固体颗粒在静止流体中,受到的作用力有重力,浮力和阻力.如果合力不为零,则颗粒将做加速运动,表现为固体颗粒开始沉降.当颗粒加速沉降时,所受到的摩擦力和其他流体阻力的作用越来越大,当作用在颗粒上的合力为渐趋为零.所以颗粒的沉降过程分为加速阶段和匀速沉降阶段.其中加速阶段时间很短,颗粒在短时间内即达到最大速度.随着合力减小为零,颗粒进入匀速沉降阶段,保持匀速运动直至下沉到容器底部.因此颗粒在匀速沉降阶段的速度就近似地看作整个沉降过程的速度.其表达式为:3——7式中——固体颗粒密度,——流体的密度,——沉降系数.影响颗粒沉降速度的因素是多种多样的 .从式1——1可知,流体的密度越大,沉降速度越小,颗粒的密度越小,沉降速度越小.颗粒形状也是影响沉降的一个中要的因素.对于同一性质的固体颗粒,由于非球形颗粒的沉降阻力比球形颗粒的大得多,因此其沉降速度较球形颗粒的要小一些.当容器较小时,容器的壁面和底面均能增加颗粒沉降时的曳力,使颗粒的实际沉降速度较自由沉降速度低.当颗粒的体积浓度0.2% 时,颗粒之间的相互干扰也是降低沉降速度的重要因素. 如果颗粒是在流动的流体中沉降,则颗粒的沉降速度需要根据流体的流动状态来确定,可以参阅有关资料进行计算.2.沉降室结构简介工业上进行重力沉降的设备主要有沉降室和沉降槽.这里只对沉降室作简单介绍. 如图3—2所示为工业用沉降气体悬浮颗粒的设备.其结构非常简单.含尘气体以一定流速进入沉降室后,因气流通道横截面积扩大而流速减小,气体中的悬浮颗粒受重力作用而沉降下来,达到与气体分离的目的.沉降室的长度L与高度H的比例要恰当,要保证气体在沉降室流动的时间内,颗粒能够沉降到沉降室的底部.大型沉降室常用来进行废气处理.为了提高沉降室生产能力,可在沉降室内安装多层搁盘,使颗粒沉降在搁盘上.这样有效地利用了空间,提高了沉降生产力. 三, 离心沉降1.离心沉降速度当颗粒处于离心场时,将受到四个力的作用,即重力,惯性离心力,向心力和阻力,如图3—3所示.与其他三种力相比,微小颗粒所受的重力太小,可不予考虑.根据牛顿运动定律,当颗粒所受的惯性离心力,向心力和阻力平衡时,颗粒在径向上将保持匀速运动而沉降到器壁.在匀速沉降阶段的径向速度就是颗粒在此位置上的离心沉降速度.其计算式为:3——8其中是离心场的离心加速度.由上式可看到离心沉降速度随旋转半径R的变化而变化.半径增大则沉降速度减小.离心加速度与重力加速度之比叫离心分离因数,用表示.它是离心分离设备的重要性能指标.其定义式为3——9值愈高,离心沉降效果愈好.常用离心机的值在几十至几千之间,高速管式离心机的可达到数万至数十万,分离能力强.值的大小说明了离心机的分离能力要比重力沉降设备的分离能力强.四,离心沉降设备用于离心沉降分离的设备可分为实验室用瓶式离心机和工业用无孔转鼓离心机两种类型.其中无孔转鼓离心机可分为三足式离心机,碟片式离心机,高速管式离心机;旋风分离器主要用于气体中颗粒的分离.现分述如下:1.三足式沉降离心机三足式沉降离心机结构如图3—4所示.整机由外壳,转鼓,传动主轴,底盘等部件组成,机体悬挂在机座的三根支杆上.由于有弹簧装置起减振作用,在运行时非常平稳.沉降式三足离心机的转鼓壁上无孔,由传动轴驱动作一定速度的旋转,混悬液进入转鼓后也随之旋转,从而产生了强大的离心力.在离心力的作用下,重液部分被甩向转鼓壁,残留在转鼓壁上或者沉积于转鼓底部的集液槽里.当集液槽里积累了一定量的重液后,需要停机卸掉.有从上部卸料和从下部卸料两种方式.从上部卸料的称为人工上部卸料三足式离心机,从下部卸料的称为人工下部卸料三足离心机.人工卸料三足式离心机对物料适应性强,操作方便,结构简单,制造成本低,是目前工业上广泛采用的离心分离设备.其缺点是需间歇或周期性循环操作,卸料阶段需减速或停机,不能连续生产.又因转鼓体积大,分离因数小,对微细颗粒分离不完全,需要用高分离因数的离心机配合使用才能达到分离目的.2.碟片式离心机在生物制造行业,广泛地使用碟片式离心机进行各种生物物质的分离.整机由转轴,转鼓及几十到一百多倒锥形碟片等主要部件组成.碟片直径一般为,其上有沿圆周分布垂直贯通的孔,碟片之间的间距为,如图3—5所示.碟片的作用是缩短固体颗粒或液滴沉降距离,扩大转鼓的沉降面积,提高离心分离能力.含固相的液体称为重液,不含固相的液体称为轻液,重轻两种液体分别从不同的出口排出.当启动离心机并转动平稳后,从进料口进料,进入的料液分布在碟片之间.随着转鼓连同碟片高速旋转时,碟片间悬浮液中的颗粒因有较大的质量,先沉降于碟片内腹面,然后向转鼓壁方向移动,形成重液,随后被挤压至转鼓颈部,从重液出口排出.需要注意的是,在分离含固体颗粒的混悬液时,要求固体颗粒要小,浓度要低.碟片式离心机也可以用来分离两种不同密度的液体,即进行液——液分离.其分离原理和过程与固——液分离过程一致.碟片式离心机的转速一般为4000~7000rmin,分离因素可达4000~10000,特别适用于一般离心机难于处理的两相密度差较小的液——液分离,其分离效率高,可连续性操作.3.高速管式离心机高速管式离心机属于高转速离心机,是一种能产生强离心力场的机械设备.其整机由细长的管状机壳和转鼓等部件构成,如图3—5所示.常见的转鼓直径为,其转速一般可达,分离因数可达.在转鼓中心有一转轴,起传动作用.在轴的纵向上安装有肋板,起带动液体转动的作用.高速管式离心机的工作过程是:启动转鼓,待运转平稳后,从下部通入待分离液体,进入转鼓内的液体被肋板带动做高速旋转,强大的离心力将密度大的颗粒甩向转鼓壁,形成重液,并被挤压向上,从重液出口排出;液体在高速旋转时,质轻的液体分布在转轴周围,并被挤压向上,从轻液出口排出.在分离固—液混悬体系时,将重液出口关闭,只开启轻液出口,固体颗粒沉积在鼓壁上,经一段时间后,停机清理沉渣后待用.高速管式离心机分离因数大,能处理的固体颗粒,要求固液两相密度差不小于处理的固相浓度小于1%.4,高速冷冻离心机冷冻离心机属于实验室用瓶式离心机,其结构与前面三种离心机不同,如图3—7所示.整机主要由驱动电机,制冷系统,显示系统,自动保护系统和速度控制系统组成,主要配件是离心转头.离心转头是用来搁置样品容器的支架,有角式转头和甩平式转头两种.角式转头设计有孔穴,与旋转轴心之间的角度在之间,其孔穴是用来放置样品容器.角式转头在离心机高速旋转时不会发生相对运动.甩平式转头横臂上悬挂着个可自由活动的吊桶,吊桶内放置样品容器,一般是离心试管.当启动离心机后转速达到时,吊桶从下垂状态逐渐上升并与转轴横臂持平,所以称为甩平式转头.制造转头的材料有铝合金和钛合金等,如果要求离心机中低速运转,则使用铝合金转头;如果要求高速运转则要使用钛合金转头.离心机的转头是安装在离心机的离心室内.由制冷机输送出的制冷剂对离心室降温,离心室安装有热电偶温度检测器,其作用是进行温度控制.在设定的温度范围内,离心机高速工作时料液温度始终不会高于,避免了药物的生物活性的伤失. 高速冷冻离心机转速可达,分离因数,分离效果好,是目前生物制药工业广为使用的分离设备.需要特别指出的是,在使用高速冷冻离心机时,为了运转平稳,每一个容器里盛装的液体质量要均等,且在盖上盖子后才能启动,否则容易发生不安全事故.5.旋风分离器旋风分离器主要用来分离气体中的固体颗粒物质,其结构非常简单,如图3—8所示.整机由上部圆柱形筒体和下部圆柱形筒体组成.在上部圆柱形筒体上设计有排风管和沿切线方向进气的进风管,下部锥底有集料管.旋风分离器的各部件要成比例,否则达不到气固分离的目的.旋风分离器的工作过程是,含尘气体以一定速度由进风管进入,因受筒体器壁和器顶的约束,含尘气体将贴壁呈螺旋状向下运动,生产上把这股气流称为外旋气流.外旋气流越旋越快,产生的离心力也越来越强.外旋气流中的固体颗粒在受到重力和离心力的作用下,迅速帖壁向下落入集料管中.当外旋气流运动到锥底后,因压力的增大,迫使气流旋向中心的低压柱而形成上旋的气流,通常人们把这部分气流叫内旋.内旋气流最后从顶部的排气管排出,排出的气体中夹带的颗粒已经非常少,达到了分离气体中固体颗粒的目的.需要注意的是,在工作时,下部的集料管与集料桶之间应密封连接,否则因漏气使得内旋气流产生涡流,夹带大量颗粒从排气管排出,从而严重影响分离效果.旋风分离器结构简单,造价低廉,性能稳定,分离效率高,可以分离微米级的颗粒,因而被制药工业广泛地用来以去除或捕集气流中的细小粉尘.第二节过滤教学目标:理解床层过滤和深层过滤的基本原理,掌握常见过滤的方式.掌握板框过滤机,三足离心过滤机,转鼓真空过滤机等设备的结构操作操作规程. 了解膜过滤的概念,了解超滤设备的工作原理.教学重点:板框过滤机,三足离心过滤机,转鼓真空过滤机等设备的结构操作操作规程.空气净化工艺流程教学难点:板框过滤机的物料流动过程.教学内容:一,过滤基本原理1.过滤基本原理利用薄片形多孔材料截留固液悬浮液中的固体粒子,这种分离固液体系的方法叫过滤,所用的薄片形多孔材料又称为过滤介质.过滤过程中所采用的过滤介质起着使滤液通过,截留固体颗粒并支撑滤饼的作用.要求其具有多孔性,耐腐蚀性及足够的机械强度.工业上常用的过滤介质有:织物介质,多孔性固体粒状介质,各种膜等.织物介质如金属丝网,滤布等;多孔性固体介质如陶瓷滤材;粒状介质如硅藻土,澎润土,活性碳等;各种性能的膜包括微孔膜,超滤,半透膜等等.按照过滤的原理不同可以分为滤饼过滤和深层过滤.固体堆积在滤材上并架桥形成饼层的过滤方式称为滤饼过滤,如图3—9所示.滤饼过滤的推动力是压强差,滤饼过滤的阻力来自滤饼层.如果颗粒沉积在床层内部的孔道壁上但并不形成滤饼,这种过滤方式叫深层过滤,如图3—10所示.在生物制药生产中有许多工序是深层过滤操作.2.影响过滤速度的因素影响过滤速度的因素主要是悬浮颗粒本身的物理性质,如颗粒坚硬程度.在施加压力时固体颗粒不变形,则称为不可压缩滤饼.不可压缩滤饼颗粒之间的空隙不会因受压力而变小,因而不会产生过滤速度减小的现象;如果悬浮液中的固体颗粒是较软的粒子,加压时颗粒会发生较大的形变,则称为可压缩性滤饼.可压缩性滤饼受压时会缩小原来颗粒之间的空隙,以至阻碍滤液的通过,因而过滤速度减小甚至停止过滤.总之,滤并的压缩性是滤饼过滤的最大影响因素.为了减小可压缩性滤饼的过滤阻力,可采用助滤剂改变滤饼结构,提高滤饼的刚性和颗粒之间的空隙率.助滤剂是有一定刚性的颗粒状或纤维状固体,其化学性质稳定,不与混合体系发生任何化学反应,不溶解于溶液相中,在过滤操作的压力范围内是不可压缩的固体.常用的助滤剂有硅藻土,活性碳,纤维粉,珍珠岩粉等.3.常用的过滤方法过滤方式可分为常压过滤,加压过滤,减压过滤,离心过滤.其中,减压过滤又称为真空过滤;如果在过滤过程中保持压力差不变则称为恒压过滤;如果过滤介质是微孔膜,超滤膜等膜介质,则称为膜过滤.工业上的过滤是连续的,因此其过滤操作是恒压过滤.二,过滤设备生物制药工业常用的过滤机械设备有板框压滤机,过滤离心机,转鼓真空过滤机.1.板框压滤机如图3—11所示为制药用板框压滤机工作流程示意图.在流程图中可看到,板框压滤机的主要部件是板和框.在板和框的四角都钻有垂直于板和框平面的垂直孔,每个垂直孔的编号与端板上孔的编号相同.在框内的号转角上钻有与号垂直孔相通的暗道;其中,只在号内转角上钻有与垂直孔相通的暗道,这种板叫洗涤板;只在号内转角上钻有与号垂直孔相通的暗道,这种板叫非洗涤板;洗涤板和非洗涤板的两侧面都刻有凹槽形流道,并与暗道相通.另外,在板与框之间滤布的四角上,也钻有相应的孔.当按照洗涤板——滤布——滤框——滤布——非洗涤板的顺序组装时,将得到由号垂直孔组成的四条通道.其中号是待过滤料浆的通道,号是过滤液流出的通道,特别地,号通道也是注进洗涤水的通道.为了保证装合时不出错误,在板框压滤机出厂时,厂方已在板和框上刻上了装合的先后序号.板框压滤机的工作流程是:离心泵将料浆送入号通道,料浆从框的号暗道流进框内,滤液透过滤布进入板的凹槽流道,顺着与垂直相通的暗道流过滤液通道而排出滤液;滤渣则留在了框中.当框内积累了一定量的滤渣后,停止输送料浆,关闭连接号通道的号阀门,用清水泵从号通道输入清水,对框内滤渣进行洗涤,洗涤完成后,卸开板与框,卸去滤渣,更换滤布后重新装合,进行下一轮的过滤操作.因此,一个过滤生产操作周期包括了板框装合,通入料浆过滤,洗涤滤渣,卸渣,整理五个操作环节.图3—12是装合后的板框过滤机实物图.如果要进行精密过滤,只要将普通滤布换成相应规格的微孔滤膜即可.2.转鼓真空过滤机转鼓真空过滤机由转鼓,液槽,抽真空装置和喷气喷水装置组成.核心部件是转鼓和分布装置.转鼓外形是一个长圆筒,其内部顺圆筒轴心线用金属板隔成了18个扇形小区,每一个小区就是一个过滤室,每一个过滤室都有一个通道与转鼓轴颈端面连通,轴颈端面紧密地接触在气体分布器上.气体分布器是分布真空和压缩气体的设备,设计有四个气室.随着转鼓的转动,每一个过滤室相继与分布器的各室接通,这样就使过滤面形成四个工作区,如图3—13所示.1滤饼形成区当转鼓上的过滤室转到料浆槽并浸没在料浆液中时,过虑室与分配器一室相通,一室与真空相连,在真空抽吸下,滤液进入或率室并通过分配器流出管外,而转鼓表面上则形成滤饼层.此工作区成为滤并形成区.2洗涤吸干区随着转鼓的转动,滤饼离开料浆液进入滤饼脱水区,在此区由于抽吸的作用,滤饼脱水,随后又被洗水淋洗,且被抽吸干燥,在此区,进一步降低了滤饼中溶质的含量.3吹松脱落区当已经淋洗干燥了的滤饼转到此区时,过滤室与分布器的三号气室相通.三号气室与压缩空气相通,因此,转鼓表面上的滤饼层被吹松,并脱落下来,随后刮刀开始清除剩余的滤饼.4再生区在此区,压缩空气通过分布器进入再生区的过滤室,吹落滤布上的微细颗粒,使滤布再生,以备进行下一轮过滤操作.因为转鼓在不断地转动,每个过滤室相继通过上述四个过滤区域,就构成了一个连续进行的操作循环,这种循环将周而复始地进行,直至过滤操作结束.分布器控制着连续操作的各个工序,分布室的气密性和耐用性非常重要,它直接影响整个过滤操作的效果,因此分布器技术参数是进行设备选型的一个重要指标.3.三足过滤离心机三足过滤离心机的结构与前面介绍的三足沉降离心机的结构相似.不同的是,过滤式三足离心机的转鼓壁上有许多均匀分布的小孔,并用金属丝网和滤布覆盖,以便于滤液透过而留下固体残渣.当将待过滤的料浆装入转鼓后,随着转鼓的转动,在离心力作用下,滤液将穿过滤布和鼓壁上的小孔,进入集液槽后流出,滤渣则留在转鼓内.当转鼓内积累了一定的滤渣后,停止离心机的运转,从转鼓中取出滤渣后再进行下一轮的过滤操作.所以,三足式离心机是间歇性生产设备,一般不作连续生产使用.在给三足过滤离心机装上液体物料后,盖上盖子才能启动离心机,在卸料之前一定要等离心机停止后才可打开盖子卸料.三,膜过滤简介微孔膜是一种孔径非常小的饼层过滤介质,其制造材料多是高分子化合物,过滤时无介质脱落,因而对滤液无污染无吸附.微孔膜孔径均匀,孔隙率高,过滤阻力小,能截留0.01以上的颗粒,能除去细菌和芽孢,尤其适用于滤除0.02~10的混悬微粒.微孔膜的缺点是,使用时易堵塞,需要对流体进行粗过滤预处理.微孔膜常用来净化空气.大气中颗粒物质的直径一般为0.001~100;大于10的颗粒因自身重力作用降落到地面,小于10的颗粒,可长时间悬浮在大气中,另外,微生物直径一般都大于0.2.在进行空气净化时,只要微孔膜的孔径小于微生物的直径,就能达到空气净化标准,因此在空气的高效过滤中,常用孔径型号是0.2的微孔膜做终端过滤介质.第三节空气净化工程教学目标:理解掌握初效过滤器,中效过滤器和高效过滤器的结构和工作原理.掌握常见空气净化工艺流程.教学重点:初效过滤器,中效过滤器和高效过滤器的结构和工作原理.空气净化工艺流程.教学难点:空气净化工艺流程的设计.教学内容:一,空气净化过程1.空气过滤器的结构空气的净化过程可分为初效过滤,中效过滤,亚高效过滤和高效过滤四个阶段,各阶段所需要的设备分别是初效过滤器,中效过滤器,亚高效过滤器,高效过滤器.1初效过滤器初效过滤器是空气净化处理的第一级过滤,主要是滤过大颗粒灰尘和各种异物,截留直径是10.其结构形式主要有板式和袋式两种,如图3—14所示.因初效过滤器空隙大,阻力小,可采用较高风速0.4~1.2过滤.为便于清洗,初效过滤器的滤材一般采用粗,中孔径的泡末塑料或无纺布,可根据。

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