固液分离第四章_过滤ppt课件

,4.1过滤的理论1）定义过滤：在压强差作用下，悬浮液中的流体（气体或液体）透过可渗性介质（过滤介质），固体颗粒则为介质所截留，从而实现流体和固体分离的过程。2）实现过滤的条件具有实现分离过程所必需的设备（包括过滤介质）；在过滤介质两侧要保持一定的压力差（推动力）。3）过滤方法分类按推动力可分为：重力过滤（50kPa）真空过滤（5393kPa）加压过滤（50800kPa）离心过滤,Chapter4过滤,按其原理可分两大类：a.表面过滤（滤饼过滤）：在过滤介质一侧生成由被隔留颗粒形成的滤饼。表面过滤：适用于容积浓度1%的悬浮液，如：化工产品和矿物工程产品的过滤；b.深层过滤：颗粒被阻留在过滤介质内，不需形成滤饼。深度过滤：适用于容积浓度0.1%的稀悬浮液，如：水的净化等。两种过滤的区别：颗粒粒度与过滤介质孔道：表面过滤大，深层过滤小；表面过滤，颗粒在一侧；深层过滤，颗粒在介质中；介质阻力：初始时，深层过滤大，表面过滤小；其后，表面过滤阻力增加快，深层过滤阻力增加缓慢。,4）过滤过程的特点a.流体通过多孔介质的流动属于极慢流动，即渗流运动；（宏观的流体力学因素，微观的物化因素）b.悬浮液中的固体粒子是连续不断地沉积在介质内部孔隙中或介质表面上，因而在过滤过程中，过滤阻力是不断增加的。,4.1.1过滤速度基本方程式鲁思的过滤速度基本方程式为滤饼的平均过滤比阻为其中的0和1通过实验确定，n为常数（滤饼的压缩系数）。当n=0时，为不可压缩滤饼，n=01时为可压缩滤饼。,（1）过滤速率与压力（过滤推动力）成正比，与滤液的粘度成反比。（2）过滤速率随滤饼厚度的增大而降低，单位面积通过的滤液量减少。（3）过滤速率随通过滤液量的增加而减少。（4）过滤速率决定于滤饼的性质，用比阻表示。,过滤时，流过滤饼的流体，通过表面的动量传递，给固体颗粒一个曳应力，此力通过点接触的颗粒向前传递，沿流动方向逐渐积累。若滤饼结构在此累积的曳应力的作用下，颗粒不相互错动，滤饼的孔隙度不产生变化，则称这种滤饼为不可压缩滤饼，否则为可压缩滤饼。所有的滤饼都有可压缩性。一般判断滤饼的过滤难易程度可通过av来比较，av1011mkg-1为易过滤滤饼，av=10121013mkg-1为中等过滤阻力滤饼，av1013mkg-1为难过滤滤饼。,几种常见物料的压缩指数值,4.2过滤设备的分类过滤机是利用多孔性过滤介质，截留液体与固体颗粒混合物中的固体颗粒，而实现固、液分离的设备。按推动力可将过滤机区分为真空过滤机、加压过滤机和离心过滤机。4.2.1真空过滤机包括间歇式和连续式两大类。4.2.2加压过滤机常简称压滤机，包括间歇式和连续式两大类。4.2.3离心过滤机包括间歇式和连续式两大类。,4.3真空过滤机的性能与实践真空过滤是借在过滤介质一侧造成一定程度的负压（真空）而使滤液排出实现固液分离。1）真空过滤的特点a.推动力小，一般为0.050.08MPa，某些场合可达0.09MPa；b.过滤速度较慢；c.滤饼的含水量较高；d.能在相对简单的机械条件下连续操作，工作指标良好。2）真空过滤机的工作周期A成饼阶段；B脱水阶段；C洗涤阶段；D压实阶段；E干燥阶段；F卸饼阶段,4.3.1真空吸滤盘真空吸滤盘是间歇式的过滤设备，一般用于小规模生产或试验研究。其过滤系统见下图。工作过程与实验室常用的布氏漏斗真空抽滤类似，主要缺点是卸饼阶段需要人工清理，且过滤效果很难保证。,4.3.2转鼓真空过滤机也叫圆筒型真空过滤机，是连续式过滤机，在工业生产中应用广泛，这种真空过滤机适合于过滤粒度1mm，粘度一般，浓度较高的悬浮液，它适应性强，工作可靠。它适合于过滤粒度较细，密度小且不易沉淀的化工物料。在矿物工程中主要用于过滤各种金属和非金属浮选精料，如：铜、铅、锌、硫、镍、钼、煤等。,分配头是过滤机的主要部件，它的位置固定不动，通过它控制过滤机各过滤室依次进行过滤、滤饼脱水、卸料和清洗滤布等过程。分配头一面与真空泵、鼓风机相联，另一面与筒体上的喉管相通，将筒体分成几个区域。区：筒体浸没在料浆中，过滤区区：在液面之上，称脱水区区：卸料区区：滤布清洗区、区不工作，其作用是将几个工作区分割开。,工作过程滤饼形成：过滤室随筒体旋转，开始时处于筒体的下部位置，浸在料浆槽的料浆中，过滤室经过滤液管，喉管与分配头区相通，室内因有负压作用使滤液透过滤布进入滤室，由真空泵抽出机外，固体颗粒附着在滤布上形成滤饼。过程：过滤室（浸入料浆）喉管（连接）分配头区（负压）真空泵（抽出滤液）滤饼,滤饼脱水当滤室旋转到离开液面后，即进入滤饼脱水区，室内仍为负压，滤饼水分不断降低。过程：过滤室（离开水面）喉管分配头区（负压）真空泵滤饼脱落当过滤室旋转到与分配头区及卸料区接通时，从鼓风机来的压力空气吹入过滤室，使室内由负压变成正压，滤饼被吹落下来，排出机外。过程：过滤室喉管分配头区（正压）鼓风机滤饼脱落,清洗滤布过滤室旋转到与分配头滤布清洗区区相通时，室内继续维持正压，此时清洗滤布，恢复滤布的透气性，又开始下一个循环。过程：过滤室喉管分配头区（正压）清洗滤布恢复滤布透气性进行下一个循环过滤机工作期间，循环进行上述四个过程阶段，故其工作过程是连续的。,转鼓真空过滤机按不同分类方式可分为下面几类。4.3.2.1按给料方式分类可分为顶部给料式、内部给料式和侧部给料式。A顶部给料式转鼓真空过滤机主要特点是：有助于滤饼形成，能减少阻力，滤布再生容易，不易堵塞滤布，但结构复杂。适用于过滤含有大量易沉降颗粒，并能形成有足够渗透性滤饼的悬浮液，也适用对滤饼进一步脱水。,B内部给料式转鼓真空过滤机特点：料浆直接加在转鼓内筒里，可不另设浆槽，结构简单。结构见下图a。适用颗粒粗细不均且沉降速度大的料浆。C侧部给料式转鼓真空过滤机特点：转鼓的侧面有一个料浆槽，料浆槽的对面一侧为卸饼位置。结构见下图b。,4.3.2.2按滤饼卸料方式分类可分为刮刀卸料式、折带卸料式、绳索卸料式和辊子卸料式转鼓真空过滤机。A刮刀卸料式转鼓真空过滤机是应用最广的一种卸料方式，一般在刮刀之前需用压缩空气将滤饼吹松。特点：结构简单，容易操作。但滤饼需要空气吹脱，且部分未脱落的滤饼会返回料浆槽，整体过滤效率较低，降低过滤机的生产能力。,A刮刀卸料式转鼓真空过滤机,B折带卸料式转鼓真空过滤机它是借助于行走的滤布卸除滤饼，滤布不仅起过滤介质作用，而且也起运载滤饼的作用。特点：滤饼不用压缩空气吹脱，滤饼不会返回料浆槽，可利用蒸汽吹和水洗等方法使滤布再生，滤饼容易卸除，含湿量低；但结构较复杂，滤布容易磨损，滤布可能跑偏。结构见右图。该过滤机适用于过滤速度中等或较慢的料浆，滤饼厚度在3mm以上为佳，还适合于易于堵塞滤布的料浆。,C绳索卸料式转鼓真空过滤机特点：卸料不用压缩空气及刮刀，滤饼含湿量低；但结构较复杂。结构见图4-8。该过滤机仅适用于卸除紧密的纤维性滤饼，如纸浆滤饼。,D辊子卸料式转鼓真空过滤机主要用于胶状料浆的过滤。卸料辊是用能粘附滤饼的材料制成，或用橡胶或滤布包覆在卸料辊表面制成。特点：能有效卸除粘附滤饼，滤布更换方便，脱水率高；但滤布容易堵，厚度大时难清除滤饼。适用于过滤浓度为540%、低过滤速度、粘性物料的料浆及滤饼。,4.3.2.3按滤布铺设方式分类可分为内滤式与外滤式。内滤式与外滤式是根据滤布铺设在转鼓的内侧还是外侧。内滤式的滤布铺在圆筒的内表面，其价格低，但洗涤效果差，滤布更换困难；目前正逐渐被淘汰。,4.3.2.4转鼓真空过滤机的结构和工作原理这里以几种转鼓真空过滤机为例，简要介绍转鼓真空过滤机的结构和工作原理。A刮刀卸料式转鼓真空过滤机,主要原理见图4-13。分若干个互不相通的区域，工作区间分为过滤区、第一吸干区、洗涤区、第二吸干区、卸渣区和滤布再生区。刮刀卸料原理见图4-14。,一般，过滤区角度为125135，洗涤吸干区角度为120170，卸渣再生区角度4060。,B无格式转鼓真空过滤机结构：1）转鼓内腔不分格室，而且也没有分配头；2）转鼓下部浸入料浆中，浸没率达50%以上；3）整个内腔内连续保持减压；4）滤液和洗液各有自己的排出管线不会相混；5）受到脉冲压缩空气的反吹，使滤布受振卸饼获得再生；6）过滤区和洗涤区的真空度相同，但与空气反吹区通过密封件3严密隔开。,特点：真空系统压力损失小，过滤能力大；滤饼易于卸出；滤布不易堵塞，寿命长。但要求真空源容量大，造价高。,C预涂层式转鼓真空过滤机其原理是：在过滤之前，先在滤布上形成助滤剂层，然后进行过滤。预涂层材料一般为硅藻土做助滤剂。在工作过程中，转鼓先被形成一层厚度50100mm的预涂层，然后进行正式过滤，卸料时预涂层厚度也会被刮掉0.050.2mm。过滤始终在新鲜的预涂层上进行。当预涂层剩1015mm时，应停止过滤，重新形成预涂层。特点：滤液澄清稳定、过滤浓度可最低至0.1%、过滤速度快、不堵塞滤布、能处理含微细颗粒的料浆；但滤饼中会混入助滤剂，滤饼不能为产品、预涂层费用高、滤饼体积大。主要用于制药行业。,4.3.2.5转鼓真空过滤机有关参数选择和计算A转速的确定一般为1/122r/min。B所需功率的确定转鼓回转轴功率搅拌器功率过滤机总功率为电机启动过载系数，一般取1.11.3。,4.3.3圆盘真空过滤机它属于连续式过滤设备，由数个过滤圆盘组成。可以过滤密度小，不易沉淀的料浆。4.3.3.1圆盘真空过滤机的特点1）结构紧凑、占地面积小、单位过滤面积造价低；2）真空度损失少，耗电少；3）可以不设搅拌装置；4）更换滤布方便；5）侧面过滤，过滤效果好；6）滤饼洗涤困难，甚至不能洗涤；7）滤饼厚度不均，含湿量高；8）滤布易堵，难再生，卸饼困难。4.3.3.2圆盘真空过滤机的分类按料浆性质可分为普通型和耐酸型。普通型用于中性或碱性料浆，还可细分为一般普通型和带蒸汽罩普通型。耐酸型适用于酸性或腐蚀性料浆的过滤，一般有色冶炼厂都是耐酸型的圆盘真空过滤机。,4.3.3.3圆盘真空过滤机的结构和工作原理其结构见图4-16。原理见图4-17。,（1）结构机体由一根水平主轴和若干个圆形过滤盘构成，每个盘分成几个扇型过滤室。主要部件：主轴、过滤盘、分配头、料浆槽、搅拌器、瞬时吹风装置。过滤盘由许多单独的扇片组成，每一扇片为单独的过滤部分，外面套有滤布，扇型片下部与空心枢轴相连。,（2）工作原理,区（过滤区）：过滤盘浸没在料浆中，室内为真空，料浆中的液体被吸入室内成为滤液，固体颗粒附着在过滤盘两侧的滤布上成为滤饼。区（脱水区）：过滤盘已离料浆面，滤饼继续脱水。区（卸料区）：压缩空气即瞬时吹落空气进入过滤室内，吹落已脱水的滤饼，吹落下的滤饼由料浆上方的漏斗排出机外。,（3）特点及应用优点：有效利用空间，过滤面积大，占地小，滤布更换方便，瞬时吹落滤饼吹风压力高，卸落能力强。缺点：滤饼薄，颗粒粘性大时不易卸料。应用：用于一般的各种物料及精煤的脱水。,4.3.3.4陶瓷过滤机,陶瓷过滤板具有产生毛细效应的微孔，微孔中的毛细作用力大于真空所施加的力，始终保持充满液体状态，无论在什么情况下，陶瓷过滤板不允许空气透过，由于没有空气透过，浆液快速脱水形成干饼，固液分离时能耗低、真空度高。由于其工作原理先进，在制造和使用上有巨大的技术优势，所以应用越来越广泛，有逐步取代传统真空过滤机的趋势。,陶瓷过滤机具有其他过滤机无法比拟的优良功能：稳定的产品质量浆体均匀分布在滤板上，滤液连续均匀的被去除，整个产品生产过程在稳定的运行，没有滤布破裂、穿洞，没有不均匀分布。从而保证产品优质稳定。高真空度（0.090.098MPa），滤饼水分低。连续的自动的运行在PLC装置控制下陶瓷过滤机整个工作过程都是连续的、自动的运行,并按工艺要求随时调整转盘速度。能耗低与传统过滤设备相比能耗节省约90%以上。结构紧凑陶瓷过滤机结构简单、部件紧凑、合理的设计真空泵、过滤泵、转筒、搅拌器及超声波，设备体积及所需能源为最小。便于安装陶瓷过滤机体积小、重量轻，便于安装，厂房举架不需过高。,4.3.4转台真空过滤机（水平旋转圆盘真空过滤机）它实际是圆盘真空过滤机的变种。适用于对滤饼洗涤效果要求较高的料浆过滤，也适用于过滤粗颗粒、密度大的料浆或密度小的悬浮颗粒的料浆。4.3.4.1转台真空过滤机的结构和工作原理结构见图4-19。工作原理见图4-20。,4.3.4.2转台真空过滤机的特点1）有效过滤面积大，设备重量轻；2）可具有大直径和转速，设备生产率高；3）采用螺旋卸料，易破坏物料晶形；4）卸料不完全，过滤效率较低；5）滤布再生效果较差；6）可在一台设备同时进行固液分离与洗涤过程。,4.3.5翻斗真空过滤机（水平旋转翻盘真空过滤机）其结构中有多个独立的扇形滤盘，滤盘可以沿径向轴线翻转卸渣。结构见图4-21，工作原理见图4-22。工作特点：1）能过滤粘性大的悬浮液，洗涤效果好；2）机械化程度高；3）有效过滤面积可调节，最大可达85%；4）卸渣彻底，滤布寿命长；5）洗涤效率高达99%；6）逆流洗涤，回收率高；7）占地面积大；8）价格高。,4.3.6带式真空过滤机它是水平方向运动的无端滤带，上表面过滤、下方抽真空，一端加料，另一端卸料的过滤机。4.3.6.1带式真空过滤机的类型和特点带式真空过滤机可分为固定室型、移动室型、滤带间歇运动型和滤盘连续运动型。特点：过滤效率高；洗涤效果好；滤布清洗彻底；操作灵活，维修费用低；滤饼含湿量低；占地面积大。,带式真空过滤机工作图。,AA剖面图：,滤饼,滤布,环形胶带,返回的胶带,返回的滤布,工作原理连续运转的环形胶带，上铺随之运动的滤布，环形胶带上有一条条横槽，槽底中间低，在胶带中心有孔，每一槽对应一孔，滤液通过孔流入下面真空箱中。从上部给料（过滤面呈水平状），工作时环形胶带从真空箱上拖走，滤液流入真空箱，滤渣被留在胶带上，运至头轮处脱落。,滤液或洗液,4.3.6.2结构和工作原理A固定室型带式真空过滤机采用一条橡胶滤带作为支撑带，滤布放在脱液带上，脱液带开有沟槽和贯穿孔，滤布寿命长。工作原理见图4-24。工作开始时，橡胶带和滤布带以相同的速度同向运动，分别完成过滤、洗涤、吸干作业；到达主动辊处，橡胶带和滤布带相互分开，橡胶带直接返回，滤布带经卸饼、洗涤、张紧后循环工作。,特点：可获得较干滤饼；母液和洗液能严格分开；可进行薄滤饼(2mm)快速过滤(24m/min)；滤布可正反连续冲洗，再生性好。,B移动室型带式真空过滤机与固定室相比，移动室型带式真空过滤机的真空室可以往复移动，且过滤带和传送带同一。过滤开始时，真空室与过滤带同步向前运动，经过滤、洗涤、吸干过程；真空行程终了时，真空室触到行程开关，真空被切换，滤带仍以原来速度运行，真空室则在气缸推动下快速返回原地，触到另一侧行程开关时，开始下一过滤过程。,特点：真空度高，可达0.09mpa；滤饼干；滤布使用寿命长，易再生；可过滤溶剂性浆或高温浆；但带速低(7m/min)，滤液与洗液难以严格区分，结构复杂、噪音振动大、造价高、维护工作量大。,C滤带间歇运动型带式真空过滤机特点是：结构简单、对物料过滤性能变化的适应性强；但不适合处理沉降速度快的物料。,D连续移动盘带式真空过滤机将整体滤盘改为很多可以分合的小滤盘，小滤盘连接成一个环形带，滤盘与滤布一起移动，不需使用真空切换阀。独特之处在于小滤盘与真空室之间的滑动密封装置。,4.3.7真空过滤机的选型需要根据真空滤叶过滤试验，比较技术经济指标后，进行选择。各过滤机的适用范围见P136表4-16。选型时需考虑工作任务相关因素及设备本身相关因素。一般：对密度大、粒度粗的固体物料应选择上部进料方式的过滤机；过滤后如需干燥处理，应选择连续卸料的过滤机；对滤饼纯度有要求时，应选择有洗涤装置的过滤机；当要求较高的分离精度和洗涤容量时，优先选用带式过滤机；强调简单易行，选择鼓式过滤机。,4.4压滤机的性能与实践微细粒物料悬浮液的固液分离是化工、冶金及许多加工工业中的重要作业，这些悬浮液的共同特点是固体颗粒粒度细（一般小于10m）、沉降速度慢、浆体粘度大、可滤性差等。在这些条件下，一般需要很大的分离面积及相当高的过滤压力，常规的脱水设备（包括真空过滤机等）通常不能满足脱水要求。目前过滤微细粒物料的有效设备就是压滤机。,加压过滤，简称压滤，它是利用泵或机械挤压所产生的压力作为过滤动力，挤压出滤渣中水份。与真空过滤相比：推动力大、滤饼水份较之真空过滤低得多、可得到浊度很低的滤液。根据工作的连续性，压滤机可分为连续式和间歇式两大类。间歇式压滤机目前使用更加普遍。根据结构型式，压滤机可分为：板框式压滤机、厢式压滤机、加压叶滤机和气罐式连续压滤机。工作过程可分为给料、滤饼洗涤、压榨脱水、卸料和冲洗滤布五个阶段。,4.4.1板框压滤机4.4.1.1板框压滤机的特点及类型板框式压滤机由多个顺序交替的方形框与滤板组成，在滤框与滤板之间设有滤布，每个相邻的两个滤板及其中间所夹的滤框即组成一个独立的滤室。,a出液方式：明流式和暗流式；b板框安装方式：立式和卧式；c压紧方式：手动螺旋、机械螺旋、液压压紧或自动操作；d滤布安装方式：滤布固定和滤布行走；e有无压榨方式：隔膜压榨和无隔膜压榨；f有吹气脱干和无吹气脱干。,特点：1结构简单，操作容易，故障少，寿命长，所需辅助设备少；2对物料的适应性强，低浓度和高浓度都可以分离；3过滤面积范围广，31250m2；4滤饼含湿量较低；5固相回收率高、滤液澄清度好；6滤布的检查、洗涤、更换较方便；7过滤操作稳定；8单位过滤面积占地少、造价低、投资小；9间歇操作，效率低，劳动强度大；10属于开启性设备，操作条件差；11随滤饼厚度增加，过滤速度减慢，过滤效率低。,4.4.1.2卧式板框压滤机的结构及工作原理结构见图4-28。工作原理见图4-29。,压滤机工作时，由于液压油缸的作用，将所有滤板压紧在固定尾板端，使相邻滤板和滤框之间形成滤室（一般两块滤板和一块滤框），料浆由入料口处以一定的压力给入，在压差作用下，滤液穿过两侧的滤布，然后经过滤板板面上的沟槽流至出口排走。固相则被滤布截留在滤框中形成滤饼，当滤饼充满滤框后，滤液不再流出时，停止给料和过滤。,若滤饼不需要洗涤，可随即松开压紧装置将头板拉开，然后滤板和滤框分离进行卸料。,若滤饼需要洗涤，则将洗涤水压入洗涤水通道，进入板面与滤布之间，进行洗涤作业。,A明流过滤：每个滤板的下方出液孔上装有水嘴，滤液直接从水嘴流出；B暗流过滤：每个滤板的下方设有出液通道孔，若干块滤板的出液孔连成一个出液通道，由止推板下方的出液孔相连接的管道排出。暗流式用于滤液易挥发或滤液对人体有害的悬浮液的过滤。,A、明流过滤流程明流不可洗：料液从滤板“A”口输入，过滤时液体从滤板上的“ED”阀排出，适合于一般料液的过滤。B、明流洗涤流程明流可洗式料液从“A”口输入，过滤时液体从滤板上的“ED”排出。“BC”供洗液或压缩空气输入，并透入滤饼从滤板的“ED”排出，该型适用于滤饼需要洗涤和滤饼需要吹干的介质过程。,C、暗流过滤流程暗流不可洗：料液“A”口输入，过滤时滤液从“ED”通道排出，适用于有毒或高温料液的过滤。D、暗流洗涤流程暗流可洗式料液从“A”口输入，过滤时滤液从“ED”通道排出。洗液从“BC”口输入，通过滤饼后洗液从“ED”排出。适用滤饼需要洗涤的有毒或高温料液过滤。,双杆水冲洗,压滤机压滤工作流程,滤饼冲洗方式,4.4.1.3立式自动板框压滤机的结构及工作原理可分为单面过滤双侧卸料和双面过滤单侧卸料两种形式，这里主要介绍前者。它是FinLand的Larox公司20世纪80年代的产品，是比较先进的一种自动压滤机。,（1）结构,多层板框由压紧机构带动，可相互压紧，也可层层拉开。环形滤布绕过各层板框，板框上装设有卸料辊，起多处卸料和支持滤布的作用。由驱动装置带动滤布运动，由阀门系统控制框内给料、给高压水以及吹入压缩空气等。,板框,过滤机的主要工作部分，板框分上下两腔，上面是滤液腔，铺有过滤板，由上一层板框的滤饼压出的滤液透过滤布和滤板，从此腔中排出。下面是滤饼加压腔，内有隔膜，被过滤的料浆给入隔膜的下面，压缩空气送入加压腔压迫隔膜，挤压滤饼，排出滤液。在隔膜下面除了给料口之外，还有一管口，可给入压缩空气，吹干滤饼。,（2）工作过程自动板框压滤机周期性的工作，但它可以自动连续作业，它的每个循环均包括以下六个过程：过滤；一次压榨；洗涤；二次压榨；空气吹干；卸料。经过上述六个过程完成一个过滤循环。在早期的自动板框压滤机中，没有向滤饼吹风阶段，增加吹风后，对降低水分作用明显。,隔膜压榨工作原理四个阶段：进料过滤1：物料进入过滤机，进料压力使滤液穿过滤布，固体被滤布截留形成滤饼；进料过滤2：随着过滤进行，进料压力持续升高，滤室被滤饼逐渐填满，进料压力达到最大并长时间保持不变，进料速度减小。反吹：从压紧板端吹气，可提高滤饼含固量同时防止管道堵塞。向滤饼吹风，带走一部分水分。隔膜压榨：关闭进料阀，向隔膜板内注入压缩空气或高压水，鼓张隔膜进行压榨脱水。,隔膜压滤可大幅度降低滤饼含水率，洗水量少，缩短过滤周期，对过滤性能差的介质适应能力强。,隔膜压榨原理和过程,4.4.2厢式压滤机,箱式压滤机又称凹板型压滤机，它与普通平板式板框压滤机的主要区别普通平板式板框压滤机的一个过滤室由由一片滤板和一片滤框构成，而箱式压滤机的一个过滤室由两片凹形的滤板构成，它具有的特点是：（1）体积和重量都较普通平板式板框压滤机小；（2）滤布装卸方便，易清洗，寿命长；（3）滤饼厚度易调整；（4）板外进料，过滤面积大；,工作过程自动厢式压滤机周期性的工作，但它可以自动连续作业，它的每个压滤循环均包括以下六个过程：板框压紧：板框压紧机构动作，将各层板框压紧。给料：向板框内给入料浆，用泵压入，直到充满为止。隔膜压紧：用泵向隔膜压入几个大气压的高压空气或水，使隔膜压紧，压榨下面的滤渣使之脱水。滤饼吹风：向滤饼吹风，带走一部分水分。拉开板框：拉开板框让滤渣落在滤布上。卸落滤渣：滤布运行至卸料辊处卸落。经过上述六个过程完成一个过滤循环。,几种滤饼卸载方式,常见压滤工艺,4.4.3加压叶滤机,由一组并联的滤叶按一定方式装入密封的滤筒内，当料浆在压力下进入滤筒后，滤液透过滤叶从管道排出，而固体被截留在滤叶表面，这种过滤机叫加压叶滤机。滤叶是叶滤机的基本元件，一般有里层的支撑网、边框和覆在外层的细金属丝网或滤布组成。滤叶的形状可以使正方形、圆形和矩形等。叶滤机的卸料比较困难，可用冲出、震动、空气反吹、离心力、刷洗等“干法“，也可用喷淋冲洗等“湿法”或干湿共用等方法。,叶滤机采用加压过滤，推力较大，可适用于过滤浓度较大、较黏而不易分离的悬浮固体颗粒溶液，广泛用于冶金、化工、轻工等行业。加压叶滤机一般为间歇工作式。,4.4.3.1快开式水平加压叶滤机该机结构示意图见图4-39。该机一般为间歇工作式，操作程序为：合拢头盖销紧进料浆加压过滤排放残余料浆进洗涤液洗涤放余洗涤水进压缩空气吹干滤饼卸压松销拉开头盖及框架转动90卸饼清洗滤布。该机适合过滤含固量20%，沉降速度0.2mm/s的可压缩性细粘物料。,4.4.3.2立式叶滤机该叶滤机较为常见，主要用于滤饼不需要洗涤的场合。滤管悬吊在管板上，管板将过滤机圆筒分为两个独立的部分，料浆由下部或顶部压入，固体在滤管外形成滤饼，滤液透过滤管进入圆筒上部排出，滤饼基于自重或再辅以空气反吹或震动从滤管上脱落，然后从底部排料口排出。主要特点：（1）卸渣和清洗都在滤筒内进行，无需开盖或移动滤片，因而过滤周期短；（2）密闭操作，不污染环境；（3）滤布密封，冲洗彻底，使用寿命长；（4）清理、维护周期长。,叶滤机工作示意图,4.4.7带式压滤机带式压滤机是一种结构简单，操作方便，性能优良的连续压滤机。结构上借鉴了造纸机连续滚压的机构，同时使用了聚合电解质絮凝剂，保证了带式压滤机的高效性。原理：矿浆在两条滤带间受到挤压和剪切力的作用而脱水，属于一种压榨压滤机。,主要特点：带式压滤机过滤前需要加絮凝剂处理料浆，使之形成絮团，这是带式压滤机工作的必要条件。药剂费用约占压滤机过滤总费用的50%。滤带采用的是与其他传统压滤机不同，采用的是高强度的单丝聚酯或聚乙烯、尼龙丝织成的多层网式无端环形带，抗拉伸强度很高。,A、结构及工作过程,搅拌筒,混合筒,料浆,絮凝剂,反应筒,下滤带,上滤带,高压脱水（S区）,滤饼,卸料,絮凝和给料,重力脱水,低压脱水,（1）絮凝和给料絮凝的好坏直接影响到物料能否形成滤饼，是压滤成功的关键，若不能形成滤饼，将无法继续脱水。絮凝剂一般先经调制和搅拌后加入料浆中，与料浆均匀混合，并经一定时间的反应，形成稳定的絮团状，再均匀、定量地散布在滤带上。,絮凝剂用量一般为：50500g/t固体。,（2）重力脱水固体颗粒絮团之间析出游离水，在自身重力作用下，透过滤带与絮团分离。重力脱水段要有足够的长度，以保证尽量多排水。因此重力脱水阶段不应过短，一般为2.52.7m,重力脱水段形成的滤饼要能经得住滤带和压辊的挤压而不流失，其厚度要均匀，以免使滤带进入挤压区后发生跑偏和打褶。,（3）挤压脱水可分为低压脱水和高压脱水。低压脱水：是依靠滤带自身张紧的张力，借助压辊向滤饼施加压力，压缩滤饼，排出毛细水。此外，滤带经过每个压辊，运动方向都发生改变，滤饼颗粒之间位置相互错动，毛细管破坏，也有助于滤饼脱水。,高压脱水：除了靠滤带本身张紧的张力外，还借助S区大小辊间相互的挤压进一步脱去滤饼水分。,（4）卸料与清洗滤带挤压脱水后，上下两条滤带分开，滤饼借助滤带的弯曲、自重和刮板将其从滤带上刮下，排出机外，滤带用高压水清洗。,B、特点及应用与板框压滤相比其优点：基建投资减少50，生产费用节约30；按固体计的生产能力增大1倍；设备工作可靠，脱水指标不受给料性质波动的影响；操作方便，自动化程度高。缺点：滤布磨损快（2000h）；更换困难；滤布易跑偏；定量添加絮凝剂较复杂；冲洗滤布清水量大。适用对象：添加絮凝剂后，可压缩性的物料。,带式压滤机的实际生产过程,4.5离心过滤机4.5.1概述离心过滤是利用机械旋转产生的离心力来进行固液分离的。离心过滤对所要分离的液相和固相没有密度差的要求，它使悬浮液中固相颗粒截留在过滤介质上，不断堆积成滤饼层，同时，液相借离心力穿过滤饼层和过滤介质，从而达到固液分离的目的。离心过滤机具有结构紧凑、体积小、分离效率高、生产能力大及附属设备少等优点。离心机的类型很多，这里简单介绍三足式离心过滤机。4.5.2三足式离心过滤机三足式上部卸料离心过滤机结构见图4-51。,优点：对物料的适应性强，过滤、洗涤能按需要随时调节操作参数；可得到较干的滤饼和进行充分的洗涤；固相颗粒几乎不受破坏；能分离粒径为微米级的微细颗粒；运转平稳、结构简单、造价低廉。缺点：间歇操作，辅助作业时间较长，生产能力较低。适用于处理量不大，要求充分洗涤的物料。操作时一般采用低速加料、高速分离脱水、降速或停机卸料。,4.6过滤介质与助滤剂4.6.1滤布滤布是过滤过程中应用最多的一种过滤介质，对于过滤性能起到关键的作用。除了滤布外，过滤介质还包括滤网、滤毡、滤纸、过滤衬垫、刚性多孔介质（陶瓷、金属陶瓷、多孔塑料）等。一般对过滤介质的要求：a产生清洁的滤液，能有效地阻挡微粒物质；b不会或很少发生突然的或累积式的阻塞；c良好的卸饼性能；d适当的耐清洗能力；e具有一定的机械强度和耐化学腐蚀能力；f耐微生物作用；g有较高的过滤速率。按不同分类方式，滤布有很多种类。,4.6.1.1按滤布纤维材质分类可分为天然纤维和化学合成纤维。4.6.1.2按滤布纱线构成分类单丝纤维纱复丝纤维纱短纤维纱（纺织纱）,4.6.1.3按织造分类分为织造类和非织造类。A织造类平纹织法斜纹织法缎纹织法新变化：斜纹方格织法；荷兰式织法；密斜纹织法；矩阵型织法B非织造类一般属深层过滤，对粒子的截留效果好。,4.6.1.4滤布的选择滤布选择的原则为：1）要求过滤阻力小，滤饼含水少且容易剥离，滤布不容易发生堵塞，经洗涤后容易恢复原状，使用寿命长。2）要求耐热、耐腐蚀性好，机械强度高（特别要求抗张强度大），滤布容易加工，价格较低。3）滤布能保持过滤速度稳定，过滤效率高，能适应过滤机的形式和操作条件，满足生产要求。一般需要通过试验确定合适的滤布种类，选择滤布最主要着眼于滤液的澄清度、过滤速度、化学稳定性和工作寿命，然后是经济性。常见滤布见P186表4-25。,4.6.2助滤剂定义：指那些能提高过滤效率或强化过滤过程的物质，凡是1）能降低滤液的表面张力，2）改变过滤物质的粒度组成（使之d变大），3）提高滤饼透过度的物质，统称为助滤剂。可分为介质型助滤剂和化学助滤剂两大类型。4.6.2.1介质型助滤剂它是一种颗粒均匀、质地坚硬、不可压缩的粒状物质。其作用在于防止胶状微粒对滤孔的堵塞，即充当实际的过滤介质。它是通过物理或机械作用来改善过滤过程（如增大孔隙度等），通常采用预涂层方法（预先在过滤介质表面涂层），一般用量为250700g/m2，若加入到所过滤的悬浮液中，其用量为悬浮液重量的0.10.5。,4.6.2.1介质型助滤剂由于介质型助滤剂使用后会残留于滤饼中，所以只有当滤渣质量要求不严格时才能使用。主要用于：胶态难沉降的微细颗粒。介质型助滤剂应具备以下几种物理特性：惰性的，即不影响悬浮液化学性质；不溶于所处理的液体；不可压缩的，即在过滤设备操作压力下，能保持高孔隙率；颗粒小而多孔且形状不规则。常用的有：硅藻土、膨胀珍珠岩、纤维素、石棉、碳粉。,4.6.2.2化学助滤剂主要用于希望降低滤饼水分和提高过滤机生产能力的场合。按其作用原理，可分为表面活性剂型和高分子絮凝剂型两类：(一)、表面活性剂型助滤剂表面活性剂型助滤剂主要起降低滤液表面张力，使阻碍滤液在颗粒间隙中流动的附加压力也随着降低，提高滤液透过滤饼的能力，从而达到强化过滤的目的，主要分为阴离子型和非离子型。不是所有的表面活性物质都能作助滤剂使用，原因是影响助滤剂发挥作用的因素很多，并不是单以滤液表面张力下降一个因素所能解释清楚。,a、阴离子型磺基琥珀酸（2乙基己基）二酯钠盐及其高级同系物CH2CH3NaSO3-CHCOO-CH2CHCH2CH2CH2CH3CH2COO-CH2CHCH2CH2CH2CH3CH2CH3早在20世纪60年代中期，这种被称为OT型的助滤剂已投放市场，它由美国著名的氰胺公司研制，开辟了多种型号。,OT型助滤剂的特点：起泡性过强，对滤饼有明显的减薄作用。耐碱性差，酯键在溶液中易水解而降低其效果。,OT型助滤剂对滤饼水分的影响如左图，从图中可看出，随用量的增加，饼内水分下降。,OT型助滤剂一般规律：C原子越多，水分降低也越多，滤液中残留的越少，C原子在1216时为最佳。磺基琥珀酸酰胺酸酯盐同属OT型，胺解后，助滤性能更好。烷基或烷芳基磺酸盐R-SO3H或R-Ar-SO3H可降低含S、Cu滤饼的水分。,b、阳离子型这类阳离子表面活性剂多为脂肪胺类化合物，其结构式为：其中为含C2C12的烷基、烷氧乙基、烷基丙基，、为H或含有C1C12的烷基，碳原子总数为530。胺内阳离子表面活性剂由于价格昂贵，在工业中应用不多。,c、非离子型与阴离子表面活性剂比较，其最大特点是起泡性不强，脱水助滤效果较好。目前被广泛研究和应用。Tween型它是失水山梨醇（一种多元醇）的脂肪酸酯与环氧乙烷的加成物，根据环氧乙烷和失水山梨醇的脂肪酸酯加成数的不同，可分为Tween20，Tween60，Tween80等种类。,Tween20为聚氧乙烯山梨酸醇酐单月桂酸酯，其为淡黄色粘稠液体，皂化值为40-50mgKOH/g,易溶于乙醇，甲苯和热水中。结构式为：,特点：这种加成物由于失水位置不同，失水山梨醇有不同的异构体，而且只有12个羟基被酯化，所以这类制品多半是混合物，其助滤效果与OT型大致相同。高级醇与环氧乙烷的加成物RRRC-OH+nCH2-CH2R-COCH2CH2nOHROR式中RRR为H或烷基（含C原子总数517），此类助滤剂用量小于阴离子型，一般为45450g/T，且滤饼疏松，滤液进入回水不产生破坏作用。,c、混合型表面活性助滤剂非离子型与阴离子型混用如：仲醇聚氧乙烯醚（非离子型）OT型磺化琥珀酸聚氧乙烯醇单酯盐混用。事实证明：高效醇聚氧乙烯醚与OT型混用，可产生明显的“协同效用”，助滤效果好。,阳离子型与阴离子型混用对于阳离子表面活性剂（脂肪胺类），因其价格昂贵，很少大量用作助滤剂，如果将含C原子530的脂肪胺与OT型混用，这样无需将OT助滤剂胺解，即可达到减弱其起泡性能的作用，并提高助滤效果。适用混用的胺的通式为：RRNR,R：C原子512；RR：C原子112。,(二)絮凝剂型助滤剂作用机理：它能使微细的颗粒生成稳定的絮团，不再以单个颗粒的形式穿透滤布，且不在滤布孔隙中沉积，从而提高过滤速率。主要分类：天然高分子物质：淀粉、树胶；人工合成高分子物质：非离子型PAM、阴离子型PAM、丙烯酸与丙烯酰胺的共聚物、阴离子型丙烯酸，N、N二甲基氨基乙酯盐酸盐。,天然高分子物质淀粉、甘露半乳聚糖、纤维素衍生物、海藻酸盐、壳糖。均为水溶性聚合物。其化学结构、分子量、生物降解能力以及易溶性和制备方法均不尽相同。a、淀粉为最常用高分子絮凝剂。最早是用于煤泥的浓缩，现常用：于磷酸盐类细泥的絮凝剂和含铁物料的选择性絮凝剂。结构式为：,作用基：烃基ORR：CS2Na(淀粉黄药）或NH2（乙二胺）或CH2COONa（乙酸钠）羟基OH,淀粉作用机理：淀粉与固体颗粒的吸附机理为氢键吸附。淀粉的分子结构：直链淀粉和支链淀粉两种，直链占25%，支链占75%。制备方法：天然淀粉在使用前须经过处理，使其成为可溶性的淀粉胶才可使用。,加热法：是把淀粉配成50%的液浆，放在高压釜中加热至145，搅拌15分钟以上后放出，加清水稀释至所需浓度使用。苛性法：是在5%的淀粉液浆中加入苛性钠搅拌15分钟而制得。淀粉的作用特点：（i）作用速度快；作用在1520s内完成；（ii）须迅速均匀地与悬浮液混合；（iii）用量：100150g/T（固体）。,b、淀粉黄药（CS2Na）淀粉+CS2+NaOHR-CS2Na+H2O可作为选择性絮凝剂。c、瓜耳胶：是从豆科（古耳）植物的种子中得来的，成非离子型半乳甘露聚糖胶质。产于印度、巴基斯坦等，二十世纪引入美国，我国近几年有种植。应用：作絮凝剂和助滤剂，一般用量为45225g/T。,人工合成高分子物质人工合成高分子聚合物是最主要的固液分离絮凝剂，大多是聚丙烯酰胺的衍生物，也有其他的化合物。工业用合成高分子絮凝剂分为阴离子型，阳离子型和非离子型三大类。I、阴离子型聚合物常用的是含羧基（COOH）的阴离子聚合物，又分：高分子量和低分子量二种。包括聚丙烯酸、聚丙烯酸盐和丙烯酰胺为基体的聚合物。,羧酸类阴离子型聚合物：a、聚丙烯酰胺（PAM）CH2CHnC=0NH2（链上的活性基团为酰胺基）特点：属非离子型；分子卷曲成团状；链上的活性基团CONH2（酰胺基）不能充分伸展；不经水解絮凝效果差。其水解反应为：CH2CHm+nNaOHCH2CHm-n+CH2CHn+nNH3CONH2CONH2COONa,酰胺基,酰胺基,羧酸钠,从上述水解反应中可看出：该反应是加碱后的水解反应。加碱水解可使其中部分酰胺基转化为羧酸钠-COONa。当羧酸钠（-COONa）被电离时，即可形成-COO-（羧基），从而使链状分子沿长度方向分布负电荷，而成为阴离子型的水解聚丙烯酰胺（HPAM）。b、水解聚丙烯酰胺（HPAM）加碱越多，则水解度（n/m）越大，羧基-COO-就越多，此时由于同性电荷的相斥，使分子伸展得越开。H表示聚丙酰胺中羧基的多少，以水解度表示：,水解度HH=n/m100%（n为水解的链节数，m为分子总链节数）水解度是指聚丙烯酰胺中羧基的百分含量。,水解度的两重作用：第一，水解度表示在高分子链上存在有羧基活性基团，这些羧基基团可取代相应数量的酰胺基团，参与对颗粒的表面作用，对正电溶胶的扩散层发挥压缩作用。即：（）羧基基团可取代相应数量的酰胺基团参与粒子表面作用，对正电溶胶的扩散层发挥压缩作用。,第二，由于酰胺基有较强的氢键缔合作用，它可以与分子链上的其它酰胺基团形成分子内氢键，使大分子卷曲。但在增加一定羧基后，由于羧基解离后荷负电，故可依靠电性排斥作用，使分子伸展，充分发挥桥连作用。即：（）由于羧基解离后荷负电，靠电性排斥作用使分子伸展充分发挥桥联作用。若水解度过大，则带负电荷的羧基（-COO-）就会大大增多，对带负电的胶体的吸附或对异体凝聚产生一定影响，反而降低絮凝效果。适宜的水解度应为：水解度H：3040%。,含硫的阴离子型聚合物这一类聚合物的典型代表为：磺化聚丙烯酰胺（PAMS）。这是一种具有很强电离性的阴离子型聚合物，主要是：带有磺甲基（-CH2SO3-）的衍生物。通常进行磺化的方法是：加入甲醛和亚硫酸钠进行磺化。具体过程是：聚丙烯酰胺磺化过程：CH2CHm+CH2O+Na2SO3CONH2聚丙烯酰胺甲醛亚硫酸钠CH2CHn+CH2CHo+CH2CHP+CH2CHqCOONaCONH2CONHCHOHCONHCH2SO3Na丙烯酸钠丙烯酰胺羟甲基丙烯酰胺磺甲基丙烯酰胺这一反应过程在碱性介质pH：1013，温度6068下完成。该产物是丙烯酰胺、丙烯酸钠、羟甲基丙烯酰胺和磺甲基丙烯酰胺的四元共聚物。,其中磺（甲基）化度(q/m)最大可达50%，一般以402%为宜。另一类阴离子型聚合物为含膦酸基的聚合物：含膦酸基的阴离子型聚合物如：聚膦酸乙烯脂等。其酸的强度介于弱阴离子与强阴离子之间。II、阳离子型聚合物这类絮凝剂带有正电荷基团。如：-NH3+（氨基）、-CH2-NH2+-CH2（亚氨基）、N+R4（季氨基）目前大多数的阳离子高分子聚合物都是由丙烯酰胺以及少量的阳离子基体的自由基团共聚而成。如：聚乙烯亚胺CH2-CH2-NH2+nCl聚乙烯亚胺等。而锍基和鏻基的阳离子絮凝剂应用较少。阳离子絮凝剂的一个新发展方向：疏水性聚合物。,应该指出的是：无论是分子量高或低的阳离子絮凝剂都会起絮凝作用，原因在于自然界中绝大多数固体颗粒均带负电性。所以阳离子聚合物具有中和电性和架桥二种作用。III、非离子型聚合物其种类远比阴离子和阳离子型少。最常用的非离子型聚合物是：聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯（PEO）。a、聚氧化乙烯（PEO）CH2-CH2-On分子量：介于21045106之间b、聚丙烯酰胺分子量：介于11062107之间真正的非离子型聚丙烯酰胺并不存在，原因是：丙烯酰胺的聚合过程是在水溶液中，并在绝热状态下进行，这种条件对它的水解过程有利。因此，大多数非离子型聚丙烯酰胺中大约含有12%的水解胺基，它们带弱离子性。所以真正的非离子型聚丙烯酰胺并不存在。,c、非离子型及阴离子型聚合物的絮凝机理均以其分子上的胺基吸附于粒子表面，形成氢键而实现架桥絮凝。d、合成聚合物与天然聚合物比较：合成聚合物用量低。如：PAM（聚丙烯酰胺）用量为25g/m3悬浮液。合成聚合物可完全从溶液中被固体吸附，故回水中不含聚合物。合成聚合物所形成的凝聚体比无机电解质或疏水性表面活性物质所产生的凝聚体粗大、牢固，因此絮凝能力强。,4.6.2.3助滤剂的选择和使用助滤剂使用方法一般分为预涂层助滤和体加料助滤两种。1）絮凝剂的选择一般情况：高分子量的絮凝剂适用于浓缩（沉降），中等分子量（107）的适用于过滤。含铁物料的过滤多采用低分子量（106）的强阴离子型絮凝剂。目前可供作为助滤剂的商品絮凝剂有：强阴离子型805中强阴离子型25AP,2）助滤剂使用絮凝剂与絮凝剂混用：如：PAMHPAM或与聚烯多胺（阳离子型）混用，可明显改善过滤效果。絮凝剂与表面活性剂