化工单元操作任务三 过滤操作技术

1、任务三任务三 过滤操作技术过滤操作技术任课教师：苏小莉任务三任务三 过滤操作技术过滤操作技术l过滤的原理l过滤介质l过滤的基本理论l影响过滤的因素l过滤设备利用多孔性介质利用多孔性介质(如滤布如滤布)截留固截留固-液悬浮液悬浮液中的固体粒子，进行固液中的固体粒子，进行固-液分离的方液分离的方法称为法称为过滤过滤。其中多孔性介质称为。其中多孔性介质称为过滤过滤介质介质；所处理的悬浮液称为；所处理的悬浮液称为滤浆滤浆；滤浆；滤浆中被过滤介质截留的固体颗粒称为中被过滤介质截留的固体颗粒称为滤饼滤饼或滤渣或滤渣；通过过滤介质后的液体称为；通过过滤介质后的液体称为滤滤液液。驱使液体通过过滤介质的推动力可

2、。驱使液体通过过滤介质的推动力可以是以是重力、压力或离心力重力、压力或离心力。一、过滤的原理滤浆：滤浆：原悬浮液。原悬浮液。滤饼：滤饼：截留的固体物质。截留的固体物质。过滤介质：过滤介质：多孔物质。多孔物质。滤液：滤液：通过多孔通道的液体。通过多孔通道的液体。过滤操作示意图过滤操作示意图( (滤饼过滤滤饼过滤) )按按料液流动方向料液流动方向不同，过滤可分为不同，过滤可分为常规常规过滤和错流过滤。过滤和错流过滤。常规过滤时，料液流常规过滤时，料液流动方向与过滤介质动方向与过滤介质垂直垂直；错流过滤时，；错流过滤时，料液流动方向料液流动方向平行平行于过滤介质。于过滤介质。过滤的分类过滤的分类按按

3、操作压力操作压力不同，可分为不同，可分为常压过滤、常压过滤、减压过滤和加压过滤。减压过滤和加压过滤。按按过滤方式过滤方式的不同，有的不同，有表层过滤和深表层过滤和深层过滤。层过滤。 （1 1）滤饼过滤）滤饼过滤过滤过滤方式方式 l滤饼的形成：滤饼的形成：与过滤介质独立。与过滤介质独立。l不断增厚的滤饼称为对之后的颗粒起主要截留作用的介质。不断增厚的滤饼称为对之后的颗粒起主要截留作用的介质。l滤液开始变清。滤液开始变清。l同时，由于过滤阻力逐渐增大，过滤速率逐渐减小。同时，由于过滤阻力逐渐增大，过滤速率逐渐减小。l操作初期的浑浊滤液：滤饼形成后返回重滤。操作初期的浑浊滤液：滤饼形成后返回重滤。l

4、过滤介质：过滤介质：支撑滤饼作用。支撑滤饼作用。深层过滤示意图深层过滤示意图（2 2）深层过滤）深层过滤（2 2）深层过滤）深层过滤 特点特点 颗粒尺寸远远小于介质孔道的直径，而孔道弯曲细长，颗粒进颗粒尺寸远远小于介质孔道的直径，而孔道弯曲细长，颗粒进入之后很容易被截留。入之后很容易被截留。l在惯性和扩散作用下，进入通道的固体颗粒趋向通道壁面并藉在惯性和扩散作用下，进入通道的固体颗粒趋向通道壁面并藉静电与表面力附着其上。静电与表面力附着其上。l不形成滤饼，而沉积于较厚的过滤介质内部，即过滤是在介质不形成滤饼，而沉积于较厚的过滤介质内部，即过滤是在介质内部进行的。内部进行的。二、过滤介质二、过滤

5、介质 1 1、要求特性要求特性l（1 1）多孔性：孔道的大小要适宜。）多孔性：孔道的大小要适宜。l（2 2）耐腐蚀性、耐热性：适用于各种物料、工艺。）耐腐蚀性、耐热性：适用于各种物料、工艺。l（3 3）机械强度：能承受一定的压力。）机械强度：能承受一定的压力。l（4 4）滤饼易于彻底清除。）滤饼易于彻底清除。l（5 5）价格低廉。）价格低廉。2、过滤介质分类（1 1）织物介质（滤布）织物介质（滤布）l组成：天然或合成纤维、金属丝。组成：天然或合成纤维、金属丝。l形式：编织的滤布、滤网。形式：编织的滤布、滤网。l优点：价格便宜，清洗及更换方便。优点：价格便宜，清洗及更换方便。l作用：可截留颗粒的

6、最小直径为作用：可截留颗粒的最小直径为5 565 65 m m。滤布滤布 （2 2）多孔性固体介质）多孔性固体介质l组成：素瓷、烧结金属、玻璃、塑料细粉粘结而成的组成：素瓷、烧结金属、玻璃、塑料细粉粘结而成的多孔性塑料管。多孔性塑料管。l作用：能截留小至作用：能截留小至1 13 3 m m的微小颗粒。的微小颗粒。 （3 3）堆积介质）堆积介质l组成：固体颗粒（砂、活性炭、木炭、石棉粉）组成：固体颗粒（砂、活性炭、木炭、石棉粉） 或非编织纤维（玻璃棉等）堆积而成。或非编织纤维（玻璃棉等）堆积而成。l作用：一般用于处理含固体量很少的悬浮液作用：一般用于处理含固体量很少的悬浮液 如水的净化处理等。如

7、水的净化处理等。滤纸。滤纸。脱脂棉。脱脂棉。织物介质。织物介质。烧结金属过滤介质。烧结金属过滤介质。 多孔塑料过滤介质。多孔塑料过滤介质。垂熔玻璃过滤介质。垂熔玻璃过滤介质。过滤介质过滤介质的种类的种类常用滤纸的孔径为常用滤纸的孔径为17m。适用于口服液体制剂的过滤。适用于口服液体制剂的过滤。包括棉织品纱布、帆布等。包括棉织品纱布、帆布等。多孔陶瓷。多孔陶瓷。微孔滤膜。微孔滤膜。不可压缩滤饼不可压缩滤饼：若颗粒由不易变形的坚硬固体组成，则当：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

8、作恒定，这类滤饼称为不可压缩滤饼。的流动阻力可视作恒定，这类滤饼称为不可压缩滤饼。 随着过滤的进行，滤饼的厚度增大，滤液的流动阻力亦逐随着过滤的进行，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有较大影响。有较大影响。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：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。为可压缩滤饼。 滤饼的压缩性和助滤剂滤饼的压缩性和助滤剂助滤剂助滤

9、剂：对于可压缩滤饼，为了使过滤顺利进行，可以将：对于可压缩滤饼，为了使过滤顺利进行，可以将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。颗粒状物质就称为助滤剂。常用的助滤剂：常用的助滤剂：硅藻土、珍珠岩、石棉、炭粉等。硅藻土、珍珠岩、石棉、炭粉等。助滤剂的基本要求：助滤剂的基本要求：1 1、能形成多孔饼层的刚性颗粒，使滤饼有良好的渗透性及、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。较低的流

10、体阻力。2 2、具有化学稳定性。、具有化学稳定性。3 3、在操作压强范围内具有不可压缩性。、在操作压强范围内具有不可压缩性。 dpde 对于颗粒层中不规则的通道，可以简化成由一组当量直径对于颗粒层中不规则的通道，可以简化成由一组当量直径为为d de e的细管，而细管的当量直径可由床层的空隙率和颗粒的的细管，而细管的当量直径可由床层的空隙率和颗粒的比表面积来计算。比表面积来计算。三、三、 过滤的基本理论过滤的基本理论1 、 滤液通过饼层的流动颗粒床层的特性可用颗粒床层的特性可用空隙率、当量直径空隙率、当量直径等物理量来描述。等物理量来描述。空隙率空隙率：单位体积床层中的空隙体积称为空隙率。单位体

11、积床层中的空隙体积称为空隙率。式中式中 床层的空隙率，床层的空隙率，m3/m3。床层总体积床层空隙体积式中式中 颗粒的比表面，颗粒的比表面，m2/m3。颗粒体积颗粒表面积a比表面积比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积称为比表面积。单位体积颗粒所具有的表面积称为比表面积。2 、颗粒床层的特性lpdcu3221 （一）过滤基本方程（一）过滤基本方程 滤液通过饼层的流动常属于层流状态，可以仿照滤液通过饼层的流动常属于层流状态，可以仿照p28 第一第一章流体力学的泊稷叶公式章流体力学的泊稷叶公式(Poiseuille)来描述滤液通过滤饼的流来描述滤液通过滤饼的流动，则滤液通过饼床层的流速与压强降的关系

12、为：动，则滤液通过饼床层的流速与压强降的关系为：式中式中 u u 滤液在滤饼孔道中的平均流速，滤液在滤饼孔道中的平均流速，m/sm/s； l l 滤饼孔道的平均长度滤饼孔道的平均长度 m m； d d1 1 滤饼孔道的平均直径，滤饼孔道的平均直径，m m； 滤液黏度，滤液黏度，Pas;Pas; ppc c 滤液在滤饼层上下游间的压力差，滤液在滤饼层上下游间的压力差，papa； 阻力与压强降成正比，因此可认为上式表达了过滤操作中阻力与压强降成正比，因此可认为上式表达了过滤操作中滤液流速与阻力的关系。滤液流速与阻力的关系。LpdKuKAdtdVc3221LrpAdtdVc式中式中 V 滤液量，滤液

13、量，m3； t 过滤时间，过滤时间，s； A 过滤面积，过滤面积，m2。 r滤饼参量，滤饼参量，m-2另：另： 则有：则有：引入比例因数引入比例因数K过滤速度为：过滤速度为：过滤速度过滤速度: : 单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积，单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积， m3/m2 s。 与与u成正比，滤饼厚度成正比，滤饼厚度L与与l成正比。成正比。过滤速率过滤速率: : 单位时间内获得的滤液体积，单位时间内获得的滤液体积，m3/s。3、过滤速率dtdVAdtdV32121dKr4 4、比阻、比阻r r单位厚度滤饼的阻力；单位厚度滤饼的阻力；在数值上等于粘度为在数值上等于粘度为1Pas1P

14、as的滤液以的滤液以1m/s1m/s的平均流速通过的平均流速通过厚度为厚度为1m 1m 的滤饼层时所产生的压强降；的滤饼层时所产生的压强降；比阻反映了颗粒特性比阻反映了颗粒特性( (形状、尺寸及床层空隙率形状、尺寸及床层空隙率) )对滤液流对滤液流动的影响；动的影响；床层空隙率床层空隙率愈小及颗粒比表面愈小及颗粒比表面a a愈大，则床层愈致密，愈大，则床层愈致密，对流体流动的阻滞作用也愈大。对流体流动的阻滞作用也愈大。 通常把过滤介质的阻力视为常数，仿照滤液穿过滤饼层的速通常把过滤介质的阻力视为常数，仿照滤液穿过滤饼层的速度方程则可写出滤液穿过过滤介质层的速度关系式：度方程则可写出滤液穿过过滤

15、介质层的速度关系式：emLrpAdtdV式中式中 pm 过滤介质上、下游两侧的压强差，过滤介质上、下游两侧的压强差，Pa； Le 过滤介质的当量厚度过滤介质的当量厚度，m。 由于很难划定过滤介质与滤饼之间的分界面，更难测定分由于很难划定过滤介质与滤饼之间的分界面，更难测定分界面处的压强，在操作过程中总是把过滤介质与滤饼联合起来界面处的压强，在操作过程中总是把过滤介质与滤饼联合起来考虑。考虑。5、过滤介质的阻力 通常，滤饼与滤布的面积相同。所以两层中的过滤速度应通常，滤饼与滤布的面积相同。所以两层中的过滤速度应相等，根据合比定律则：相等，根据合比定律则：)()(eemcLLrpLLrppAdtd

16、V 上式表明，可用滤液通过串联的滤饼与滤布的总压强降来上式表明，可用滤液通过串联的滤饼与滤布的总压强降来表示过滤推动力，用两层的阻力之和来表示总阻力。表示过滤推动力，用两层的阻力之和来表示总阻力。式中：式中：p 滤饼与滤布两侧的总压强差，称为过滤压强差。滤饼与滤布两侧的总压强差，称为过滤压强差。6、过滤基本方程、过滤基本方程式中：式中：x 滤饼体积与相应的滤液体积之比，无因次。滤饼体积与相应的滤液体积之比，无因次。AxVKL LAxV 若每获得若每获得1m1m3 3滤液所形成的滤饼体积为滤液所形成的滤饼体积为v v m m3 3，则任一瞬间的滤，则任一瞬间的滤饼厚度饼厚度L L与当时已经获得的

17、滤液体积与当时已经获得的滤液体积V V 之间的关系为：之间的关系为：AxVkLee 同理，如生成厚度为同理，如生成厚度为Le的滤饼所应获得的滤液体积以的滤饼所应获得的滤液体积以Ve来表来表示，则示，则式中式中Ve过滤介质的当量滤液体积，或称虚拟滤液体积，过滤介质的当量滤液体积，或称虚拟滤液体积，m3。令令6、过滤基本方程（续）、过滤基本方程（续） rKr 注意注意：在一定的操作条件下，以一定介质过滤一定的悬浮在一定的操作条件下，以一定介质过滤一定的悬浮液时，液时，Ve为定值，但同一介质在不同的过滤操作中，为定值，但同一介质在不同的过滤操作中，Ve不同。不同。AVVxrpAdtdVe过滤阻力过滤

18、推动力2)(2)(AVVxreepVVxrpAdtdV上式适用于上式适用于不可压缩滤饼不可压缩滤饼。 对于对于可压缩滤饼可压缩滤饼其比阻其比阻r r与压强差有关。与压强差有关。上式称为上式称为过滤基本方程式过滤基本方程式，它对各种过滤情况均适用。，它对各种过滤情况均适用。式中式中 r1单位压强下滤饼的比阻，单位压强下滤饼的比阻，1/m2 p过滤压强差，过滤压强差，pa s 滤饼的滤饼的压缩性指数压缩性指数，无因次。一般情况下，无因次。一般情况下， s=01。对于不可压缩滤饼，。对于不可压缩滤饼，s=0。)(112esVVxrpAdtdV根据上两式可得根据上两式可得r=r 1(p)sp定义：过滤

19、操作在恒定压强下进行时称为恒压过滤。定义：过滤操作在恒定压强下进行时称为恒压过滤。滤饼不断变厚；滤饼不断变厚；阻力逐渐增加；阻力逐渐增加；推动力推动力p p 恒定；恒定；过滤速率逐渐变小。过滤速率逐渐变小。过滤操作的两种典型方式：恒压过滤和恒速过滤过滤操作的两种典型方式：恒压过滤和恒速过滤。p特点：特点：（二）恒压过滤对于一定的悬浮液，若对于一定的悬浮液，若、rr及及v v可视为常数，令可视为常数，令xrk11)(112esVVxrpAdtdV(V+V(V+Ve e )dV )dV=kA=kA2 2p p1-s1-sd dt t式中：式中：k k 表征过滤物料特性的常数，表征过滤物料特性的常数

20、，m m4 4/ /（N N s s）。）。过滤基本方程可写成：过滤基本方程可写成：恒压过滤方程式的推导恒压过滤方程式的推导积分条件积分条件 t=0, V=0; t=t,V=V tsVedtpkAVdVV0120(1)(1)和和(2)(2)式都称为式都称为恒压过滤方程式恒压过滤方程式。令令K=2kpK=2kp1-s1-sV 2 +2Ve V=KA2t（1 1）又令又令 q=V/A，qe=Ve/A q 2 +2qqe =Kt (2) V2=KA2t若忽略过滤介质阻力，Ve=0若维持过滤速率恒定，这样的过滤操作方式称为恒速过滤。若维持过滤速率恒定，这样的过滤操作方式称为恒速过滤。常数tVdtdV若

21、介质阻力可忽略，则：若介质阻力可忽略，则： V V2 2 =kA=kA2 2p p1-s1-st t 恒速过滤时的过滤速度为：恒速过滤时的过滤速度为：（三） 恒速过滤esVVpkAtV12tkpqqqtpkAVVVsese12122或先恒速后恒压过滤是工业中常用的一种过滤方法。先恒速后恒压过滤是工业中常用的一种过滤方法。ttsVVeRRdtpkAdVVV12 在过滤时间从在过滤时间从0 0到到t tR R 时，计算方法与恒速过滤相同。而从时时，计算方法与恒速过滤相同。而从时间间t tR R 到到t t 时，得到的滤液量从时，得到的滤液量从V VR R到到V V，故积分式为：，故积分式为：操作过

22、程：操作过程：开始，从开始，从0到到tR 时，时，采用恒速过滤，可在阻力还不太高时采用恒速过滤，可在阻力还不太高时获得较多的滤液。获得较多的滤液。从从tR到到t 时，改为恒压过滤，以免压强过高。时，改为恒压过滤，以免压强过高。 （四）先恒速后恒压过滤积分并将积分并将K=2kpK=2kp1-s 1-s 代入得代入得 )()(2)(222RReRttKAVVVVV)()(2)(22RReRttKqqqqq 特别注意特别注意：上两式中：上两式中V V为获得的总滤液量，而不是为获得的总滤液量，而不是恒压阶段获得的滤液量。恒压阶段获得的滤液量。几种操作方式下的过滤方程几种操作方式下的过滤方程恒压过滤恒压

23、过滤恒速过滤恒速过滤先恒速后恒压先恒速后恒压(V+Ve)2=KA2(t +t)eq=uRt(V2-VR2)+2Ve(V-VR)=KA2(t-tR)V2+2VVe=KA2tV=uRAt(q2-qR2)+2qe(q-qR)=K(t-tR)(q+qe )2=K(t+te)p=at+bq2+2qqe=Kt)(112esVVxrpAdtdVet22qqqKK上式表明：上式表明：t/q与与q成直线关系，直线斜率为成直线关系，直线斜率为2/K，截距为，截距为2qe/Kq 2 +2qqe =Ktqt/q2qe/K由斜率由斜率=2/K，求出，求出K;由截距由截距=2qe/K ，求出，求出qe；测定时采用恒压试验

24、，恒压过滤方程为：测定时采用恒压试验，恒压过滤方程为： （六）过滤常数的测定（六）过滤常数的测定lnK=(1-s)lnp+ln(2k) 以以lnlnp p为横坐标，为横坐标，lnlnK K为纵坐标为纵坐标作直线，从而求出斜率作直线，从而求出斜率(1-(1-s s) )，截，截距距ln(2ln(2k k) )，进而算出，进而算出s s和和k k。例例4-2 p1264-2 p126K=2kp1-s 滤饼的压缩性指数滤饼的压缩性指数s s及物料特性常数及物料特性常数k k需在不同压强差下对指需在不同压强差下对指定物料进行试验，求得若干过滤压强差下的定物料进行试验，求得若干过滤压强差下的K K，然后

25、对，然后对K-pK-p数数据加以处理，即可求得据加以处理，即可求得s s值。值。lnplnKln(2k)测定k和s三、恒压过滤三、恒压过滤 恒压过滤基本方程：恒压过滤基本方程： )()(2222eeeeeKqqKqqqKq （）四、过滤计算举例四、过滤计算举例【例【例3-53-5】在】在100 100 的恒压下过滤某悬浮液，温度的恒压下过滤某悬浮液，温度3030，过滤面积为，过滤面积为 40 40 ，并已知滤渣的比阻为，并已知滤渣的比阻为 ，值为值为0.05 0.05 。 过滤介质的阻力忽略不计，滤渣为不可压缩，试求：过滤介质的阻力忽略不计，滤渣为不可压缩，试求： (1)(1)要获得要获得10

26、 10 滤液需要多少过滤时间？滤液需要多少过滤时间？ (2)(2)若仅将过滤时间延长一倍，又可以再获得多少若仅将过滤时间延长一倍，又可以再获得多少 滤液？滤液？ (3)(3)若仅将过滤压差增加一倍，同样获得若仅将过滤压差增加一倍，同样获得10 10 滤液时又需要多少过滤液时又需要多少过 滤时间？滤时间？akP2m214101m33mm3m3m3m解（解（1 1）求过滤时间）求过滤时间 )()(22eeKAVVeVe 介质阻力忽略，即介质阻力忽略，即 0 0， 0 0 2KAVl已知：已知：V V10 10 ，A A40 40 求过滤常数求过滤常数K K， 3m2mrppkK2212514331

27、0996. 405. 0101108007. 0101002smK所以所以 min85.2012514010996. 41025222sKAV（2 2）求过滤时间延长一倍时增加的滤液量）求过滤时间延长一倍时增加的滤液量 s2502125122而而 35214 440mKAV故增加的滤液量为：故增加的滤液量为：314. 41014.14mVVV 3m （3 3）求过滤压差增加一倍，获得）求过滤压差增加一倍，获得1010滤液所需时间滤液所需时间 22 AKV K12510996. 422 smKK新的过滤常数新的过滤常数为：为： s5 .62524010996. 4210

28、 252过滤时间为原来的一半过滤时间为原来的一半 混合物中悬浮颗粒的性混合物中悬浮颗粒的性质和大小质和大小混合液的黏度混合液的黏度操作条件操作条件助滤剂的使用助滤剂的使用过滤分离设备和技术过滤分离设备和技术四、影响过滤的因素四、影响过滤的因素l一般情况下，悬浮颗粒越大，粒子越坚硬，一般情况下，悬浮颗粒越大，粒子越坚硬，大小越均匀，过滤越容易进行。大小越均匀，过滤越容易进行。l流体黏度越大，过滤越困难。通常混合液的流体黏度越大，过滤越困难。通常混合液的组成越复杂，浓度越高，黏度越大。组成越复杂，浓度越高，黏度越大。（1）混合物中悬浮颗粒的性质和大小）混合物中悬浮颗粒的性质和大小（2）混合液的黏度

29、）混合液的黏度（3）操作条件）操作条件l温度升高，流体黏度降低；调整温度升高，流体黏度降低；调整pH也可改也可改变流体黏度。变流体黏度。 助滤剂助滤剂是一种不可压缩的多孔微粒，它是一种不可压缩的多孔微粒，它能使滤饼疏松，吸附胶体，扩大过滤面积，能使滤饼疏松，吸附胶体，扩大过滤面积，滤速增大。滤速增大。 常用的助滤剂常用的助滤剂有硅藻土、纤维素、石棉有硅藻土、纤维素、石棉粉、珍珠岩、白土、炭粒、淀粉等，其中粉、珍珠岩、白土、炭粒、淀粉等，其中最常用的是硅藻土。最常用的是硅藻土。 助滤剂的使用方法有两种助滤剂的使用方法有两种：一种是在过：一种是在过滤介质表面预涂助滤剂，另一种是直接加滤介质表面预涂

30、助滤剂，另一种是直接加入发酵液，也可两种方法同时兼用。入发酵液，也可两种方法同时兼用。（4）助滤剂的使用）助滤剂的使用助滤剂使用要点助滤剂使用要点根据过滤介质和过滤情况选择助滤剂根据过滤介质和过滤情况选择助滤剂品种品种根据目的物性质选择助滤剂品种根据目的物性质选择助滤剂品种粒度选择粒度选择用量的确定用量的确定实验确定实验确定预涂助滤剂时，间隙操作助滤剂的最小预涂助滤剂时，间隙操作助滤剂的最小厚度为厚度为2mm；连续操作则要根据所需的；连续操作则要根据所需的过滤速率来确定。过滤速率来确定。增大过滤的表面积增大过滤的表面积选择合适的过滤介质选择合适的过滤介质增加助滤剂增加助滤剂增加过滤推动力增加过

31、滤推动力提高温度。提高温度。（5）过滤分离设备和技术）过滤分离设备和技术为提高过滤速率和效果一般采用如下措施：为提高过滤速率和效果一般采用如下措施： 工业上使用的典型过滤设备：工业上使用的典型过滤设备：按操作方式分类：间歇过滤机、连续过滤机按操作方式分类：间歇过滤机、连续过滤机按操作压强差分类：压滤、吸滤和离心过滤按操作压强差分类：压滤、吸滤和离心过滤板框压滤机（间歇操作）板框压滤机（间歇操作）转筒真空过滤机（连续操作）转筒真空过滤机（连续操作）过滤式离心机过滤式离心机五、过滤设备五、过滤设备结构：结构：滤板、滤框、夹紧机构、机架等组成。滤板、滤框、夹紧机构、机架等组成。滤板：凹凸不平的表面，

32、凸部用来支撑滤布，凹槽是滤滤板：凹凸不平的表面，凸部用来支撑滤布，凹槽是滤液的流道。液的流道。滤板右上角的圆孔，是滤浆通道；左上角的圆滤板右上角的圆孔，是滤浆通道；左上角的圆孔，是洗水通道。孔，是洗水通道。洗涤板洗涤板：左上角的洗水通道与两侧表面的凹槽相通，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；使洗水流进凹槽；非洗涤板：非洗涤板：洗水通道与两侧表面的凹槽不相通。洗水通道与两侧表面的凹槽不相通。（一） 板框压滤机 为了避免这两种板和框的安装次序有错，在铸造时常在板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。非洗涤板为一与框的外侧面

33、分别铸有一个、两个或三个小钮。非洗涤板为一钮板，框带两个钮板，框带两个钮，洗涤板为三钮板。钮板，框带两个钮板，框带两个钮，洗涤板为三钮板。滤框：滤框：滤浆通道：滤浆通道：滤框右上角的圆孔滤框右上角的圆孔洗水通道：洗水通道：滤框左上角的圆孔滤框左上角的圆孔滤浆滤浆洗水洗水滤板滤板滤框滤框洗板洗板滤布滤布板框过滤机板框过滤机 板框过滤机的操作是间歇式的，每个操作循环由装合、过滤、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、整理五个阶段洗涤、卸渣、整理五个阶段。过滤过程过滤过程1)1)、装合：、装合： 将板与框按将板与框按 1-2-3-2-1-2-31-2-3-2-1-2-3的

34、顺序，滤板的两侧表面放上滤的顺序，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。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)2)、过滤：、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。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。颗粒积存在滤框内形成滤饼，直到框内充满滤饼为止。3)3)、洗涤：、洗涤： 将洗水送入洗水通道，经洗涤板左上角的洗水进口，进入板将洗水送入洗

35、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。出口阀门关闭。4)4)、卸渣、整理、卸渣、整理 打开板框，卸出滤饼，洗涤滤布及板、框。打开板框，卸出滤饼，洗涤滤布及板、框。 在洗液粘度与滤液粘度相近的情况下，且在压差相同时，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洗涤速率约为过滤终了速率的1/41/4。为什么？结构简单，价格低廉，占地面积小

36、，过滤面积大。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。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，由于操作压力较高对物料的适应能力较强，由于操作压力较高（310kg/cm2 ），对颗粒细小而液体粘度较大的滤浆，也能），对颗粒细小而液体粘度较大的滤浆，也能适用。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，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。劳动强度大，所以它只适用于小规模生产。近年出现了各种自动操作的板框压滤机，使劳动强度得到减近年出现了各种自动操作的板框压滤机，

37、使劳动强度得到减轻。轻。板框压滤机的特点：板框压滤机的特点：结构：结构：p转筒，扇形格转筒，扇形格(18格格)； 滤室；滤室；分配头；分配头；动盘动盘(18个孔，分别与扇形个孔，分别与扇形格的格的18个通道相连个通道相连)；定盘定盘(三个凹槽：滤液真空三个凹槽：滤液真空凹槽、洗水真空凹槽、压缩凹槽、洗水真空凹槽、压缩空气凹槽，分别将动盘的空气凹槽，分别将动盘的18个孔道分成三个通道个孔道分成三个通道)；p金属网；金属网；p滤布；滤布；p滤浆槽滤浆槽。工作过程工作过程转筒真空过滤机结构示意图转筒真空过滤机结构示意图动盘动盘定盘定盘转筒转筒金属网金属网滤布滤布滤饼滤饼搅拌器搅拌器洗涤喷头洗涤喷头料

38、浆槽料浆槽刮刀刮刀（二） 转筒真空过滤机110987654321817161514131112动盘动盘转筒及分配头的结构转筒及分配头的结构工作过程工作过程定盘定盘18格分成格分成6个工作区个工作区1区区(17格格)：过滤区；：过滤区；2区区(810格格)：滤液吸干区；：滤液吸干区；3区区(1213格格)：洗涤区；：洗涤区；4区区(14格格)：洗后吸干区；：洗后吸干区；5区区(16格格)：吹松卸渣区；：吹松卸渣区；6区区(17格格)：滤布再生区。：滤布再生区。l过滤区过滤区(12区区)，f 槽槽; l洗涤区洗涤区(34区区)，g槽槽 ;l干燥卸渣区干燥卸渣区(56区区)，h 槽槽;f 槽槽h 槽

39、槽g 槽槽自动连续操作；自动连续操作；适用于处理量大，固体颗粒含量较多的滤浆；适用于处理量大，固体颗粒含量较多的滤浆；真空下操作，其过滤推动力较低真空下操作，其过滤推动力较低( (最高只有最高只有1atm)1atm)，对于滤，对于滤饼阻力较大的物料适应能力较差。饼阻力较大的物料适应能力较差。 转筒旋转时，藉分配头的作用，能使转筒旋转一周的过程转筒旋转时，藉分配头的作用，能使转筒旋转一周的过程中，每个小过滤室可依次进行过滤、洗涤、吸干、吹松卸渣等中，每个小过滤室可依次进行过滤、洗涤、吸干、吹松卸渣等项操作。项操作。整个转筒圆周在任何瞬间都划分为整个转筒圆周在任何瞬间都划分为: :特点：特点：工作

40、过程工作过程过滤区过滤区;洗涤区洗涤区;干燥卸渣区干燥卸渣区。结构：结构：1.1.悬筐式离心机悬筐式离心机转鼓转鼓滤饼滤饼滤布滤布滤网滤网离心过滤机工作原理图离心过滤机工作原理图p转鼓转鼓(上有小孔，亦称悬框上有小孔，亦称悬框)；滤网；滤网；滤布；滤布；p机架。机架。原理：原理： 由于离心力作用，液体产生径向压差，通过滤饼、滤由于离心力作用，液体产生径向压差，通过滤饼、滤网及滤筐而流出。网及滤筐而流出。（三） 离心过滤机过滤方程及压力的计算过滤方程及压力的计算采用恒压过滤方程式：采用恒压过滤方程式：(q+qe )2=K(t+te)HRA2)(3332rRpRfAVq A 过滤面积，过滤面积，m

41、2；H 转筒高度，转筒高度，m;R 转筒半径，转筒半径，m；p 过滤推动力，过滤推动力，Pa。r 任意处滤饼半径，任意处滤饼半径，m。滤板、滤框、滤板、滤框、夹紧机构、夹紧机构、机架机架装合、过滤、装合、过滤、洗涤、卸渣、洗涤、卸渣、整理整理(q+qe )2=K( + e)几种过滤设备的比较几种过滤设备的比较)(2)(2eEVVKAdtdV式中式中V过滤终了时所得滤液体积，过滤终了时所得滤液体积，m3由恒压过滤方程知，过滤终了时的过滤速率为：由恒压过滤方程知，过滤终了时的过滤速率为：洗涤速率：单位时间内消耗的洗涤液体积。洗涤速率：单位时间内消耗的洗涤液体积。 由于洗涤液中不含固相，洗涤过程中滤

42、饼厚度不变。若在由于洗涤液中不含固相，洗涤过程中滤饼厚度不变。若在恒压下洗涤，则它既是恒压洗涤又是恒速洗涤。恒压下洗涤，则它既是恒压洗涤又是恒速洗涤。（四）过滤机的生产能力 1 洗涤速率的计算p若洗涤液粘度和洗涤时的压差与滤液粘度和过滤压差相比差若洗涤液粘度和洗涤时的压差与滤液粘度和过滤压差相比差异较大，则应校正，校正后的洗涤速率为异较大，则应校正，校正后的洗涤速率为)(2)()(2eEWVVKAdtdVdtdV)(8)(41)(2eEWVVKAdtdVdtdVppdtdVdtdVWWWW)()(若洗涤用的压差与过滤相同，洗涤液粘度与滤液粘度大致相等：若洗涤用的压差与过滤相同，洗涤液粘度与滤液

43、粘度大致相等：p 对于转筒真空过滤机，洗涤速率与过滤终了速率相等对于转筒真空过滤机，洗涤速率与过滤终了速率相等p对于板框过滤机，洗涤速率等于过滤终了速率的对于板框过滤机，洗涤速率等于过滤终了速率的1/41/4生产能力生产能力: : 单位时间内获得的滤液体积。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、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。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时间t tD D 。一个循环时间一个循环时间T=T=t t+ +t tW W

44、+ +t tD D 。其中只有过滤时间真正用于过滤。其中只有过滤时间真正用于过滤。2 间歇过滤机的生产能力式中式中 V V 一个操作循环内所获得的滤液体积，一个操作循环内所获得的滤液体积，m m3 3； Q Q 生产能力，生产能力，m m3 3/h/h； T T 一个循环时间。一个循环时间。 T=t+tW+tD DWtttVTVQ36003600如果以滤液量如果以滤液量Q Q 表示生产能力，则有表示生产能力，则有p 浸没度浸没度 ：转筒真空过滤机的转筒表面浸入滤浆中的分数转筒真空过滤机的转筒表面浸入滤浆中的分数。浸没角度360 以转筒真空过滤机为例，转筒在任何时候总有一部分表面浸以转筒真空过滤

45、机为例，转筒在任何时候总有一部分表面浸没在滤浆中进行过滤。没在滤浆中进行过滤。p 有效过滤时间有效过滤时间t：某一瞬时开始进入滤浆中的转筒表面，经过：某一瞬时开始进入滤浆中的转筒表面，经过过滤区，最后从滤浆中出来，这一段时间为该表面旋转一周的过滤区，最后从滤浆中出来，这一段时间为该表面旋转一周的有效过滤时间。有效过滤时间。3 连续过滤机的生产能力由于转筒式真空过滤机为恒压操作，则有由于转筒式真空过滤机为恒压操作，则有 eeeeVtnKAVttKAV)60()(22转鼓每转一周得到的滤液体积为：转鼓每转一周得到的滤液体积为：(V+V(V+Ve e) )2 2=KA=KA2 2(t+t(t+te

46、e) )nTt60p 过滤时间过滤时间t 为为:p 假设转鼓转速为假设转鼓转速为n r/min，则转一周的时间为，则转一周的时间为: T=60/n按每小时计的滤液生产能力为：按每小时计的滤液生产能力为：nVnnKAnVqee)60(606022KnAnKAnq46560602若忽略滤布阻力，则若忽略滤布阻力，则t te e=0=0、V Ve e=0=0，则上式简化为：，则上式简化为： 注意：提高转速可增加生产能力，但若转速太高，则每周期注意：提高转速可增加生产能力，但若转速太高，则每周期中过滤时间减至很短，滤饼层很薄，难于卸除，也不利于洗涤，中过滤时间减至很短，滤饼层很薄，难于卸除，也不利于洗

47、涤，而且功率消耗大，反而不经济。合适的转速需由实验确定，以而且功率消耗大，反而不经济。合适的转速需由实验确定，以得到合适厚度的滤饼，使成本最低。得到合适厚度的滤饼，使成本最低。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。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过滤机的滤框尺寸为81081081081025(mm)25(mm)，共有，共有3737个框。已个框。已测出过滤常数测出过滤常数K K=10=10-4-4m m2 2/s/s，q qe e=0.01m=0.01m3 3/m/m2 2， e e=1s=1s。若已知单。若已知单位面积上通过的滤液量为位面

48、积上通过的滤液量为0.15m0.15m3 3/m/m2 2，所用洗水量为滤液量，所用洗水量为滤液量的的1/51/5。求：。求： 1) 1) 过滤面积和滤框内的总容量；过滤面积和滤框内的总容量； 2) 2) 过滤所需的时间；过滤所需的时间； 3) 3) 洗涤时间；洗涤时间； 4) 4) 生产能力生产能力q(tq(td d=15min)=15min)。解：解：1) 1) 过滤面积过滤面积 A=2LBZ=2A=2LBZ=20.810.810.810.8137=48.6m37=48.6m2 2 滤框总容积滤框总容积 V Vz z=LB=LB Z=0.81Z=0.810.810.810.0250.025

49、37=0.607m37=0.607m3 3 hmsmqdwtttqATV/5 .17/1085. 433360153482556 .4815. 02) 2) 过滤时间过滤时间 3) 3) 洗涤时间洗涤时间 4) 4) 生产能力生产能力 (q+q(q+qe e ) )2 2=K(=K( + + e e) ) (0.15+0.01)(0.15+0.01)2 2=10=10-4-4( ( +1)+1) t=255st=255st tw w = = 8 8(q+q(q+qe e)q)qw w/5K =8/5K =8(0.15+0.01)(0.15+0.01)0.15/(50.15/(51010-4-4)=348s)=348s 例：用转鼓真空过滤机过滤某种悬浮液，料浆处理量为例：用转鼓真空过滤机过滤