15 过滤计算.ppt

1、2020/10/11,过滤计算,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,2020/10/11,过滤计算,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

2、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。,2020/10/11,过滤计算,图15-1b,图15-1a 板框压滤机的结构,2020/10/11,过滤计算,2020/10/11,过滤计算,2020/10/11,过滤计

3、算,(a) 过滤,(b) 洗涤,图15-2 板框压滤机的过滤和洗涤,2020/10/11,过滤计算,板框压滤机的优点是：单位占地面积上的过滤面积大；操作压强 高，适应能力强；运行时无运动部件，管理简单、使用可靠。缺点 是：人力操纵，劳动强度大，效率低；由于经常拆卸和在加压下 操作，滤布磨损严重；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

4、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：洗涤水用量少而洗涤效果好；滤布磨损较轻；管理简单；单位过滤面积生产能力大，缺点是：制造复杂、成本高；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(0.12.6r/min)。,2020/10/11,过滤计算,2020/10/11,过滤计算,图15-3 叶滤机,2020/10/11,过滤计算,2020/10/11,

5、过滤计算,吹气,洗水,滤液,图15-4a 真空转筒过滤机,2020/10/11,过滤计算,图15-4b 真空转筒过滤机,2020/10/11,过滤计算,图15-4c 真空转筒过滤机上的转筒,2020/10/11,过滤计算,图15-4d,2020/10/11,过滤计算,槽内盛满悬浮液，侵入悬浮液内的表面约是整个转筒的2540。 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

6、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：过滤区；洗涤吸干区；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：适于处理各种不同悬浮液；管理简单。缺点是：过滤面积小，投资费用高；滤饼洗涤不充分；难以得到未经稀释的滤液。,2020/10/11,过滤计算,过滤计算的依据是过滤速率方程，既可由 计算设备生产能力 m3/h，亦可由 计算设备大小 过滤面积 A。具体计算方法与过滤

7、操作方式有关，下面分别讨论之。,二、过滤计算,间歇过滤是周期进行的。每一周期都由过滤、洗涤、卸渣、重装等组成。即一个操作周期为：,（一）间歇过滤计算（以板框压滤机为例）,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：,2020/10/11,过滤计算,影响洗涤速率的因素可据过滤速率方程分析，有：,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,横穿洗涤法,横穿洗涤法的洗涤速率为过滤速率终了速率的1/4,对叶滤机而言，通常采用置换洗涤法，洗

8、涤速率与过滤速率终了的速率相等。,置换洗涤法,2020/10/11,过滤计算,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 在很多情况下，过滤介质阻力可以忽略不计，此时 。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液所需的平均时间为过滤时间 的函数，即有：,为使这个平均时间最小，即使 最小，可令：,即一个操作周期中， 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。,2020/10/11,过滤计算,2020/10/11,过滤计算,（二）连续过滤机算（以转筒真空过滤机为例）该过滤机的特点是过滤、洗涤、卸渣等操作在转筒表

9、面不同区段中 同时进行，在一个周期中，只有部分时间在进行过滤操作。 转筒表面浸入悬浮液中的分数称为浸没度，以表示，有：,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 在一个周期中，过滤时间为：,生产能力为：,2020/10/11,过滤计算,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：,这样，从生产能力角度看，一台参数为A、及n的转筒过滤机，与一台在同样条件下操作的参数为A、 及 的间歇过滤机等效。,如忽略滤布阻力时， ，则有：,可见，nV，但如n太高，则每周期过滤时间F 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定，一般为

10、n0.12.6 r/min。,转筒过滤机的生产能力,转筒每转一周的累积滤液体积为,生产能力,在一个周期中，过滤时间为,2020/10/11,过滤计算,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

11、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8090；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。,三、过滤速率的强化,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。,2020/10/11,过滤计算,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

12、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。 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

13、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。,2020/10/11,过滤计算,图425是一种级式动态过滤机，它由一组旋转圆盘及相邻的固定滤 面组成。圆盘带3个直叶片并以200700r/min的转速带动悬浮液 旋转。悬浮液从一端进入逐级流过转盘和静止滤面之间的缝隙 (约 3 mm) 逐渐增浓，最后成为浓浆经控制阀排出。转盘在低速转动时， 其上的叶片起着刮刀的作用，限制了过滤面上滤饼的厚度。转盘在高转速时由于造成流体内较大的速度梯度和剪切力。在3mm间隙中只能形成1mm厚的滤饼，故可大大提高过滤的速率。,2020/10/11,过滤计算,【本讲要点】 1 过滤计算的依据是过滤速率方程，按命题不同，过滤计算也有操作型计算（如核算生产能力）与设计型计算（计算过滤面积）之分。 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