1、3.3 3.3 过过 滤滤3.3.1 3.3.1 过滤的基本概念过滤的基本概念3.3.2 3.3.2 过滤的基本方程式过滤的基本方程式3.3.3 3.3.3 过滤设备及其操作过滤设备及其操作3.3.4 3.3.4 过滤计算过滤计算 固固-流非均相体系：结晶过程中的晶浆，浸取过程中的固态流非均相体系：结晶过程中的晶浆，浸取过程中的固态天然产物与溶剂；催化反应过程中的固体催化剂与反应物。天然产物与溶剂；催化反应过程中的固体催化剂与反应物。颗粒颗粒-流体非均相分离技术均基于颗粒与流体两相性质上的流体非均相分离技术均基于颗粒与流体两相性质上的差异，如颗粒尺度差异，如颗粒尺度(过滤过滤)和颗粒与流体的密
2、度差和颗粒与流体的密度差(沉降沉降)。液体与气体对颗粒物料分散特性差别很大，故常以液液体与气体对颗粒物料分散特性差别很大，故常以液-固和固和气气-固体系加以区分。不过从两相流体力学原理的角度而言都固体系加以区分。不过从两相流体力学原理的角度而言都是共通的。是共通的。颗粒分散在液体中称悬浮液，分散在气体中称含尘气。小颗粒分散在液体中称悬浮液，分散在气体中称含尘气。小于于1 1 m m的颗粒称为的颗粒称为“胶质胶质”(Colloid)(Colloid)，分散在液体中称，分散在液体中称“溶溶胶胶”(Sol)(Sol)，分散在气体中则称，分散在气体中则称“气溶胶气溶胶”(Aerosol)Aerosol
3、)。3.3.1 3.3.1 过滤的基本概念过滤的基本概念利用重力或压差使悬浮液通过多利用重力或压差使悬浮液通过多孔性过滤介质，将固体颗粒截留，孔性过滤介质，将固体颗粒截留，从而实现固从而实现固-液分离。液分离。悬浮液(滤浆)滤饼过滤介质滤液过滤的方式很多，适用的物系也很广泛，固过滤的方式很多，适用的物系也很广泛，固-液、固液、固-气、气、大颗粒、小颗粒都很常见。大颗粒、小颗粒都很常见。采用膜过滤采用膜过滤(膜分离技术膜分离技术)可以分离可以分离10 nm10 nm尺度的大分子量尺度的大分子量蛋白质和病毒粒子等。蛋白质和病毒粒子等。无论采用何种过滤方式，均需使用过滤介质，在很多情况无论采用何种过
4、滤方式，均需使用过滤介质，在很多情况下，过滤介质是影响过滤操作重要因素。下，过滤介质是影响过滤操作重要因素。一、过滤方式一、过滤方式 过滤介质为织物、多孔材料或膜等，过滤介质为织物、多孔材料或膜等，孔径可大于最小颗粒的粒径。过滤初孔径可大于最小颗粒的粒径。过滤初期，部分小颗粒可以进入或穿过介质期，部分小颗粒可以进入或穿过介质的小孔，后因颗粒的架桥作用使介质的小孔，后因颗粒的架桥作用使介质的孔径缩小形成有效的阻挡。的孔径缩小形成有效的阻挡。被截留在介质表面的颗粒形成滤渣层（滤饼），透过滤被截留在介质表面的颗粒形成滤渣层（滤饼），透过滤饼层的则是被净化了的滤液。饼层的则是被净化了的滤液。随滤饼的形
5、成，真正起过滤介质作用的是滤饼，而非过随滤饼的形成，真正起过滤介质作用的是滤饼，而非过滤介质本身，故称作滤饼过滤。滤介质本身，故称作滤饼过滤。滤饼过滤主要用于含固量较大（滤饼过滤主要用于含固量较大（1%1%）的场合。）的场合。滤饼过滤滤饼过滤(表面过滤表面过滤)：深层过滤：深层过滤：过滤介质一般为介质层较厚的滤床类（如沙层、硅藻土过滤介质一般为介质层较厚的滤床类（如沙层、硅藻土等）；等）；小于介质孔隙的颗粒可进入到介质内部，在长而曲折的小于介质孔隙的颗粒可进入到介质内部，在长而曲折的孔道中被截留并附着于介质之上；孔道中被截留并附着于介质之上；深层过滤无滤饼形成，主要用于净化含固量很少深层过滤无
6、滤饼形成，主要用于净化含固量很少（0.1%0.1%）的流体，如水的净化、烟气除尘等。）的流体，如水的净化、烟气除尘等。二、过滤介质二、过滤介质滤饼支撑物，应有足够的机械强度和较小的流动阻力、相滤饼支撑物，应有足够的机械强度和较小的流动阻力、相应的耐腐蚀性和耐热性；应的耐腐蚀性和耐热性；多孔、理化性质稳定、耐用和可多孔、理化性质稳定、耐用和可反复使用。反复使用。织物介质：织物介质：最常用的过滤介质，工业上称为滤布最常用的过滤介质，工业上称为滤布(网网)；由天然纤维、玻璃纤维、合成纤维或者金属丝编织而成，由天然纤维、玻璃纤维、合成纤维或者金属丝编织而成，如棉花、麻、羊毛、丝、石棉等，以棉织的帆布、
7、斜纹布如棉花、麻、羊毛、丝、石棉等，以棉织的帆布、斜纹布及毛织的呢绒等应用最广；及毛织的呢绒等应用最广；可截留的最小颗粒视网孔大小而定，一般在几到几十可截留的最小颗粒视网孔大小而定，一般在几到几十（5 565m65m）微米范围。）微米范围。粒状介质：粒状介质：由细石、沙、木炭、硅藻土之类的固体颗粒堆积而成的床由细石、沙、木炭、硅藻土之类的固体颗粒堆积而成的床层，称作滤床，用作过滤介质使含少量悬浮物的液体澄清；层，称作滤床，用作过滤介质使含少量悬浮物的液体澄清；常用于深床过滤。常用于深床过滤。多孔固体介质：多孔固体介质：用多孔陶瓷、塑料、金属等粉末烧结成型而制得的多孔用多孔陶瓷、塑料、金属等粉末
8、烧结成型而制得的多孔性片状、板状或管状的各种多孔性固体材料；性片状、板状或管状的各种多孔性固体材料；此类介质较厚，孔道细，能截留此类介质较厚，孔道细，能截留1 13mm3mm的微小颗粒。的微小颗粒。多孔膜：多孔膜：由特殊工艺合成的聚合物薄膜，最常见的是醋酸纤维膜由特殊工艺合成的聚合物薄膜，最常见的是醋酸纤维膜与聚酰胺膜；与聚酰胺膜；膜过滤属精密过滤或超滤膜过滤属精密过滤或超滤(ultrafiltrationultrafiltration)，可以分离，可以分离5nm5nm的微粒。的微粒。三、滤饼的压缩性和助滤剂三、滤饼的压缩性和助滤剂滤饼的压缩性滤饼的压缩性过滤时间过滤时间滤饼厚度滤饼厚度，流动
9、阻力，流动阻力 不可压缩性滤饼：随着推动力压差的增大，滤饼的形状、不可压缩性滤饼：随着推动力压差的增大，滤饼的形状、空隙等不变；空隙等不变；可压缩性滤饼：如氢氧化物的胶体物质。可压缩性滤饼：如氢氧化物的胶体物质。助滤剂助滤剂作用：作用：防止胶性微粒对滤孔堵塞，造成滤液的流通受阻。防止胶性微粒对滤孔堵塞，造成滤液的流通受阻。质地坚硬，能形成疏松饼层的粒状物质，可在滤布上预涂，质地坚硬，能形成疏松饼层的粒状物质，可在滤布上预涂，也可将某种性质坚硬而又能形成疏松床层的另一种固体颗也可将某种性质坚硬而又能形成疏松床层的另一种固体颗粒作为助滤剂预混在悬浮液中，使滤液得以畅通。粒作为助滤剂预混在悬浮液中，
10、使滤液得以畅通。特性：特性：能形成多孔饼层的刚性颗粒，提高滤饼渗透性，减小阻力；能形成多孔饼层的刚性颗粒，提高滤饼渗透性，减小阻力；一定的化学稳定性；一定的化学稳定性；操作压差的范围内不可压缩性。操作压差的范围内不可压缩性。缺点：缺点：加入助滤剂应以获得清净滤液为目的，当要回收滤饼加入助滤剂应以获得清净滤液为目的，当要回收滤饼时不可用。时不可用。四、过滤的操作方式四、过滤的操作方式过滤：过滤操作中的主要阶段，在过程中滤饼不断增厚、过滤：过滤操作中的主要阶段，在过程中滤饼不断增厚、阻力不断上升，流体的通过能力则不断减小；阻力不断上升，流体的通过能力则不断减小；洗涤：无论是以滤饼还是滤液为产品，都
11、有必要在卸料之洗涤：无论是以滤饼还是滤液为产品，都有必要在卸料之前用清液置换滤饼中存留的滤液并且洗涤滤饼；前用清液置换滤饼中存留的滤液并且洗涤滤饼；脱湿：以滤饼为产品时洗涤后还可用压缩空气进行脱湿；脱湿：以滤饼为产品时洗涤后还可用压缩空气进行脱湿；卸料：将滤饼从过滤介质上移去；卸料：将滤饼从过滤介质上移去；清洗过滤介质：使被堵塞的网孔清洗过滤介质：使被堵塞的网孔“再生再生”，以便重复使用。，以便重复使用。根据使用的过滤设备、过滤介质及所处理的物系的性质和产根据使用的过滤设备、过滤介质及所处理的物系的性质和产品收集的要求，过滤操作分为：间歇式、连续式；品收集的要求，过滤操作分为：间歇式、连续式；
12、根据提供过滤推动力的方式，又有重力过滤、加压过滤、真根据提供过滤推动力的方式，又有重力过滤、加压过滤、真空过滤和离心过滤之分，其目的都是克服过滤阻力。空过滤和离心过滤之分，其目的都是克服过滤阻力。3.3.2 3.3.2 过滤基本方程式过滤基本方程式过滤速率：过滤速率：单位时间获得的滤液体积，单位时间获得的滤液体积，m m3 3/s/s过滤速率过滤推动力过滤速率过滤推动力/过滤阻过滤阻力力推动力：推动力：压差压差P=P=滤饼两侧的压差滤饼两侧的压差P P1 1过滤介质两侧的压差过滤介质两侧的压差P P2 2 滤浆引入管道的阻力；滤浆引入管道的阻力；滤液通过滤饼的阻力；滤液通过滤饼的阻力；滤液通过
13、过滤介质的阻力；滤液通过过滤介质的阻力；滤液引出管道的阻力。滤液引出管道的阻力。阻力：阻力：主要阻力主要阻力dVd过滤速度：过滤速度：对各种过滤操作方式与设备均可表示为：对各种过滤操作方式与设备均可表示为：tAVudd式中：式中：d dV V d dt t 时间内通过过滤面的滤液量；时间内通过过滤面的滤液量；A A 过滤面积；过滤面积；u u 单位时间内通过单位过滤面积的滤液量。单位时间内通过单位过滤面积的滤液量。过滤过程实际上是滤液通过滤饼和过滤介质中细小孔道的流过滤过程实际上是滤液通过滤饼和过滤介质中细小孔道的流动过程，由于滤饼的微粒细小，使得滤液流动孔道很小，滤动过程，由于滤饼的微粒细小
14、，使得滤液流动孔道很小，滤液流动的流速也很小，因此滤液的流动一般属于层流状态。液流动的流速也很小，因此滤液的流动一般属于层流状态。一、滤液通过滤饼的流动一、滤液通过滤饼的流动层流流动：层流流动：过滤速率过滤速率dVdV/d/d：实际流速实际流速uu过滤速度过滤速度dVdV/(A/(Ad)d)，流道长，流道长ll滤饼厚度滤饼厚度L L，孔道的平均直径孔道的平均直径d d难以测量，故引入比例系数难以测量，故引入比例系数r r，将这些因，将这些因素统统并入比例系数素统统并入比例系数r r内，则：内，则：1232 luPd1232 luL dVPrdAd说明：说明：滤液性质：滤液性质：滤饼性质：滤饼性
15、质：L L、A A、r r滤饼的滤饼的比阻比阻阻力阻力推动力推动力 A/LrPLrPAddVorLrPAddV111ArL 阻力阻力滤饼常数：滤饼常数：01 rk 滤饼的比阻滤饼的比阻r r：单位：单位：物义：物义：计算：计算：当粘度为当粘度为1 1PaPas s的滤液以的滤液以1 1m m3 3/(m/(m2 2 s)s)的过滤速的过滤速度通过厚度为度通过厚度为1m1m的滤饼层的压力损失的滤饼层的压力损失滤饼不可压缩：滤饼不可压缩：r=fr=f（滤饼结构）；（滤饼结构）；滤饼可压缩：滤饼可压缩：rr单位压力差下的滤饼比阻，单位压力差下的滤饼比阻，1/1/m m2 2；s s滤饼的压缩性指数，
16、滤饼的压缩性指数，s1s1。2223211mmsmNsmmmNLAddVPr sP rr 二、过滤基本方程式二、过滤基本方程式过滤介质层：认为介质产生的阻力与厚度为过滤介质层：认为介质产生的阻力与厚度为LeLe的滤饼层产生的滤饼层产生 的阻力相等，引入过滤介质的当量滤饼厚度的阻力相等，引入过滤介质的当量滤饼厚度LeLe，则过滤介质的阻力则过滤介质的阻力 =rLe/ArLe/A滤饼可压缩：滤饼可压缩：)LL(rPAPPddVe 介介质质阻阻力力滤滤饼饼阻阻力力过过滤滤速速率率21 )LL(P rPALL rPAddVese)s(1令饼液比：令饼液比：则：则：过滤基本方程式过滤基本方程式C C滤饼
17、体积滤饼体积/滤液体积滤液体积V V，m m3 3饼饼/m m3 3液液eeALCVALCV 介介质质当当量量滤滤饼饼体体积积滤滤饼饼体体积积)VV(C rPA)ACVACV(rPA)LL(rPAddVeseses 1211 ，饼饼性性质质，eVVAPfddV 恒压过滤：一般由保持恒压的压缩气体提供推动力恒压过滤：一般由保持恒压的压缩气体提供推动力 恒速过滤：一般由容积式泵提供推动力恒速过滤：一般由容积式泵提供推动力 变压变速过滤：一般由离心泵提供推动力，随过滤阻力增加变压变速过滤：一般由离心泵提供推动力，随过滤阻力增加流量下降。流量下降。三、恒压过滤三、恒压过滤 悬浮液一定，悬浮液一定，、r
18、r、C C可视为常数，压力可视为常数，压力P P恒定；恒定；设设V Ve e为过滤介质的虚拟滤液体积，为过滤介质的虚拟滤液体积，e e为获得为获得V Ve e所需的虚所需的虚拟过滤时间，二者均为常数。拟过滤时间，二者均为常数。令令过滤常数过滤常数：C rPKs 12可推导出：可推导出：AKAVVVorKAVVVeee 222222令令q=V/Aq=V/A，q qe e=V=Ve e/A/A，则有：，则有：BKqorKAVeeee 222(A)+(B)(A)+(B)：eeeeKqqKAVV 222恒压过滤方程式恒压过滤方程式说明：说明：（V+VV+Ve e）（）（+e e）为一抛物线；）为一抛物
19、线；忽略过滤介质的阻力：忽略过滤介质的阻力：V Ve e0 0，q qe e=0=0，则过滤基，则过滤基本方程式变为：本方程式变为：KqKAVqe2220，q qe e、e e称为介质常数，与称为介质常数，与K K都称为过滤常数。都称为过滤常数。四、恒速过滤四、恒速过滤恒速过滤即恒速过滤即d dV V/(/(A Ad d)=)=u u为常数：为常数：esVVC rPAVddV 12仍令：仍令：C rPKs 12 2222KqqqAKVVVee注：注：K K虽仍称为常数，但随压差虽仍称为常数，但随压差P P而变；而变；恒速过滤很少维持到底，因随着过滤时间增加，压差恒速过滤很少维持到底，因随着过滤
20、时间增加，压差持续增大，对设备不利。持续增大，对设备不利。恒速过滤基本方程恒速过滤基本方程五、先恒速后恒压过滤五、先恒速后恒压过滤设时间设时间1 1后，压差达到后，压差达到P P，对应的滤液体积为，对应的滤液体积为V V1 1，然后恒，然后恒压过滤，对过滤基本方程式进行积分：压过滤，对过滤基本方程式进行积分：VVedKAdVVV1122 12212 KAVVVVee 1212122 KAVVVVVe先恒速后恒压过滤方程先恒速后恒压过滤方程实际操作中一般以较低的恒速开始过滤操作，以便在过滤介实际操作中一般以较低的恒速开始过滤操作，以便在过滤介质上平稳而均匀地形成滤饼，并且减少颗粒穿透量、避免初质
21、上平稳而均匀地形成滤饼，并且减少颗粒穿透量、避免初滤液浑浊或者网孔堵塞。待进入滤饼过滤阶段、压差上升到滤液浑浊或者网孔堵塞。待进入滤饼过滤阶段、压差上升到一定值后，即转入恒压过滤直至终了。一定值后，即转入恒压过滤直至终了。六、过滤常数的测定六、过滤常数的测定恒压过滤：恒压过滤：(q+q(q+qe e)2 2=K(+=K(+e e)微分：微分：eeqKqKdqdKddqqq222 eqKqKq22 滤饼常数滤饼常数k k，滤饼压缩指数，滤饼压缩指数s s，当量滤液体积，当量滤液体积V Ve e 或或q qe e 和过滤和过滤常常K K 等都由过滤物系固液两相性质决定，需由实验测定。等都由过滤物系
22、固液两相性质决定，需由实验测定。即在恒压过滤条件下，即在恒压过滤条件下，/q q q q 的函数关系是以的函数关系是以 2 2/K K 为斜率、为斜率、2 2q qe e/K/K 为截距的直线，实验测得不同时刻单位过滤为截距的直线，实验测得不同时刻单位过滤面积的累积滤液量面积的累积滤液量q q，即可由上式回归出，即可由上式回归出K K 和和q qe e和和e e。由过滤常数由过滤常数K K 的定义式：的定义式：lglgK K lglg(P P)为直线方程，斜率为为直线方程，斜率为(1(1-s s)、截距为、截距为lglg(2k2k)。在不同压差在不同压差 P P 下进行恒压过滤实验，求得一系列
23、与之对应下进行恒压过滤实验，求得一系列与之对应的过滤常数的过滤常数K K，再通过上式回归出滤饼常数，再通过上式回归出滤饼常数k k 和压缩指数和压缩指数s s。12sKkplglglg21Kpks3.3.3 3.3.3 过滤设备及其操作过滤设备及其操作 过滤是化工、轻工、食品、制药和粉体材料等许多生产过滤是化工、轻工、食品、制药和粉体材料等许多生产领域应用最为广泛的单元操作之一，既有各种不同类型的系领域应用最为广泛的单元操作之一，既有各种不同类型的系列化、大型化、通用化的过滤设备载于手册与样本之中，更列化、大型化、通用化的过滤设备载于手册与样本之中，更有许多结构新颖的过滤装置随过程工业的发展而
24、不断问世，有许多结构新颖的过滤装置随过程工业的发展而不断问世，非教材所能列数。非教材所能列数。本节仅以工厂中最常见的板框压滤机、叶滤机、回转真本节仅以工厂中最常见的板框压滤机、叶滤机、回转真空过滤机、盘式过滤机和离心过滤机为例进行扼要介绍。空过滤机、盘式过滤机和离心过滤机为例进行扼要介绍。一、间歇式过滤机板框压滤机一、间歇式过滤机板框压滤机通过直接给悬浮液加压，迫使其穿过过滤介质来实现过滤的通过直接给悬浮液加压，迫使其穿过过滤介质来实现过滤的目的，其历史最久且已有超过目的，其历史最久且已有超过100100种以上的结构。种以上的结构。结构：结构：滤液料浆清洗水洗涤液开启关闭阀门浆料清洗水由交替排
25、列的滤板、滤框由交替排列的滤板、滤框与夹于板框之间的滤布叠与夹于板框之间的滤布叠合组装压紧而成。板框数合组装压紧而成。板框数视工艺要求在机座长度范视工艺要求在机座长度范围内可灵活调节。组装后，围内可灵活调节。组装后，在板框的四角位置形成连在板框的四角位置形成连通的流道，由机头上的阀通的流道，由机头上的阀门控制悬浮液、滤液及洗门控制悬浮液、滤液及洗液的进出。液的进出。过滤阶段悬浮液从通道进入滤框，滤液在压力下穿过滤框两过滤阶段悬浮液从通道进入滤框，滤液在压力下穿过滤框两边的滤布、沿滤布与滤板凹凸表面之间形成的沟道流下，既边的滤布、沿滤布与滤板凹凸表面之间形成的沟道流下，既可单独由每块滤板上设置的
26、出液旋塞排出，称为明流式；也可单独由每块滤板上设置的出液旋塞排出，称为明流式；也可汇总后排出，称为暗流式。可汇总后排出，称为暗流式。框 板 框 板洗涤板非洗涤板悬浮液滤液板非洗涤板过滤操作过滤操作：洗涤液由洗涤板上的通道进洗涤液由洗涤板上的通道进入其两侧与滤布形成的凹凸入其两侧与滤布形成的凹凸空间，穿过滤布、滤饼和滤空间，穿过滤布、滤饼和滤框另一侧的滤布后排出。框另一侧的滤布后排出。洗洗涤液的行程（包括滤饼和滤涤液的行程（包括滤饼和滤布）约为过滤终了时滤液行布）约为过滤终了时滤液行程的程的2 2倍，而流通面积却为倍，而流通面积却为其其1/21/2，故洗涤速率约为过，故洗涤速率约为过滤终了速率的
27、滤终了速率的1/41/4。洗涤操作：洗涤操作：洗涤液洗涤液洗出液洗出液框框 板板 框框 板板洗涤板洗涤板非洗涤板非洗涤板板板非洗涤板非洗涤板洗涤终了，若有必要可引入压缩空气使滤饼脱湿后再折开过洗涤终了，若有必要可引入压缩空气使滤饼脱湿后再折开过滤机卸出滤饼，结束一次过滤操作。然后清洗、整理、重新滤机卸出滤饼，结束一次过滤操作。然后清洗、整理、重新组装、准备下一次操作。组装、准备下一次操作。横穿洗涤法横穿洗涤法滤板和滤框可为铸铁、碳滤板和滤框可为铸铁、碳钢、不锈钢、塑料及木材钢、不锈钢、塑料及木材等，聚乙烯和聚丙烯是目等，聚乙烯和聚丙烯是目前较为广泛使用的材料。前较为广泛使用的材料。料液压入滤液
28、流出13245 常用规格的板框其厚度为常用规格的板框其厚度为2525100mm,100mm,边框长为边框长为0.20.21.5m1.5m，框数由生产所需定，由数个至上百个不等。框数由生产所需定，由数个至上百个不等。板框压滤机的操作压强一般在板框压滤机的操作压强一般在0.30.30.80.8MpaMpa之间。之间。优点：结构简单紧凑，过滤面积大并可承受较高的压差。优点：结构简单紧凑，过滤面积大并可承受较高的压差。缺点：间歇式操作，所费的装、折、清洗时间较长，劳缺点：间歇式操作，所费的装、折、清洗时间较长，劳动强度大，生产效率较低。动强度大，生产效率较低。板框式压滤机主要用于含固量较多的悬浮液过滤
29、。板框式压滤机主要用于含固量较多的悬浮液过滤。特点：特点：板框压滤机的型式：板框压滤机的型式：嵌入式滤布的滤板嵌入式滤布的滤板XASL/630-UBXASL/630-UB系列系列XAZ/2000-UBXAZ/2000-UB系列系列XAZ/800-UBXAZ/800-UB系系DY-Q DY-Q 带式压榨过滤机带式压榨过滤机XKZXKZ系列全自动快开式压滤机系列全自动快开式压滤机二、叶滤机二、叶滤机 由起过滤作用的滤叶和由起过滤作用的滤叶和起密闭作用的筒体构成，操起密闭作用的筒体构成，操作为间歇式。作为间歇式。滤叶有圆形和矩形等多滤叶有圆形和矩形等多种形式，由金属丝网组成的种形式，由金属丝网组成的
30、框架上覆以滤布构成，使用框架上覆以滤布构成，使用时可将多块平行排列的滤叶时可将多块平行排列的滤叶组装成一体插入箱体内。组装成一体插入箱体内。滤液淤泥滤浆123结构与原理：结构与原理：悬浮液被加压送入或借真空泵进行抽吸，滤液穿悬浮液被加压送入或借真空泵进行抽吸，滤液穿过滤布进入丝网构成的中空部分并汇集于下部总管流出，颗过滤布进入丝网构成的中空部分并汇集于下部总管流出，颗粒则沉积在滤布上形成滤饼，当滤饼达到一定厚度时停止过粒则沉积在滤布上形成滤饼，当滤饼达到一定厚度时停止过滤。视悬浮液的性质和操作压强的大小，滤饼厚度通常在滤。视悬浮液的性质和操作压强的大小，滤饼厚度通常在5 535mm35mm之间
31、。之间。过滤结束后，通入洗涤液对滤饼进行洗涤，洗涤液的过滤结束后，通入洗涤液对滤饼进行洗涤，洗涤液的行程和流通面积与过滤终了时滤液的行程和流通面积相同，行程和流通面积与过滤终了时滤液的行程和流通面积相同，在洗涤液与滤液的性质接近的情况下，洗涤速率约为过滤在洗涤液与滤液的性质接近的情况下，洗涤速率约为过滤终了时速率。可用振动或压缩空气及清水等反吹卸滤渣。终了时速率。可用振动或压缩空气及清水等反吹卸滤渣。操作：操作：优点：过滤面积大，设备紧凑，密闭操作，劳动优点：过滤面积大，设备紧凑，密闭操作，劳动条件较好。不必每次循环装卸滤布，劳条件较好。不必每次循环装卸滤布，劳动强度也大大降低。动强度也大大降
32、低。缺点：结构比较复杂，造价较高。缺点：结构比较复杂，造价较高。特点：特点：叶滤机的型式：叶滤机的型式：NYBNYB系列高效板式密闭过滤机系列高效板式密闭过滤机MYBMYB型全自动板式密闭过滤机型全自动板式密闭过滤机SYBSYB系列水平叶片过滤机系列水平叶片过滤机WYBWYB系列卧式叶片过滤机系列卧式叶片过滤机三、连续式过滤机转筒真空过滤机三、连续式过滤机转筒真空过滤机1 1转筒；转筒；2 2滤饼；滤饼；3 3割刀；割刀；4 4分配头；分配头；5 5吸走滤液的真空凹槽；吸走滤液的真空凹槽；6 6吸走洗水的真吸走洗水的真空凹槽；空凹槽；7 7通入压缩空气的凹槽；通入压缩空气的凹槽；I I过滤区；
33、过滤区；IIII洗涤脱水区；洗涤脱水区；IIIIII卸渣区卸渣区 结构与原理：结构与原理：转筒的多孔表面上覆盖滤布，内部分隔成互不相通的若干扇转筒的多孔表面上覆盖滤布，内部分隔成互不相通的若干扇形过滤室。形过滤室。转动盘与机架上的固定盘紧密贴合构成分配头，转筒回转时转动盘与机架上的固定盘紧密贴合构成分配头，转筒回转时各过滤室通过分配头依次与真空抽滤系统、洗水抽吸回收系各过滤室通过分配头依次与真空抽滤系统、洗水抽吸回收系统和压缩空气反吹系统相通。统和压缩空气反吹系统相通。为了不使这些系统彼此串通，在固定盘上设有不与任何通道为了不使这些系统彼此串通，在固定盘上设有不与任何通道相通的非开孔区。相通的
34、非开孔区。转筒旋转一周，每一个扇形过滤室依次完成真空过滤、转筒旋转一周，每一个扇形过滤室依次完成真空过滤、洗涤、脱水、吸干滤饼和压缩空气吹松、刮刀卸料、反吹清洗涤、脱水、吸干滤饼和压缩空气吹松、刮刀卸料、反吹清洗表面等全部操作，相应分为过滤区、洗涤脱水区、卸料区洗表面等全部操作，相应分为过滤区、洗涤脱水区、卸料区和表面再生区等几个不同的工作区域。和表面再生区等几个不同的工作区域。转筒转速多在转筒转速多在0.10.13 r/min3 r/min，浸入悬浮液中的吸滤面积，浸入悬浮液中的吸滤面积约占总表面的约占总表面的303040%40%。滤饼厚度范围大约。滤饼厚度范围大约3 34040mmmm。过
35、滤操作：过滤操作：优点：连续进料，操作自动化，生产能力大，改变转速即可优点：连续进料，操作自动化，生产能力大，改变转速即可调节滤饼厚度，便于在转鼓表面预涂助滤剂后用于黏、调节滤饼厚度，便于在转鼓表面预涂助滤剂后用于黏、细物料的过滤。细物料的过滤。缺点：过滤面积小，设备投资大，过滤推动力有限，滤饼含缺点：过滤面积小，设备投资大，过滤推动力有限，滤饼含液量较大，常达液量较大，常达30%30%。特点：特点：四、水平回转翻盘真空过滤机四、水平回转翻盘真空过滤机沿园周分布排列的若干个扇形过滤盘，各通过径向管道与中沿园周分布排列的若干个扇形过滤盘，各通过径向管道与中心分配头的转动盘相连。扇形过滤盘的多孔底
36、板上敷设滤布心分配头的转动盘相连。扇形过滤盘的多孔底板上敷设滤布作为过滤介质。各扇形盘回转到不同的圆周位置时，借助于作为过滤介质。各扇形盘回转到不同的圆周位置时，借助于分配头依次进行真空抽滤、洗涤、脱水、翻盘分配头依次进行真空抽滤、洗涤、脱水、翻盘(吹气吹气)卸渣和卸渣和滤布清洗等全部操作。滤布清洗等全部操作。滤饼洗涤滤浆加入滤布干燥滤布洗净滤饼卸下滤饼脱水洗水稀洗液滤饼脱水滤饼脱水浓洗液未稀释的 母液空气吹入真空分配器五、带式水平真空过滤机五、带式水平真空过滤机DU DU 胶带真空水平过滤机工作原理胶带真空水平过滤机工作原理六、离心过滤机六、离心过滤机结构与原理：在高速旋转的多孔转鼓内壁敷设
37、滤布。悬浮液结构与原理：在高速旋转的多孔转鼓内壁敷设滤布。悬浮液中的液体在惯性离心力的作用下穿过颗粒层和滤布流到转鼓中的液体在惯性离心力的作用下穿过颗粒层和滤布流到转鼓外部空间。外部空间。1234567单级活塞推料离心机示意图1转鼓；2活塞推送器；3原料液；4洗涤水；5脱水固体；6洗水；7滤液离心过滤机 卧式刮刀离心机卧式刮刀离心机三足刮刀下离心机三足刮刀下离心机卧式活塞推料离心机卧式活塞推料离心机三足式离心机三足式离心机3.3.4 3.3.4 过滤计算过滤计算可以分为设计型计算与操作型计算两种类型。可以分为设计型计算与操作型计算两种类型。（1 1）设计型计算）设计型计算 给定或已知的参数：滤
38、液量给定或已知的参数：滤液量V V，过滤时间，过滤时间，选择，选择P P。计算目的：求所需要的过滤面积计算目的：求所需要的过滤面积A A。（2 2）操作型计算）操作型计算 已知设备尺寸和参数，给定操作条件（或给定生产任已知设备尺寸和参数，给定操作条件（或给定生产任务），核算该过程设备可以完成的生产任务（或求取相务），核算该过程设备可以完成的生产任务（或求取相应的操作条件）。应的操作条件）。操作型计算均涉及到过滤机生产任务即生产能力的问题。操作型计算均涉及到过滤机生产任务即生产能力的问题。一、板框过滤机的计算一、板框过滤机的计算生产能力：生产能力：已知已知A A、P P，计算，计算Q Q，这是典
39、型的操作型问题。叶滤机和，这是典型的操作型问题。叶滤机和板框压滤机都是典型的间歇式过滤机。其特点是：过滤、板框压滤机都是典型的间歇式过滤机。其特点是：过滤、洗涤、卸饼、清洗滤布、组装等操作是依次分阶段进行洗涤、卸饼、清洗滤布、组装等操作是依次分阶段进行的。在过滤阶段全部过滤面积都是有滤液通过（换句话的。在过滤阶段全部过滤面积都是有滤液通过（换句话说全部说全部A A都在进行过滤）。过滤阶段以外的时间虽然没有都在进行过滤）。过滤阶段以外的时间虽然没有滤液得到，但仍要计入生产时间之内。即计算滤液得到，但仍要计入生产时间之内。即计算Q Q必须以一必须以一个操作周期所需的总时间个操作周期所需的总时间为基
40、准。为基准。过滤机单位时间所获得的滤液量或滤饼量，过滤机单位时间所获得的滤液量或滤饼量，Q Q，m m3 3/s/s其中：其中：过滤时间过滤时间洗涤时间洗涤时间w w=？一个操作周期的总时间一个操作周期的总时间 ：生产能力生产能力 ：在一个操作周期内，在一个操作周期内，D D是固定的，与产量是固定的，与产量V V无关无关 。WDWDVVQ eeKAVV 22滤饼的洗涤速率与洗涤时间：滤饼的洗涤速率与洗涤时间：由于洗液中不含有固体颗粒，故洗涤过程不再有滤饼生成，由于洗液中不含有固体颗粒，故洗涤过程不再有滤饼生成，洗涤速率（洗涤速率（dVdV/d/d）w w不变。不变。横穿洗涤时：横穿洗涤时：洗液
41、流经长度洗液流经长度过滤终了时滤液流经长度的过滤终了时滤液流经长度的2 2倍：倍：L LW W=2L=2L；洗液面积洗液面积=1/2=1/2过滤面积：过滤面积：A AW W=1/2=1/2A A若洗涤液流动性质可视为与滤液相同（若洗涤液流动性质可视为与滤液相同（W W=），洗涤操），洗涤操作压力与过滤压力相同，由作压力与过滤压力相同，由LrPAddV 41 EWd/dVd/dV eEVVKAddV 22 28KAVVVWeW 说明：说明：若若W W，P PW WP P，则应进行校正：，则应进行校正：忽略介质阻力：忽略介质阻力：q qe e =0=0，则：，则：生产中应尽量缩短辅助操作时间生产中
42、应尽量缩短辅助操作时间D D 以提高生产能力。以提高生产能力。注意：对恒压过滤，过分增加过滤时间注意：对恒压过滤，过分增加过滤时间在每一次循环中在每一次循环中所占比例，并不一定能提高所占比例，并不一定能提高Q Q。因为恒压操作的过滤。因为恒压操作的过滤速率随过滤时间的增长而下降。速率随过滤时间的增长而下降。WWWWPP VV/VVVKAVVWWWW88822、W W与与V V有关，有关，VV，W W。V V由生产任务所定由生产任务所定。若若VV，但滤饼厚度但滤饼厚度LL，平均过滤速率，平均过滤速率，W W，D D 一定一定VV的幅度小于的幅度小于的幅度的幅度QQ；LL，平均过滤速率，平均过滤速
43、率，W W，但，但VV，而，而D D一定一定且在一个周期内所占比例且在一个周期内所占比例 的幅度小于的幅度小于VV的的幅度幅度QQ。从上面的分析可知，对恒定过滤每一操作周期中必定从上面的分析可知，对恒定过滤每一操作周期中必定存在一最佳的过滤时间存在一最佳的过滤时间optopt使使Q Q最大。因此存在一个最佳最大。因此存在一个最佳操作周期操作周期 。最佳过滤时间与最大生产能力：最佳过滤时间与最大生产能力：最佳过滤最佳过滤时间时间optopt？由由令令a=a=洗液量洗液量/滤液量滤液量 =V VW W/V/V，则，则V VW W=aV=aV可以得到：可以得到：222KAVVVeVCVCKAVVKA
44、e22122221 222121KAVCKACe DDWVaCVaCVCVCVVQ 22122148辅助时间辅助时间D D一定，将上式微分一定，将上式微分dQ/dV dQ/dV=0=0，对应，对应Q Qmaxmax，则：，则：忽略介质阻力：忽略介质阻力：滤饼不洗涤：滤饼不洗涤：22218181KAVaVCaD aD81 Da0结论（板框压滤机）：结论（板框压滤机）：忽略介质阻力，滤饼不洗涤，当过滤时间忽略介质阻力，滤饼不洗涤，当过滤时间=辅助时间辅助时间D D时，生产能力时，生产能力Q Q最大；最大；滤饼进行洗涤，可以证明：当滤饼进行洗涤，可以证明：当+W W=D D时，达到一定时，达到一定Q
45、 Q值所需的时间最短，即：值所需的时间最短，即：若考略介质阻力，滤饼进行洗涤，应取若考略介质阻力，滤饼进行洗涤，应取+W W略大于略大于D D。aD81 二、转筒真空过滤机的计算二、转筒真空过滤机的计算转筒真空过滤机的特点是连续过滤，即过滤、洗涤、去湿、转筒真空过滤机的特点是连续过滤，即过滤、洗涤、去湿、卸饼、滤布再生等操作是在过滤机内分区域同时进行的，卸饼、滤布再生等操作是在过滤机内分区域同时进行的，其生产能力其生产能力Q Q的计算也要以一个操作周期即转鼓旋转一周所的计算也要以一个操作周期即转鼓旋转一周所经历的时间经历的时间T T为基准。但全部转鼓面积中只有浸入悬浮液中为基准。但全部转鼓面积
46、中只有浸入悬浮液中属于过滤区的那部分面积即属于过滤区的那部分面积即 A A有滤液通过，属于过滤面积。有滤液通过，属于过滤面积。浸没度浸没度：设转筒的转速为设转筒的转速为n n，以转速以转速n n(转转/分分)匀速旋转的过滤机，匀速旋转的过滤机，等价于过滤时间在旋转周期中所占的比例，故每周期等价于过滤时间在旋转周期中所占的比例，故每周期T=1/n T=1/n 的有效过滤时间为：的有效过滤时间为：浸入滤浆的表面积浸入滤浆的表面积/转筒的总表面积转筒的总表面积n/T 过过滤滤时时间间过滤时间：过滤时间：T T（一个周期均（一个周期均 （一个周期（一个周期T T 中中 （一个周期（一个周期 为过滤时间
47、）为过滤时间）的部分时间）的部分时间）中的部分时间）中的部分时间）过滤时间：过滤时间：（转换表面浸（转换表面浸 A A（全部转鼓面积）（全部转鼓面积）A A（全部面积）（全部面积）A入悬浮液中的入悬浮液中的面积为过滤面积）面积为过滤面积）此时，一台总过滤面积为此时，一台总过滤面积为A A、浸没度为、浸没度为 、转速为转速为n n 的连的连续式真空过滤机，与一台在同样条件下操作的过滤面积为续式真空过滤机，与一台在同样条件下操作的过滤面积为A A、操作周期为操作周期为T T1/n1/n、每次过滤时间为、每次过滤时间为 /n /n 的间歇式的间歇式板框过滤机是等效的。板框过滤机是等效的。由：由：忽略
48、介质阻力：忽略介质阻力：eeKqq 2 Kqqqee22eeeeqKnqqKqq 22eeVKA)n(VqAV 22 eeVKA)n(VnTVQ22nKAQ nQ,nQ,但但=/n/n，滤饼太薄，不易从转鼓表，滤饼太薄，不易从转鼓表面刮下（一般面刮下（一般L L=3=35mm5mm才易刮下），而且也使转动功率才易刮下），而且也使转动功率消耗增大。合适的转速需根据具体情况由实验决定，消耗增大。合适的转速需根据具体情况由实验决定，一般一般n n=0.1=0.13 3转转/minmin；Q Q，但转筒表面洗涤、去湿、卸饼、滤布再，但转筒表面洗涤、去湿、卸饼、滤布再生等区域所占的区域便相应减小，过甚时
49、亦会导致操生等区域所占的区域便相应减小，过甚时亦会导致操作上的困难，一般作上的困难，一般 =30 3040%40%。2e0111QnqKqKqqKqLcqnnn，（介质阻力不计，），=n，讨论：讨论：提高过滤生产能力的措施提高过滤生产能力的措施 增大过滤面积、提高转速、缩短辅助操作时间、改善过增大过滤面积、提高转速、缩短辅助操作时间、改善过滤特性以提高过滤和洗涤速率。滤特性以提高过滤和洗涤速率。助滤剂：改变滤饼结构，使之较为疏松且不被压缩，则助滤剂：改变滤饼结构，使之较为疏松且不被压缩，则可提高过滤与洗涤速率。可提高过滤与洗涤速率。絮凝剂：使分散的细颗粒凝聚成团从而更容易过滤。絮絮凝剂：使分散
50、的细颗粒凝聚成团从而更容易过滤。絮凝剂有聚合电解质类的如明胶、聚丙烯酰胺等，其长链高分凝剂有聚合电解质类的如明胶、聚丙烯酰胺等，其长链高分子结构为固体颗粒架桥而成絮团；也有无机电解质类的絮凝子结构为固体颗粒架桥而成絮团；也有无机电解质类的絮凝剂，其作用为破坏颗粒表面的双电层结构使颗粒依靠范德华剂，其作用为破坏颗粒表面的双电层结构使颗粒依靠范德华力而聚并成团。力而聚并成团。流动或机械搅动：限制滤饼厚度的增长，或者借用离心流动或机械搅动：限制滤饼厚度的增长，或者借用离心力使滤饼在带锥度的转鼓中自动移动等动态过滤技术，也可力使滤饼在带锥度的转鼓中自动移动等动态过滤技术，也可以有效地提高过滤速率。以有
