1、第四章第四章液液-固分离设备固分离设备4.1 4.1 液液-固分离设备概述固分离设备概述4.2 4.2 过滤设备及计算过滤设备及计算4.3 4.3 离心分离设备及计算离心分离设备及计算4.4 4.4 膜分离设备膜分离设备 织物介质：又称滤布，是用棉、毛、丝、麻织物介质：又称滤布，是用棉、毛、丝、麻等天然纤维及合成纤维织成的的织物，以及由等天然纤维及合成纤维织成的的织物，以及由玻璃丝或金属丝织成的网。这类介质能截留颗玻璃丝或金属丝织成的网。这类介质能截留颗粒的最小直径为粒的最小直径为 。织物介质在工业上。织物介质在工业上的应用最为广泛。的应用最为广泛。堆积介质：由各种固体颗粒（砂、木碳、石堆积介
2、质：由各种固体颗粒（砂、木碳、石棉、硅藻土）或非纺织纤维等堆积而成，多用棉、硅藻土）或非纺织纤维等堆积而成，多用于深床过滤中。于深床过滤中。4.1.1 4.1.1 过滤原理过滤原理m655 m31多孔固体介质：具有很多微细孔道的固体材多孔固体介质：具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶瓷、多孔塑料、多孔金属制成的料，如多孔陶瓷、多孔塑料、多孔金属制成的管或板，能拦截的微细颗粒管或板，能拦截的微细颗粒多孔膜：用于膜过滤的的各种有机高分子膜多孔膜：用于膜过滤的的各种有机高分子膜和无机材料膜。广泛使用的是醋酸纤维素和芳和无机材料膜。广泛使用的是醋酸纤维素和芳香酰胺系两大类有机高分子膜。可用于截留香酰胺
3、系两大类有机高分子膜。可用于截留 以下的微小颗粒。以下的微小颗粒。4.1.1 4.1.1 过滤原理过滤原理m1离心沉降速度离心沉降速度 离心设备的一个重要技术指标是其所能达到的离心力离心设备的一个重要技术指标是其所能达到的离心力与重力的比值，称为与重力的比值，称为分离因数分离因数。分离因数是衡量离心。分离因数是衡量离心程度的参数，用程度的参数，用Z Z表示表示 grgrNZ2224式中，式中，r r为离心半径，即从旋转轴心到沉降颗粒的距离，为离心半径，即从旋转轴心到沉降颗粒的距离，N N为离心机的转数为离心机的转数(s(s-1-1)。为旋转角速度（为旋转角速度（rad/srad/s）Z Z越大
4、，越利越大，越利于分离于分离Z5000 高速离心机；高速离心机；Z：2104 2106 超速离心机；超速离心机；4.1.2 4.1.2 沉降原理沉降原理 4.1.3 4.1.3 液液-固分离设备类别固分离设备类别液液固固分分离离设设备备沉降设备：沉降设备：重力沉降重力沉降 离心沉降离心沉降 沉降槽沉降槽 管式管式 碟片式等碟片式等膜分离设备：膜分离设备：微滤器微滤器 超滤器超滤器 反渗透器等反渗透器等过滤设备：过滤设备：常压过滤机常压过滤机 加压过滤机加压过滤机 真空过滤机真空过滤机 离心过滤机离心过滤机 由多块带凸凹纹路的滤板和滤框交替排列由多块带凸凹纹路的滤板和滤框交替排列于机架而构成。板
5、和框一般制成方形，其角端于机架而构成。板和框一般制成方形，其角端均开有圆孔，这样板、框装合，压紧后即构成均开有圆孔，这样板、框装合，压紧后即构成供滤浆、滤液或洗涤液流动的通道。框的两侧供滤浆、滤液或洗涤液流动的通道。框的两侧覆以滤布，空框与滤布围成了容纳滤浆和滤饼覆以滤布，空框与滤布围成了容纳滤浆和滤饼的空间。的空间。4.2.1 4.2.1 板框式过滤机板框式过滤机4.2.1 4.2.1 板框式过滤机板框式过滤机4.2.1 4.2.1 板框式过滤机板框式过滤机结构组成结构组成:机架机架 压紧机构压紧机构 过滤机构过滤机构 4.2.1 4.2.1 板框式过滤机板框式过滤机4.2.1 4.2.1
6、板框式过滤机板框式过滤机1、止推板、止推板 2、头、头 板板 3、滤、滤 板板 4、滤、滤 布布 5、尾、尾 板板 6、压紧板、压紧板 7、横、横 梁梁 8、活塞杆、活塞杆 9、液压缸座、液压缸座 10、液压缸、液压缸 11、液压站、液压站 12、电控箱、电控箱机架机架:机架是压滤机的基础部件，两端是止推板和机架是压滤机的基础部件，两端是止推板和压紧机，两侧的大梁将二者连接起来，大梁用压紧机，两侧的大梁将二者连接起来，大梁用以支撑滤板，滤框和压紧板。以支撑滤板，滤框和压紧板。止推板止推板它与支座连接将压滤机的一端坐落在它与支座连接将压滤机的一端坐落在地基上，厢式压滤机的止推板中间是进料孔，地基
7、上，厢式压滤机的止推板中间是进料孔，四个角还有四个孔，上两角的孔是洗涤液或压四个角还有四个孔，上两角的孔是洗涤液或压榨气体进口，下两角为出口。榨气体进口，下两角为出口。4.2.1 4.2.1 板框式过滤机板框式过滤机机架机架:压紧板：压紧板：用以压紧滤板滤框，两侧的滚轮用以用以压紧滤板滤框，两侧的滚轮用以支撑压紧板在大梁的轨道上滚动。支撑压紧板在大梁的轨道上滚动。大梁：大梁：是承重构件，材料为优质钢板或优质槽是承重构件，材料为优质钢板或优质槽钢，根据使用环境防腐的要求，可选择硬质聚钢，根据使用环境防腐的要求，可选择硬质聚氯乙烯、聚丙烯、不锈钢包覆或新型防腐涂料氯乙烯、聚丙烯、不锈钢包覆或新型防
8、腐涂料等涂覆。等涂覆。4.2.1 4.2.1 板框式过滤机板框式过滤机压紧机构压紧机构:手动压紧：手动压紧：千斤顶千斤顶机械压紧：机械压紧：电动机减速器、齿轮、丝杆和固定电动机减速器、齿轮、丝杆和固定螺母。螺母。液压压紧：液压压紧：液压站、油缸、活塞、活塞杆以及液压站、油缸、活塞、活塞杆以及活塞杆与压紧板连接的法兰卡片。活塞杆与压紧板连接的法兰卡片。4.2.1 4.2.1 板框式过滤机板框式过滤机过滤机构过滤机构:滤板滤板、滤框、滤布、滤框、滤布 4.2.1 4.2.1 板框式过滤机板框式过滤机滤浆由总管入框框内形成滤饼 滤液穿过饼和布经每板上旋塞排出(明流)从板流出的滤液汇集于某总管排出(暗
9、流)过滤4.2.1 4.2.1 板框式过滤机板框式过滤机横穿洗涤：洗涤液由总管入板洗涤液由总管入板滤布滤布滤饼滤饼滤布滤布 非洗涤板非洗涤板排出排出洗涤面洗涤面=(1/2)过滤面积过滤面积洗涤液行程与滤液相同。洗涤面洗涤液行程与滤液相同。洗涤面=过滤面过滤面置换洗涤：明流过滤：明流过滤：每个滤板的下方出液孔上装有水每个滤板的下方出液孔上装有水咀，滤液直观地从水咀里流出。咀，滤液直观地从水咀里流出。暗流过滤：暗流过滤：每个滤板的下方设有出液通道孔，每个滤板的下方设有出液通道孔，若干块滤板出液孔连成一个出液通道，由止推若干块滤板出液孔连成一个出液通道，由止推板下方出液孔相连接的管道排出。板下方出液
10、孔相连接的管道排出。4.2.1 4.2.1 板框式过滤机板框式过滤机说明间歇操作间歇操作过滤、洗涤、卸渣、过滤、洗涤、卸渣、整理、装合整理、装合主要优缺点构造简单构造简单，过滤面积大而，过滤面积大而占地省占地省，过，过滤滤压力高压力高（可达（可达1.5MPa1.5MPa左右），左右），便于便于用耐腐蚀性材料制造用耐腐蚀性材料制造，便于洗涤便于洗涤。它。它的缺点是的缺点是装卸、清洗劳动强度较大装卸、清洗劳动强度较大。型号：型号：例如：例如：XAMZG160/1250-30u型压滤机。型压滤机。X 是厢式压滤机（是厢式压滤机（B是板框式压滤机是板框式压滤机）；）；A 是指的滤液流出方式是是指的滤液
11、流出方式是暗流暗流的（的（M既是既是明流明流）；）；Z 是自动（是自动（S是手动，是手动，Y是液压），是液压），G是隔膜滤板；是隔膜滤板；160 既是过滤面积既是过滤面积160平方米；平方米；1250 是指的滤板的外型尺寸是是指的滤板的外型尺寸是12501250；30 滤板的厚度，滤板的厚度，U 塑料塑料 X 橡胶橡胶 铸铁省略铸铁省略4.2.1 4.2.1 板框式过滤机板框式过滤机又称真空鼓式过滤机又称真空鼓式过滤机转鼓真空过滤机由转鼓真空过滤机由转鼓、液槽、抽真转鼓、液槽、抽真空装置和喷气喷水空装置和喷气喷水装置组成。核心部装置组成。核心部件是转鼓和分布装件是转鼓和分布装置。置。4.2.2
12、 4.2.2 真空转鼓过滤机真空转鼓过滤机（1）滤饼形成区）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，滤液被吸入鼓内，并通过分配器，在真空抽吸下，滤液被吸入鼓内，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。成为滤并形成区。（2）洗涤吸干区）洗涤吸干区 随着转鼓的转动，滤饼离开料浆液进入滤饼脱随着转鼓的转动，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
13、又水区，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。了滤饼中溶质的含量。4.2.2 4.2.2 真空转鼓过滤机真空转鼓过滤机（3）吹松脱落区）吹松脱落区 当已经淋洗干燥了的滤饼转到此区时，过滤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。脱落下来，随后刮刀开始清除剩余的滤饼。（4）再生区）再生区 在
14、此区，压缩空气通过分布器进入再生区的在此区，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，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。以备进行下一轮过滤操作。4.2.2 4.2.2 真空转鼓过滤机真空转鼓过滤机主要优缺点：主要优缺点：优点：连续操作，易实现自动，对处理量大优点：连续操作，易实现自动，对处理量大而容易过滤的料浆特别适宜。而容易过滤的料浆特别适宜。缺点：转筒体积庞大而过滤面积相形之下嫌缺点：转筒体积庞大而过滤面积相形之下嫌小；用真空吸液，过滤推动力不大，悬浮液小；用真空吸液，过滤推动力不大，悬浮液中黏度不能高，颗粒尺寸不能太小；辅助设
15、中黏度不能高，颗粒尺寸不能太小；辅助设备多，能耗大。备多，能耗大。4.2.2 4.2.2 真空转鼓过滤机真空转鼓过滤机生产能力：生产能力：首先取决于转筒的面积（国产首先取决于转筒的面积（国产GP型固式型固式过滤机过滤面积由过滤机过滤面积由1、2、5、20m2四种）；四种）；对于特定的过滤机，提高对于特定的过滤机，提高转速转速和和浸入角浸入角度度均可提高其生产能力。均可提高其生产能力。但浸入角度过大会引起其它操作的面积但浸入角度过大会引起其它操作的面积减小，甚至难以操作；若转速过大，则每一减小，甚至难以操作；若转速过大，则每一周期中的过滤时间很短，使滤饼太薄，难于周期中的过滤时间很短，使滤饼太薄
16、，难于卸渣，且功率消耗也很大。合适的转速需要卸渣，且功率消耗也很大。合适的转速需要通过实验来确定。通过实验来确定。4.2.2 4.2.2 真空转鼓过滤机真空转鼓过滤机一一.分类分类F按作用原理分类按作用原理分类 过滤式过滤式:（分离机）：转鼓壁上有孔并装滤布（三足式）（分离机）：转鼓壁上有孔并装滤布（三足式）沉降式沉降式:（澄清机）：转鼓壁上无孔无滤布，碟片式、管（澄清机）：转鼓壁上无孔无滤布，碟片式、管式式 F按离心分离因素分类按离心分离因素分类 常速离心机，分离因素常速离心机，分离因素f小于小于3000 中速离心机，分离因素中速离心机，分离因素f 3000-50000 高速离心机，分离因素
17、高速离心机，分离因素f大于大于50000 超高速离心机，分离因素超高速离心机，分离因素f大于大于20万万；4.3 离心分离设备离心分离设备管式离心机管式离心机 优点：转速可优点：转速可达达2 210104 4r/min,r/min,离心力较大，离心力较大，设备简单，分离效率高，操作设备简单，分离效率高，操作稳定；稳定；缺点：沉降面积小，处理能力缺点：沉降面积小，处理能力低低(可达可达10m10m3 3/h)/h)碟片式离心机碟片式离心机 优点：沉降面优点：沉降面积大（碟片），提高处理能力积大（碟片），提高处理能力(最大最大300m300m3 3/h)/h)；缺点：转速较管式离心机低，约缺点：转
18、速较管式离心机低，约1 110104 4r/min,r/min,结构复杂结构复杂 4.3 4.3 离心沉降设备离心沉降设备 4.3.1 管式离心机管式离心机 管式离心机转鼓的管式离心机转鼓的直径小直径小而长度较长。而长度较长。其特点：其特点：l结构简单，运转可靠；结构简单，运转可靠；（D 40150mm，H/D 48）l转速高；一般在转速高；一般在10000转转/分以上分以上l分理效果好；离心分离因数可达分理效果好；离心分离因数可达1500065000 缺点：处理能力低缺点：处理能力低 由于直径小，不由于直径小，不致使转鼓内壁产生致使转鼓内壁产生过高的应力过高的应力适于处理直径适于处理直径0.
19、1100m；固液；固液密度差大于密度差大于10Kg/m3，固相浓度小，固相浓度小于于5的难分离的悬浮液和液液的难分离的悬浮液和液液两相密度差较小的乳浊液两相密度差较小的乳浊液F国产离心机有国产离心机有GQ型两种（型两种（沉降机沉降机 悬浮悬浮液）液），GF型（型（分离机分离机 乳浊液）乳浊液）F国产离心机有国产离心机有GQ型两种（型两种（沉降机沉降机 悬浮悬浮液）液），GF型（型（分离机分离机 乳浊液）乳浊液）管式离心机型号标记管式离心机型号标记FGQ105NA改型设计：改型设计：A第一次设计第一次设计材料：材料：N不锈钢；碳钢不标记不锈钢；碳钢不标记转鼓内经（转鼓内经（mm）澄清用（澄清用（
20、Q）；分离用（）；分离用（F）管式离心机（管式离心机（G）管式离心机的技术规格管式离心机的技术规格 型号型号项目项目GQ75GF75GQ105GF105GFX105GQ150GF150转转 鼓鼓内径内径mm7575105105105142142有效高度有效高度mm450450730730730730730沉积容积沉积容积L2.672.676661010转速转速r/min21000210001900019000190001500015000最大分离因数最大分离因数22500225002100021000210001800018000进料口喷嘴直径进料口喷嘴直径mm3,5,73,5,74,6,84
21、,6,84,6,8,104,6,8,104,6,8,10物料进口压力物料进口压力Mpa0.05MPa生产能力生产能力L/h（水通过能力）（水通过能力）67067016001700140032003200电动机功率电动机功率kw1.51.52.22.22.23.03.0外型尺寸外型尺寸(长长宽宽高高)mm500700130050070013006001000160060010001600600100016006001000160060010001600机器重机器重Kg300300350350350380380冷冷却却管管散热面积散热面积m2-承受压力承受压力 Mpa-管式离心机的计算管式离心机的
22、计算gLruguLrQrrrrgurrLQdzQrrgudrrQrrgrudtdzdtdrddrgggLgrrg22221212221220212222122222)ln()()(1)(z21：很相近，上式可简化为和在离心操作中，4.3 4.3 离心沉降设备离心沉降设备 4.3.2 碟片式离心机碟片式离心机l结构复杂，价格昂贵；结构复杂，价格昂贵；l转速较管式离心机低；转速较管式离心机低；400012000r/minl分理效果较好；离心分离因数分理效果较好；离心分离因数300013000l沉降面积大；可达沉降面积大；可达10000200000m2，生产能力可达生产能力可达100m3/h。4.3
23、 4.3 离心沉降设备离心沉降设备 4.3.2 碟片式离心机碟片式离心机 离心澄清机离心澄清机：依据离心沉降速度的不同将悬浮液中：依据离心沉降速度的不同将悬浮液中的液、固相分开的离心机。的液、固相分开的离心机。离心分离机离心分离机：依据离心沉降速度的不同将轻重不同或：依据离心沉降速度的不同将轻重不同或互不溶解的两种液体分开的离心机。互不溶解的两种液体分开的离心机。区别是离心分离机的每只碟区别是离心分离机的每只碟片在离开轴线一定距离的圆周上片在离开轴线一定距离的圆周上开有几只对称分布的圆孔，许多开有几只对称分布的圆孔，许多这样的碟片叠置起来时，对应的这样的碟片叠置起来时，对应的园孔就形成垂直的通
24、道。园孔就形成垂直的通道。碟片式离心机的计算碟片式离心机的计算tggrrnuQg3)(223231u ug g:取决于系统的性质（料液粘取决于系统的性质（料液粘度、密度，固体粒子大小、密度、密度，固体粒子大小、密度等），与离心机特性无关。度等），与离心机特性无关。：取决于离心机特性（离心机：取决于离心机特性（离心机碟片数、间距，转速碟片数、间距，转速N N及半径及半径R R等），与系统的性质无关。等），与系统的性质无关。离心分离设备的放大离心分离设备的放大 以等效时间放大以等效时间放大 等效时间：依据离心力和离心时间的乘积来估计离心分离的难易程度。以几何特征参数放大以几何特征参数放大tftgr
25、te02 对于管式离心机，其几何特征参数 对于碟片式离心机，其几何特征参数glrC222ctg3231322rrgZC f：分离因数 f愈大，t愈短离心分离设备的放大离心分离设备的放大例例2：现生产一种新型蛋白质，需选用离：现生产一种新型蛋白质，需选用离心机，已知在实验室所用离心管内外经分心机，已知在实验室所用离心管内外经分别为别为5cm和和15cm，在，在2000r/min的转速下离的转速下离心分离心分离30min，请推荐一种工业离心机，每，请推荐一种工业离心机，每小时处理小时处理10立方米，性质与实验所用性质立方米，性质与实验所用性质相同的悬浮液。相同的悬浮液。板式膜过滤器板式膜过滤器类似
26、于板筐过滤机类似于板筐过滤机为减少浓差极化，滤为减少浓差极化，滤板的表面为凹凸型，板的表面为凹凸型，以形成湍流以形成湍流4.4 4.4 膜分离设备膜分离设备1.滤过液体滤过液体2.滤板滤板3.刚性多孔刚性多孔支撑板支撑板4.超滤膜超滤膜4.4 4.4 膜分离设备膜分离设备管式管式膜过滤器膜过滤器类似于列管式换热气，管子为膜类似于列管式换热气，管子为膜的支撑体的支撑体特点：特点：优点：结构简单，适应性强，优点：结构简单，适应性强，清洗，安装方便，单根管子可以清洗，安装方便，单根管子可以更换，耐高压，无死角，适于处更换，耐高压，无死角，适于处理高黏度和固体含量高的料液。理高黏度和固体含量高的料液。
27、缺点：压降大，单位体积所含缺点：压降大，单位体积所含过滤面积小。过滤面积小。中空纤维式膜分离器中空纤维式膜分离器4.4 4.4 膜分离设备膜分离设备内经内经 0.51.4mm 外经外经 1.12.3mm内压式和外压式操作内压式和外压式操作特点：特点：单位体积膜面积大，操作压力低（单位体积膜面积大，操作压力低（0.3MPa）单根损坏，需更换整个膜件，易堵塞，需预处理单根损坏，需更换整个膜件，易堵塞，需预处理 螺旋卷式膜分离器螺旋卷式膜分离器4.4 4.4 膜分离设备膜分离设备主要元件：主要元件：螺旋卷膜螺旋卷膜 它是将膜，支撑它是将膜，支撑材料，膜间隔材料依材料，膜间隔材料依次叠好，绕一中心管次叠好，绕一中心管卷紧即成一个膜组，卷紧即成一个膜组，若干膜组顺次连接装若干膜组顺次连接装一外壳内。一外壳内。操作时，料液在操作时，料液在膜表面通过间隔材料膜表面通过间隔材料沿轴线流动，透过液沿轴线流动，透过液流向中心管。流向中心管。特点：特点：优点优点：膜面积大，湍流状况好，换膜：膜面积大，湍流状况好，换膜容易，适于反渗透；容易，适于反渗透；缺点缺点：流体阻力大，清洗困难：流体阻力大，清洗困难
