福州大学化工原理电子教案流体通过颗粒层的流动 44过滤原理及设备 44.1过滤原理 (1)过滤是利用可以让液体通过而不能让固体通过的多孔介质,将悬浮液中的固、液两相 加以分离的操作 (2)过滤方式 ①滤饼过滤 (见图47a)过滤时悬浮液置于过滤介质的一侧。过滤介质常用多孔织物,其网孔尺寸未必一定须小 于被截留的颗粒直径。在过滤操作开始阶段,会有部分颗粒进入过滤介质网孔中发生架桥现象(图4-7b), 也有少量颗粒穿过介质而混与滤液中。随着滤渣的逐步堆积,在介质上形成一个滤渣层,称为滤饼。不断 增厚的滤饼才是真正有效的过滤介质,而穿过滤饼的液体则变为清净的滤液。通常,在操作开始阶段所得 到滤液是浑浊的,须经过滤饼形成之后返回重滤 ②深层过滤 颗粒尺寸比介质孔道小的多,孔道弯曲细长,颗粒进入孔道后容易被截留。同时由于流体流过时所引 起的挤压和冲撞作用。颗粒紧附在孔道的壁面上。介质表面无滤饼形成,过滤是在介质内部进行的。 悬浮液 过德介度 简单的设备承图 桥现象 图47滤饼过滤 图48深层过滤 (3)过滤介质 ①织物介质:即棉、毛、麻或各种合成材料制成的织物,也称为滤布。 ②粒状介质:细纱、木炭、碎石等 ③多孔固体介质(一般要能够再生的才行):多孔陶瓷、多孔塑料、多孔玻璃等 (4)助滤剂 若悬浮液中颗粒过于细小将会使通道堵塞,或颗粒受压后变形较大,滤饼的孔隙率大为减小。造成过 滤困难,往往加助滤剂以增加过滤速率。 助滤剂的加法有两种: ①直接以一定比例加到滤浆中一起过滤。若过滤的目的是回收固体物此法便不适用。 ②将助滤剂预先涂在滤布上,然后再进行过滤。此法称为预涂。 助滤剂是一种坚硬而形状不规则的小颗粒,能形成结构疏松而且几乎是不可压缩的滤饼。常用作助滤剂 的物质有:硅藻土、珍珠岩、炭粉、石棉粉等。 44.2过滤设备 42.2.1板框过滤机 (1)结构与工作原理 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 了容纳滤浆和滤饼的空间
福州大学化工原理电子教案 流体通过颗粒层的流动 - 1 - 4.4 过滤原理及设备 4.4.1 过滤原理 （1）过滤是利用可以让液体通过而不能让固体通过的多孔介质，将悬浮液中的固、液两相 加以分离的操作。 （2）过滤方式 ① 滤饼过滤 （见图 4-7a）过滤时悬浮液置于过滤介质的一侧。过滤介质常用多孔织物，其网孔尺寸未必一定须小 于被截留的颗粒直径。在过滤操作开始阶段，会有部分颗粒进入过滤介质网孔中发生架桥现象（图 4-7b）， 也有少量颗粒穿过介质而混与滤液中。随着滤渣的逐步堆积，在介质上形成一个滤渣层，称为滤饼。不断 增厚的滤饼才是真正有效的过滤介质，而穿过滤饼的液体则变为清净的滤液。通常，在操作开始阶段所得 到滤液是浑浊的，须经过滤饼形成之后返回重滤。 ② 深层过滤 颗粒尺寸比介质孔道小的多，孔道弯曲细长，颗粒进入孔道后容易被截留。同时由于流体流过时所引 起的挤压和冲撞作用。颗粒紧附在孔道的壁面上。介质表面无滤饼形成，过滤是在介质内部进行的。 （3）过滤介质 ① 织物介质：即棉、毛、麻或各种合成材料制成的织物，也称为滤布。 ② 粒状介质：细纱、木炭、碎石等。 ③ 多孔固体介质（一般要能够再生的才行）：多孔陶瓷、多孔塑料、多孔玻璃等。 （4）助滤剂 若悬浮液中颗粒过于细小将会使通道堵塞，或颗粒受压后变形较大，滤饼的孔隙率大为减小。造成过 滤困难，往往加助滤剂以增加过滤速率。 助滤剂的加法有两种： ① 直接以一定比例加到滤浆中一起过滤。若过滤的目的是回收固体物此法便不适用。 ② 将助滤剂预先涂在滤布上，然后再进行过滤。此法称为预涂。 助滤剂是一种坚硬而形状不规则的小颗粒，能形成结构疏松而且几乎是不可压缩的滤饼。常用作助滤剂 的物质有：硅藻土、珍珠岩、炭粉、石棉粉等。 4.4.2 过滤设备 4.2.2.1 板框过滤机 （1）结构与工作原理 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 了容纳滤浆和滤饼的空间
福州大学化工原理电子教案流体通过颗粒层的流动 板和框的结构如图所示。悬浮液从框右上角的通道1(位于框内)进入滤框,固体颗粒被截留在框内 形成滤饼,滤液穿过滤饼和滤布到达两侧的板,经板面从板的左下角旋塞排出。待框内充满滤饼,即停止 过滤。如果滤饼需要洗涤,先关闭洗涤板下方的旋塞,洗液从洗板左上角的通道2(位于框内)进入,依 次穿过滤布、滤饼、滤布,到达非洗涤板,从其下角的旋塞排出。 明流式板框压滤机的过滤α洗涤 (b) 如果将非洗涤板编号为1、框为2、洗涤板为3,则板框的组合方式服从1-2-3-2--1-2-3之规 律。组装之后的过滤和洗涤原理如图所示。 滤液的排出方式有明流和暗流之分,若滤液经由每块板底部旋塞直接排出,则称为明流(显然,以上 讨论以明流为例):若滤液不宜暴露于空气中,则需要将各板流出的滤液汇集于总管后送走,称为暗流 说明: ①板框压滤机的操作是间歇的,每个操作循环由装合、过滤、洗涤、卸渣、整理五个阶段组成。(详 见教材) ②上面介绍的洗涤方法称为横穿洗涤法,其洗涤面积为过滤面积的1/2,洗涤液穿过的滤饼厚度为过 滤终了时滤液穿过厚度的2倍。若采用置换洗涤法,则洗涤液的行程和洗涤面积与滤液完全相同。 (2)主要优缺点 板框压滤机构造简单,过滤面积大而占地省,过滤压力高,便于用耐腐蚀材料制造,操作灵活,过滤 面积可根据产生任务调节。主要缺点是间歇操作,劳动强度大,产生效率低。 42.2.2叶滤机 (1)结构与工作原理 叶滤机由许多滤叶组成。滤叶是由金属多孔板或多孔网制造的扁平框架,内有空间,外包滤布,将滤 叶装在密闭的机壳内,为滤浆所浸没。滤浆中的液体在压力作用下穿过滤布进入滤叶内部,成为滤液后从 其一端排出。过滤完毕,机壳内改充清水,使水循着与滤液相同的路径通过滤饼进行洗涤,故为置换洗涤 最后,滤饼可用振动器使其脱落,或用压缩空气将其吹下 滤叶可以水平放置也可以垂直放置,滤浆可用泵压入也可用真空泵抽入
福州大学化工原理电子教案 流体通过颗粒层的流动 - 2 - 板和框的结构如图所示。悬浮液从框右上角的通道 1（位于框内）进入滤框，固体颗粒被截留在框内 形成滤饼，滤液穿过滤饼和滤布到达两侧的板，经板面从板的左下角旋塞排出。待框内充满滤饼，即停止 过滤。如果滤饼需要洗涤，先关闭洗涤板下方的旋塞，洗液从洗板左上角的通道 2（位于框内）进入，依 次穿过滤布、滤饼、滤布，到达非洗涤板，从其下角的旋塞排出。 如果将非洗涤板编号为 1、框为 2、洗涤板为 3，则板框的组合方式服从 1—2—3—2——1—2—3 之规 律。组装之后的过滤和洗涤原理如图所示。 滤液的排出方式有明流和暗流之分，若滤液经由每块板底部旋塞直接排出，则称为明流（显然，以上 讨论以明流为例）；若滤液不宜暴露于空气中，则需要将各板流出的滤液汇集于总管后送走，称为暗流。 说明： ① 板框压滤机的操作是间歇的，每个操作循环由装合、过滤、洗涤、卸渣、整理五个阶段组成。（详 见教材）； ② 上面介绍的洗涤方法称为横穿洗涤法，其洗涤面积为过滤面积的 1/2，洗涤液穿过的滤饼厚度为过 滤终了时滤液穿过厚度的 2 倍。若采用置换洗涤法，则洗涤液的行程和洗涤面积与滤液完全相同。 （2）主要优缺点 板框压滤机构造简单，过滤面积大而占地省，过滤压力高，便于用耐腐蚀材料制造，操作灵活，过滤 面积可根据产生任务调节。主要缺点是间歇操作，劳动强度大，产生效率低。 4.2.2.2 叶滤机 （1）结构与工作原理 叶滤机由许多滤叶组成。滤叶是由金属多孔板或多孔网制造的扁平框架，内有空间，外包滤布，将滤 叶装在密闭的机壳内，为滤浆所浸没。滤浆中的液体在压力作用下穿过滤布进入滤叶内部，成为滤液后从 其一端排出。过滤完毕，机壳内改充清水，使水循着与滤液相同的路径通过滤饼进行洗涤，故为置换洗涤。 最后，滤饼可用振动器使其脱落，或用压缩空气将其吹下。 滤叶可以水平放置也可以垂直放置，滤浆可用泵压入也可用真空泵抽入
福州大学化工原理电子教案流体通过颗粒层的流动 其示意图如下 3一技出装置;4一橡胶圈 (2)主要优缺点 叶滤机也是间歇操作设备。它具有过滤推动力大,过滤面积大,滤饼洗涤较充分等优点。其产生能力 比压滤机还大,而且机械化程度高,劳动力较省。缺点是构造较为复杂,造价较高,粒度差别较大的颗粒 可能分别聚集于不同的高度,故洗涤不均匀。 422.3转筒过滤机 (1)结构与工作原理 设备的主体是一个转动的水平圆筒,其表面有一层金属网作为支承,网的外围覆盖滤布,筒的下部浸 入滤浆中。圆筒沿径向被分割成若干扇形格,每格都有管与位于筒中心的分配头相连。凭借分配头的作用, 这些孔道依次分别与真空管和压缩空气管相连通,从而使相应的转筒表面部位分别处于被抽吸或吹送的状 态。这样,在圆筒旋转一周的过程中,每个扇形表面可依次顺序进行过滤、洗涤、吸干、吹松、卸渣等操 作 分配头由紧密贴合的转动盘与固定盘构成,转动盘上的每一孔通过前述的连通管各与转筒表面的一段 相通。固定盘上有三个凹槽,分别与真空系统和吹气管相连。 ①当转动盘上的某几个小孔与固定盘上的凹槽2相对时,这几个小孔对应的连通管及相应的转筒表 面与滤液真空管相连,滤液便可经连通管和转动盘上的小孔被吸入真空系统:同时滤饼沉积于滤布的外表 面上。此为过滤 ②转动盘转到使这几个小孔与凹槽3相对时,这几个小孔对应的连通管及相应的转筒表面与洗水真 空管相连,转筒上方喷洒的洗水被从外表面吸λ连通管中,经转动盘上的小孔被送λ真空系统。此为洗涤、 ③当这些小孔凹槽4相对时,这几个小孔对应的连通管及相应的转筒表面与压缩空气吹气相连,压 缩空气经连通管从内向外吹向滤饼,此为吹松 ④随着转筒的转动,这些小孔对应表面上的滤饼又与刮刀相遇,被刮下。此为卸渣。 继续旋转,这些小孔对应的又重新浸入滤浆中,这些小孔又与固定盘上的凹槽2相对,又重新开始一 个操作循环。 ⑤每当小孔与固定盘两凹槽之间的空白位置(与外界不相通的部分)相遇时,则转筒表面与之相对 应的段停止工作,以便从一个操作区转向另一操作区,不致使两区相互串通 (2)主要优缺点 转筒过滤机的突出优点是操作自动,对处理量大而容易过滤的料浆特别适宜。其缺点是转筒体积庞大 而过滤面积相形之下嫌小;用真空吸液,过滤推动力不大,悬浮液中温度不能高 42.2.4厢式压滤机 厢式压滤机仅由滤板组成,外表与板框压滤机相似。每块滤板凹进的两个表面与另外的滤板压紧后组
福州大学化工原理电子教案 流体通过颗粒层的流动 - 3 - 其示意图如下： （2）主要优缺点 叶滤机也是间歇操作设备。它具有过滤推动力大，过滤面积大，滤饼洗涤较充分等优点。其产生能力 比压滤机还大，而且机械化程度高，劳动力较省。缺点是构造较为复杂，造价较高，粒度差别较大的颗粒 可能分别聚集于不同的高度，故洗涤不均匀。 4.2.2.3 转筒过滤机 （1）结构与工作原理 设备的主体是一个转动的水平圆筒，其表面有一层金属网作为支承，网的外围覆盖滤布，筒的下部浸 入滤浆中。圆筒沿径向被分割成若干扇形格，每格都有管与位于筒中心的分配头相连。凭借分配头的作用， 这些孔道依次分别与真空管和压缩空气管相连通，从而使相应的转筒表面部位分别处于被抽吸或吹送的状 态。这样，在圆筒旋转一周的过程中，每个扇形表面可依次顺序进行过滤、洗涤、吸干、吹松、卸渣等操 作。 分配头由紧密贴合的转动盘与固定盘构成，转动盘上的每一孔通过前述的连通管各与转筒表面的一段 相通。固定盘上有三个凹槽，分别与真空系统和吹气管相连。 ① 当转动盘上的某几个小孔与固定盘上的凹槽 2 相对时，这几个小孔对应的连通管及相应的转筒表 面与滤液真空管相连，滤液便可经连通管和转动盘上的小孔被吸入真空系统；同时滤饼沉积于滤布的外表 面上。此为过滤。 ② 转动盘转到使这几个小孔与凹槽 3 相对时，这几个小孔对应的连通管及相应的转筒表面与洗水真 空管相连，转筒上方喷洒的洗水被从外表面吸入连通管中，经转动盘上的小孔被送入真空系统。此为洗涤、 吸干。 ③ 当这些小孔凹槽 4 相对时，这几个小孔对应的连通管及相应的转筒表面与压缩空气吹气相连，压 缩空气经连通管从内向外吹向滤饼，此为吹松。 ④ 随着转筒的转动，这些小孔对应表面上的滤饼又与刮刀相遇，被刮下。此为卸渣。 继续旋转，这些小孔对应的又重新浸入滤浆中，这些小孔又与固定盘上的凹槽 2 相对，又重新开始一 个操作循环。 ⑤ 每当小孔与固定盘两凹槽之间的空白位置（与外界不相通的部分）相遇时，则转筒表面与之相对 应的段停止工作，以便从一个操作区转向另一操作区，不致使两区相互串通。 （2）主要优缺点 转筒过滤机的突出优点是操作自动，对处理量大而容易过滤的料浆特别适宜。其缺点是转筒体积庞大 而过滤面积相形之下嫌小；用真空吸液，过滤推动力不大，悬浮液中温度不能高。 4.2.2.4 厢式压滤机 厢式压滤机仅由滤板组成，外表与板框压滤机相似。每块滤板凹进的两个表面与另外的滤板压紧后组
福州大学化工原理电子教案流体通过颗粒层的流动 成过滤室。料浆通过中心空加入,滤液在下角排出,带有中心孔的滤布覆盖在滤板上,滤布的中心加料孔 部位压紧在两壁面上或把两壁面的滤布用编织管缝合。图4-14为厢式压滤饼机的示意图 以以 而式出滤机 图414湘式压滤机示意图 1,4端头:2滤板;3饼空网:5-2布 42.2.5回转真空过滤机 在水平安装的中空转鼓表面上覆以滤布,转鼓下部浸入盛有悬浮液的滤槽中并以0.1~3/min的转速 转动。转鼓内分12个扇形格,每格与转鼓端面上的带孔圆盘相通。此转动盘与装于支架上的固定盘藉弹 簧压力压紧叠合,这两个互相叠合而又相对转动的圆盘组成一付分配头。转鼓表面的每一格按顺时针方向 旋转一周时,相继进行着过滤、脱水、洗涤、卸渣、再生等操作。 转鼓浸入悬浮液的面积约为全部转鼓面积的30%~40%。在不需要洗涤滤饼时,浸入面积可增加至 60%,脱离吸滤区后转鼓表面形成的滤饼厚度约为3~40mm。回转真空过滤机的过滤面积不大,压差也 不高,但它操作自动连续,对与处理量较大而压差不需很大的物料比较合适。 洗涤脱水区 一过滤区 回转真空过滤机操作简图 回转真空过滤机的分配头 1-转筒:2分配头;3洗涤水喷嘴 2与滤液贮罐相通的槽:3-与洗液贮罐相通的槽 4刮刀5悬浮液槽;6抖搅器 4,5-通压缩空气的孔 423离心机 离心过滤是藉旋转液体产生的径向压差作为过滤的推动力。离心过滤在各种间歇或连续操作的离心过 滤机中进行。间歇式离心机中又有人工及自动卸料之分。 三足式离心机是一种常用的人工卸料的间歇式离心机,图4-17为其结构示意图。离心机的主要部件是 篮式转鼓,壁面钻有许多小孔,内壁衬有金属丝及滤布。整个机座和外罩藉三根弹簧悬挂于三足支柱上 以减轻运转时的振动 足式离心机的转鼓直径一般很大,转速不高(<2000/min),过滤面积约为06~2.7m2。它与其他 型式的离心机相比,具有构造简单,运转周期可灵活掌握等优点,一般可用于间歇生产过程中的小批量物 料的处理,尤其适用与各种盐类结晶的过滤和脱水,晶体较少受到破损。它的缺点是卸料时的劳动条件较 差,转动部位位于机座下部,检修不方便
福州大学化工原理电子教案 流体通过颗粒层的流动 - 4 - 成过滤室。料浆通过中心空加入，滤液在下角排出，带有中心孔的滤布覆盖在滤板上，滤布的中心加料孔 部位压紧在两壁面上或把两壁面的滤布用编织管缝合。图 4-14 为厢式压滤饼机的示意图。 4.2.2.5 回转真空过滤机 在水平安装的中空转鼓表面上覆以滤布，转鼓下部浸入盛有悬浮液的滤槽中并以 0.1~ 3r / min 的转速 转动。转鼓内分 12 个扇形格，每格与转鼓端面上的带孔圆盘相通。此转动盘与装于支架上的固定盘藉弹 簧压力压紧叠合，这两个互相叠合而又相对转动的圆盘组成一付分配头。转鼓表面的每一格按顺时针方向 旋转一周时，相继进行着过滤、脱水、洗涤、卸渣、再生等操作。 转鼓浸入悬浮液的面积约为全部转鼓面积的 30% ~ 40% 。在不需要洗涤滤饼时，浸入面积可增加至 60%，脱离吸滤区后转鼓表面形成的滤饼厚度约为 3 ~ 40 mm。回转真空过滤机的过滤面积不大，压差也 不高，但它操作自动连续，对与处理量较大而压差不需很大的物料比较合适。 4.2.3 离心机 离心过滤是藉旋转液体产生的径向压差作为过滤的推动力。离心过滤在各种间歇或连续操作的离心过 滤机中进行。间歇式离心机中又有人工及自动卸料之分。 三足式离心机是一种常用的人工卸料的间歇式离心机，图 4-17 为其结构示意图。离心机的主要部件是 一篮式转鼓，壁面钻有许多小孔，内壁衬有金属丝及滤布。整个机座和外罩藉三根弹簧悬挂于三足支柱上， 以减轻运转时的振动。 三足式离心机的转鼓直径一般很大，转速不高（<2000r/min）,过滤面积约为 2 0.6 ~ 2.7m 。它与其他 型式的离心机相比，具有构造简单，运转周期可灵活掌握等优点，一般可用于间歇生产过程中的小批量物 料的处理，尤其适用与各种盐类结晶的过滤和脱水，晶体较少受到破损。它的缺点是卸料时的劳动条件较 差，转动部位位于机座下部，检修不方便
福州大学化工原理电子教案流体通过颗粒层的流动 图417三足式离心机 1-支脚;2-外壳;3-转鼓;4-马达:5-皮带轮 42.3.1刮刀卸料式离心机 图4-18为刮刀卸料离心机的示意图。悬浮液从加热管进入连续运转的卧式转鼓,机内设有粑齿以使沉 积的滤渣均布于转鼓内壁。得滤饼达到一定厚度时,停止加料,进行洗涤、沥干。然后,藉液压传动的刮 刀逐渐向上移动,将滤饼刮入卸料斗卸出机外,然后清洗转鼓。整个操作周期均在连续运转中完成,每一 步骤均采用自动控制的液压操作 图4-18刮刀卸料式离心式 1一进料管:2一转鼓:3-滤网;4一外壳;5—滤饼 42.3.2活塞往复式卸料离心机 这种离心机的加料过滤、洗涤、沥干、卸料等操作同时在转鼓内的不同部位进行,图4-19为其结构示 意图。料液加入旋转的锥形料斗后被洒在近转鼓底部的一小段范围内,形成约25~75πmm厚的滤渣层 转鼓底部装有与转鼓一起旋转的推料活塞,其直径梢小于转鼓内壁。活塞与料斗还一起做往复运动,将滤 渣逐步推向加料斗的右边
福州大学化工原理电子教案 流体通过颗粒层的流动 - 5 - 图 4-17 三足式离心机 4.2.3.1 刮刀卸料式离心机 图 4-18 为刮刀卸料离心机的示意图。悬浮液从加热管进入连续运转的卧式转鼓，机内设有粑齿以使沉 积的滤渣均布于转鼓内壁。得滤饼达到一定厚度时，停止加料，进行洗涤、沥干。然后，藉液压传动的刮 刀逐渐向上移动，将滤饼刮入卸料斗卸出机外，然后清洗转鼓。整个操作周期均在连续运转中完成，每一 步骤均采用自动控制的液压操作。 图 4-18 刮刀卸料式离心式 1—进料管；2—转鼓；3—滤网；4—外壳；5—滤饼 4.2.3.2 活塞往复式卸料离心机 这种离心机的加料过滤、洗涤、沥干、卸料等操作同时在转鼓内的不同部位进行，图 4-19 为其结构示 意图。料液加入旋转的锥形料斗后被洒在近转鼓底部的一小段范围内，形成约 25 ~ 75 mm 厚的滤渣层。 转鼓底部装有与转鼓一起旋转的推料活塞，其直径梢小于转鼓内壁。活塞与料斗还一起做往复运动，将滤 渣逐步推向加料斗的右边
福州大学化工原理电子教案流体通过颗粒层的流动 图4-19活塞推料离心机 1-转鼓;2-滤网;3-进料管;4-滤饼;5-活塞推送器;6-进 料斗;7-滤液岀口;8-冲洗管;9-固体排出;10-洗水出口
福州大学化工原理电子教案 流体通过颗粒层的流动 - 6 - 图 4-19 活塞推料离心机