第七章 過濾技術(shù)

1、第八章 過濾技術(shù) 在壓強(qiáng)差作用下，懸浮液中的流體（氣體或液體）透過可滲性物質(zhì)（過濾介質(zhì)），固體顆粒則為介質(zhì)所截留，從而實(shí)現(xiàn)流體和固體的分離。過濾多相流體通過多孔介質(zhì)流體通過多孔介質(zhì)的流動(dòng)屬于極慢流動(dòng)，即滲流懸浮液中的固體粒子連續(xù)不斷的沉積在介質(zhì)內(nèi)部孔隙中或介質(zhì)表面上，過濾阻力不斷增加宏觀流體力學(xué)因素微觀的物化因素第八章 過濾技術(shù) 必須具備的兩個(gè)條件：（1）具有實(shí)現(xiàn)分離過程所必需的設(shè)備；（2）在介質(zhì)兩側(cè)要保持一定的壓力差。 按推動(dòng)力不同，可分為：重力過濾（50kPa）、真空過濾（5380kPa，93kPa）、加壓過濾（壓縮機(jī)50800kPa、壓縮機(jī)200kPa）和離心過濾。第八章 過濾技術(shù) 在實(shí)

2、際操作中，過濾過程主要分為兩大類：濾餅過濾和深層過濾。 濾餅過濾：表面過濾機(jī)。濾漿流向過濾介質(zhì)時(shí)，大于或相近于過濾介質(zhì)孔隙的固體顆粒先以架橋的方式在介質(zhì)表面形成初始層，其孔隙通道比過濾介質(zhì)孔隙更小，能截留住更小的顆粒，因此其后沉積的固體顆粒便逐漸在初始層上形成一定厚度的濾餅。 深層過濾：固體粒子被截留于介質(zhì)內(nèi)部的孔隙中。第八章 過濾技術(shù)多數(shù)情況下濾餅厚度420mm，個(gè)別情況下為12mm或4050mm。濾餅的過濾阻力遠(yuǎn)大于過濾介質(zhì)，因而對(duì)過濾速率起決定性的影響，多用于處理濃度較高的懸浮液。過濾介質(zhì)一般采用0.42.5mm的砂?；蚱渌嗫捉橘|(zhì)，料將多自上而下流動(dòng)。過濾速度一般為515m/h。濃度較

3、低的懸浮液（0.1%）。第八章 過濾技術(shù)第八章 過濾技術(shù) 影響過濾的基本因素 固體顆粒粒度：影響濾餅的孔隙狀態(tài)，就等徑球而言，無論哪種排列方式，孔隙率均與圓球半徑無關(guān)； 料漿粘度（溫度）：過濾速率與料漿粘度成正比； 過濾壓差：對(duì)于不可壓縮濾餅，過濾速率與過濾壓力成正比；對(duì)可壓縮濾餅，濾餅孔隙率和過濾比阻是過濾壓力的函數(shù)； 料漿濃度：低濃度時(shí)，細(xì)小顆粒極易隨著流線直接進(jìn)入濾布的孔眼中，使過濾介質(zhì)被堵塞。第一節(jié) 過濾機(jī)的分類與選擇和計(jì)算 真空過濾 壓濾 深層過濾 離心過濾 膜過濾 動(dòng)態(tài)過濾分類 選擇過濾機(jī)時(shí)，主要考慮所處理的物料性質(zhì)及對(duì)產(chǎn)品的要求，處理不同濃度及固體粒度的料漿時(shí)過濾機(jī)選型見下圖和表

4、所示。選擇選擇 顆粒較粗或粗細(xì)夾雜，沉降速度快的顆粒：圓筒內(nèi)濾式真空過濾機(jī)；生產(chǎn)能力大，技術(shù)上可靠，操作容易；設(shè)備比較復(fù)雜，造價(jià)高，電耗大，濾餅含水率高；更換濾布不便。 磁鐵礦精礦或含少量赤鐵礦的混合精礦：磁性過濾機(jī)；機(jī)體小、脫水效率高。 微細(xì)而難沉的物料：離心過濾機(jī)；過濾速度快、脫水效率高、濾液質(zhì)量好；生產(chǎn)能力低、設(shè)備復(fù)雜，價(jià)格高，設(shè)備操作與維護(hù)比較麻煩。 粒細(xì)、密度小、難沉淀、濃度低的料漿：壓濾機(jī) 手動(dòng)板框壓濾機(jī)：濾餅生成及洗滌時(shí)間可調(diào)、洗滌效果好，水量消耗少；間斷工作、產(chǎn)量低，勞動(dòng)強(qiáng)度高，占地面積大，操作過程不便觀察。 水平式自動(dòng)板框壓濾機(jī)：過濾速率高、產(chǎn)量大，能耗相對(duì)較高、濾液質(zhì)量不高

5、、使用效率低。 立式自動(dòng)板框壓濾機(jī)：生產(chǎn)能力高，過濾壓力大；規(guī)格小、設(shè)備成本和基建費(fèi)用高。 自動(dòng)壓濾機(jī)：濾布使用壽命短，輔助設(shè)施較多。選擇 細(xì)粘物料或密度和濃度較低的礦漿：圓筒型外濾式真空過濾機(jī)、盤式真空過濾機(jī)、帶式真空過濾機(jī)、壓濾機(jī)等。 圓筒型外濾式真空過濾機(jī)：濾餅水分低、過濾每噸精礦濾布消耗量少；設(shè)備重，更換濾布困難。 立式盤式真空過濾機(jī)：更換濾布方便，過濾面積大，換濾布停車時(shí)間短；濾布水分較高。 水平盤式真空過濾機(jī)：粗而重的顆粒產(chǎn)品的脫水。 水平帶式真空過濾機(jī)：設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，濾布使用壽命長，操作方便靈活過濾面積可調(diào)，生產(chǎn)和維修費(fèi)用低。選擇 n過濾機(jī)工作臺(tái)數(shù) Q需處理的干礦量 q0過濾機(jī)單

6、位面積的生產(chǎn)能力 A過濾面積 V0自開始過濾到濾餅的阻力等于介質(zhì)阻力時(shí)所獲得的濾液體積，稱為過濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液體積或稱為虛擬濾液體積計(jì)算計(jì)算 上表數(shù)據(jù)是常用內(nèi)濾圓筒式、外濾圓筒式和圓盤式真空過濾機(jī)使用棉織布總結(jié)的指標(biāo)，當(dāng)選用新型過濾設(shè)備或用合成纖維等新型濾布時(shí)應(yīng)按實(shí)際生產(chǎn)廠礦經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或通過過濾試驗(yàn)取得； 由于過濾試驗(yàn)所用料漿性質(zhì)及過濾裝置的操作連續(xù)性很難與工業(yè)生產(chǎn)完全一致，過濾機(jī)的過濾速率往往低于小型試驗(yàn)的速率，因此工藝設(shè)計(jì)中除了保證正確的選型外，還必須考慮放大效應(yīng)。 備用系數(shù)一般為1.2，但總臺(tái)數(shù)不得少于兩臺(tái)。計(jì)算第二節(jié) 常用過濾機(jī) 真空過濾機(jī) 壓濾機(jī) 離心過濾機(jī)2.1 真空過濾機(jī) 真空過濾

7、機(jī)的工作周期一般分為如下幾個(gè)階段：成餅階段；脫水階段；洗滌階段；壓實(shí)階段；干燥階段；卸餅階段。其中洗滌、壓實(shí)、干燥等階段的有無視實(shí)際需要而定，而成餅、脫水及卸餅則是大部分真空工作過濾機(jī)所具有的基本工作過程。1.1 真空過濾的基本設(shè)備 轉(zhuǎn)鼓式真空過濾機(jī)1.1 真空過濾的基本設(shè)備 轉(zhuǎn)鼓式真空過濾機(jī) 內(nèi)濾和外濾：內(nèi)濾式轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)其濾布安裝在圓筒的內(nèi)表面上，適合于處理沉降快的懸浮液，其濾餅通常用皮帶、漏斗或螺旋運(yùn)輸機(jī)運(yùn)出。其優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)料濃度對(duì)操作影響不大，不需要給料槽和攪拌裝置，價(jià)格較低；其缺點(diǎn)為：轉(zhuǎn)鼓表面利用率較低，洗滌時(shí)效果欠佳，濾餅在卸料時(shí)易于剝落，濾布更換困難且工作情況不便觀察。1.1 真空

8、過濾的基本設(shè)備 轉(zhuǎn)鼓式真空過濾機(jī) 頂部給料與底部給料1.1 真空過濾的基本設(shè)備 轉(zhuǎn)鼓式真空過濾機(jī) 卸料方式 反吹式卸除濾餅：卸除濾餅后濾布較為清潔，滲透性恢復(fù)較好，但反吹時(shí)往往帶出一部分水分，降低了脫水效果。 刮刀式卸除濾料：濾餅水分較低，但刮刀易于磨損濾布。有時(shí)將刮刀式與反吹式聯(lián)合使用。 折帶式過濾：易于處理粘性濾餅及易于堵塞濾布的物料。1.1 真空過濾的基本設(shè)備 圓盤式真空過濾機(jī) 1.2 真空過濾的影響因素 設(shè)備因素 過濾時(shí)間：過濾時(shí)間延長有利于濾餅水分的脫出，同時(shí)使濾餅厚度增加，導(dǎo)致過濾阻力增大。過濾時(shí)間通常靠試驗(yàn)確定，通過調(diào)整轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。 攪拌：易沉降物料采用上部進(jìn)料時(shí)，粗顆粒首先在濾布

9、底層形成濾餅基底，有利于提高過濾速度；當(dāng)采用底部進(jìn)料時(shí)，細(xì)顆粒會(huì)首先吸附在過濾介質(zhì)上，這樣會(huì)降低濾餅的滲透性。 1.2 真空過濾的影響因素 給料因素 給料濃度：成餅區(qū)一定時(shí)，給料濃度越大，濾餅越厚，過濾機(jī)處理能力越大。 固體粒度：顆粒越細(xì)，濾餅越難以脫水，卸餅也越困難；顆粒組成越均勻，形成的濾餅滲透性越好；過濾不均勻物料時(shí)，由于細(xì)顆粒的“鉆隙”作用，濾餅的孔隙度降低。 漿體溫度：提高給料懸浮液溫度，能降低流體的粘度，加快過濾速度，降低濾餅水分。 助濾劑的使用。第二節(jié) 壓濾 對(duì)于固體顆粒粒度細(xì)、沉降速度慢、漿體粘度大、可濾性差的微細(xì)物料懸浮液進(jìn)行固液分離，通常需要很大的分離面積和相當(dāng)高的過濾壓力

10、。 根據(jù)工作的連續(xù)性，壓濾機(jī)分為間歇型和連續(xù)型兩類。連續(xù)型壓濾機(jī)的給料和排料是同時(shí)進(jìn)行的，結(jié)構(gòu)通常比較復(fù)雜；間歇型壓濾機(jī)的入料和排料是周期性進(jìn)行的，一般分為給料、濾餅洗滌、壓榨脫水、卸料和沖洗濾布五個(gè)階段。 根據(jù)結(jié)構(gòu)型式，壓濾機(jī)分為：板框式壓濾機(jī)、加壓葉濾機(jī)、帶式壓濾機(jī)和氣壓罐式連續(xù)壓濾機(jī)，其中前兩種屬于間歇型，后兩者屬于連續(xù)型。2.1 板框壓濾機(jī) 工作原理 當(dāng)壓濾機(jī)工作時(shí)，由于液壓油缸的作用，將所有濾板壓緊在固定尾板端，使相鄰濾板間形成濾室，漿體由固定尾板的入料口以一定的壓力給入，并借助給入漿體的壓力完成固液分離。待濾液不再流出時(shí)，即完成脫水過程，此時(shí)可停止給料，進(jìn)行濾餅洗滌，以除去各種水溶

11、性雜質(zhì)，洗滌結(jié)束后，帶壓流體進(jìn)入壓榨膜內(nèi)腔，借助壓榨膜的膨脹對(duì)濾餅進(jìn)行壓榨。如果是帶有吹干階段的壓濾機(jī)，壓榨結(jié)束后自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)將氣閥打開，進(jìn)行壓氣脫干，壓氣脫干結(jié)束后，通過液壓系統(tǒng)松開濾板，濾餅借助自重脫落，并由設(shè)在下面的皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)走，卸餅后一般需要進(jìn)行濾布清洗，以防止濾布堵塞。2.1 板框壓濾機(jī) 結(jié)構(gòu) 板框壓濾機(jī)的主要結(jié)構(gòu)包括：過濾機(jī)本體、料漿加入系統(tǒng)、濾餅洗滌系統(tǒng)、卸料系統(tǒng)、濾布洗滌系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)，此外還有高壓氣體系統(tǒng)。過濾機(jī)本體包括濾板、濾框、壓榨膜、板框移動(dòng)機(jī)構(gòu)、壓緊機(jī)構(gòu)、濾布抓起裝置、濾布振動(dòng)裝置及濾布行走裝置。2.1 板框壓濾機(jī) 特點(diǎn) 板框壓濾機(jī)應(yīng)用范圍最廣，工

12、作壓力一般為0.41.5 MPa，高壓壓濾機(jī)可達(dá)2.45MPa。 其主要特點(diǎn)如下：操作容易、故障少，保養(yǎng)方便，機(jī)器使用壽命長；對(duì)物料的適應(yīng)性強(qiáng)；過濾面積選擇范圍廣；濾餅含濕量低；固相回收率高，液相澄清度好；濾布檢查、洗滌、更換方便；單位過濾面積占地少、造價(jià)低、投資??；使用效率低，操作強(qiáng)度大；操作條件差。2.2 帶式壓濾機(jī) 特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)和原理簡單；操作方便、穩(wěn)定；能耗低；噪聲和震動(dòng)均較?。豢梢赃B續(xù)工作；發(fā)展速度快。 缺點(diǎn)：維護(hù)、檢修、更換濾布困難；不易處理不可壓縮濾餅；濾帶易跑偏；對(duì)濾帶強(qiáng)度要求苛刻。 帶式壓濾機(jī)過濾前一般都要加絮凝劑處理漿體，使物料形成絮團(tuán)，這是帶式壓濾機(jī)工作的必要條件，藥

13、劑費(fèi)用約占?jí)簽V機(jī)過濾總費(fèi)用的50%。2.2 帶式壓濾機(jī) 工作原理 料漿在帶式壓濾機(jī)中的脫水機(jī)理是基于他們?cè)趦蓷l濾帶間運(yùn)行過程中受到擠壓和剪切作用。作用在濾餅上的剪切作用可以改善水的滲透，而脫除料漿中的水主要靠擠壓力。 帶式壓濾機(jī)的工作區(qū)間大致分為重力脫水區(qū)、擠壓區(qū)、卸料區(qū)及濾帶清洗區(qū)四個(gè)區(qū)域。2.2 帶式壓濾機(jī) 工作原理 絮凝給礦階段 重力脫水階段（一段水平或近似水平的濾帶，長度一般為2.52.7m） 擠壓脫水階段（濾帶每經(jīng)過一個(gè)輥輪，運(yùn)動(dòng)方向一般都要發(fā)生改變；兩種壓榨形式） 卸料及濾帶清洗階段2.2 帶式壓濾機(jī) 結(jié)構(gòu) 加料口和導(dǎo)向框：加料口應(yīng)距濾帶很近，而且保證漿體均勻、定量地分散在濾帶上；

14、 濾帶：采用高強(qiáng)度的單絲聚酯或聚乙烯、尼龍絲織成多層網(wǎng)式無端環(huán)形帶，抗拉伸強(qiáng)度很高。濾帶孔隙一般由粗細(xì)兩種，粗孔1.1mm，細(xì)孔0.6mm。 濾帶張緊裝置 防跑偏裝置 輥輪 驅(qū)動(dòng)裝置第三節(jié) 深層過濾和離心過濾（自學(xué)） 深層過濾和離心過濾是兩類比較特殊的過濾方法。深層過濾中顆粒被截留于過濾介質(zhì)內(nèi)部的孔隙中，而在過濾介質(zhì)表面一般不形成濾餅；離心過濾則是利用慣性離心力從懸浮液中分離固相顆粒的一類特殊過濾過程。 深層過濾主要用于處理固相濃度相對(duì)較低（1%）的懸浮溶液。3.1 深層過濾 深層過濾的應(yīng)用 深層過濾在市政用水及污水處理領(lǐng)域獲得了大量的應(yīng)用；深層過濾的材質(zhì)不斷更新，如印度考慮以煙煤代替無煙煤，

15、瑞士研究用沸石，俄羅斯研究試制陶瓷等；向深層過濾器進(jìn)料中添加電解質(zhì)以取代稿費(fèi)用的預(yù)沉降手段引起了人們的重視。3.2 離心過濾 借助于離心力使懸浮液中的固相顆粒截留在過濾介質(zhì)上，從而不斷堆積成濾餅層，與此同時(shí)，濾液借助于離心力穿過濾餅層及過濾介質(zhì)，達(dá)到固液分離的目的。第四節(jié) 膜過濾 膜過濾過程是在流體壓力差作用下，利用膜對(duì)分離組分的尺寸選擇性，將大于膜孔尺寸的微粒及大分子溶質(zhì)截留，而使小于膜孔尺寸的粒子或溶劑透過濾膜。 膜過濾是膜分離方法的一種，靠流體壓力差作為推動(dòng)力，此外還有利用濃度差、分壓差、電位差以及透過速率作為推動(dòng)力的其他膜分離過程。第四節(jié) 膜過濾 分類及特點(diǎn) 通常根據(jù)濾膜孔徑或被截留微

16、粒的最大粒徑大小，將膜過濾分為微孔過濾和超濾兩種。 常規(guī)過濾：截留大于0.5m的顆粒，靠濾餅內(nèi)顆粒的架橋作用，而不是直接靠過濾介質(zhì)孔隙篩分截留的。 微孔過濾：截留微粒范圍0.0510m，多用于濾除細(xì)菌和細(xì)小的懸浮顆粒。 超濾：截留微粒范圍120nm，相當(dāng)于分子量為500 300000的各種蛋白質(zhì)分子或相當(dāng)粒徑的膠體顆粒。 反滲透：截留微粒范圍0.12nm，可截留無機(jī)離子或分子量小于500的低分子量有機(jī)分子。第四節(jié) 膜過濾 分類及特點(diǎn) 與其它分離方法比較，膜過濾具有如下特點(diǎn)：用常規(guī)脫水方法處理微細(xì)物料時(shí)，常需添加絮凝劑，而膜過濾無此必要；膜過濾沒有特別的溫度要求，因此可進(jìn)行熱敏感或熱不穩(wěn)定物質(zhì)的

17、常溫膜過濾；膜過濾可用于濃縮過程，對(duì)回收微量有價(jià)值物質(zhì)十分有益。第四節(jié) 膜過濾 原理 微孔過濾 微孔過濾的介質(zhì)均為多孔結(jié)構(gòu)的薄膜，它類似多層疊置的篩網(wǎng)，其截留微粒的作用局限于膜的表面，能將液體中大于額定孔徑的微粒全部攔截，且不會(huì)因壓力差升高而導(dǎo)致大于孔徑的微粒穿過薄膜。截留顆粒的方式有：機(jī)械截留、架橋及吸附。與常規(guī)過濾相比較，貴重物料一般不會(huì)因吸附在過濾介質(zhì)上而損失。第四節(jié) 膜過濾 原理 超濾 超濾對(duì)大分子溶質(zhì)的截留分離包含以下三個(gè)過程：液膜的機(jī)械截留（篩分）；膜面及微孔內(nèi)的吸附（一次吸附）；在微孔中持留而被去除（堵塞）。超濾膜的機(jī)械截留效果是由溶質(zhì)離子大小、形狀與膜孔徑的大小、形狀之間的關(guān)系決定的。吸附和阻塞過程則是膜與溶質(zhì)粒子物化性質(zhì)之間的相互作用結(jié)果。這三個(gè)過程相結(jié)合的統(tǒng)一構(gòu)成了超濾的物質(zhì)分離機(jī)理。第四節(jié) 膜過濾 濾膜 濾膜的材質(zhì) 纖維素酯系膜 合成高分子膜第四節(jié) 膜過濾 濾膜 濾膜結(jié)構(gòu)與形態(tài) 過濾用的高分子多孔濾膜從結(jié)構(gòu)上可分為均質(zhì)膜及非對(duì)稱膜。從電子顯微鏡可觀測(cè)到，非對(duì)稱的醋酸纖維素膜的縱斷面有雙層結(jié)構(gòu)。膜的縱面厚度約100m，