过滤与分离设备：离心机的典型结构及工作原理

1、5.1 离心机的典型结构及工作原理混合物种类： （称非均一系；非均匀液体） 混合物的分离在多种行业中都存在，根据不同目的进行定向分离。液固相液液相液液固相气液相气液液相气液固相气气相气固相固固相非均相物系,非均一系(non-homogeneous system): 物系内部有隔开不同相的界面存在，且界面两侧的物料性质有显著差异。分离方法机械方法（Mechanical Method)传质(mass transfer)分离目的： 获得有用的固相，排掉液相。 （如：选煤，制药，制糖，制碱，食品等） 获得有用的液相，排掉固相。 （如：造酒，制药，榨油，食品等） 分离固相与液相，均收回或排掉。 （如：污

2、水处理，造纸，选煤等） 分离液液相，均收回或不收回。 （如：油水分离，燃料油提纯等） 分离方法： 物理方法、化学方法、电学方法（电解与电离）。 机械分离方法 （过滤；离心沉降）物理方法： 比重沉淀方法 （沉降；浮选）分离原理： 在场外力作用下，混合物中各相（如液相和固相）由 于质量不同产生“相重差”，从而得到分离。物理分离种类： 离心沉降（如：沉降式离心机，分离机） 沉降式： 重力沉降 （如：沙层自由沉降） 离心过滤（如：过滤式离心机） 过滤式 ： 加压过滤 真空过滤 （如：各种压滤机） 深层过滤 振动筛 筛分式： 脱水 浮选式：油水分离；固相漂浮分离。分离方法应用：化工、石油、轻工、医药、食

3、品、纺织、冶金、煤 炭、水、选矿、船舶、军工、污水处理等。5.1.1 分离物料的特性 分离的对象：非均匀混合物（非均一系）（一）悬浮液 定义：由液体和悬浮于其中的固体颗粒组成的系统称为悬 浮液。 其中：液相为主相，称为连续相。 固体颗粒为副相，称为分散相。 悬浮液乳浊液固体颗粒非均匀混合物种类悬浮液的特性： 物理性质：密度（浓度）、粘度、表面张力等。 固相比： 固液浓度比。 悬浮液分类： 按固体颗粒大小和浓度分（可用重量百分数、体积百分表示） 粗颗粒悬浮液：粒径 d 50 m 高浓度悬浮液：浓度 10% 选用过滤式离心机 细颗粒悬浮液：粒径 d 50 m 低浓度悬浮液：浓度 10% 选用沉降式

4、离心机或过滤机过滤式离心机沉降式离心机(二).乳浊液 定义：由液体和悬浮于其中的一种或数种其它液体所组成的系统， 称为乳浊液。 其中： 主液体相为连续相。 其它液体相为副液相，或叫：分散相，非连续相。 乳浊液主要是指液液相组成的非均匀混合物。 如：油水混合物，形成水包油时，水为主液相，油为分散相。 分散相液珠直径：一般：0.1 d 50 m 粗颗粒 5 d 50 m 中等颗粒 d 10m)。常见机型：三足式，上悬式，刮刀卸料式，活塞卸料式，离心卸 料式等。2. 过滤式离心机三足式离心过滤离心机活塞卸料过滤离心机2.沉降式离心机原理： 转鼓上无孔，也无滤网。悬浮液随转鼓高速旋转，因固、液两相的比

5、重不同，则产生不同的离心惯性力，离心力大的固相颗粒沉积在转鼓内壁上，液相则沉降在里层，然后分别从不同的出口排出，达到分离的目的。 沉降式离心机一般转速较高：n=70008000rpm适应范围：固相含量较少，固体颗粒较小（d 10 m )。常见机型：螺旋卸料式。2.沉降式离心机3.分离机专指用来分离液、液相的乳浊液分离机械。原理： 依据液、液两相的密度差，在高速离心力场下，使液液分层，重相在外层，轻相在内层，然后分别排出，达到分离目的。适应范围：乳浊液分离，含微量固体颗粒的乳浊液（d5 m )常见机型：管式分离机，室式分离机，碟式分离机。3.分离机非均相物系:悬浮液、乳浊液、泡沫液属于液态非均相

6、物系，含尘气体、含雾气体属于气态非均相物系。 分散相与连续相分散相：非均相物质中处于分散状态的物质。如悬浮液中的固体颗粒。连续相：包围分散相的处于连续状态的流体。如悬浮液中的液体。分离的依据 分散相与连续相之间的物理性质的差异。如密度、颗粒外径等悬浮液中的固相特性形状尺寸密度悬浮液中的液相特性粘度密度表面张力挥发性悬浮液特性密度粘度对分离物料的预处理对液相: 降低粘度 脱气对固相: 凝聚,絮凝凝聚又叫凝结，是靠凝聚剂降低或消除固体微粒表面的电荷，从而降低微粒之间的排斥力，促使微粒之间结合成大颗粒加速沉降，使液体澄清的过程。人们知道，把混浊的水放进缸中，总得静置一天才能澄清，但在水中添进少量的聚

7、丙烯酰胺，水很快就能澄清。这是聚丙烯酰胺把水中的浮悬物胶 结凝聚加速沉淀的妙用。 像矿井中的水力采矿，估计1吨水要流失煤粉40公斤。如果利用聚丙烯酰胺处理，在1吨矿井水中就可多 收煤粉39公斤以上。 把聚丙烯酰胺颗粒撤在大田用犁具使其与土壤混合，若遇天雨，就与土壤结合成水稳性团块，改变了土壤结 构，使土壤的吸水能力提高114倍。经过改良后的土壤，能把全年降雨量蓄起来，以供农作物各个生长发育期的需要。絮凝使水中悬浮微粒集聚变大，或形成絮团，达到固-液分离的目的，这一现象或操作称作絮凝。絮凝剂;flocculant 分离的两种操作：按两相运动方式的不同，机械分离大致分为沉降和过滤两种操作。过滤 是

8、指以某种多孔物质作为介质，在外力的作用下，流体通过介质的孔道，而使固体颗粒被截留下来，从而实现固体颗粒与流体分离目的的操作。过滤滤浆 : 被处理的悬浮液。过滤介质 :过滤操作中采用的多孔物质。滤液: 通过介质孔道的液体。滤饼: 被截留的固体颗粒。固液分离的动力重力, 浮力, 离心力, 真空(负压), 压力, 磁力 过滤分类(动力) 正压操作负压操作重力过滤离心过滤Driving force in filtrationPressureVacuumFiltrateFiltrate表面过滤 Surface Filtration (1) 定义: 若悬浮液中固体颗粒的体积百分数大于1%，则过滤过程中在过

9、滤介质表面会形成固体颗粒的滤饼层，这种过滤操作称为表面过滤。(2) 特点: 在表面过滤中，由于悬浮液中的部分固体颗粒的粒径可能会小于介质孔道的孔径，因而过滤之初会有一些幼小颗粒穿过介质而使液体浑浊，但颗粒会在孔道内很快发生“架桥”现象，并开始形成滤饼层，滤液由浑浊变为清澈。SieveParticles larger than pore size are retained by filter饼层过滤 在饼层过滤中，真正起截留颗粒作用的是滤饼层而不是过滤介质，在饼层过滤过程中，滤饼会不断增厚。过滤的阻力随之增加，在推动力不变下，过滤速度会愈来愈小。1.不可压缩性滤饼： 构成滤饼的颗粒是不易变形的坚

10、硬固体颗粒，颗粒结构不随操作压差的改变而变，固其单位厚度床层的流动阻力可认为是恒定的，如硅藻土，碳酸钙等。 2. 可压缩性滤饼构成滤饼的固体颗粒易变形，滤饼空隙率随操作压差的增大而变小，如AL（OH）3等。深层过滤Depth Filtration 当悬浮液中固体颗粒的百分数在0.1%以下且固体颗粒的粒度很小时，将悬浮于液体中的固体颗粒截留在床层内部且过滤介质表面不生成滤饼的过滤称为深层过滤。The “Torturous Path”Depth Filtration A form of filtration where the particles travel past the surface o

11、f the filter and are trapped within the depth of the media深层过滤适用范围: 深层过滤适用于浮液中固体颗粒的体积百分数小于0.1%，且固体颗粒粒径较小的场合深层过滤特点: 深层过滤中，由于悬浮液的粒子直径小于床会孔道直径，所以粒子随着液体一起流入床层内的曲折通道，在穿过此曲折通道时，因分子间力和静电作用力的作用，使悬浮粒子粘附在孔道壁面上而被截留。过滤介质表面不生成滤饼，且整个过滤过程中过滤阻力不变。Surface Filtration & Depth Filtration动态过滤 dynamic filtration 饼层过滤中，饼层

12、不断增厚，阻力亦不断增加，在推动力（如压强差）保持不变时则过滤速率会不断变小。 为了在过滤过程中限制滤饼的增厚，Tller于1977年提出了被称为动态过滤的新过滤方式。动态过滤dynamic filtration 定义: 动态过滤可描述为料浆沿过滤介质表面作高速流动，使得滤饼在剪切力的作用下不会增厚，这样就可维持较高的过滤能力。特点: 动态过滤中，滤液与料浆呈错流（交错流动）。 动态过滤需多耗机械能，且不能得到含量高的滤饼，操作中因料浆粘度不断增加，过大的阻力可能使电机过载.因此使用动态过滤需十分谨慎。Cross-Flow FiltrationWine葡萄酒Retentate保留物Filter

13、ed Wine已过滤的葡萄酒过滤介质 定义: 过滤介质是一种多孔物质，它是滤饼的支承物，它应具有足够的机械强度和尽可能小的流动阻力，过滤介质的孔道直径往往会大于悬浮液中一部分颗粒的直径过滤介质种类: 工业上常用的过滤介质主要有以下几类：1、织物介质，又称滤布，它由棉、毛、丝、麻等天然纤维及由各种合成纤维制成的织物，以及由玻璃丝、金属丝等织成的滤网。2、粒状介质：包括细纱、木炭、石棉、硅藻土等细小坚硬的颗粒状物质，多用于深床过滤。3、多孔道固体介质：它是具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶瓷，多孔塑料及多孔金属制成的板式管。4. 滤芯5. 薄膜滤网编织网板式网: 化学刻蚀,电铸Weave-Wir

14、e ScreenWeave-Wire Screen蚀刻技术广泛应用于集成电路、精确过滤等方面。 电铸成型过滤筛有多种优势。其中最大的优势是精准的孔径尺寸和可控制的筛孔形状。我们目前的产品包括从3至1500微米，公差+/-2微米的过滤筛。 板网板网Perforated Cylinder楔型网楔型网楔型网多层网泡沫陶瓷过滤网是一种三维立体网状结构的新型铸造用的过滤材料, 具有强度高，耐温性能好（氧化锆过滤网能耐1750度，碳化硅耐温达1540度），孔隙率高，不与金属液发生反应。泡沫陶瓷过滤网 泡沫陶瓷过滤网能深层过滤和吸附几微米的夹渣,使铸件有更好的综合性能和更光洁的表面还可降低铸件废品率。 塑料

15、叠片滤袋 Liquid filter bags 滤芯 Filter Elements Porous Symmetric MembranesAsymmetric MembranesDense LayerPorous supportFiber SupportSpiral-Wound ModuleFlow INSpacerMembranePermeateConcentrateFrom Catalog of TorayHollow FiberOutside In VS Inside OutFrom Catalog of Toray主要过滤机品种带式过滤机 板框过滤机叶片过滤机精密过滤机带式真空过滤机

16、连续水平真空带式过滤机1 、加料、过滤、洗涤、卸渣，滤布再生可连续自动完成。 2、稳定的真空度，可满足较低水分的滤饼要求。 3、真空室采用超高分子材料制造，自润滑性能及密封性能好、摩擦系数小。 带式真空过滤机过滤面积 (m2)滤带有效宽度 (mm)过滤有效长度 (mm)整机总长L (mm)机身宽度W (mm)机身高度h (mm)重量 (t)真空耗量m3/min带式真空过滤机带式真空过滤机带式压榨过滤技术带式压榨过滤技术作为对传统固液分离技术的一种革命,最早是由西德人于1963年首先研制成功的。由于带式压榨过滤机具有生产能力大、自动化程度高、滤饼含水率低、运行安全可靠等优点,引起了世界各国的重视

17、,纷纷投入大量的人力、物力和财力对其进行研究开发。真空-压榨过滤机 真空-压榨过滤机BELT FILTER PRESS Belt Filter PressDY系列带式压榨过滤机应用： 污水处理: 包括造纸废水、印染废水、电镀污水、皮革污水、金属加工污水、浮选尾煤渣、城市混合污泥、城市剩余混合污泥、混合污泥真空-压榨过滤机真空预脱水，S形挤压，大大提高脱水效率。物料可以实现多级平，逆流洗涤。框架式结构，机型组装灵活。细粘，可压缩物料过滤性能优越。 连续水平真空带式过滤机在使用过程中Rotary Vacuum Filter真空转鼓过滤机真空过滤器1。滤浆槽2。过滤室3。转鼓4。滤饼 A.过滤区B洗

18、涤区C脱液区D卸料区 真空过滤自清洗过滤器Self-cleaning Filter国外厂家情况 自清洗过滤器的发源地是以色列，源于以色列属于极度缺水的国家，他们首先发明自清洗过滤器并用于农业喷灌、滴灌，逐渐发展到工业及各行各业，慢慢销往世界各地。目前已在世界80多个国家和地区广泛应用。 以色列规模的品牌有FILTOMAT AmiadArkal美国有影响的公司美国欧锐公司 Orival 美国全自动过滤器公司（AUTOMATIC FILTERS,INC.）美国施罗德工业公司（Schroeder）美国RPA工艺流程技术公司（RPA Process Technologies） 国外著名厂商及其产品以色

19、列福特马特（FILTOMAT）:已有上万台福特马特（FILTOMAT）自清洗过滤器应用在世界60多个国家和地区 的工业、农业、市政等各种行业。自1996年进入中国市场后，有数千台自清洗 过滤器先后成功应用在中国冶金、电力、化工、轻工、汽车、市政及农业等行业。 以色列 Amiad 过滤系统 其适用范围包括：供水、冷却水、水处理和废水。可用于以下工业：化工业、石化业、电厂、采矿业、塑料行业、钢铁业、食品工业、造纸业、纺织业、水处理业、市政供水，如医院、商业中心、高层建筑、饭店、高尔夫球场、农业节水灌溉等等.以色列阿科ARKAL 公司ARKAL 公司是叠片过滤技术的创始者， 美国Orival（欧锐）公司 近20几年以来，以其在自清洗过滤专业领先的技术、经验、优质的产品成功地为冶金、化工、炼油、石化、食品、制糖、采 矿、造纸、电力、电子、汽车、飞机、制药以及污水处理、暖通空调、草皮和农业灌溉等领域的用户解决了过程水过滤自动清洗过滤的难题，赢得了用户的信赖， 美国全自动过