无机盐生产过滤

关于无机盐生产过滤第1页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三一、过滤过程二、过滤介质三、过滤分类本节的主要内容第一节过滤操作的基本概念第2页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三混合物的分离：液体和气体混合物什么现象属于过滤？混合物中的流体在推动力（重力、压力、离心力）的作用下通过过滤介质，固体粒子被截留，而流体通过过滤介质，从而实现流体与颗粒物的分离。液-固分离，气-固分离如砂滤池、袋式除尘器、口罩……

过滤分离的对象？粗大颗粒、细微粒子、细菌、病毒和高分子物质等

一、过滤过程第一节过滤操作的基本概念第3页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三固体颗粒：由一定形状的固体颗粒堆积而成，包括天然的和人工合成的。

天然：石英砂、无烟煤、磁铁矿粒等。

人工：聚苯乙烯发泡塑料球等。固体颗粒过滤介质在水处理中的各类滤池中应用广泛，通常称为滤料。二、过滤介质第一节过滤操作的基本概念第4页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三

织物介质：又称滤布，如棉、麻、丝、毛、合成纤维、金属丝等编制成的滤布。

多孔固体介质：如素烧陶瓷板或管、烧结金属板或管等。

多孔膜：由高分子有机材料或无机材料制成的薄膜，根据分离孔径的大小，可分为微滤、超滤等。第一节过滤操作的基本概念第5页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三1.按过滤机理分：表面过滤和深层过滤2.按促使流体流动的推动力分：1）重力过滤2）真空过滤3）压力差过滤4）离心过滤三、过滤分类

第一节过滤操作的基本概念第6页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三重力过滤：悬浮液的重力和位差在过滤介质上形成的压力作为过滤的推动力。真空过滤：在滤液出口处形成负压作为过滤的推动力。压力差过滤：以在悬浮液进口处施加的压力或对湿物料施加的机械压榨力作为过滤推动力离心过滤：以离心力的作用作为过滤的推动力。第7页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三

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目前国内过主要滤设备的种类

目前我国在用的过滤设备种类繁多，性能差异很大，用于细粒物料过滤的设备，按工作原理划分主要有以下几类：

1.真空过滤机

2.压滤机

3.沉降离心过滤机

4.加压过滤机第8页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三真空过滤机1.1盘式真空过滤机曾广泛应用于煤炭、冶金、化工等领域，是我国９０年代以前应用最多的过滤设备之一。●工作原理：以真空作为过滤动力源，通过分配头的配气，将滤盘分成过滤成饼、滤饼干燥、卸料饼、再生等功能扇区，在滤盘旋转的作用下实现连续过滤。在压差的作用下浆体中的固体颗粒附着沉积在过滤介质表面形成滤饼，滤液则通过过滤介质汇集到滤盘内腔经分配头抽出。ＧＰＳ型深槽盘式真空过滤机第9页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三真空过滤机●优点：价格低廉、运行可靠●缺点：过滤压差低、产品水分高、处理能力小、能耗高●改进：

80年代后期，我国引进了国外公司的盘式真空过滤机，通过消化吸收，我国也研制成功了新一代的盘式过滤机。新型真空过滤机的主要特点，是外置式滤液管，增大了滤盘浸入深度、减小滤扇夹角、增加刮刀卸料装置过滤；改进后效率有所提高。目前在小型选煤厂用的较多。

ＰＧ型盘式真空过滤机第10页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三真空过滤机1.2真空转鼓式过滤机

目前在化工、造纸等行业广泛应用的机型，能够对滤布进行洗涤，但同样体积下比盘式真空过滤机的过滤面积要小很多。真空转鼓式过滤机第11页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三真空过滤机1.3其它种类真空过滤机水平真空带式过滤机折带式真空过滤机第12页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三微孔陶瓷盘式真空过滤机1.4微孔陶瓷盘式真空过滤机

在90年代研制成功的高效节能过滤设备。目前主要用于有色金属行业。●原理：采用微孔（约2-3μm）陶瓷作为过滤介质，利用毛细孔虹吸原理使耗气量大幅度减少，解决了普通真空式过滤能耗过高的问题；采用酸洗或超声波对过滤介质进行再生。微孔陶瓷盘式真空过滤机第13页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三微孔陶瓷盘式真空过滤机优点：●能耗低；亲水性材料形成的毛细孔，在液膜张力的作用下，具有透水不透气的特性，从而大大降低了过滤气源的消耗。同等条件下功耗只有普通真空过滤机的1/50。●滤液浓度低；由于采用了微孔材料作为过滤介质，使滤液中固体含量大幅度降低，可简化滤液后续处理工艺。问题：●目前解决滤孔堵塞问题主要采用酸洗和超声波清洗，在有色金属行业应用效果良好，但在煤炭等其它行业还存在问题，限制了更广泛的推广使用。●国外芬兰生产的微孔陶瓷盘式真空过滤机已经推广到有色冶金、黑色冶金、造纸、化工等行业，均取得了良好的效果。第14页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三

压滤机2.板框压滤机：

是我国应用历史最久远、使用领域最广、种类最多、数量最多、的过滤设备。在很多行业用于实现工业污水闭路循环的把关设备。2.1工作原理：

在油缸或压紧螺旋的作用下将滤板组压紧，相邻滤板中间形成滤室，有压浆体进入滤室后，依靠浆体自身压力进行过滤。具有同时参与过滤的面积大，可实现高压过滤优点。板框压滤机第15页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三压滤机2.2特点：●对过滤浆体的适用范围广，尤其是对极细、难过滤的物料也能实现有效的过滤作业。●滤液浓度低，在选择适合的滤布情况下，滤液含固量低；如在煤炭行业使用无纺滤布的情况下，滤液浓度小于0.2g/L，可直接循环利用。●结构简单，便于维修●属于间歇过滤，滤板之间容易喷料造成污染。●由于采用矿浆自身压力实现过滤，滤饼的孔隙中充满了液体，对于不可压缩的滤饼而言，靠挤压和瞬时气压穿流很难降低产品水分。第16页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三压滤机2.3板框压滤机的种类：按结构形式划分可分为手动、半自动、全自动、立式全自动、快开式等类型的压滤机；按工作原理或功能可划分为普通型、隔膜挤压型及隔膜挤压气体穿流型。快开式压滤机是目前我国板框类压滤机中最先进的机型，于90年代研制成功。其主要特点是增加了入料点，从而加快了过滤过程；滤板分组或一次拉开以减少卸料用时间，提高过滤效率；采用隔膜挤压滤饼以减小滤饼的空隙，并采用压缩空气对滤饼进行穿透干燥，进一步降低水分。目前快开式压滤机在煤炭、化工等行业已经得到了广泛的应用，效果良好，其工艺指标完全达到了国外同类产品的水平。第17页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三压滤机2.4其它种类的压滤机：

除了板框压滤机外，还有活塞式、旋叶式、折带式、等类型的压滤机。折带式压滤机主要用于城市污水处理、食品和化工等行业；其工作原理是依靠滤带和压辊的机械压力实现过滤作业，可连续工作。折带式压滤机第18页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三沉降式离心机3沉降式离心机：

主要应用于化工、城市污水处理、煤炭等行业，按工作原理可分为沉降式离心机和沉降过滤式离心机。3.1沉降式离心机工作原理：固体在离心力的作用下形成沉降层，由螺旋刮刀排出；溢流水从溢流口排出。第19页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三沉降式离心机3.2沉降过滤式离心机沉降过滤式离心机是在沉降式离心机的基础上，于60年代中期由美国率先开发成功的脱水设备，我国于80年代初由唐山分院研制成功，该机型综合了沉降式和过滤式离心机的优点，该种离心脱水机转鼓分为两段,第一段为沉降段,第二段为筛网过滤段；固体在第一段离心力的作用下形成沉降层,溢流水从溢流口排出，沉淀层被螺旋推到第二段在离心力和筛网，液体透筛进一步脱水，产品由排料口排出。3.2特点:●体积小，低耗能，产品水分低，比重越大过滤效果越好●对入料的浓度和入料量较苛刻●溢流液存在大量极细固体，比较难处理。第20页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三加压过滤机4.加压过滤机

加压过滤机是我国拥有自主知识产权的大型、高效、机电一体化固液分离设备，具有工艺指标先进、节能、环保和自动化水平高等特点。主要用于煤炭、有色金属、化工等行业。由唐山煤科院于1990年研制成功。第21页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三加压过滤机4.1工作原理

加压过滤机采用正压工作原理，将一台经过特殊设计制造的盘式或转鼓过滤机安装于加压仓内，以压缩空气作为过滤动力源，矿浆经盘式过滤机的过滤，在滤盘表面形成的分滤饼在反吹和卸料刮刀的作用下脱落、通过位于过滤机卸料口下方的刮板输送机输送到密封排料装置，由密封排料装置将其排出仓外，滤液经滤扇内腔通过分配头排出仓外，整个运转过程均由电控系统自动完成。第22页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三加压过滤机4.2概况：

加压过滤机作为大型高效机电一体化设备，为选煤行业解决细煤泥脱水问题提供了最有效的技术手段，是目前产品水分最低的、脱水效率最高的设备，已作为大中型选煤厂的国外生产加压过滤机的公司１９９６年进入中国市场，在国内推广使用了２0余台（截止２００７年０７月）。其处理浮选精煤的能力为４００～7００Ｋg／m２h，原生煤泥３００～４５０Ｋg／m２h，滤液浓度在５～８g／Ｌ。采用小过滤分配角、高压差工作模式，在处理浮选精煤方面其处理能力和产品水分两项指标不如国内水平，但在处理原生煤泥和滤液浓度方面，其工艺指标优于国内水平。在设备可靠性方面存在着充气密封圈使用寿命短（４～１２周）和矿浆槽放空阀故障频繁等问题。其系统采用ＰＬＣ控制，上位机作为人机操控界面，主要参数界面采用多界面切换显示模式。目前国内生产的加压过滤机已得到了广泛的应用，在充气密封圈的使用寿命、智能化控制、运行成本等方面有优于国外设备。第23页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三一、过滤基本方程二、过滤过程的计算三、过滤常数的测定四、滤饼洗涤五、过滤机生产能力的计算第二节表面过滤的基本理论

第24页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三表面过滤过程被过滤的颗粒粒径较小的情况表面过滤通常发生在过滤流体中颗粒物浓度较高或过滤速度较慢的情况。给水处理：慢滤池；污泥脱水：使用的各类脱水机（如真空过滤机、板框式压滤机等）。滤饼过滤多孔性介质第二节表面过滤的基本理论

第25页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三回转真空过滤机工作过程示意图第26页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三主要特征：随着过滤过程的进行，流体中的固体颗粒被截留在过滤介质表面并逐渐积累成滤饼层。滤饼层厚度：随过滤时间的增长而增厚，其增加速率与过滤所得的滤液的量成正比。过滤速度：由于滤饼层厚度的增加，因此在过滤过程中是变化的。

过滤速度是描述过滤过程的关键！推动力其他因素一、过滤基本方程第二节表面过滤的基本理论

第27页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三处理量：处理的流体流量或分离得到的纯流体量V（滤液量），单位为

m3过滤推动力：由流体位差、压差或离心力场造成的过滤压差p过滤面积：表示过滤设备的大小A，单位为m2过滤速度：单位时间通过单位面积的滤液量u过滤过程的主要参数第二节表面过滤的基本理论

第28页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三某一过滤时间t时的过滤状态

p

过滤压差

相应的滤液量为V

过滤速度u定义为：

dt——微分过滤时间,sdV——dt时间内通过过滤面的滤液量,m3

A——过滤面积,m2

Lm（表观）第二节表面过滤的基本理论

（7.2.1）第29页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三过滤速度与推动力之间的关系可用下式Darcy定律表示：Rm：过滤介质过滤阻力,1/mRc：滤饼层过滤阻力,1/m假设rm，r分别为过滤介质和滤饼层的过滤比阻,1/m2

Rm=rmLm；Rc=rL

(7.2.2)

(7.2.3)

Ruth

过滤方程r：与过滤介质上形成的滤饼层的孔隙结构特性有关。L：与滤液量有关，在过滤过程中是变化的。第二节表面过滤的基本理论

第30页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三假设每过滤1m3滤液得滤饼f，单位为m3

V：滤液体积，m3第二节表面过滤的基本理论

(7.2.5)另外，可把过滤介质的阻力转化成厚度为Le的滤饼层阻力

(7.2.6)(7.2.7)则：或：(7.2.8)第31页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三滤饼层的比阻r有两种情况：不可压缩滤饼：滤饼层的颗粒结构稳定，在压力的作用下不变形，r与p无关可压缩滤饼：在压力的作用下容易发生变形

r0：单位压差下滤饼的比阻，m-2Pa-1；s：滤饼的压缩指数，对于可压缩滤饼，s=0.2～0.8，对于不可压缩滤饼，s=0。第二节表面过滤的基本理论

经验式：(7.2.9)第32页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三将比阻计算式代入式（7.2.8），得：假设则：令q=V/A，qe=Ve/A（qe称为过滤介质比当量滤液体积），则

(7.2.12)（滤饼过滤基本方程）第二节表面过滤的基本理论

(7.2.10)(7.2.11)第33页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三K：过滤常数，如何测定?与下列因素有关：滤饼的颗粒性质悬浮液浓度滤液黏度滤饼的可压缩性qe：过滤介质特性参数第二节表面过滤的基本理论

第34页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三二、过滤过程的计算确定滤液量与过滤时间和过滤压差等之间的关系。（一）恒压过滤

在过滤过程中，过滤压差自始自终保持恒定。对于指定的悬浮液，K为常数。对式(7.2.11)或式(7.2.12)进行积分：第二节表面过滤的基本理论

(7.2.13a)(7.2.13b)第35页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三若过滤介质阻力可忽略不计，则简化为：

如果恒压过滤是在滤液量已达到V1，即滤饼层厚度已累计到L1的条件下开始时，应如何计算？K可通过实验测定。

L1V1积分时：时间0t，滤液量V1V

第二节表面过滤的基本理论

(7.2.14a)(7.2.14b)(7.2.15)第36页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三如何应用恒压过滤方程？设计型：已知要处理的悬浮液量和推动力，求所需的过滤面积。操作型：已知过滤面积和推动力，求悬浮液的处理量；已知过滤面积和悬浮液的处理量，求推动力。第二节表面过滤的基本理论

(7.2.15)第37页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三恒压过滤，若介质阻力可以忽略，滤饼不可压缩。（1）过滤量增大一倍，则过滤速率为原来的

＿。（2）当操作压差增加1倍，过滤速率为原来的

倍，在同样时间内所得到的滤液量将增大到原来的

倍。第38页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三（二）恒速过滤

恒速过滤是指在过滤过程中过滤速度保持不变，即滤液量与过滤时间呈正比。或代入式（7.2.11）第二节表面过滤的基本理论

(7.2.16b)(7.2.16a)或(7.2.17b)(7.2.17a)第39页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三在恒速过滤方程中，过滤压差随时间是变化的，因此过滤常数K随时间t变化。若忽略过滤介质阻力，则简化为:或第二节表面过滤的基本理论

(7.2.18a)(7.2.18a)第40页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三滤饼过滤基本方程（一）恒压过滤对于指定的悬浮液，K为常数（二）恒速过滤第41页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三实际上过滤模式常常采用：先恒速过滤后恒压过滤在开始过滤时，以较低的恒速操作，避免颗粒穿透过滤介质。当压差上升到给定数值后，再采用恒压过滤，直到过滤终止。计算：恒压过滤中的起始滤液量为恒速过滤末段的滤液量。第二节表面过滤的基本理论

第42页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三第二节表面过滤的基本理论

【例题7.2.2】用一台过滤面积为10m2的过滤机过滤某种悬浮液。已知悬浮液中固体颗粒的含量为60kg/m3，颗粒密度为1800kg/m3。已知单位压差滤饼的比阻为4×1011m-2pa-1，压缩指数为0.3，滤饼含水的质量分数为0.3，且忽略过滤介质的阻力，滤液的物性接近20℃的水。采用先恒速后恒压的操作方式，恒速过滤10min后，进行恒压操作30min，得到的总滤液的量为8m3。求最后的操作压差和恒速过滤阶段得到的滤液量。?√√√√??第43页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三第二节表面过滤的基本理论

第44页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三第二节表面过滤的基本理论

恒压过滤中的起始滤液量为恒速过滤末段的滤液量V1第45页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三三、过滤常数的测定

（一）过滤常数K，qe的计算对于恒压过滤，过滤积分方程改写为：

t/q

q

2qe/K

斜率1/K

第二节表面过滤的基本理论

(7.2.19)第46页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三（二）压缩指数s的计算在不同的过滤压差下做过滤实验求得相应的K，由上式可得s。第二节表面过滤的基本理论

(7.2.20)第47页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三四、滤饼洗涤

在某些过滤操作中，为了去除或回收滤饼中残留的滤液或可溶性杂质，需要在过滤结束时，对滤饼进行洗涤。洗涤过程需要确定的主要内容是计算洗涤速度和洗涤时间。第二节表面过滤的基本理论

第48页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三五、过滤机生产能力的计算过滤机的生产能力一般以单位时间得到的滤液量qV表示。（一）间歇式过滤机间歇式过滤机的每一个操作循环包括：

过滤tF洗涤tW卸料tD假设在每个操作循环中过滤机的滤液量为V，则间歇式过滤机的生产能力为：tT第二节表面过滤的基本理论

(7.2.26)++=第49页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三例题用叶滤机在等压条件下过滤某悬浮液，过滤开始后10min和20min，获得累积滤液量分别为1.327m3/m2和1.882m3/m2，所得滤饼需用1/5滤液体积的清水等速洗涤（洗涤水粘度和滤液粘度相同），每操作一周的辅助时间为15min，问每周期的过滤时间多长时才能使叶滤机达到最大的生产能力?第50页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三等压过滤1、qe、K，得到过滤方程。2、通过等压过滤方程得到过滤时间3、等速过滤，洗涤时间4、过滤机单位过滤面积的生产能力为5、令，求得qV最大时的qtF\tw\t过滤加洗涤所需时间等于1/2周期第51页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三例：用一板框过滤机，对某种悬浮液进行恒压过滤，过滤时间为20min,得到滤液20m3,

滤饼不洗涤，拆装时间为15min,滤饼不可压缩，介质阻力可忽略不计。试求该机的生产能力，以m3(滤液)/h表示之。如果将该机的过滤压力增加20%，拆装时间不变，试求该机的生产能力为多少m3(滤液)/h？

解：（1）第52页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三（2）介质阻力忽略不计：过滤压力增加20%，过滤面积A、滤液量V不变第53页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三（二）连续式过滤机

生产能力的定义与间歇式过滤机相同。一般在恒压下连续操作。但连续式过滤机在生产周期的任一时刻，过滤机不同部位同时进行着过滤、洗涤、卸饼和清洗等操作。第二节表面过滤的基本理论

第54页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三回转真空过滤机工作过程示意图第55页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三转筒真空过滤机的转速为n（r/s）,即旋转一周的时间为1/n(s)。起过滤作用的是浸没在液体中的转筒表面，所对应的圆心角与2之比称为浸没度。浸没度等价于过滤时间在旋转周期中所占的比例，因此每个周期中有效的过滤时间为：由式（7.2.13a）可求得每一周期可得的滤液量为：生产能力为：，单位为m3/s第二节表面过滤的基本理论

(7.2.29)(7.2.30)(7.2.31)第56页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三例题7.2.4√?√??√√??n=0.0064/δA=0.0064/0.005A一分钟内形成的滤饼体积转一圈形成的滤饼体积第57页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三第三节深层过滤的基本理论一、流体通过颗粒床层的流动二、深层过滤过程中悬浮颗粒的运动三、深层过滤的水力学本节的主要内容第58页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三深层过滤过程利用过滤介质间空隙进行过滤。通常发生在以固体颗粒为滤料的过滤操作中。滤料内部空隙大于悬浮颗粒粒径。悬浮颗粒随流体进入滤料内部，在拦截、惯性碰撞、扩散沉淀等作用下颗粒附着在滤料表面上而与流体分开。流体在颗粒滤料层中的流动规律第三节深层过滤的基本理论第59页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三深层过滤在水处理中的应用水处理中的快滤池、加压砂滤器深层过滤一般适用于流体中颗粒含量少的场合。快滤池第三节深层过滤的基本理论第60页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三假设混合颗粒的平均直径为dpm，则对于非球形颗粒：

：颗粒的球形度deVi：颗粒i的等体积当量直径各筛上筛留物的平均直径第三节深层过滤的基本理论(7.3.1)(7.3.2)一、流体通过颗粒床层的流动（一）混合颗粒的几何特性第61页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三（二）颗粒床层的几何特性

1.颗粒床层的空隙率

空隙率的大小与颗粒的形状、粒度分布、颗粒床的填充方法和条件、容器直径与颗粒直径之比等有关。非球形颗粒任意堆积时的床层空隙率往往要大于球形颗粒，一般为0.35～0.7。第三节深层过滤的基本理论(7.3.3)第62页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三2.颗粒床层的比表面颗粒的比表面a：单位体积颗粒所具有的表面积第三节深层过滤的基本理论床层的比表面积ab：单位体积的床层中颗粒的表面积ab与a之间的关系如下：ab主要与颗粒尺寸有关，颗粒尺寸愈小，床层的比表面愈大。(7.3.4)第63页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三对于非球形颗粒，

dea：等比表面积当量直径deV：等体积当量直径：形状系数与床层空隙率和颗粒尺寸有关.3、颗粒床层的当量直径第三节深层过滤的基本理论(7.3.5)(7.3.6)第64页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三（三）流体在颗粒床层中的流动

1.流动速度流体在孔道内的流动可以看成是层流。第三节深层过滤的基本理论床层空隙中的实际流速ul：(7.3.9)Kozeny-Carmam方程Kl

为Kozeny系数，与床层颗粒粒径、形状、床层空隙率等因素有关。在床层空隙率＝0.3～0.5时，Kl＝5。(7.3.11)第65页，讲稿共76页，2023年5月2日，星期三2.颗粒床