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技术指导
过滤器原理
来源:上海伟 秀过滤设备有限公司   发布时间:2013-10-29   被阅读3819次

过滤器原理

过滤在 工业上指通过一种介质使固体分开而实现固液分离的过程,均称为过滤。

袋式过 滤器是一种新型的过滤器过滤系统,过滤器 内部由不锈钢过滤袋网篮支撑过滤袋,液体由入口流进,经过滤袋过滤后流出,杂质则 被拦截在过滤袋中,过滤袋 可更换或清洗后继续使用。

工业上 常用的过滤介质:织物介质、粒状介质、多孔介质陶瓷介质。在选煤 厂多用织物介质。选煤厂 真空过滤设备可分两类:圆盘式 真空过滤设备和圆筒式真空过滤设备。主要用 于过滤浮选精煤,也可用 于过滤煤泥或浮选尾煤。

(一)过滤原理

过滤是 将悬浮在液体或气体中的固体颗粒分离出来的一种工艺。其基本原理:在压力差的作用下,悬浮液中的液体(或气体)透过可渗性介质(过滤介质),固体颗 粒为介质所截留,从而实 现液体和固体的分离。

1)实现过 滤具备的两个条件:

①具有实 现分离过程所必需的设备;

②过滤介 质两侧要保持一定的压力差(推动力)。

2)常用的 过滤方法可分为重力过滤、真空过滤、加压过 滤和离心过滤几种。

重力压 力差由料浆液柱高度形成;真空过 滤的推动力为真空源。

3)过滤具有特点:从本质上看,过滤是 多相流体通过多孔介质的流动过程。

①流体通 过多孔介质的流动属于极慢流动,即渗流流动。有两个影响因素,一是宏 观的流体力学因素,二是微 观物理化学因素。

②悬浮液 中的固体粒五是连续不断地沉积在介质内部孔隙中或介质表面上的,因而在 过滤过程中过滤阻力不断增加。

4)过滤的分类:分为两大类,分别为:滤饼过滤和深层过滤,滤饼过 滤应用表面过滤机,深层过滤时,固体粒 子被截留于介质内部的孔隙中。

5)滤饼过滤和深层过滤:

①滤饼过 滤通常浓度较高的悬浮液,其体积浓度常高于1%。如果在 料浆中添加絮凝剂,一些低 浓度的悬浮液也可采用滤饼过滤。

②深层过 滤多从很稀的悬浮液中分离出微细固体颗粒,故通常 用于液体的净化。在效率相近的情况下,深层过 滤器的起始压力一般比表面过滤机高,且随着 所收集的颗粒增多其压力降会逐渐增高。

6)过滤的目的:在于回 收有价值的固体,或为获 得有价值的液体;或两者 兼而收之或两者均作为废物丢弃。

1、不可压 缩滤饼的过滤过程

(1)不可压 缩滤饼的过滤过程

不可压缩滤饼:过滤时,流过滤 饼的液体通过表面的运量传给固体颗粒的一个曳应力,该力通 过点接触的颗粒向前传递并沿流动方向逐渐积累。若滤饼 结构在此累积的曳应力的作用下颗粒不相互错动,滤饼的 孔隙度不产生变化,则称这 种滤饼为不可压缩滤饼。

工业上 可压缩滤饼的原因:①料浆中 实际上很少存在的单个颗粒,而常存 在着程度不同的聚团,聚团界 面承受不了液体的曳应力而使滤饼变形;②-10μm颗粒表 面几乎均有盐膜,盐膜在 流体作用下会产生变形;③固体颗 粒在凝聚剂或絮凝剂作用下形成的凝聚体或絮团仅具很小的抗剪切性能,在液体 作用下极易产生形变。

(2)过滤的基本方程

①达西提出的过滤方程:

  Q=dV/dt=KA△P/(μL)   &   μ=dV/Adt=K△P/(μL)

式中:Q——滤液的流量,

A——过滤面积,

t——过滤时间,s;

V——时间t内累积的滤液体积,m3;

u——液体通 过过滤层的平均线速度,m/s;

L——滤层的厚度,m;

K——滤层的渗透性系数,m2;

△P——跨过滤层的压强降,Pa;

   μ——滤液的粘度,Pa·S

由于滤层厚度L和滤层渗透性系数k实质上 是以阻力形式影响过滤方程的,因此,上式通常表示为:

  u=△P/μR=△P/[μ(Rm+Rc)]

式中: R——滤层阻力,其值为L/K,1/m;

    Rm,Rc——过滤介质和滤饼阻力,1/m。

  ②影响滤饼阻力的因素:

  对于不 可压缩滤饼而言,滤饼阻 力通常与过滤介质表面沉积的固体物料量成线性关系,即:Rc=αmω

式中: αm——滤饼的质量比阻,m/kg;

    ω——单位面 积介质上沉积的滤饼质量,kg/m2。

故有:u=dV/Adt=△P/[μ(αm+Rm)]

上式就 是过滤的基本方程,也就是 人们所熟知的鲁思过滤方程。式中,△P=△Pm+△Pc,△Pm、△Pc分别为 克服滤饼阻力和过滤介质阻力所需的压强差。

  鲁思方 程中一个重要的参数是滤饼的比阻。显然,它直接 反映过滤的难易程度。由于ω=Lkρs(l-ε)

式中:ε——滤饼孔隙率(滤饼中 孔隙体积与滤饼总体积之比);

   ρs——固体密度,kg/m3;

   Lk——滤饼厚度,m。

则  Rc=αmLkρs(l-ε)

  ③科泽尼—卡曼方程

科泽尼 及其后的卡曼在研究澄清液通过填充床的规律时,利用了 流体穿过毛细管的泊肃叶定律。他们假 设粉末填充床的孔隙空间为一束平行的、有共同 当量半径的毛细管,该当量 半径用填充床孔隙的水力半径来表示,从而导 出了著名的科泽尼—卡曼方程。

   Uu=ε3△P/[K1(1-ε)2S02μLk] ---------------------(3-13)

式中:ε3,K1——充填床 的孔隙率和厚度,m;

     S0——颗粒的比表面积(颗粒表面积/颗粒体积),m2/m3,

K1——科泽尼常数,计算时一般取K1=5。

它和鲁 思方程共同奠定了过滤理论的基础。

(3)过滤方程的应用

应用广 泛常用于过滤机的设计、操作控制、过程强 化和比例放大等,但应用 的初始条件还是应由实际操作条件决定。过滤操 作方式一般有以下几种:

①恒压过滤——在整个 操作过程中维持过滤压强不变。实际生 产中向过滤机供料时,利用压 缩空气维持料浆储罐的压强、利用高 位恒压料槽和真空泵维持恒定的过滤压强均属于这一类。

②恒速过滤——在整个 过滤过程中维持过滤速率恒定不变。用板框 压滤机或加压叶滤机处理离心泵输送的悬浮液时,过滤的 早期阶段就近似恒速操作,用定量 泵输送滤料亦属于这一此类。

③变压变速过滤——实际工业过滤操作中,过滤压 力和过滤速率大多是变化的。过滤的 操作主要取决于过滤机进料系统的进料泵性能。

④先恒速后恒压过滤——过滤操 作不宜始终在恒压或恒速的条件下进行。若始终恒速操作,过滤过 程末期因压力可能升得很高而使设备产生故障;若全过程恒压操作,则过滤 初始滤饼很薄而阻力很小,较高的 过滤压力或使细粒透过介质而污染滤液,或堵塞 过滤介质而使阻力升高。

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