3.6 过滤 过滤目的：从悬浮液中分离出固体颗粒。 过滤原理：在外力的作用下，悬浮液中的液体通过多孔介质的 3.6 过滤 过滤目的：从悬浮液中分离出固体颗粒。 过滤原理：在外力的作用下，悬浮液中的液体通过多孔介质的 孔道而固体颗粒被截留下来，从而实现固、液分离。 过滤术语： 滤浆：过滤操作所处理的悬浮液 过滤介质：所用的多孔物质（过滤介质是织物时，称为滤布)； 滤液：通过介质孔道的液体； 滤饼（滤渣）：被截留的物质。

(1) 工业过滤方式: 深层过滤、滤饼过滤 特点：固体颗粒的沉积发生在较厚的粒状过滤介质内部，过滤介质表面上无颗粒层形成 。 (1) 工业过滤方式: 深层过滤、滤饼过滤 悬浮液 过滤介质 滤液 深层过滤 清液 过滤介质 悬浮液 滤饼 滤饼过滤 特点：固体颗粒的沉积发生在较厚的粒状过滤介质内部，过滤介质表面上无颗粒层形成 。 特点：固体颗粒呈饼层状沉积于过滤介质的上游一侧，形成滤饼层 。 适用：处理颗粒含量较高的悬浮液，是化工生产中的主要过滤方式。 适用：悬浮液中颗粒尺寸甚小而且含量甚微的场合。

滤饼过滤中 流体→滤饼层(固定床)+过滤介质 过滤后期，滤饼为主要的“过滤介质”。

(2) 过滤介质 要求：具有多孔性，足够的机械强度。 ①　丝织物品：棉、麻、合纤、金属网(滤布、滤纸)； ②　多孔性固体介质：多孔塑料； ③　堆积介质：砂、木炭、石棉粉等。 (3) 过滤推动力 克服流体流动阻力，提高过滤速度。 过滤推动力 : 重力、离心力、压力差。 化工生产上常用压差作推动力，压差有可调性。

(4) 滤饼的压缩性 不可压缩滤饼： 推动力↑时，ε不变；阻力随厚度↑； 可压缩滤饼：推动力↑时，ε↓，阻力↑↑。 (5) 助滤剂 目的：减小过滤阻力； 使用方法：预涂法、预混法。 要求：助滤剂应能较好地悬浮于料液中，颗粒大小合 适，助滤剂中还不应含有可溶于滤液的物质。 注意：当滤饼是产品时不能使用助滤剂。 (6) 过滤过程特点 ▲ 服从流体经过固定床的流动规律， ▲ 随过滤进行，床层厚度↑，过滤阻力↑。

3.6.2 过滤过程的物料衡算 设：获得单位体积滤液所形成滤饼体积 v ， (1) 对所得固体颗粒进行质量衡算 3.6.2 过滤过程的物料衡算 (1) 对所得固体颗粒进行质量衡算 滤饼中固体颗粒质量=滤浆质量×滤浆中固体颗粒质量分率x 设：获得单位体积滤液所形成滤饼体积 v ， (2) 对滤饼进行质量衡算

计算前提：* 过滤过程可视为流体通过固定床的流动； 3.6.3 过滤基本方程式 (1) 过滤速度与过滤速率 过滤速率： 过滤速度： 计算前提：* 过滤过程可视为流体通过固定床的流动； * 滤液通过滤布和滤饼的流动多处于层流区。 ① 滤饼层阻力

② 过滤介质 (滤布) 阻力 Le：滤布阻力折成滤饼阻力的当量厚度。 ③ 过滤总阻力

(3) 滤饼比阻 r 及常数 k (2) 过滤的基本方程式 滤饼厚度： 当量滤饼厚度： ① 滤饼比阻 说明：滤饼结构对过滤阻力的影响，大小与滤饼特性 常数 a、ε有关。

影响因素：滤液性质、滤浆浓度、滤饼性质 。 r与压差Δp关系 不可压缩滤饼：a、ε=常数，则 r 与Δp无关 可压缩滤饼： r0：单位压差下的滤饼比阻，与Δp无关。 s ：压缩指数 不可压缩滤饼 s =0； 可压缩滤饼 s≠0 (0.2-0.8)。 ② 滤饼常数 k 反映物料特性的常数。 影响因素：滤液性质、滤浆浓度、滤饼性质 。 说明：k与Δp无关。

3.6.4 过滤计算 计算内容： 设计型、操作型。 过滤的操作方式： 恒压过滤：Δp一定，过滤阻力↑，u↓； 3.6.4 过滤计算 计算内容： 设计型、操作型。 过滤的操作方式： 恒压过滤：Δp一定，过滤阻力↑，u↓； 恒速过滤： u 一定， 则需Δp↑； 先恒速，后恒压组合操作。 明确：过滤过程 —— 非稳态过程。

（1）恒压过滤 过滤基本方程式：

(2) 恒速过滤 特点：速度恒定，V均匀 ， 要求Δp↑ 。

(3) 先恒速后恒压过滤——分段计算（注意边界条件）

(4) 过滤常数的测定 测定数据： 实验条件： 同种悬浮液，恒定压差、恒定温度 ①　实验测定 K ， qe，τe

Δp 与过滤常数 K 的关系： 根据定义： 不可压缩滤饼： 可压缩滤饼：

②　实验测定 s ， r0 log(K) log(p) a b 不同压差下，测K，做图求 s，r0。

目的：回收滤饼中滤液，或除去滤饼中可溶性杂质； 3.6.5 滤饼的洗涤 目的：回收滤饼中滤液，或除去滤饼中可溶性杂质； 方法：恒压洗涤，压差为过滤的最终压差； 特点：洗涤速率恒定（滤饼厚度不变，阻力恒定） 计算的内容：使用一定量洗涤液时所需要的洗涤时间 。 洗涤液用量：取决于对滤渣的质量要求或滤液的回收要求； 洗涤速率 ：与洗涤液的性质及洗涤方法有关，后者又与所用的 过滤设备结构有关 。

3.6.6 过滤机及其生产能力 以压力差为推动力：板框式压滤机（间歇操作）； 叶滤机（间歇操作）； 回转真空过滤机（连续操作）。 3.6.6 过滤机及其生产能力 以压力差为推动力：板框式压滤机（间歇操作）； 叶滤机（间歇操作）； 回转真空过滤机（连续操作）。 以离心力为推动力：离心过滤机。 (1) 板框式压滤机 ①　结构和工作原理 滤框、 滤板— 洗涤板，非洗涤板。 料液通道 2钮 1钮 3钮 洗涤液通道 洗涤板 框 非洗涤板

操作周期：组装→过滤→洗涤→卸渣→整理。 排列方式：板、框交替，个数可调。 操作方式：间歇操作 操作周期：组装→过滤→洗涤→卸渣→整理。 过滤过程： 滤 液 滤浆

优点：操作灵活，过滤面积大，可承受较大压力； 缺点：劳动强度大，操作不连续，生产效率低。 洗涤过程： 洗液 废洗液 优点：操作灵活，过滤面积大，可承受较大压力； 缺点：劳动强度大，操作不连续，生产效率低。

②　板框过滤机的生产能力 生产能力：一个周期内，单位时间可获得滤液量。 洗涤时间τw的计算： 洗涤条件：洗涤压差=过滤最终压差； 洗涤时，滤饼厚度不变； 洗涤液粘度与滤液相近。

洗涤方法：横穿洗涤法 洗涤 L 过滤 L 推动力 过滤终了Δp 洗涤Δp 滤液穿过滤饼厚度 L/2 L 流通截面 2A(A框面积) A 速率 速率间关系：

最终过滤速率：

③ 最佳过滤周期 最佳：安排操作周期，使生产能力最大。 时，过滤机生产能力最大

(2) 叶滤机 ① 结构和工作原理 主要部件：机壳，滤叶 操作方式：间歇操作 操作周期：过滤 → 洗涤 → 卸渣 洗涤方式：置换法 ①　结构和工作原理 主要部件：机壳，滤叶 操作方式：间歇操作 操作周期：过滤 → 洗涤 → 卸渣 洗涤方式：置换法 4 2-金属网; 2 5 3 1 滤叶的构造 1-空框; 3-滤布; 4-顶盖; 5-滤饼 ②　叶滤机的生产能力

③　最佳操作周期 (3) 回转真空过滤机 ① 结构和工作原理 主要部件：水平转筒、分配头； 操作方式：恒压、连续操作； 操作周期 (旋转一周)： 过滤 → 洗涤 → 吸干 → 吹松 → 卸渣。

回转真空过滤机操作简图 洗涤脱水区 3 2 1 4 卸渣区 5 6 过滤区 1-转筒；2-分配头；3-洗涤水喷嘴 4-刮刀；5-悬浮液槽；6-抖搅器 卸渣区 洗涤脱水区 过滤区 1 2 3 4 5 6 回转真空过滤机操作简图

1 2 3 4 5 转动盘 固定盘 1、2－与滤液储槽相同的槽；3－与洗液相通的槽； 4、5－通压缩空气的孔 回转真空过滤机的分配头

设：转筒过滤面积A，一生产周期得滤液量V， ② 生产能力 Vh 卸渣区 洗涤脱水区 过滤区 1 2 3 4 5 6 设：转筒过滤面积A，一生产周期得滤液量V， 转筒浸没分率φ，转数 n（rps） 生产周期： 过滤时间： 过滤基本方程式：

n： 0.1-3 rpm，过高，滤饼薄，不易卸料； φ ：过滤面积为转筒总面积的30%- 40% 为宜。 (4) 其它过滤设备 ① 预涂层转鼓真空过滤机 普通回转真空过滤机的改进型式 优点：滤饼层很薄，过滤速度较高，滤饼可卸得很干净 ； 适用：一些粒度小、易受压变形，且渗透性很差的固体颗粒 形成的悬浮液。

特点：滤饼薄，过滤速度大，可用于颗粒小、可压缩性滤饼的过滤；卸饼快且干净；辅助时间较短。 ②　真空式带式过滤机 1－预涂层加料槽 2－配料罐 3－悬浮液 4－密封罩 5－滤饼 6－真空室 特点：滤饼薄，过滤速度大，可用于颗粒小、可压缩性滤饼的过滤；卸饼快且干净；辅助时间较短。 适用：有色冶金、化工、制药、磷酸工业和环境保护。

（a） （b） ③ 可变容积过滤机 可变容积过滤机的结构类似于板框压滤机，但其滤板用钢 材加强的硬橡皮制成，因厚度小，使过滤空间增大。 1－料液 2－滤饼 3－滤液 4－滤布 5－橡皮膜 （b）过滤 1－被压缩滤饼 2－钢板 3－压缩空气 （a） （b）

④ 管式压滤机 管式压滤机由一根或多根钻孔管组成，这些管由支撑板支撑排列在受压的筒体容器内，有卧式和立式两种类型。 卧式 立式 优点：更换过滤介质容易，过滤周期可根据需要调节，滤饼损失量小，滤液在壳内容易排净，得到的滤饼含湿量小且维修方便。 缺点：更换介质等需人工操作，密度大的颗粒可能沉积在封头与管板组成的加料室内。 适用：小型工厂和中试场合，过滤较细颗粒物料。

脱水过程：重力过滤区、楔形挤压区、挤压压榨区 挤压区段是该机的主要脱水区 ⑤ 带式压榨过滤机 1－加料；2－重力区；3－上带调偏；4－下带张紧；5－上带张紧；6－楔行区；7－下带调偏听偏；8－卸料；9－压力区 脱水过程：重力过滤区、楔形挤压区、挤压压榨区 挤压区段是该机的主要脱水区

3.6.7 离心过滤 (1) 工作原理 过滤推动力：离心力； 离心机分类：常速、高速、超速离心机。 (2) 离心过滤计算 3.6.7 离心过滤 (1) 工作原理 过滤推动力：离心力； 离心机分类：常速、高速、超速离心机。 (2) 离心过滤计算 作用在薄圆筒形液体上的离心力为： R1 h 离心机过滤 R3 由此产生的径向压力差为：

颗粒在旋转流体中的运动

忽略介质阻力, 离心过滤的基本方程式为: 若滤饼厚度相对转鼓半径可忽略不计,则过滤面积可视为常数, 令 则积分基本方程式有: (3) 离心过滤机型式及操作

适用：小批量物料处理，各种盐类结晶的过滤和脱水。 ① 三足式离心机 1－底盘；2－支柱；3－缓冲弹簧；4－摆杆；5－鼓壁；6－转鼓底；7－拦液板；8－机盖；9－主轴；10－轴承座；11－制动吕手柄；12－外壳；13－电动机；14－制动轮；15－滤液出口 优点：构造简单、运转周期灵活； 缺点：卸料时劳动条件差、检修不方便； 适用：小批量物料处理，各种盐类结晶的过滤和脱水。

② 刮刀卸料式离心机 优点：连续运转、生产能力大、劳动条件好； 适用：直径在0.1mm以上的颗粒的过滤； 不适用：细、粘颗粒的过滤，必须保持晶粒完整的物料的过滤。

适用：颗粒直径较大（>0.15mm)、浓度大（>30%)的滤浆 食盐、硫酸铵、尿素等的生产中。 ③ 活塞往复式卸料离心机 1 2 1－原料液 2－洗涤液 3－脱液固体 4－洗出液 5－滤液 适用：颗粒直径较大（>0.15mm)、浓度大（>30%)的滤浆 食盐、硫酸铵、尿素等的生产中。