廣西柳州砂過濾過濾器的基本原理

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{過程特點}

從物理學(xué)觀點來看，過濾操作屬于流動過程，即復(fù)相流體通過多孔介質(zhì)的流動過程，這一過程具有以下兩個顯著特點。

1、流體通過多孔介質(zhì)（包括過濾介質(zhì)和濾餅）的流動屬于極慢運動（也即滯留運動）。影響這種流動的有兩類因素，一類為宏觀的流體力學(xué)因素，諸如過濾介質(zhì)特性、濾餅結(jié)構(gòu)、壓差、濾液的粘度等，另一類為微觀物化因素，如電動現(xiàn)象、毛細(xì)現(xiàn)象、絮凝現(xiàn)象等。固體粒徑越大，宏觀因素影響越占主導(dǎo)地位，反之，則微觀物化因素占主導(dǎo)地位。

2、懸浮于流體中的固體粒子是連續(xù)不斷地沉積在過濾介質(zhì)內(nèi)部孔隙或表面上的，沉積在介質(zhì)表面上的濾餅不斷受到壓縮，因此隨著過濾的進行，流動阻力不斷增加。

{過程的推動力}

為了過濾能夠進行并獲得通過過濾介質(zhì)的液流，必須在過濾介質(zhì)兩側(cè)保持一定的壓差以克服過濾過程的阻力。過濾操作中的推動力有下述四種類型：

1、重力；2、真空度；3、壓力；4、離心力。

相應(yīng)地，過濾操作分別稱為重力過濾、真空過濾、加壓過濾、離心過濾。

重力過濾指懸浮液借助于本身的凈液柱高度來作為過程推動力而進行的操作方式。由于漿料液柱所能提供的壓差一般較低，約為4.9×104Pa,所以應(yīng)用較少。

真空過濾借助于過濾介質(zhì)兩側(cè)的真空度大小不同來完成，通常是接觸濾漿的一側(cè)為大氣壓，而過濾面的背后側(cè)與真空源相通。常用真空度為（5.33～8.00）×104Pa。

加壓過濾的壓力用壓縮機或泵來提供。若用壓縮機供壓，常用過濾壓差為（4.9～29.4）×104Pa；用泵來提供時，通常不超過4.9×104Pa。

離心過濾的壓差則由載有過濾介質(zhì)的離心機來提供。常用強度為1.5×106Pa。

{過程分類}

工業(yè)上過濾操作過程有兩種主要形式：濾餅過濾和深層過濾。

{濾餅過濾}

(1)濾餅過濾的特點  

濾漿通過過濾介質(zhì)后，固體顆粒被過濾介質(zhì)截留，在介質(zhì)表面上形成一層厚度約6mm或大于6mm的濾餅。工業(yè)上的過程大都屬于濾餅過濾。

濾餅過濾實質(zhì)上是一種表面過濾機制，其過濾分為兩個步驟完成：首先是清潔過濾介質(zhì)起作用，固體顆粒和液體均以90。的角度流向過濾介質(zhì)，通過過濾介質(zhì)的篩過作用，將顆粒粒徑相當(dāng)于或略大于介質(zhì)孔隙的固體顆粒截留下來，沉積于介質(zhì)表面，并形成許多窄的通道，將液流中更小的顆粒截留下來，而使得越來越多的顆粒沉積于介質(zhì)表面，形成濾餅；隨后，形成的濾餅在繼續(xù)加入的懸浮液的過濾過程中起到了過濾介質(zhì)的作用。

濾餅過濾主要適用于固體顆粒物濃度較高(體積分?jǐn)?shù)大于1％)的懸浮液。這是因為在濾餅過濾過程中，對于稀的懸浮液，由于其中存在的顆粒粒徑較小的固體物料有可能穿過過濾介質(zhì)的孔隙，或沉積于孔隙內(nèi)造成堵塞。為了有效地防止這一現(xiàn)象，往往需要采取一定措施，通常使用助濾劑在過濾介質(zhì)表面形成一層預(yù)敷層(即初始濾餅層)來解決。

濾餅過濾的另一缺點是在過濾過程中，濾液流動的阻力會逐漸增大，因而使得過濾一定量的料漿時，必定增加過濾時間，或者要提高過濾推動力。為了克服這一缺點，產(chǎn)生了許多新的濾餅過濾方式，借以限制濾餅層形成或增厚。比較典型的是通過水力學(xué)或機械的方法阻止濾餅層的形成或保持一層薄的濾餅，如Tiller和cheng提出的“延遲濾餅過濾”方式，利用刷子、液體噴射等機械排除法使固體顆粒不斷被擾動并返回到懸浮液中去，從而使懸浮液不斷增濃，達到固-液分離的目的。此刻，顆粒的運動方向平行于過濾介質(zhì)表面，而液體以一定的角度朝過濾介質(zhì)運動。其它限制濾餅增厚或形成的方法，隨其在工業(yè)上的利用范圍而定，一般有以下幾種：

通過與過濾介質(zhì)相切或斷離的重力、離心力、或電泳力使濾餅移走；    

靠間歇的逆向流動除去濾餅；

靠振動作用阻止濾餅沉積；

利用十字流過濾法，讓料漿與過濾介質(zhì)作切向運動，從而使濾餅受到連續(xù)地剪除。

這些措施經(jīng)大量實踐使用表明，能夠有效地提高過濾效果。

(2)濾餅的結(jié)構(gòu)及特點

從前面所述可以看出，在濾餅過濾過程中，濾餅的結(jié)構(gòu)特性對過濾產(chǎn)生決定性的影響。

濾餅可分為兩類：不可壓縮濾餅與可壓縮濾餅。不可壓縮濾餅是指濾餅的特征參數(shù)不受固粒壓縮力的影響；可壓縮濾餅則受固粒壓縮力的影響。    

當(dāng)濾餅呈不可壓縮性時，一定體積的濾餅所產(chǎn)生的流體阻力，既不顯著地受固粒壓縮力的影響，也不明顯地受固粒沉積速度的影響，對過濾相對有利。實際過程中，不可壓縮濾餅是一種理想狀態(tài)，因為由不易變形的固體粒子組成的濾餅，由于顆粒受壓縮時重新排列的緣故，也可能顯示出某些壓縮性。

對于可壓縮濾餅，濾餅兩端的壓差或流動速率增加時，都將促使形成更為緊密的濾餅，因而具有較大的阻力。所以，可壓縮性很大的物料，只能略微增加壓強，使過濾速率作有限地增加，如果超過某一臨界壓強，過濾速率反而減少，而影響過濾效果。

(3)濾餅過濾步驟

一個完整的濾餅過濾操作包括過濾、洗滌、去濕及卸料四個步驟，如此循環(huán)進行。下面重點介紹一下濾餅洗滌和脫水過程。

濾餅洗滌  當(dāng)過濾結(jié)束時，由過濾得到的濾餅，往往會有一部分濾液借表面張力的作用而保持在濾餅顆粒之間，這部分濾液一般均需用另一種不含雜質(zhì)或接近于不含雜質(zhì)的液體(又稱洗液，且能與濾液*互溶，通常為水)穿過濾餅層而將其置換出來，這一操作稱為濾餅洗滌過程。工業(yè)生產(chǎn)上洗滌濾餅的目的在于回收有價值的濾液，此時濾液是產(chǎn)品；或除去濾餅中的雜質(zhì)，此時產(chǎn)品是不允許被濾液污染的濾餅。濾餅洗滌有兩種方式，一種是濾餅在過濾機上直接用洗液進行洗滌；另一種是將濾餅從過濾機上卸除下來，放在貯槽中用洗液混合攪拌洗滌，然后再用過濾方法除去洗液。

{深層過濾}

深層過濾是利用過濾介質(zhì)的內(nèi)表面(即孔隙)進行過濾的一種方式，如圖所示，固體粒子被截留于過濾介質(zhì)的內(nèi)部孔隙中，而不是在介質(zhì)表面形成濾餅。

深層過濾介質(zhì)一般采用O．4～2．5mm的砂?；蚱渌嗫捉橘|(zhì)。料漿流動方向通常都是向下的。深層過濾大多采用間歇操作。

深層過濾常用在料漿濃度極稀、固體粒子粒徑極細(xì)的場合。如飲水凈化以及從合成纖維紡絲中除去極細(xì)固體粒子等均屬于此類。使用深層過濾時，料漿濃度一般低于0.1%(體積分?jǐn)?shù))。此外，深層過濾時，固體顆粒粒徑小于過濾介質(zhì)孔隙直徑。

深層過濾過程的缺點是過濾介質(zhì)的堵塞，因此，為維持所需流量，須不斷地增大能量以克服不斷增長的阻力，當(dāng)所需能量增大到可用的zui大數(shù)值時，就采取措施清洗過濾介質(zhì)。因此，深層過濾包括兩個過程，即過濾和清洗。