廣西柳州砂過(guò)濾過(guò)濾器的基本原理

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{過(guò)程特點(diǎn)}

從物理學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，過(guò)濾操作屬于流動(dòng)過(guò)程，即復(fù)相流體通過(guò)多孔介質(zhì)的流動(dòng)過(guò)程，這一過(guò)程具有以下兩個(gè)顯著特點(diǎn)。

1、流體通過(guò)多孔介質(zhì)（包括過(guò)濾介質(zhì)和濾餅）的流動(dòng)屬于極慢運(yùn)動(dòng)（也即滯留運(yùn)動(dòng)）。影響這種流動(dòng)的有兩類(lèi)因素，一類(lèi)為宏觀的流體力學(xué)因素，諸如過(guò)濾介質(zhì)特性、濾餅結(jié)構(gòu)、壓差、濾液的粘度等，另一類(lèi)為微觀物化因素，如電動(dòng)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(guò)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(guò)濾的進(jìn)行，流動(dòng)阻力不斷增加。

{過(guò)程的推動(dòng)力}

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

1、重力；2、真空度；3、壓力；4、離心力。

相應(yīng)地，過(guò)濾操作分別稱(chēng)為重力過(guò)濾、真空過(guò)濾、加壓過(guò)濾、離心過(guò)濾。

重力過(guò)濾指懸浮液借助于本身的凈液柱高度來(lái)作為過(guò)程推動(dòng)力而進(jìn)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(guò)濾借助于過(guò)濾介質(zhì)兩側(cè)的真空度大小不同來(lái)完成，通常是接觸濾漿的一側(cè)為大氣壓，而過(guò)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(guò)濾的壓力用壓縮機(jī)或泵來(lái)提供。若用壓縮機(jī)供壓，常用過(guò)濾壓差為（4.9～29.4）×104Pa；用泵來(lái)提供時(shí)，通常不超過(guò)4.9×104Pa。

離心過(guò)濾的壓差則由載有過(guò)濾介質(zhì)的離心機(jī)來(lái)提供。常用強(qiáng)度為1.5×106Pa。

{過(guò)程分類(lèi)}

工業(yè)上過(guò)濾操作過(guò)程有兩種主要形式：濾餅過(guò)濾和深層過(guò)濾。

{濾餅過(guò)濾}

(1)濾餅過(guò)濾的特點(diǎn)  

濾漿通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)后，固體顆粒被過(guò)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(guò)程大都屬于濾餅過(guò)濾。

濾餅過(guò)濾實(shí)質(zhì)上是一種表面過(guò)濾機(jī)制，其過(guò)濾分為兩個(gè)步驟完成：首先是清潔過(guò)濾介質(zhì)起作用，固體顆粒和液體均以90。的角度流向過(guò)濾介質(zhì)，通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)的篩過(guò)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(lái)，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(lái)，而使得越來(lái)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(guò)濾過(guò)程中起到了過(guò)濾介質(zhì)的作用。

濾餅過(guò)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?yàn)樵跒V餅過(guò)濾過(guò)程中，對(duì)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(guò)過(guò)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(guò)濾介質(zhì)表面形成一層預(yù)敷層(即初始濾餅層)來(lái)解決。

濾餅過(guò)濾的另一缺點(diǎn)是在過(guò)濾過(guò)程中，濾液流動(dòng)的阻力會(huì)逐漸增大，因而使得過(guò)濾一定量的料漿時(shí)，必定增加過(guò)濾時(shí)間，或者要提高過(guò)濾推動(dòng)力。為了克服這一缺點(diǎn)，產(chǎn)生了許多新的濾餅過(guò)濾方式，借以限制濾餅層形成或增厚。比較典型的是通過(guò)水力學(xué)或機(jī)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(guò)濾”方式，利用刷子、液體噴射等機(jī)械排除法使固體顆粒不斷被擾動(dòng)并返回到懸浮液中去，從而使懸浮液不斷增濃，達(dá)到固-液分離的目的。此刻，顆粒的運(yùn)動(dòng)方向平行于過(guò)濾介質(zhì)表面，而液體以一定的角度朝過(guò)濾介質(zhì)運(yùn)動(dòng)。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(guò)與過(guò)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(dòng)除去濾餅；

靠振動(dòng)作用阻止濾餅沉積；

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

這些措施經(jīng)大量實(shí)踐使用表明，能夠有效地提高過(guò)濾效果。

(2)濾餅的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

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

濾餅可分為兩類(lèi)：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(shí)，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(duì)過(guò)濾相對(duì)有利。實(shí)際過(guò)程中，不可壓縮濾餅是一種理想狀態(tài)，因?yàn)橛刹灰鬃冃蔚墓腆w粒子組成的濾餅，由于顆粒受壓縮時(shí)重新排列的緣故，也可能顯示出某些壓縮性。

對(duì)于可壓縮濾餅，濾餅兩端的壓差或流動(dòng)速率增加時(shí)，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(qiáng)，使過(guò)濾速率作有限地增加，如果超過(guò)某一臨界壓強(qiáng)，過(guò)濾速率反而減少，而影響過(guò)濾效果。

(3)濾餅過(guò)濾步驟

一個(gè)完整的濾餅過(guò)濾操作包括過(guò)濾、洗滌、去濕及卸料四個(gè)步驟，如此循環(huán)進(jìn)行。下面重點(diǎn)介紹一下濾餅洗滌和脫水過(guò)程。

濾餅洗滌  當(dāng)過(guò)濾結(jié)束時(shí)，由過(guò)濾得到的濾餅，往往會(huì)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(chēng)洗液，且能與濾液*互溶，通常為水)穿過(guò)濾餅層而將其置換出來(lái)，這一操作稱(chēng)為濾餅洗滌過(guò)程。工業(yè)生產(chǎn)上洗滌濾餅的目的在于回收有價(jià)值的濾液，此時(shí)濾液是產(chǎn)品；或除去濾餅中的雜質(zhì)，此時(shí)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(guò)濾機(jī)上直接用洗液進(jìn)行洗滌；另一種是將濾餅從過(guò)濾機(jī)上卸除下來(lái)，放在貯槽中用洗液混合攪拌洗滌，然后再用過(guò)濾方法除去洗液。

{深層過(guò)濾}

深層過(guò)濾是利用過(guò)濾介質(zhì)的內(nèi)表面(即孔隙)進(jìn)行過(guò)濾的一種方式，如圖所示，固體粒子被截留于過(guò)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(guò)濾介質(zhì)一般采用O．4～2．5mm的砂?；蚱渌嗫捉橘|(zhì)。料漿流動(dòng)方向通常都是向下的。深層過(guò)濾大多采用間歇操作。

深層過(guò)濾常用在料漿濃度極稀、固體粒子粒徑極細(xì)的場(chǎng)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(lèi)。使用深層過(guò)濾時(shí)，料漿濃度一般低于0.1%(體積分?jǐn)?shù))。此外，深層過(guò)濾時(shí)，固體顆粒粒徑小于過(guò)濾介質(zhì)孔隙直徑。

深層過(guò)濾過(guò)程的缺點(diǎn)是過(guò)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(zhǎng)的阻力，當(dāng)所需能量增大到可用的zui大數(shù)值時(shí)，就采取措施清洗過(guò)濾介質(zhì)。因此，深層過(guò)濾包括兩個(gè)過(guò)程，即過(guò)濾和清洗。