第七章 过滤技术

第八章过滤技术•在压强差作用下，悬浮液中的流体（气体或液体）透过可渗性物质（过滤介质），固体颗粒则为介质所截留，从而实现流体和固体的分离。过滤多相流体通过多孔介质流体通过多孔介质的流动属于极慢流动，即渗流悬浮液中的固体粒子连续不断的沉积在介质内部孔隙中或介质表面上，过滤阻力不断增加宏观流体力学因素微观的物化因素第八章过滤技术•必须具备的两个条件：（1）具有实现分离过程所必需的设备；（2）在介质两侧要保持一定的压力差。•按推动力不同，可分为：重力过滤（50kPa）、真空过滤（53~80kPa，93kPa）、加压过滤（压缩机50~800kPa、压缩机200kPa）和离心过滤。第八章过滤技术•在实际操作中，过滤过程主要分为两大类：滤饼过滤和深层过滤。•滤饼过滤：表面过滤机。滤浆流向过滤介质时，大于或相近于过滤介质孔隙的固体颗粒先以架桥的方式在介质表面形成初始层，其孔隙通道比过滤介质孔隙更小，能截留住更小的颗粒，因此其后沉积的固体颗粒便逐渐在初始层上形成一定厚度的滤饼。•深层过滤：固体粒子被截留于介质内部的孔隙中。第八章过滤技术多数情况下滤饼厚度4~20mm，个别情况下为1~2mm或40~50mm。滤饼的过滤阻力远大于过滤介质，因而对过滤速率起决定性的影响，多用于处理浓度较高的悬浮液。过滤介质一般采用0.4~2.5mm的砂粒或其他多孔介质，料将多自上而下流动。过滤速度一般为5~15m/h。浓度较低的悬浮液（0.1%）。第八章过滤技术第八章过滤技术•影响过滤的基本因素固体颗粒粒度：影响滤饼的孔隙状态，就等径球而言，无论哪种排列方式，孔隙率均与圆球半径无关；料浆粘度（温度）：过滤速率与料浆粘度成正比；过滤压差：对于不可压缩滤饼，过滤速率与过滤压力成正比；对可压缩滤饼，滤饼孔隙率和过滤比阻是过滤压力的函数；料浆浓度：低浓度时，细小颗粒极易随着流线直接进入滤布的孔眼中，使过滤介质被堵塞。第一节过滤机的分类与选择和计算•真空过滤•压滤•深层过滤•离心过滤•膜过滤•动态过滤分类•选择过滤机时，主要考虑所处理的物料性质及对产品的要求，处理不同浓度及固体粒度的料浆时过滤机选型见下图和表所示。选择选择•颗粒较粗或粗细夹杂，沉降速度快的颗粒：圆筒内滤式真空过滤机；生产能力大，技术上可靠，操作容易；设备比较复杂，造价高，电耗大，滤饼含水率高；更换滤布不便。•磁铁矿精矿或含少量赤铁矿的混合精矿：磁性过滤机；机体小、脱水效率高。•微细而难沉的物料：离心过滤机；过滤速度快、脱水效率高、滤液质量好；生产能力低、设备复杂，价格高，设备操作与维护比较麻烦。•粒细、密度小、难沉淀、浓度低的料浆：压滤机手动板框压滤机：滤饼生成及洗涤时间可调、洗涤效果好，水量消耗少；间断工作、产量低，劳动强度高，占地面积大，操作过程不便观察。水平式自动板框压滤机：过滤速率高、产量大，能耗相对较高、滤液质量不高、使用效率低。立式自动板框压滤机：生产能力高，过滤压力大；规格小、设备成本和基建费用高。自动压滤机：滤布使用寿命短，辅助设施较多。选择•细粘物料或密度和浓度较低的矿浆：圆筒型外滤式真空过滤机、盘式真空过滤机、带式真空过滤机、压滤机等。圆筒型外滤式真空过滤机：滤饼水分低、过滤每吨精矿滤布消耗量少；设备重，更换滤布困难。立式盘式真空过滤机：更换滤布方便，过滤面积大，换滤布停车时间短；滤布水分较高。水平盘式真空过滤机：粗而重的颗粒产品的脱水。水平带式真空过滤机：设备结构简单，滤布使用寿命长，操作方便灵活过滤面积可调，生产和维修费用低。选择n——过滤机工作台数Q——需处理的干矿量q0——过滤机单位面积的生产能力A——过滤面积V0——自开始过滤到滤饼的阻力等于介质阻力时所获得的滤液体积，称为过滤介质的当量滤液体积或称为虚拟滤液体积计算计算•上表数据是常用内滤圆筒式、外滤圆筒式和圆盘式真空过滤机使用棉织布总结的指标，当选用新型过滤设备或用合成纤维等新型滤布时应按实际生产厂矿经验数据或通过过滤试验取得；•由于过滤试验所用料浆性质及过滤装置的操作连续性很难与工业生产完全一致，过滤机的过滤速率往往低于小型试验的速率，因此工艺设计中除了保证正确的选型外，还必须考虑放大效应。•备用系数一般为1.2，但总台数不得少于两台。计算第二节常用过滤机•真空过滤机•压滤机•离心过滤机2.1真空过滤机•真空过滤机的工作周期一般分为如下几个阶段：成饼阶段；脱水阶段；洗涤阶段；压实阶段；干燥阶段；卸饼阶段。其中洗涤、压实、干燥等阶段的有无视实际需要而定，而成饼、脱水及卸饼则是大部分真空工作过滤机所具有的基本工作过程。1.1真空过滤的基本设备•转鼓式真空过滤机1.1真空过滤的基本设备•转鼓式真空过滤机内滤和外滤：内滤式转鼓真空过滤机其滤布安装在圆筒的内表面上，适合于处理沉降快的悬浮液，其滤饼通常用皮带、漏斗或螺旋运输机运出。其优点是进料浓度对操作影响不大，不需要给料槽和搅拌装置，价格较低；其缺点为：转鼓表面利用率较低，洗涤时效果欠佳，滤饼在卸料时易于剥落，滤布更换困难且工作情况不便观察。1.1真空过滤的基本设备•转鼓式真空过滤机顶部给料与底部给料1.1真空过滤的基本设备•转鼓式真空过滤机卸料方式反吹式卸除滤饼：卸除滤饼后滤布较为清洁，渗透性恢复较好，但反吹时往往带出一部分水分，降低了脱水效果。刮刀式卸除滤料：滤饼水分较低，但刮刀易于磨损滤布。有时将刮刀式与反吹式联合使用。折带式过滤：易于处理粘性滤饼及易于堵塞滤布的物料。1.1真空过滤的基本设备•圆盘式真空过滤机1.2真空过滤的影响因素•设备因素过滤时间：过滤时间延长有利于滤饼水分的脱出，同时使滤饼厚度增加，导致过滤阻力增大。过滤时间通常靠试验确定，通过调整转速调节。搅拌：易沉降物料采用上部进料时，粗颗粒首先在滤布底层形成滤饼基底，有利于提高过滤速度；当采用底部进料时，细颗粒会首先吸附在过滤介质上，这样会降低滤饼的渗透性。1.2真空过滤的影响因素•给料因素给料浓度：成饼区一定时，给料浓度越大，滤饼越厚，过滤机处理能力越大。固体粒度：颗粒越细，滤饼越难以脱水，卸饼也越困难；颗粒组成越均匀，形成的滤饼渗透性越好；过滤不均匀物料时，由于细颗粒的“钻隙”作用，滤饼的孔隙度降低。浆体温度：提高给料悬浮液温度，能降低流体的粘度，加快过滤速度，降低滤饼水分。助滤剂的使用。第二节压滤•对于固体颗粒粒度细、沉降速度慢、浆体粘度大、可滤性差的微细物料悬浮液进行固液分离，通常需要很大的分离面积和相当高的过滤压力。•根据工作的连续性，压滤机分为间歇型和连续型两类。连续型压滤机的给料和排料是同时进行的，结构通常比较复杂；间歇型压滤机的入料和排料是周期性进行的，一般分为给料、滤饼洗涤、压榨脱水、卸料和冲洗滤布五个阶段。•根据结构型式，压滤机分为：板框式压滤机、加压叶滤机、带式压滤机和气压罐式连续压滤机，其中前两种属于间歇型，后两者属于连续型。2.1板框压滤机•工作原理当压滤机工作时，由于液压油缸的作用，将所有滤板压紧在固定尾板端，使相邻滤板间形成滤室，浆体由固定尾板的入料口以一定的压力给入，并借助给入浆体的压力完成固液分离。待滤液不再流出时，即完成脱水过程，此时可停止给料，进行滤饼洗涤，以除去各种水溶性杂质，洗涤结束后，带压流体进入压榨膜内腔，借助压榨膜的膨胀对滤饼进行压榨。如果是带有吹干阶段的压滤机，压榨结束后自动控制系统自动将气阀打开，进行压气脱干，压气脱干结束后，通过液压系统松开滤板，滤饼借助自重脱落，并由设在下面的皮带运输机运走，卸饼后一般需要进行滤布清洗，以防止滤布堵塞。2.1板框压滤机•结构板框压滤机的主要结构包括：过滤机本体、料浆加入系统、滤饼洗涤系统、卸料系统、滤布洗涤系统、液压系统、自动控制系统，此外还有高压气体系统。过滤机本体包括滤板、滤框、压榨膜、板框移动机构、压紧机构、滤布抓起装置、滤布振动装置及滤布行走装置。2.1板框压滤机•特点板框压滤机应用范围最广，工作压力一般为0.4~1.5MPa，高压压滤机可达2.45MPa。其主要特点如下：操作容易、故障少，保养方便，机器使用寿命长；对物料的适应性强；过滤面积选择范围广；滤饼含湿量低；固相回收率高，液相澄清度好；滤布检查、洗涤、更换方便；单位过滤面积占地少、造价低、投资小；使用效率低，操作强度大；操作条件差。2.2带式压滤机•特点优点：结构和原理简单；操作方便、稳定；能耗低；噪声和震动均较小；可以连续工作；发展速度快。缺点：维护、检修、更换滤布困难；不易处理不可压缩滤饼；滤带易跑偏；对滤带强度要求苛刻。带式压滤机过滤前一般都要加絮凝剂处理浆体，使物料形成絮团，这是带式压滤机工作的必要条件，药剂费用约占压滤机过滤总费用的50%。2.2带式压滤机•工作原理料浆在带式压滤机中的脱水机理是基于他们在两条滤带间运行过程中受到挤压和剪切作用。作用在滤饼上的剪切作用可以改善水的渗透，而脱除料浆中的水主要靠挤压力。带式压滤机的工作区间大致分为重力脱水区、挤压区、卸料区及滤带清洗区四个区域。2.2带式压滤机•工作原理絮凝给矿阶段重力脱水阶段（一段水平或近似水平的滤带，长度一般为2.5~2.7m）挤压脱水阶段（滤带每经过一个辊轮，运动方向一般都要发生改变；两种压榨形式）卸料及滤带清洗阶段2.2带式压滤机•结构加料口和导向框：加料口应距滤带很近，而且保证浆体均匀、定量地分散在滤带上；滤带：采用高强度的单丝聚酯或聚乙烯、尼龙丝织成多层网式无端环形带，抗拉伸强度很高。滤带孔隙一般由粗细两种，粗孔1.1mm，细孔0.6mm。滤带张紧装置防跑偏装置辊轮驱动装置第三节深层过滤和离心过滤（自学）•深层过滤和离心过滤是两类比较特殊的过滤方法。深层过滤中颗粒被截留于过滤介质内部的孔隙中，而在过滤介质表面一般不形成滤饼；离心过滤则是利用惯性离心力从悬浮液中分离固相颗粒的一类特殊过滤过程。•深层过滤主要用于处理固相浓度相对较低（1%）的悬浮溶液。3.1深层过滤•深层过滤的应用深层过滤在市政用水及污水处理领域获得了大量的应用；深层过滤的材质不断更新，如印度考虑以烟煤代替无烟煤，瑞士研究用沸石，俄罗斯研究试制陶瓷等；向深层过滤器进料中添加电解质以取代稿费用的预沉降手段引起了人们的重视。3.2离心过滤•借助于离心力使悬浮液中的固相颗粒截留在过滤介质上，从而不断堆积成滤饼层，与此同时，滤液借助于离心力穿过滤饼层及过滤介质，达到固液分离的目的。第四节膜过滤•膜过滤过程是在流体压力差作用下，利用膜对分离组分的尺寸选择性，将大于膜孔尺寸的微粒及大分子溶质截留，而使小于膜孔尺寸的粒子或溶剂透过滤膜。•膜过滤是膜分离方法的一种，靠流体压力差作为推动力，此外还有利用浓度差、分压差、电位差以及透过速率作为推动力的其他膜分离过程。第四节膜过滤•分类及特点通常根据滤膜孔径或被截留微粒的最大粒径大小，将膜过滤分为微孔过滤和超滤两种。常规过滤：截留大于0.5µm的颗粒，靠滤饼内颗粒的架桥作用，而不是直接靠过滤介质孔隙筛分截留的。微孔过滤：截留微粒范围0.05~10µm，多用于滤除细菌和细小的悬浮颗粒。超滤：截留微粒范围1~20nm，相当于分子量为500~300000的各种蛋白质分子或相当粒径的胶体颗粒。反渗透：截留微粒范围0.1~2nm，可截留无机离子或分子量小于500的低分子量有机分子。第四节膜过滤•分类及特点与其它分离方法比较，膜过滤具有如下特点：用常规脱水方法处理微细物料时，常需添加絮凝剂，而膜过滤无此必要；膜过滤没有特别的温度要求，因此可进行热敏感或热不稳定物质的常温膜过滤；膜过滤可用于浓缩过程，对回收微量有价值物质十分有益。第四节膜过滤•原理微孔过滤微孔过滤的介质均为多孔结构的薄膜，它类似多层叠置的筛网，其截留微粒的作用局限于膜的表面，能将液体中大于额定孔径的微粒全部拦截，且不会因压力差升高而导致大于孔径的微粒穿过薄膜。截留颗粒的方式有：机械截留、架桥及吸附。与常规过滤相比较，贵重物料一般不会因吸附在过滤介质上而损失。第四节膜过滤•原理超滤超滤对大分子溶质的截留分离包含以下三个过程：液膜的机械截留（筛分）；膜面及微孔内的吸附（一次吸附）；在微孔中持留而被去除（