分離機(jī)械-過濾機(jī)械

第三章分離機(jī)械第一節(jié)沉降與過濾第二節(jié)剝殼去皮第三節(jié)壓榨機(jī)械1混合物的分類懸浮液（固-液混合物）乳濁液（液-液混合物）氣溶膠(含塵氣體、含霧氣體)（氣-液、固-氣混合物）固-固混合物------物系內(nèi)部有隔開兩相的界面存在，界面兩側(cè)物料性質(zhì)截然不同。非均相物系均相物系------物系內(nèi)部各處物料組成和性質(zhì)均勻，內(nèi)部不存在相接面。非均相物系的種類第一節(jié)沉降與過濾2分散質(zhì)（相）非均相物系的組成分散介質(zhì)處于分散狀態(tài)的物質(zhì)包圍著分散質(zhì)而處于連續(xù)狀態(tài)的物質(zhì)3一濾餅過濾（一）概述架橋現(xiàn)象深層過濾(固體顆粒含量小于1％）兩種過濾方式濾餅過濾使含固體顆粒的非均相混合物通過多孔材料分離出固體顆粒的單元操作。推動(dòng)力：重力、壓力、離心力過濾介質(zhì)濾漿濾餅濾液4工業(yè)用過濾介質(zhì)主要有：織物介質(zhì)，如棉、麻、絲、毛、合成纖維、金屬絲等編織成的濾布；多孔性固體介質(zhì)，如多孔陶瓷、燒結(jié)金屬等。粒狀介質(zhì)，如細(xì)沙、活性炭、硅藻土等。過濾介質(zhì)：多孔性介質(zhì)、耐腐蝕、耐熱并具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。濾餅的種類：可壓縮濾餅不可壓縮濾餅過濾介質(zhì)濾漿濾餅濾液5

（二）過濾操作的程序：一般分為四個(gè)階段進(jìn)行B恒速過濾：在整個(gè)過濾操作中維持過濾速率不變。隨著濾餅厚度的增加，濾餅由較疏松的結(jié)構(gòu)變成較緊密的結(jié)構(gòu)，過濾介質(zhì)兩側(cè)的壓強(qiáng)差逐漸增大。

根據(jù)推動(dòng)力與過濾速率之間的關(guān)系，過濾操作可分為：過濾階段A恒壓過濾：在整個(gè)操作過程中過濾介質(zhì)兩側(cè)的壓強(qiáng)差維持不變，而過濾速率隨濾餅的增厚而逐漸降低。過濾時(shí)；濾液通過過濾介質(zhì)的過濾速率決定于過濾推動(dòng)力及過濾介質(zhì)和濾餅的阻力兩方面。過濾推動(dòng)力大，過濾介質(zhì)阻力小則過濾速率高；反之，過濾推動(dòng)力小，過濾介質(zhì)阻力大則過濾速率低。6過濾過程進(jìn)行到一定時(shí)間后，由于濾餅不斷增厚，過濾速率降至很低，再繼續(xù)進(jìn)行下去是不經(jīng)濟(jì)的，應(yīng)將濾餅移去，重新從過濾介質(zhì)上開始過濾才為合理。C變壓變速過濾：在整個(gè)過濾操作中過濾介質(zhì)兩側(cè)的壓強(qiáng)差和過濾速率在不斷地發(fā)生變化。D先恒速后恒壓過濾：實(shí)際上過濾操作并不易于整個(gè)過程都處于恒壓或恒速下進(jìn)行。洗滌階段當(dāng)濾餅到一定厚度后，停止送漿，但濾餅孔隙中仍殘留許多濾液，把濾餅中的濾液洗滌出去→稱濾餅的洗滌→所得溶液稱洗液。洗滌時(shí)根據(jù)工藝要求可用清水或其他液體。7

洗滌后需要除去濾餅中殘留的洗滌液—稱濾餅的干燥。用空氣（或惰性氣體）在壓力下通過濾餅，將殘留的洗滌水帶走，使濾餅中盡可能少地存留液體。（濾餅卸除）最后將濾餅從過濾介質(zhì)（濾布）上卸下。卸料要求盡可能徹底干凈。目的是為了最大限度的回收濾餅（當(dāng)濾餅為成品時(shí)），同時(shí)也是為了清凈濾布而減小下一次過濾的阻力。干燥階段卸料階段8二過濾基本方程1.過濾基本方程的推導(dǎo)

L

L

l毛細(xì)管中層流流動(dòng)時(shí)，壓力降為多少？對濾餅來說：r’——濾餅參量m-2

△pc9

L

△pcr’——濾餅參量m-2，反映濾餅的阻力特性因此，過濾速度正比于過慮推動(dòng)力，反比于過慮阻力。10

△pm二過濾基本方程1.過濾基本方程的推導(dǎo)對過濾介質(zhì)來說

Le

△pc

△p

△pm

L

Le11式中：Ve——過濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液體積，m3；

r——濾餅比阻（specificcakeresistance），m/kg。x——獲得單位體積濾液所形成干濾餅的質(zhì)量為減少變量，尋找V～L的關(guān)系。12令若濾餅是可壓縮的，其比阻是壓力差的函數(shù)，為方便，以p代替過濾壓力（即濾餅與過濾介質(zhì)兩側(cè)的壓力差）Δp。并將下式代入過濾速率基本方程式：過濾速率基本方程式變?yōu)椋菏街校簊——濾餅的壓縮性指數(shù)。對不可壓縮濾餅，s＝013若過濾介質(zhì)阻力可忽略不計(jì)，即Ve＝0，則

或2.恒壓過濾因?yàn)檫^濾壓力p＝常數(shù)，把上式分離變量后積分可得:令：則：令：14整理得：若過濾介質(zhì)阻力可忽略不計(jì)，則或或3.恒速過濾

△pc△

p

△pm

L

Le15三過濾常數(shù)的測定通常的做法是用同一懸浮液在同類小型過濾設(shè)備上進(jìn)行試驗(yàn)測定，一般分為兩步進(jìn)行：恒壓過濾恒速過濾第一步：測定K和qe16截距2qe/K

斜率1/K第二步：測定k和s17用過濾面積為0.1m2的小型過濾實(shí)驗(yàn)裝置對某種懸浮液進(jìn)行壓力為140kPa（表壓）的恒壓過濾實(shí)驗(yàn)，測得的數(shù)據(jù)列于下表：過濾時(shí)間t/s6001200180024003000濾液量V/m30.0230.0370.0490.0610.068求:（1）過濾常數(shù)K和qe；（2）若濾餅不可壓縮，求過濾常數(shù)k分析:在本題中給出的時(shí)間和濾液體積都是累計(jì)值。恒壓過濾時(shí)18解:根據(jù)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可利用Excel進(jìn)行處理把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入Excel工作表根據(jù)上述方程可知：19根據(jù)因?yàn)闉V餅不可壓縮，s=0所以20補(bǔ)充：當(dāng)量直徑Equivalentdiameter當(dāng)量直徑是流體流經(jīng)管道的截面積A乘4除以潤濕周邊長（管壁與流體接觸的周邊長度）L，即：對于圓形管：對于方管：對于環(huán)形截面管：21第一節(jié)過濾與沉降一

濾餅過濾（一）概述總結(jié)上節(jié)第二章分離機(jī)械使含固體顆粒的非均相混合物通過多孔材料分離出固體顆粒的單元操作。深層過濾(固體顆粒含量小于1％）兩種過濾方式濾餅過濾（二）過濾操作的程序一般分為四個(gè)階段進(jìn)行二過濾基本方程1.過濾基本方程的推導(dǎo)式中：s——濾餅的壓縮性指數(shù)。對不可壓縮濾餅，s＝0222.恒壓過濾3.恒速過濾三過濾常數(shù)的測定第一步：測定K和qe第二步：測定k和s23四過濾機(jī)械與設(shè)備連續(xù)式：多采用真空操作；（轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)；圓盤真空過濾機(jī)）等。按其操作方式分間歇式：結(jié)構(gòu)簡單，可在較高的壓強(qiáng)下操作。（壓濾機(jī)和葉濾機(jī)等）。（一）板框壓濾機(jī)：是間歇式過濾機(jī)中應(yīng)用最廣泛的一種。其原理是利用濾板來支撐過濾介質(zhì)，濾漿在加壓后強(qiáng)制進(jìn)入濾板之間（濾框）的空間內(nèi)，并形成濾餅過濾。2425一鈕洗水通路濾漿通路濾板二鈕濾漿進(jìn)口濾框洗滌板三鈕洗水進(jìn)口支耳板框壓濾機(jī)1.壓緊裝置2.可動(dòng)頭3.濾框4.濾板5.固定頭6.濾液出口7.濾漿進(jìn)口8.濾布26板框過濾機(jī)濾框、濾板結(jié)構(gòu)洗板板框壓濾機(jī)框?yàn)V板洗板一個(gè)操作循環(huán)過濾、洗滌、卸渣、整理重裝10

60塊不等，過濾面積約為2

80m2

屬間歇式特點(diǎn)橫穿洗滌：Lw=2L洗滌液流出洗滌液入口濾液流出懸浮液入口27徐州強(qiáng)力過濾機(jī)械有限公司壓緊方式：手動(dòng)、電動(dòng)和液壓28292007年3月15日參觀日本秋田酒類制造株式會(huì)社30板框壓濾機(jī)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，造價(jià)低廉。過濾面積大、可調(diào)，過濾推動(dòng)力大，一般在0.3～0.5MPa，最大可達(dá)1MPa，無運(yùn)動(dòng)部件，輔助設(shè)備少，動(dòng)力消耗低，對粘度大、顆粒細(xì)和可壓縮顯著的物料也能適應(yīng)。板框壓濾機(jī)缺點(diǎn)：間歇操作、勞動(dòng)強(qiáng)度大，隨著濾餅的形成濾速逐漸降低，影響效率，而且洗滌時(shí)間也長。有關(guān)計(jì)算過濾面積式中：L和B—濾框長度和寬度，m；Z—濾框數(shù)31有關(guān)計(jì)算濾框內(nèi)容積式中：δ—濾框厚度，m。操作終了時(shí)，框內(nèi)總?cè)莘e并非充滿濾餅，濾餅所占的體積分?jǐn)?shù)成為充滿系數(shù)，一般取0.5左右。過濾時(shí)間恒壓過濾恒速過濾32（二）加壓葉濾機(jī)構(gòu)造：濾葉（許多不同寬度的長方形濾葉）由金屬多孔板和金屬網(wǎng)制造，它內(nèi)有空間，外罩濾布，被安裝在密閉機(jī)殼內(nèi)。33特點(diǎn)：密閉操作、比較衛(wèi)生、過濾速度快、洗滌效果好。但造價(jià)較高，更換濾布比較麻煩工作：濾漿由泵壓送到機(jī)殼內(nèi)濾液穿過濾布進(jìn)入濾葉內(nèi)。匯集至總管后排出機(jī)外，顆粒則被阻擋在濾布外側(cè)形成濾餅。3435（三）轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)36連續(xù)轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)系利用機(jī)械傳動(dòng)使轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)筒表面有一層金屬網(wǎng)，網(wǎng)上覆蓋濾布，通過分配盤機(jī)構(gòu)用抽真空方法將濾液抽走，同時(shí)將濾餅截留于轉(zhuǎn)筒上的過濾介質(zhì)上，從而在轉(zhuǎn)筒回轉(zhuǎn)一周期內(nèi)同時(shí)完成過濾、吸干、洗滌、吹松、卸料等操作。是一種連續(xù)性生產(chǎn)和機(jī)械化程度高的過濾設(shè)備。應(yīng)用于糖汁、發(fā)酵液、膠質(zhì)物質(zhì)、結(jié)晶懸浮液的過濾。3738轉(zhuǎn)筒及分配頭的結(jié)構(gòu)

a轉(zhuǎn)筒；b濾餅；c刮刀；d轉(zhuǎn)動(dòng)盤；e固定盤；f吸走濾液的真空凹槽；g吸走洗水的真空凹槽；h通入壓縮空氣的凹槽defgh轉(zhuǎn)筒如圖，可分幾個(gè)區(qū)域：1～7為過濾區(qū)，8～10為濾液吸干區(qū)，11-不工作，12～13洗滌，14-吸干，15-不工作，16～17吹松卸料，18-不工作。3940（四）帶式過濾機(jī)41連續(xù)水平帶式真空過濾機(jī)是一種自動(dòng)化程度高的新型過濾設(shè)備，該機(jī)以過濾布或?yàn)V網(wǎng)為介質(zhì)，使料漿水平布置于過濾介質(zhì)之上，充分利用料漿重力和真空吸力實(shí)現(xiàn)固液分離。連續(xù)水平帶式真空過濾機(jī)可適用于多種濃度條件下的物料，過濾效率高，因而被重多工業(yè)界優(yōu)先采用。特點(diǎn)：

1.自動(dòng)化程度高：加料、過濾、洗滌、脫渣、濾布清洗均為連續(xù)自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率降低運(yùn)行成本，極大減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境。42

2.過濾速度快：物料通過沉淀區(qū)，大顆粒在底層，小顆粒在上層，濾餅結(jié)構(gòu)合理，濾液通透阻力小，可進(jìn)行薄層快速過濾。

3.過慮工藝簡單：濾餅厚度、洗水量、逆流洗滌級數(shù)、真空度、濾布速度任意調(diào)整，以達(dá)到最佳過濾效果。

4.洗滌效果好：可實(shí)現(xiàn)多級平流或逆流洗滌，洗滌均勻徹底，母液和洗滌液根據(jù)工藝需要可分開收集和再利用。43五膜分離（超濾和反滲透設(shè)備）用天然或人工合成的膜，以外界能量或化學(xué)位差為推動(dòng)力，對雙組分或多組分的溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離、分級、提純和富集的方法，統(tǒng)稱為膜分離法。膜分離技術(shù)根據(jù)推動(dòng)力的不同分三類：第一類：以壓力為推動(dòng)力的膜過程：微濾、超濾、納濾、反滲透；第二類：以電力為推動(dòng)力的膜過程：離子交換膜，電滲析第三類：以濃度差為推動(dòng)力的膜過程：透析4445膜分離過程的種類：微濾（Microfiltration）：通常指在壓力作用下，將溶液通過孔徑為0.02～10

μm的多孔膜來除去其中微粒的過程?？缒毫Σ顬?.01～1.0MPa；超濾(Ultrafiltration)：指在壓力作用下，應(yīng)用孔徑為1～20nm的超濾膜來過濾溶液，使大分子或微粒從溶液中分離的過程，跨模壓力差為0.3～1.0MPa；納濾(Nanofiltration)：介于超濾和返滲透之間的膜分離方法，適宜于分離相對分子質(zhì)量在200以上，分子大小約為1nm的組分分離，跨模壓力差為0.5～3MPa；返滲透(ReverseOsmosis）：利用返滲透膜僅選擇性地透過溶劑（通常是水）的性質(zhì)，對溶液施加壓力，克服溶劑的滲透壓，使溶劑從溶液中分離出來的過程，跨模壓力差限度為20MPa；46電滲析（Electrodialysis）：在外加電場作用下，利用離子交換膜對離子具有不同的選擇性而使溶液中的陰陽離子與溶液分開。氣體膜分離：利用氣體混合物中各組分在非多孔性膜中滲透速率的不同使各組分分離的過程。膜蒸餾：是利用膜的蒸發(fā)過程，應(yīng)用疏水的微孔膜將熱的水溶液與冷卻水隔開，熱水溶液中的水汽化，擴(kuò)散通過膜孔而在冷卻水側(cè)冷凝，因而從非揮發(fā)性物質(zhì)的溶液中分離出水。滲透汽化：也稱為滲透蒸發(fā)，利用膜對液體混合物中組分的溶解和擴(kuò)散性能的不同來實(shí)現(xiàn)分離的膜分離過程。膜分相：利用多固體膜對乳濁液中兩液相親和性不同的性質(zhì)，與膜親和力強(qiáng)的液相能通過膜，與膜不親和的液相不能通過膜，從而使乳濁液分離。47與其它分離方法相比，膜分離技術(shù)具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：①風(fēng)味和香味成分不易失散②易保持食品某些功效，如蛋白的泡沫穩(wěn)定型等③不存在相變過程，可節(jié)約能量。工藝適應(yīng)性強(qiáng)，處理規(guī)?？纱罂尚。僮骶S護(hù)方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制主要性能參數(shù)：透水速率或透過速度：單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積膜的液體體積或質(zhì)量可透度：在單位時(shí)間內(nèi)、單位膜面積與單位推動(dòng)力作用下通過膜的組分與膜厚度的乘積；選擇性：各種組分可透度的比值；截留率：某組分在截留液中的濃度與在原料液中濃度的比值分劃相對分子質(zhì)量：截留率為100％的組分的最低相對分子量482006年9月19日

參觀日本東海物產(chǎn)株式會(huì)社（札幌）4950第一節(jié)沉降與過慮－－沉降一自由沉降加速段極短，通?？梢院雎?。等速段的顆粒運(yùn)動(dòng)速度稱為沉降速度，用u0表示。浮力Fb

曳力Fd

質(zhì)量力Fc511．重力沉降速度<1

層流區(qū)層流區(qū)的斯托克斯公式522．離心沉降速度離心加速度ac不是常量沉降過程沒有勻速段，但在小顆粒沉降時(shí)，速度很小，可近似作為勻速沉降處理r2r1ur

BAr

C53<1

層流區(qū)r2r1

Bur顆粒在旋轉(zhuǎn)流場中的運(yùn)動(dòng)Ar

C545556二影響沉降的因素由于干擾作用，實(shí)際沉降速度小于自由沉降速度。由于壁面效應(yīng)，實(shí)際沉降速度小于自由沉降速度。干擾沉降

非球形顆粒的沉降壁面效應(yīng)球形度越小，沉降速度越??；顆粒的位向?qū)Τ两邓俣纫灿杏绊憽?7三沉降設(shè)備離心沉降設(shè)備重力沉降設(shè)備581．重力沉降設(shè)備降塵室則表明，該顆粒能在降塵室中除去。氣體進(jìn)口氣體