《选矿学》（分离技术）授课教案11.doc

黑龙江科技学院 备课笔记 第11次课 授课时间2004年4月6日 章节及主要内容 第三章 第三节 过滤机部分 主要内容过滤的概念、原理及过滤类型和过滤的基本方程、应用。 重点内容过滤的原理及过滤基本方程的应用。 难点内容过滤的基本方程。 参考资料重力选矿、分离技术、选煤厂设计手册。 教学手段面授。 扩展内容 教学后记 二 过滤机 过滤在工业上指通过一种介质使固体分开而实现固液分离的过程，均称为过滤。 工业上常用的过滤介质织物介质、粒状介质、多孔介质陶瓷介质。在选煤厂多用织物介质。选煤厂真空过滤设备可分两类圆盘式真空过滤设备和圆筒式真空过滤设备。主要用于过滤浮选精煤，也可用于过滤煤泥或浮选尾煤。 （一）过滤原理 过滤是将悬浮在液体或气体中的固体颗粒分离出来的种工艺。其基本原理在压力差的作用下，悬浮液中的液体（或气体）透过可渗性介质（过滤介质），固体颗粒为介质所截留，从而实现液体和固体的分离。 1）实现过滤具备的两个条件 ①具有实现分离过程所必需的设备； ②过滤介质两侧要保持一定的压力差（推动力）。 2）常用的过滤方法可分为重力过滤、真空过滤、加压过滤和离心过滤几种。 重力压力差由料浆液柱高度形成；真空过滤的推动力为真空源。 3）过滤具有特点从本质上看，过滤是多相流体通过多孔介质的流动过程。 ①流体通过多孔介质的流动属于极慢流动，即渗流流动。有两个影响因素，一是宏观的流体力学因素，二是微观物理化学因素。 ②悬浮液中的固体粒五是连续不断地沉积在介质内部孔隙中或介质表面上的，因而在过滤过程中过滤阻力不断增加。 4）过滤的分类分为两大类，分别为滤饼过滤和深层过滤，滤饼过滤应用表面过滤机，深层过滤时，固体粒子被截留于介质内部的孔隙中。 5）滤饼过滤和深层过滤 ①滤饼过滤通常浓度较高的悬浮液，其体积浓度常高于1。如果在料浆中添加絮凝剂，一些低浓度的悬浮液也可采用滤饼过滤。 ②深层过滤多从很稀的悬浮液中分离出微细固体颗粒，故通常用于液体的净化。在效率相近的情况下，深层过滤器的起始压力一般比表面过滤机高，且随着所收集的颗粒增多其压力降会逐渐增高。 6）过滤的目的在于回收有价值的固相，或为获得有价值的液相；或两者兼而收之或两者均作为废物丢弃。 1、不可压缩滤饼的过滤过程 （1）不可压缩滤饼的过滤过程 不可压缩滤饼过滤时，流过滤饼的液体通过表面的运量传给固体颗粒的一个曳应力，该力通过点接触的颗粒向前传递并沿流动方向逐渐积累。若滤饼结构在此累积的曳应力的作用下颗粒不相互错动，滤饼的孔隙度不产生变化，则称这种滤饼为不可压缩滤饼。 工业上可压缩滤饼的原因①料浆中实际上很少存在的单个颗粒，而常存在着程度不同的聚团，聚团界面承受不了液体的曳应力而使滤饼变形；②-10μm颗粒表面几乎均有盐膜，盐膜在流体作用下会产生变形；③固体颗粒在凝聚剂或絮凝剂作用下形成的凝聚体或絮团仅具很小的抗剪切性能，在液体作用下极易产生形变。 （2）过滤的基本方程 ①达西提出的过滤方程 QdV/dtKA△P/μL 或 μdV/AdtK△P/μL 式中Q滤液的流量， A过滤面积， t过滤时间，s； V时间t内累积的滤液体积，m3； u液体通过过滤层的平均线速度，m/s； L滤层的厚度，m； K滤层的渗透性系数，m2； △P跨过滤层的压强降，Pa； μ滤液的粘度，ＰaＳ 由于滤层厚度Ｌ和滤层渗透性系数ｋ实质上是以阻力形式影响过滤方程的，因此，上式通常表示为u＝△P／μＲ＝△P／［μ（Ｒm＋Ｒc）］ 式中 Ｒ滤层阻力，其值为Ｌ／Ｋ，１／m； Ｒm，Ｒc过滤介质和滤饼阻力，１／m。 ②影响滤饼阻力的因素 对于不可压缩滤饼而言，滤饼阻力通常与过滤介质表面沉积的固体物料量成线性关系，即 Ｒc＝αmω 式中 αm滤饼的质量比阻，m/kg； ω单位面积介质上沉积的滤饼质量，kg/m2。 故有u＝dV/Adt＝△P／［μ（αm＋Ｒm）］ 上式就是过滤的基本方程，也就是人们所熟知的鲁思过滤方程。式中，△P＝△Ｐm＋△Ｐc，△Ｐm、△Ｐc分别为克服滤饼阻力和过滤介质阻力所需的压强差。 鲁思方程中一个重要的参数是滤饼的比阻。显然，它直接反映过滤的难易程度。由于ω＝Ｌkρs（l－ε） 式中ε滤饼孔隙率（滤饼中孔隙体积与滤饼总体积之比）； ρs固体密度，kg/m3； Ｌk滤饼厚度，m。 则 Ｒc＝αmＬkρs（l－ε） ③科泽尼卡曼方程 科泽尼及其后的卡曼在研究澄清液通过填充床的规律时，利用了流体穿过毛细管的泊肃叶定律。他们假设粉末填充床的孔隙空间为一束平行的、有共同当量半径的毛细管，该当量半径用填充床孔隙的水力半径来表示，从而导出了著名的科泽尼卡曼方程。 Ｕu＝ε３△P／［Ｋ１（１－ε）２Ｓ０２μLk］ ---------------------（３－１３） 式中ε３，Ｋ１充填床的孔隙率和厚度，m； Ｓ０颗粒的比表面积（颗粒表面积／颗粒体积），m2/m3, Ｋ１科泽尼常数，计算时一般取Ｋ１＝５。 它和鲁思方程共同奠定了过滤理论的基础。 （３）过滤方程的应用 应用广泛常用于过滤机的设计、操作控制、过程强化和比例放大等，但应用的初始条件还是应由实际操作条件决定。过滤操作方式一般有以下几种 ①恒压过滤在整个操作过程中维持过滤压强不变。实际生产中向过滤机供料时，利用压缩空气维持料浆储罐的压强、利用高位恒压料槽和真空泵维持恒定的过滤压强均属于这一类。 ②恒速过滤在整个过滤过程中维持过滤速率恒定不变。用板框压滤机或加压叶滤机处理离心泵输送的悬浮液时，过滤的早期阶段就近似恒速操作，用定量泵输送滤料亦属于这一此类。 ③变压变速过滤实际工业过滤操作中，过滤压力和过滤速率大多是变化的。过滤的操作主要取决于过滤机进料系统的进料泵性能。 ④先恒速后恒压过滤过滤操作不宜始终在恒压或恒速的条件下进行。若始终恒速操作，过滤过程末期因压力可能升得很高而使设备产生故障；若全过程恒压操作，则过滤初始滤饼很薄而阻力很小，较高的过滤压力或使细粒透过介质而污染滤液，或堵塞过滤介质而使阻力升高。 7