冶金设备基础第4章-固液分离

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1、多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第1 1页页/ /共共3232页页Faculty of Materials and Metallurgical EngineeringFaculty of Materials and Metallurgical EngineeringKunmingKunming University of Science and Technology University of Science and Technology多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料

2、与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院任课教师：徐瑞东任课教师：徐瑞东多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第2 2页页/ /共共3232页页学习目的与要求学习目的与要求掌握固体颗粒的物理性质；颗粒体与流体相对运动的阻力；球形颗粒掌握固体颗粒的物理性质；颗粒体与流体相对运动的阻力；球形颗粒 在静止流体中的自由沉降。在静止流体中的自由沉降。掌握悬浮液的性质；沉降槽的构造。了解悬浮液的沉降过程，沉降槽掌握悬浮液的性质；沉降槽的构造。了解悬浮液的沉降过程，沉降槽的设计；絮凝剂在液的设计；絮凝剂在液- -固分离中的作

3、用。固分离中的作用。掌握过滤的基本理论；了解典型的过滤设备。掌握过滤的基本理论；了解典型的过滤设备。了解离心分离基本概念，离心机构造。学会计算过滤机的生产能力。了解离心分离基本概念，离心机构造。学会计算过滤机的生产能力。第4章 固液分离固液分离应用的冶金领域：湿法：浸出液的分离、浓缩、脱水等火法：火法精炼除渣、铝液除氧化铝等多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第3 3页页/ /共共3232页页4.14.1液固两相流液固两相流 悬浮液悬浮液：固体微粒分散在液相中所形成的分散物系：固体微粒分散在液相中所形成的分散物系

4、4.1.14.1.1固体颗粒的物理性质固体颗粒的物理性质(3)(3)颗粒密度与堆积密度颗粒密度与堆积密度 真真 密密 度：单位实体体积度：单位实体体积颗粒具有的质量；颗粒具有的质量； 堆堆积积密密度度( (假假密密度度) ) ：单单位位体体积积颗颗粒粒( (含含颗颗粒粒间间空空隙隙、颗颗粒粒上上裂裂缝缝与与小小孔孔的的 体积体积) )具有的质量具有的质量 (1)(1)颗粒大小的表示方法颗粒大小的表示方法球形颗粒球形颗粒: :用直径大小表示用直径大小表示非球形颗粒：代表尺寸非球形颗粒：代表尺寸( (粒径粒径) )表示。表示。 (2) 颗粒形状颗粒形状 球球形形系系数数s =与与该该颗颗粒粒体体积

5、积相相同同的的球球体体表表面面积积S/该该颗颗粒粒的的表表面面积积Sp，又又称称为球状系数为球状系数(球形度球形度)。(4)(4)颗粒填充特性颗粒填充特性 孔隙率孔隙率 = = 孔隙体积孔隙体积/ /颗粒群总体积颗粒群总体积= = 孔隙体积孔隙体积/(/(颗粒体积颗粒体积+ +孔隙体积孔隙体积) ) 粒径均一的球形粒子群：粒径均一的球形粒子群：立方体排列时立方体排列时 = 0.4764 = 0.4764 菱形排列时菱形排列时 = 0.2595 = 0.2595 任意填充时任意填充时 0.4 0.4颗粒粒径可通过电镜法、筛分法或沉降速度法测量颗粒粒径可通过电镜法、筛分法或沉降速度法测量颗粒形状往

6、往以它与等体积的球形颗颗粒形状往往以它与等体积的球形颗粒的偏离程度来表示。粒的偏离程度来表示。非均相物系：非均相物系：凡物系内含有隔开的两相界面存在且界面两侧物凡物系内含有隔开的两相界面存在且界面两侧物料性质截然不同，称为多相混合物或非均相物系。料性质截然不同，称为多相混合物或非均相物系。气态非均相物系：含尘或含雾气体气态非均相物系：含尘或含雾气体液态非均相物系：悬浮液、乳浊液及含有气泡的液体。液态非均相物系：悬浮液、乳浊液及含有气泡的液体。多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第4 4页页/ /共共3232页页阻

7、力系数阻力系数0与雷诺准数与雷诺准数Re的关系曲线的关系曲线4.1.2 4.1.2 颗颗粒粒体体与与流流体体相相对对运动的阻力运动的阻力 流流体体以以一一定定的的速速度度绕绕过过截截止止的的固固体体颗颗粒粒时时，由由于于流流体体具具有有粘粘性性，会会对对颗颗粒粒产产生生反反作作用用力力；相相反反，当当固固体体颗颗粒粒在在静静止止流流体体中中流流动动时时，流流体体同同样样对对颗颗粒粒产产生生作作用用力力。两两种种情情况况作作用用力力的的性性能能相相同同，称称为为阻阻力力。实实际际上上，只只要要流流体体与与颗颗粒粒之之间间有有相相对对运运动动，就就会会有有这这种种阻阻力力产产生。生。 1.1.球形

8、物体的阻力球形物体的阻力 对于非球形颗粒，对于非球形颗粒， d dp p用用d de e代替：代替：0 0与与ReRe的关系曲线的关系曲线多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第5 5页页/ /共共3232页页球形颗粒球形颗粒0 Re曲线的区域：曲线的区域：(s =1的曲线的曲线) (1) Re1时时：0 =24/Re 为为层层流流区区域域。流流体体围围绕绕球球体体的的流流线线是是平平滑滑的的，而而且且球球体体前前半半部部与与后后半半部部大大体体相相对对称称，此此时时的的边边界界属属于于层层流流边边界界层层，阻阻力

9、力决决定定于流体粘性力的大小，称为表面阻力。于流体粘性力的大小，称为表面阻力。 (2) 1Re1000时时： 流流体体与与球球体体的的相相对对速速度度增增大大时时，流流动动渐渐渐渐过过渡渡到到湍湍流流流流动动，球球体体四四周周一一方方面面保保持持平平滑滑的的流流线线，同同时时也也产产生生了了一一定定数数量量的的漩漩涡涡，此此时时粘粘性性力力与与惯惯性性力力同同时时影影响响0，称称为过渡阻力区；为过渡阻力区；(3) 1000Re1000Re1000，牛顿公式：，牛顿公式：(2) (2) 过渡区域，过渡区域，1Re10001Re1000，艾伦公式：，艾伦公式：(1) (1) 层流区域层流区域 Re

10、1Re1时，斯托克斯沉积终速公式；时，斯托克斯沉积终速公式；球形物体在不同流动类型的自由沉降终速球形物体在不同流动类型的自由沉降终速多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第8 8页页/ /共共3232页页2.2.沉降终速的计算沉降终速的计算-试差法试差法 沉降终速的计算步骤：沉降终速的计算步骤： 第一步：假设流体的流动型态，初步确定出第一步：假设流体的流动型态，初步确定出ReRe的范围的范围 第二步：与流体流动型态相对应的公式求出第二步：与流体流动型态相对应的公式求出u uo o 第三步：用求得的第三步：用求得的u

11、 uo o 核算出核算出Re,Re,看其值是否在假设范围内。看其值是否在假设范围内。沉降终速的计算公式沉降终速的计算公式例题例题4.14.1多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第9 9页页/ /共共3232页页例例题题：一一直直径径为为1.0mm，密密度度为为2500kg/m3的的玻玻璃璃球球在在20的水中沉降，试求其沉降终速。的水中沉降，试求其沉降终速。(1) 假设流形为层流假设流形为层流解：已知条件：解：已知条件：20水的密度水的密度 =998.2kg/m3， =1.0110-3Pa s dp=110-3m，

12、s=2500 kg/m3校核校核Re：(2)显然，颗粒沉降不在层流区域，再假设在过渡流区域沉降，则：显然，颗粒沉降不在层流区域，再假设在过渡流区域沉降，则：校核校核Re：所以：所以：1Re1000，正确，正确，u0=0.2m/s多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第1010页页/ /共共3232页页3 3沉降终速的影响因素沉降终速的影响因素 实际颗粒的沉降必须考虑下列因素的影响：实际颗粒的沉降必须考虑下列因素的影响： (1)(1)干干扰扰沉沉降降：当当非非均均相相物物系系中中存存在在许许多多颗颗粒粒，颗颗粒粒沉沉

13、降降相相互互干干扰扰，称称干扰沉降。多发生在液态非均相物系的沉降过程。干扰沉降。多发生在液态非均相物系的沉降过程。 (2)(2)端端效效应应：容容器器的的器器壁壁对对颗颗粒粒的的沉沉降降有有阻阻滞滞作作用用，使使实实际际颗颗粒粒沉沉降降速速度较自由沉降速度小。度较自由沉降速度小。 (3)(3)分子运动：分子运动：颗粒过细，流体分子撞碰将使颗粒发生布朗运动。颗粒过细，流体分子撞碰将使颗粒发生布朗运动。 (4)(4)分分散散介介质质的的运运动动：若若颗颗粒粒不不是是在在静静止止流流体体中中，而而是是在在运运动动的的流流体体中中沉降，则应考虑流体运动的影响。沉降，则应考虑流体运动的影响。多媒体教学课

14、程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第1111页页/ /共共3232页页4.2 沉降分离沉降分离4.2.1 悬浮液的性质及分离方法悬浮液的性质及分离方法(1) 悬浮液性质悬浮液性质A：温度：温度高、粘性小的悬浮液容易分离；：温度：温度高、粘性小的悬浮液容易分离；B：密度：单位体积悬浮液具有的质量。悬浮液中液体与颗粒的密度：密度：单位体积悬浮液具有的质量。悬浮液中液体与颗粒的密度差越大，越容易分离；差越大，越容易分离； C：浓度：悬浮液中固体颗粒所占的百分数。通常有四种表示方法。：浓度：悬浮液中固体颗粒所占的百分数。通常有四种

15、表示方法。D：粒粒度度：即即固固体体颗颗粒粒的的粒粒径径，粒粒径径越越粗粗越越容容易易分分离离。一一般般认认为为，当当悬悬浮浮液液物物的的粒粒径径小小于于0.5m时时，悬悬浮浮液液中中粒粒子子的的布布朗朗运运动动已已比比较较明明显显，用沉降方法已很难分离；用沉降方法已很难分离；E E：悬浮液特性：悬浮物颗粒轮廓清晰、坚硬、不易变形，也不容易相：悬浮液特性：悬浮物颗粒轮廓清晰、坚硬、不易变形，也不容易相互粘附或与其它粒子粘结，就越容易分离；若颗粒是显微镜下观察呈互粘附或与其它粒子粘结，就越容易分离；若颗粒是显微镜下观察呈大块的模糊不清的胶状物质，则其沉降性能很差。大块的模糊不清的胶状物质，则其沉

16、降性能很差。 对对于于含含有有大大量量胶胶状状微微粒粒的的悬悬浮浮液液，为为提提高高沉沉降降槽槽的的生生产产能能力力，加加快快沉沉降降速速度度，可可向向矿矿浆浆中中加加适适量量的的絮絮凝凝剂剂，使使悬悬浮浮液液中中呈呈胶胶体体状状分分散散的的颗粒凝聚成絮团，促使其沉降。颗粒凝聚成絮团，促使其沉降。 絮凝剂的分类：絮凝剂的分类： A：无机絮凝剂：无机絮凝剂：石灰、硫酸、明矾、苛性钠、盐酸和氯化锌等；石灰、硫酸、明矾、苛性钠、盐酸和氯化锌等； B：天天然然高高分分子子絮絮凝凝剂剂：淀淀粉粉和和含含淀淀粉粉的的蛋蛋白白质质物物质质，如如马马铃铃薯薯、玉玉米粉、红薯粉及动物胶等；米粉、红薯粉及动物胶等

17、； C：合成高分子絮凝剂：合成高分子絮凝剂：离子和非离子型高分子聚合物，聚丙烯酰胺离子和非离子型高分子聚合物，聚丙烯酰胺(2) 悬浮液的分离方法悬浮液的分离方法 A：沉降分离：沉降分离-利用重力作用而进行的液固分离的操作利用重力作用而进行的液固分离的操作 B：过滤分离：过滤分离-利用液体能通过滤介质而固体颗粒不能通过过滤介质利用液体能通过滤介质而固体颗粒不能通过过滤介质的性质进行分离的操作的性质进行分离的操作 C：离心分离：离心分离-利用离心力的作用进行液固分离的操作，其中包括离利用离心力的作用进行液固分离的操作，其中包括离心沉降和离心过滤。心沉降和离心过滤。多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体

18、教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第1212页页/ /共共3232页页 (1) 沉沉降降原原理理：在在重重力力作作用用下下，由由于于固固体体与与液液体体的的密密度度差差，固固体体沉沉于于底底部部，清清液液从从槽槽上上部部沿沿周周边边溢溢流流排排出出。最最适适合合于于处处理理固固液液密密度度差差比较大，固体含量不太高，而处理量比较大的悬浮液。比较大，固体含量不太高，而处理量比较大的悬浮液。浓缩：目的是将悬浮液增稠浓缩：目的是将悬浮液增稠澄清：从比较稀的悬浮中除去少量的悬浮物澄清：从比较稀的悬浮中除去少量的悬浮物 (2)沉降目的沉降目的 间歇式沉降

19、槽：完成间歇沉降操作的设备间歇式沉降槽：完成间歇沉降操作的设备.特点是特点是清液和沉渣是经过一段时间后才能产出。清液和沉渣是经过一段时间后才能产出。 (3)沉降设备沉降设备连续沉降槽：保持沉降槽内的各个区域，即连续连续沉降槽：保持沉降槽内的各个区域，即连续加入悬浮液，并连续产生清液和沉渣的沉降槽。加入悬浮液，并连续产生清液和沉渣的沉降槽。4.2.2 悬浮液的沉降分离过程悬浮液的沉降分离过程多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第1313页页/ /共共3232页页4.2.34.2.3重重力力沉沉降降设设备备-浓浓密密

20、机机和高效浓密机和高效浓密机(1)(1)(单层单层) )普通浓密机普通浓密机 悬悬浮浮液液由由进进料料管管进进入入到到进进料料筐筐中中。清清液液自自槽槽上上部部沿沿周周边边溢溢流流排排出出。浓浓缩缩后后底底流流由由刮刮板板刮刮至至底底部部中中央央，由由排排泥泥口口排排出出槽槽外外。料料液液连连续续加加入入、溢溢流流及及底底流流连连续续排排出出。当当沉沉降降槽槽操操作作稳稳定定后后，各各区区高度保持不变。高度保持不变。悬挂式中心传动桥式浓密机结构悬挂式中心传动桥式浓密机结构1.1.槽体、槽体、 2.2.工作桥架、工作桥架、3.3.刮泥机构传动装置、刮泥机构传动装置、4.4.立轴提升装置、立轴提升

21、装置、5 5 . .进料筐进料筐、6 6. .传动立轴、传动立轴、7 7 . .刮泥装置、刮泥装置、8 8. .澄清液出口、澄清液出口、9.9.底液排出口底液排出口 广广泛泛用用于于湿湿法法冶冶金金、水水处处理理和和化化工工过过程程，常常规规设设备备尺尺寸寸：直直径径3-100m3-100m，深深度度3-5m3-5m。含含固固量量10%-30%,10%-30%,浓浓缩缩后后的的含含固固量量40%-60%40%-60%，刮刮泥泥装装置置转转速速：1/3-1/3-1/5r/min1/5r/min。连续式沉降槽的沉降区连续式沉降槽的沉降区多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理

22、工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第1414页页/ /共共3232页页 悬挂式中心传动五层赤泥沉降槽的结构示意图悬挂式中心传动五层赤泥沉降槽的结构示意图1.1.槽体、槽体、2 2. .加料筒、加料筒、3.3.工作桥架、工作桥架、4. 4. 传动装置、传动装置、5.5.提升装置、提升装置、6.6.进料筐、进料筐、7.7.刮泥装置、刮泥装置、8 8 . .清液溢流装置、清液溢流装置、9.9.下渣筒、下渣筒、1010、集泥槽、集泥槽、1111、传动、传动立轴立轴(2)(多层多层)普通浓密机普通浓密机 平衡式三层沉降槽示意图平衡式三层沉降槽示意图1.1.加料、加料、2.2.溢流、

23、溢流、3.3.排渣口排渣口.第一层、第一层、.第二层、第二层、.第三层第三层多层沉降槽：相当于把几个单层沉降槽重叠起来的装置。各层之间的悬浮液是相通的。上一层的下料筒插入到下一层的泥浆中形成泥封，使下一层的清液不会通过下料筒进入上层。各层内所规定的浓缩带沉渣高度由下一层中的压力差所控制，以防止上层的沉渣面由于沉渣流入到下层而下降。多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第1515页页/ /共共3232页页(3)(3)深锥底浓密机深锥底浓密机深锥底浓密机深锥底浓密机 特特点点：锥锥底底钢钢槽槽斜斜而而陡陡，可可使使絮絮

24、凝凝良良好好的的沉沉积积物物在在锥锥底底并并被被上上面面的的沉沉降降物物压压实实，使使底底流流很很好好地地脱脱水水。适适于于于于絮凝沉降。絮凝沉降。1-1-给料装置给料装置 2-2-絮凝剂添加管絮凝剂添加管 3-3-中心隔板中心隔板4-4-溢流槽溢流槽 5-5-排料阀排料阀 6-6-搅拌器搅拌器多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第1616页页/ /共共3232页页(4)(4)层状倾斜层状倾斜(Lamella)(Lamella)浓密机浓密机 特特点点：在在箱箱中中装装有有一一些些倾倾板板，增增加加沉沉降降面面积积

25、，可可使使设设备备空空间间减减小小，体体积积约约为为常常规规浓浓密密机机的的1%,1%,结结构构简简单单，主主要要构构件件可可预预制制，利利于于现现场场快快速速安安装。装。层状倾斜层状倾斜(Lamella)浓密机浓密机(Sala Corperation)多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第1717页页/ /共共3232页页(5)(5)底部给料高效浓密机底部给料高效浓密机 7070年年代代首首先先在在美美国国使使用用，广广泛泛用用于于煤煤厂厂，锌锌、铀铀水水冶冶厂厂。具具有有处处理理量量大大、处处理理量量相相同同

26、时时，与与普普通通浓浓密密机机相相比比，设设备备直直径径可可缩缩小小1/21/2等等特特点点。又称又称EnviroEnviro-clear-clear浓密机。浓密机。 底部给料高效浓密机底部给料高效浓密机1-1-耙架驱动装置耙架驱动装置 2-2-液位液位 3-3-煤泥层位煤泥层位 4-4-溢流堰溢流堰 5-5-澄清后的溢流水澄清后的溢流水 6-6-耙架耙架 7-7-底流管底流管 8-8-入料口入料口 9 9层位控制器层位控制器絮凝剂进入管絮凝剂进入管多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第1818页页/ /共共32

27、32页页(6) (6) EimcoEimco浓密机浓密机Eimco浓密机浓密机技术特点：技术特点： 1.1.高高径径比比大大，可可保保证证浓浓矿矿浆浆在在内内部部的的停停留留时时间间，有有利利于于沉沉积积物物的的压压缩缩和和清清液液的的平稳上升；平稳上升； 2.2.中中心心加加料料筒筒为为带带有有稀稀释释段段隔隔断断式式特特殊殊结结构构的的搅搅拌拌装装置置，使使絮絮凝凝剂剂以以多多点点分分散散方方式式与与进进料料矿矿浆浆在在浓浓密密机机内内得得到到充充分分、合合理的混合，提高了沉降效率；理的混合，提高了沉降效率； 3.3.中中心心加加料料筒筒较较长长，采采用用下下加加料料式式进进料料，即即矿矿

28、浆浆从从一一定定泥泥浆浆深深度度直直接接加加入入，使使上上清清液液经经过过泥泥浆浆层层渗渗滤滤，小小颗颗粒粒絮絮团团被被泥泥浆层捕获，降低了清液含固量。浆层捕获，降低了清液含固量。中心加料筒中心加料筒 (300500)(13001400)多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第1919页页/ /共共3232页页4.2.4 4.2.4 离心沉降离心沉降- -水力旋流器水力旋流器构构造造及及过过程程：旋旋流流器器主主要要由由圆圆筒筒部部分分、锥锥体体部部分分构构成成，悬悬浮浮液液由由圆圆柱柱体体上上部部入入口口管管沿沿

29、切切线线方方向向进进入入，在在旋旋流流器器内内造造成成强强烈烈的的旋旋流流运运动动( (沿沿筒筒壁壁一一面面作作圆圆周周运运动动，一一面面向向下下运运动动) )，结结果果使使含含有有细细颗颗粒粒的的大大部部分分液液体体通通过过溢溢流流管管向向上上溢溢流流排排出出，粗粗颗颗粒粒和和其其余余液液体体由由底底部部的底流喷嘴排出。的底流喷嘴排出。工工作作原原理理：在在离离心心力力的的作作用用下下，由由于于液液体体与与固固体体的的密密度度差差，固固体体沉沉于于离离心心器器底底，清清液液从从中中部部溢溢出出而而实实现现悬悬浮浮颗颗粒与液体分类的过程。粒与液体分类的过程。水力旋流器简图水力旋流器简图1.1.

30、出口管、出口管、2.2.圆柱、圆柱、3.3.锥体锥体4.4.排渣口、排渣口、5 5. .入口管入口管多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第2020页页/ /共共3232页页4.34.3过滤分离过滤分离4.3.1过滤操作的基本概念过滤操作的基本概念(1) 过过滤滤：以以某某种种多多孔孔物物质质作作为为介介质质来来处处理理悬悬浮浮液液，在在外外力力作作用用下下，悬悬浮浮液液中中的的液液体体通通过过介介质质的的孔孔道道而而固固体体颗颗粒粒被被截截留留下下来来，从从而而实实现现液液、固固分分离离的的操操作作。过过滤滤操操

31、作作所所处处理理的的悬悬浮浮液液称称为为泥泥浆浆，多多孔孔物物质质称称为为过过滤滤介介质质，通过介质孔道的液体称为，通过介质孔道的液体称为 滤液滤液，被截留的物质称为，被截留的物质称为过滤饼或滤渣过滤饼或滤渣。重力过滤：悬浮液本身的液柱压强差，一般不超过重力过滤：悬浮液本身的液柱压强差，一般不超过4.9104Pa加压过滤：在悬浮液上加压，一般达到加压过滤：在悬浮液上加压，一般达到4.9105Pa以上以上真空过滤：在过滤介质下面抽真空，通常不超过真空过滤：在过滤介质下面抽真空，通常不超过8.34104Pa离心过滤：利用离心力进行分离。离心过滤：利用离心力进行分离。多媒体教学课程：冶金设备基础多媒

32、体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第2121页页/ /共共3232页页工业上应用的过滤方式工业上应用的过滤方式(1)(1)深层过滤深层过滤 机机制制：悬悬浮浮液液中中固固体体颗颗粒粒的的粒粒度度小小于于过过滤滤介介质质的的孔孔隙隙。当当其其进进入入到到孔孔隙隙中中后后，在在重重力力、扩扩散散力力和和惯惯性性力力的的作作用用下下，被被收收集集于于孔孔隙隙中中，并并在在分分子子力力和和静静电电力力作作用下附着在过滤介质内部。用下附着在过滤介质内部。 过过滤滤过过程程是是在在介介质质内内部部进进行行，介质表面无滤饼形成。介质表面无滤饼形成。 适适合

33、合于于从从很很稀稀悬悬浮浮液液中中将将固固体分离出来，如饮用水净化等。体分离出来，如饮用水净化等。 (2) (2) 滤饼过滤滤饼过滤( (表面过滤表面过滤) ) 机机制制：悬悬浮浮液液中中粒粒径径大大于于孔孔隙隙的的以以及及和和孔孔隙隙相相等等的的颗颗粒粒聚聚积积于于介介质质表表面面，形形成成滤滤饼饼。过过滤滤开开始始时时，很很小小的的颗颗粒粒也也进进入入介介质质的的孔孔道道内内或或通通过过孔孔道道，故故滤滤液液可可能能是是浑浑浊浊的的。当当滤滤饼饼形形成成后后，滤滤饼饼在在以以后后的的过过滤滤中中起起着着过过滤滤介介质质的的作作用用( (相相当当于于深深层层过过滤滤介介质质) )，将将悬悬浮

34、浮液液中中更更小小的颗粒分离出来。的颗粒分离出来。 一般处理浓度高的悬浮液。一般处理浓度高的悬浮液。深层过滤机制深层过滤机制滤饼过滤机制滤饼过滤机制多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第2222页页/ /共共3232页页2. 2. 过滤介质过滤介质 过滤介质可按其作用原理、介质材料和介质结构进行分类：过滤介质可按其作用原理、介质材料和介质结构进行分类： A A：按作用原理进行分类：可分为表面过滤介质和深层过滤介质。：按作用原理进行分类：可分为表面过滤介质和深层过滤介质。 表表面面过过滤滤介介质质：滤滤纸纸、滤滤布

35、布、滤滤网网等等，主主要要用用来来获获得得有有价价值值的的固固相相产品，产品， 深深层层过过滤滤介介质质：助助滤滤剂剂层层( (即即预预涂涂层层) )、多多孔孔金金属属、多多孔孔塑塑料料及及砂砂滤滤层等，主要是获得澄清的液体。层等，主要是获得澄清的液体。 B B：按按介介质质材材料料进进行行分分类类：过过滤滤介介质质可可分分为为棉棉状状的的、毛毛状状的的、合合成成纤纤维的、陶瓷的、玻璃纤维的以及金属的过滤介质等。维的、陶瓷的、玻璃纤维的以及金属的过滤介质等。 C C：按介质结构进行分类：可分为扰性、钢性及松散性过滤介质等。：按介质结构进行分类：可分为扰性、钢性及松散性过滤介质等。多媒体教学课程

36、：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第2323页页/ /共共3232页页3.3.滤饼性质滤饼性质 不不可可压压缩缩滤滤饼饼：当当滤滤饼饼由由不不变变形形的的颗颗粒粒如如晶晶体体的的碳碳酸酸钙钙、硅硅藻藻土土等等组组成成时时，各各个个颗颗粒粒间间的的相相互互排排列列的的位位置置以以及及颗颗粒粒之之间间的的孔孔道道均均不不因因床床层层所受压强的增加而有所改变，这种滤饼称为不可压缩滤饼。所受压强的增加而有所改变，这种滤饼称为不可压缩滤饼。 可可压压缩缩滤滤饼饼：当当滤滤饼饼由由无无定定形形的的颗颗粒粒如如胶胶体体氢氢氧氧化化铝铝、氢

37、氢氧氧化化铬铬或或其其它它的的水水合合物物沉沉淀淀组组成成时时，颗颗粒粒间间的的孔孔道道则则随随过过滤滤压压强强的的增增加加而而变变小小，对滤液的流动起障碍作用，这种滤饼称为可压缩滤饼。对滤液的流动起障碍作用，这种滤饼称为可压缩滤饼。4.助滤剂助滤剂(改善可压缩性滤饼的性质改善可压缩性滤饼的性质) 靠靠物物理理或或机机械械作作用用来来改改变变滤滤饼饼的的结结构构从从而而改改善善过过滤滤效效果果的的物物料料称称为为助助滤滤剂剂。具具有有性性质质坚坚硬硬，在在一一般般压压强强下下不不变变形形的的性性质质。由由助助滤滤剂剂所所构构成成的的滤滤饼饼具具有有很很大大的的孔孔隙隙率率，能能减减少少可可压压

38、缩缩滤滤饼饼的的流流动动阻阻力力，提提高高过过滤滤速速度和滤液的澄清度。度和滤液的澄清度。多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第2424页页/ /共共3232页页4.3.3 过滤设备的类型过滤设备的类型过过滤滤设设备备根据操作方法分类根据操作方法分类根据过滤推动力的类别分类根据过滤推动力的类别分类间歇式过滤机：如叶滤机、板框压滤机间歇式过滤机：如叶滤机、板框压滤机连续式过滤机：如转筒式真空过滤机连续式过滤机：如转筒式真空过滤机板框式压滤机板框式压滤机转筒真空过滤机转筒真空过滤机转盘真空过滤机转盘真空过滤机间间 歇

39、歇 式式过过滤滤机机：过过滤滤、洗洗涤涤、干干燥燥、卸卸料料四四个个阶阶段段在在设设备备的的同同一一部部位位，但但在不同时间内进行。在不同时间内进行。连连 续续 式式 过过 滤滤 机机 ：过过 滤滤 、 洗洗 涤涤 、 干干 燥燥 、 卸卸 料料 四四 个个 阶阶 段段 是是 在在 设设 备备 的的 不不 同同 部部 位位 同时进行。同时进行。多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第2525页页/ /共共3232页页(1) 板框式压滤机板框式压滤机卧式板框压缩机示意图卧式板框压缩机示意图1.压紧装置、压紧装置、2.

40、头板、头板、3.板框板框(滤板、滤框滤板、滤框)、4.滤滤布布5.横梁、横梁、6.尾板、尾板、7 .分板装置、分板装置、8.支架支架卧式板框压滤机工作原理图卧式板框压滤机工作原理图1.滤框、滤框、2.滤板、滤板、3. 滤布、滤布、4.洗涤板洗涤板暗孔暗孔滤布滤布滤布滤布料料液液滤液滤液滤液滤液滤液滤液板框式板框式( (加压加压) )压滤机压滤机: :由滤框、由滤框、过滤介质和滤板交替排列成滤室过滤介质和滤板交替排列成滤室的加压过滤设备。的加压过滤设备。工工作作原原理理：滤滤框框角角端端的的暗暗孔孔进进入入框框内内，在在压压差差作作用用下下滤滤液液穿穿过过两两侧侧滤滤布布，然然后后经经过过过过滤

41、滤板板板板面面上上沟沟槽槽流流至至出出口口排排出出。料料渣渣则则被被滤滤布布截截留留形形成成滤滤饼饼，待待滤滤饼饼充充满满全全框框后后，即即可可停停止止过过滤滤，随随即即松松开开压压紧紧装装置置将将头头板板拉拉开开，然然后后分分板板装装置置依依次次将将滤滤板板和滤框拉开，进行卸料。和滤框拉开，进行卸料。特特点点：优优点点是是结结构构简简单单，制制造造方方便便，占占地地面面积积小小，对对物物料料的的适适应应性性 强强 ， 过过 滤滤 面面 积积 选选 择择 范范 围围 宽宽(121200m2)，滤滤饼饼含含湿湿量量较较低低，滤滤布布可可再再生生利利用用，过过滤滤操操作作稳稳定定成成本本低低。缺缺

42、点点是是间间歇歇操操作作效效率率低低，人人工工操操作作劳劳动动强强度度大大，过过滤滤速速度度逐渐减慢，效率低。逐渐减慢，效率低。多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第2626页页/ /共共3232页页转筒真空过滤转筒真空过滤机机刮刀卸料式转筒真空过滤机刮刀卸料式转筒真空过滤机剩余滤液吸尽剩余滤液吸尽并将滤饼吸干并将滤饼吸干洗涤水由喷洒在滤饼洗涤水由喷洒在滤饼使滤饼剩余洗液吸干使滤饼剩余洗液吸干滤饼被吹松滤饼被吹松, ,用刮刀剥离用刮刀剥离更新的过滤表面更新的过滤表面多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金

43、设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第2727页页/ /共共3232页页4.4 4.4 离心分离离心分离4.4.1 4.4.1 离心分离基本概念离心分离基本概念 离离心心过过滤滤机机工工作作原原理理：悬悬浮浮液液在在离离心心力力的的作作用用下下，液液体体流流过过滤滤网网、固固体体颗颗粒粒被被截截留留下下来来的的过过程程，适适用用于于晶晶体体颗颗粒粒物物料料以以及及各各种种纤纤维维质质物物料料的分离。的分离。离离心心分分离离：在在滤滤框框有有孔孔眼眼情情况况下下，孔孔要要覆覆以以滤滤布布或或其其它它介介质质，液液体体受受离离心心力力的的作作用用由由滤滤孔孔迅迅速

44、速排排出出，固固体体则则留留于于滤滤布布上上，从而达到固液分离目的。从而达到固液分离目的。离离心心沉沉降降：当当滤滤框框无无孔孔时时，物物料料受受离离心心力力作作用用，按按密密度度大大小小分分层层沉沉淀淀，密密度度最最大大、颗颗粒粒最最粗粗的的物物料料直直接接附附于于滤滤筐筐壁壁上上，密密度度小小、颗粒细的物料则集于滤筐中央。颗粒细的物料则集于滤筐中央。按分离因素分类按分离因素分类按操作性质分类按操作性质分类按操作方式分类按操作方式分类常速离心机常速离心机高速离心机高速离心机超高速离心机超高速离心机过滤式离心机：滤框的框壁有孔过滤式离心机：滤框的框壁有孔沉降式离心机：滤框的框壁无孔沉降式离心机

45、：滤框的框壁无孔分离式离心机：滤框壁无孔，用于分离乳浊液分离式离心机：滤框壁无孔，用于分离乳浊液间歇式离心机间歇式离心机连续式离心机连续式离心机4.4.2 4.4.2 离心机的类型和构造离心机的类型和构造多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第2828页页/ /共共3232页页夏普雷斯推进式离心夏普雷斯推进式离心机机多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第2929页页/ /共共3232页页颗粒的大小与形状颗粒的大小与形状颗粒的密度与堆积

46、密度颗粒的密度与堆积密度颗粒填充性与磨擦角颗粒填充性与磨擦角A A 固体微粒的物理性质固体微粒的物理性质B B 颗粒体与流体颗粒体与流体 相对运动的阻力相对运动的阻力(1) (1) 固液两相流固液两相流(2) (2) 球形颗粒在静止流体中的自由沉降球形颗粒在静止流体中的自由沉降沉降终速：沉降终速：层流层流湍流湍流过渡流过渡流本章小结本章小结多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第3030页页/ /共共3232页页(3) (3) 悬浮液沉降过程；离心沉降；絮凝剂在液悬浮液沉降过程；离心沉降；絮凝剂在液- -固分离中作

47、用固分离中作用沉降槽的工作区沉降槽的工作区清液区清液区均一浓度区均一浓度区非均浓度区非均浓度区压缩浓度区压缩浓度区沉降槽的构造沉降槽的构造槽体槽体工作桥架工作桥架刮泥机构刮泥机构进料框架进料框架传动与转动装置传动与转动装置清液出口清液出口底流出口底流出口悬浮液的性质悬浮液的性质悬浮液的温度悬浮液的温度悬浮液的密度悬浮液的密度悬浮液的浓度悬浮液的浓度悬浮液的粒度悬浮液的粒度悬浮液的粘度悬浮液的粘度多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第3131页页/ /共共3232页页(4)(4)过滤的基本概念过滤的基本概念松散性过

48、滤介质松散性过滤介质 硅藻土硅藻土膨胀珍珠岩膨胀珍珠岩细砂细砂无烟煤无烟煤过滤方式过滤方式深层过滤深层过滤滤饼过滤滤饼过滤过滤介质过滤介质刚性过滤介质刚性过滤介质金属介质金属介质陶瓷介质陶瓷介质玻璃介质玻璃介质泡沫介质泡沫介质刚玉介质刚玉介质过滤分类过滤分类重力过滤重力过滤加压过滤加压过滤真空过滤真空过滤离心过滤离心过滤扰性过滤介质扰性过滤介质金属介质金属介质非金属介质非金属介质金属和非金属混合介质金属和非金属混合介质天然织物天然织物( (棉、毛棉、毛) )合成织物、玻璃织物合成织物、玻璃织物非织造纤维非织造纤维( (滤纸滤纸) )多媒体教学课程：冶金设备基础多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明理工大学材料与冶金工程学院第第3232页页/ /共共3232页页滤饼性质滤饼性质可压缩滤饼可压缩滤饼不可压缩滤饼不可压缩滤饼助滤剂助滤剂预涂层助滤预涂层助滤体加料助滤体加料助滤(5) (5) 典型的过滤设备典型的过滤设备间歇式过滤机间歇式过滤机- -板框式压滤机板框式压滤机连续式过滤机连续式过滤机- -转鼓真空过滤机转鼓真空过滤机作业题作业题1 1、简述悬浮液沉降分离的方法和原理？、简述悬浮液沉降分离的方法和原理？2 2、什么是可压缩性滤饼？怎样改善滤饼的性质，以提高过滤速度？、什么是可压缩性滤饼？怎样改善滤饼的性质，以提高过滤速度？