污泥脱水离心机过滤速率及影响过滤速率的因素
过滤

filtration
  使液固或气固混合物中的流体强制通过多孔性,过滤介质将其中的悬浮固体颗粒加以截留,从而实现混合物的分离,是一种属于流体动力过程的单元操作。液固混合物的过滤在压差(包括重力造成的压差)或离心力作用下进行。待过滤的混合物称为滤浆,穿过过滤介质的澄清液体称为滤液,被截留的固体颗粒层称为滤饼。气固混合物的过滤一般在压差作用下进行。过滤操作的目的有时是为得到澄清的流体,如润滑油或空气的过滤;有时是为得到悬浮的固体颗粒,如结晶时从母液中分离晶体产品;有时则两者兼有。
  过滤方法  根据过程的推动力,过滤可分为:①重力过滤,操作推动力是悬浮液本身的液柱静压,一般不超过50kPa,此法仅适用于处理颗粒粒度大、含量少的滤浆;②加压过滤,用泵或其他方式将滤浆加压,可产生较高的操作压力,一般可达500kPa以上,能有效处理难分离的滤浆;③真空过滤,在过滤介质底侧抽真空,所产生的压力差通常不超过85kPa,适用于含有矿粒或晶体颗粒的滤浆,且便于洗涤滤饼;④离心过滤,操作压力是滤浆层产生的离心力,便于洗涤滤饼,所得滤饼的含液量少,适用于晶体物料和纤维物料的过滤。过滤设备的种类很多。通常将实施重力过滤、加压过滤和真空过滤的机器称过滤机;将实施离心过滤的机器,称离心过滤机。
  机理  按过滤介质拦截固体颗粒机理,可分表面过滤和深层过滤,前者广泛用于化工生产中;后者较少应用。
  ①表面过滤 利用过滤介质表面或过滤过程中所生成的滤饼表面,来拦截固体颗粒,使固体与液体分离。这种过滤只能除去粒径大于滤饼孔道直径的颗粒,但并不要求过滤介质的孔道直径一定要小于被截留颗粒的直径。在一般情况下,过滤开始阶段会有少量小于介质通道直径的颗粒穿过介质混入滤液中,但颗粒很快在介质通道入口发生架桥现象(图1),使小颗粒受到阻拦且在介质表面沉积形成滤饼。此时,真正对颗粒起拦截作用的是滤饼,而过滤介质仅起着支承滤饼的作用。不过当悬浮液的颗粒含量极少而不能形成滤饼时,固体颗粒只能依靠过滤介质的拦截而与液体分离;此时只有大于介质孔道直径的颗粒方能从液体中除去。

 

 

②深层过滤 当颗粒尺寸小于介质孔道直径时,不能在过滤介质表面形成滤饼, 这些颗粒便进入介质内部(图2),借惯性和扩散作用趋近孔道壁面,并在静电和表面力的作用下沉积下来,从而与流体分离。深层过滤会使过滤介质内部的孔道逐渐缩小,所以过滤介质必须定期更换或再生。用砂滤法过滤饮用水是深层过滤的实例。
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  过滤速率  指单位时间内,通过单位过滤面积所得到的滤液量,是过滤操作强度的度量。对于表面过滤,过滤速率可由下式计算:
      (1)
 

式中q为通过单位过滤面积从过滤开始到某时刻τ内所得的累计滤液量;Δp为作用于滤饼和过滤介质的总压差;μ为滤液的粘度;φ为通过单位体积滤液时所生成的滤饼体积;r为反映滤饼阻力特性的系数(称为比阻);qe过过滤介质的当量滤液量,即单位过滤面积形成阻力与过滤介质阻力相等的滤饼的滤液量。比式表述的是瞬时过滤速率与物系性质、过滤介质阻力、操作压差及该时刻的累计滤液量之间的关系,式中Δp可看作过滤操作的推动力,而rφμ(q+qe)可视为滤饼和过滤介质对过滤操作的阻力。累计滤液量越多,则形成的滤饼越厚,过滤速率也越低,因此,过滤是一个非定态过程。若维持操作压差Δp不变,则过滤速度必逐渐下降,这种操作方式称为恒压过滤;若要维持过滤速率不变,则操作压差Δp必须不断增加,这种操作方式称为恒速过滤。为避免过滤初期因压差过高而使滤布堵塞或破损,可首先采用恒速过滤,然后采用恒压过滤。
  对于恒压过滤,将过滤速率方程式积分可得恒压过滤方程:
      (2)
 

式中,称为过滤常数,其值与悬浮液性质和操作压差有关,由实验测定。
  同样,对于恒速过滤,由过滤速率方程可以导得恒速过滤方程:
      (3)
 

  滤饼的洗涤  某些过滤操作要求降低滤饼中残留的滤液含量,可在过滤终了时用适当的液体去洗涤滤饼。假设洗涤液通道与过滤终了时滤液的通道相同,则可由下式计算洗涤速度UW:
       (4)
 

式中μW为洗涤液的粘读;ΔpW为洗涤时的总压差;q为过滤终了时单位面积的累计滤液量。


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