过滤目的：从悬浮液中分离出固体颗粒。

过滤原理：在外力的作用下，悬浮液中的液体通过多孔介质的

孔道而固体颗粒被截留下来，从而实现固、液分离。

过滤术语：

滤浆：过滤操作所处理的悬浮液

过滤介质：所用的多孔物质（过滤介质是织物时，称为滤布 ) ；

滤液：通过介质孔道的液体；

滤饼（滤渣）：被截留的物质。

3.6 过滤

(1) 工业过滤方式 : 深层过滤、滤饼过滤

特点：固体颗粒的沉积发生在较厚的粒状过滤介质内部，过滤介质表面上无颗粒层形成 。

特点：固体颗粒呈饼层状沉积于过滤介质的上游一侧，形成滤饼层 。

适用：处理颗粒含量较高的悬浮液，是化工生产中的主要过滤方式。

适用：悬浮液中颗粒尺寸甚小而且含量甚微的场合。

悬浮液

过滤介质

滤液

深层过滤

清液

过滤介质

悬浮液

滤饼

滤饼过滤

滤饼过滤中流体→滤饼层 ( 固定床 )+ 过滤介质过滤后期，滤饼为主要的“过滤介质”。

(2) 过滤介质

要求：具有多孔性，足够的机械强度。

① 　丝织物品：棉、麻、合纤、金属网 ( 滤布、滤纸 )

；

② 　多孔性固体介质：多孔塑料；

③ 　堆积介质：砂、木炭、石棉粉等。(3) 过滤推动力 克服流体流动阻力，提高过滤速度。 过滤推动力 : 重力、离心力、压力差。

化工生产上常用压差作推动力，压差有可调性。

(5) 助滤剂 目的：减小过滤阻力； 使用方法：预涂法、预混法。 要求：助滤剂应能较好地悬浮于料液中，颗粒大小合 适，助滤剂中还不应含有可溶于滤液的物质。 注意：当滤饼是产品时不能使用助滤剂。(6) 过滤过程特点 ▲ 服从流体经过固定床的流动规律， ▲ 随过滤进行，床层厚度↑，过滤阻力↑。

(4) 滤饼的压缩性 不可压缩滤饼： 推动力↑时， ε 不变；阻力随厚度↑；

可压缩滤饼：推动力↑时， ε↓ ，阻力↑↑。

x)(悬浮液滤浆

,,V

V L

滤饼，滤液

LV ,)( 空隙中滤液

Vs )1(, 固体颗粒(1) 对所得固体颗粒进行质量衡算 滤饼中固体颗粒质量 = 滤浆质量 × 滤浆中固体颗粒质量分率

x xVVVV sLLs )1()1(

设：获得单位体积滤液所形成滤饼体积 v ，

xx

x

V

Vv

Ls

L

)1)(1(

VVV sL )1(

(2) 对滤饼进行质量衡算

3.6.2 过滤过程的物料衡算

Ls

s

空隙率：

3.6.3 过滤基本方程式 (1) 过滤速度与过滤速率

过滤速率： 过滤速度：

d

dV sm /3

Ad

dVu sm /

计算前提： * 过滤过程可视为流体通过固定床的流动；

* 滤液通过滤布和滤饼的流动多处于层流区。

① 滤饼层阻力

L

p

akAd

dVu

1

22

3

)1(

3

22 )1(

ak

r滤饼比阻：

1

1:rL

p

Ad

dVu

过滤速度阻力推动力

② 过滤介质 ( 滤布 ) 阻力 Le ：滤布阻力折成滤饼阻力的当量厚度。

erL

p

Ad

dVu

2

)( eLLr

p

Ad

dV

加和：

21 ppp 总推动力：

)( eLLr 总阻力：

③ 过滤总阻力

(2) 过滤的基本方程式

A

vVL

A

vVL e

e

)(

2

eVVrv

pA

d

dV

(3) 滤饼比阻 r 及常数 k

① 滤饼比阻

3

22 )1(

ak

r

说明：滤饼结构对过滤阻力的影响，大小与滤饼特性 常数 a 、 ε 有关。

滤饼厚度： 当量滤饼厚度：

r 与压差 Δp 关系

不可压缩滤饼： a 、 ε= 常数，则 r 与 Δp 无关

rp ，则时，

sprr 0

r0 ：单位压差下的滤饼比阻，与 Δp 无关。 s ：压缩指数 不可压缩滤饼 s =0 ； 可压缩滤饼 s≠0 (0.2-0.8) 。

vrk

0

1

影响因素：滤液性质、滤浆浓度、滤饼性质 。说明： k 与 Δp 无关。

② 滤饼常数 k

可压缩滤饼：

反映物料特性的常数。

e

s

VV

pkA

d

dV

12

过滤基本方程式：

计算内容： 设计型、操作型。

过滤的操作方式：

恒压过滤： Δp 一定，过滤阻力↑， u↓ ；

恒速过滤： u 一定， 则需 Δp↑ ；

先恒速，后恒压组合操作。

明确：过滤过程 —— 非稳态过程。

3.6.4 过滤计算

VeV

pkA

d

dV s

12

（ 1 ）恒压过滤 过滤基本方程式：

0

12

0

12

0)( dpkAdpkAdVVV ssV

e积分：

常数常数常数代入： ApkKp s ,2, 1

恒压过滤方程式：

过滤介质：

忽略介质阻力

则有：

spkK 12过滤常数： sm /2

vr

p s

0

12

AVq /令：

(2) 恒速过滤 特点：速度恒定， V 均匀 ， 要求 Δp↑ 。

(3) 先恒速后恒压过滤——分段计算（注意边界条件）

11

12)( dpkAdVVV sV

V e恒压段积分：

)()(2)( 12

12

12 KAVVVVV e恒压段：

)()(2)( 1121

2 Kqqqqq e或：

112

12

1 se pkAVVV 恒速段：

0

12

0)( dpkAdVVV sV

e

)()()(1

1

1

1

0

12

0

ddpkAdVVVdVVV sV

V e

V

e

(4) 过滤常数的测定 测定数据： 实验条件：

0rsqK ee 、、、、 同种悬浮液，恒定压差、恒定温度

Kqqqp e 22：对某一压差

eqK

qKq

21

变形：

作图，为一条直线，qq

K

1斜率： eqK

2截距：

eeqK 、可求固定压差下的 )( 2ee Kq

① 　实验测定 K ， qe ， τe

Δp 与过滤常数 K 的关系：

22

11

2

1

2

2

pk

pk

K

K

2

1

2

1

p

p

K

K

spkK 12vr

p s

0

12

不可压缩滤饼：

根据定义：

可压缩滤饼：

psr

K log)1(2

loglog0

作图，为一条直线，pK lglg

s1斜率：vr0

2lg

截距：

不同压差下，测 K ，做图求 s ， r0 。

② 　实验测定 s ， r0

spkK 12vr

p s

0

12

log(K)

log(p)

ab

常数洗涤速率： wd

dV)(

洗涤速率洗涤液用量

洗涤时间： w

ww

ddVV

)(

3.6.5 滤饼的洗涤 目的：回收滤饼中滤液，或除去滤饼中可溶性杂质；

方法：恒压洗涤，压差为过滤的最终压差； 特点：洗涤速率恒定（滤饼厚度不变，阻力恒定） 计算的内容：使用一定量洗涤液时所需要的洗涤时间 。

洗涤液用量：取决于对滤渣的质量要求或滤液的回收要求；

洗涤速率 ：与洗涤液的性质及洗涤方法有关，后者又与所用的

过滤设备结构有关 。

3.6.6 过滤机及其生产能力 以压力差为推动力：板框式压滤机（间歇操作）； 叶滤机（间歇操作）； 回转真空过滤机（连续操作）。 以离心力为推动力：离心过滤机。

(1) 板框式压滤机 ① 　结构和工作原理 滤框、 滤板— 洗涤板，非洗涤板。

料液通道

2 钮1钮 3钮

洗涤液通道

洗涤板框非洗涤板

排列方式：板、框交替，个数可调。

操作周期：组装→过滤→洗涤→卸渣→整理。

操作方式：间歇操作

滤 液

滤浆过滤过程：

洗液

废洗液

洗涤过程：

优点：操作灵活，过滤面积大，可承受较大压力；

缺点：劳动强度大，操作不连续，生产效率低。

② 　板框过滤机的生产能力

生产能力：一个周期内，单位时间可获得滤液量。

Dw 辅助时间洗涤时间过滤时间一个生产周期

洗涤时间 τw 的计算：

洗涤条件：洗涤压差 = 过滤最终压差；

洗涤时，滤饼厚度不变；

洗涤液粘度与滤液相近。

洗涤L

过滤L

滤液穿过滤饼厚度 L/2 L

流通截面 2A(A框面积 ) A

推动力 过滤终了 Δp 洗涤 Δp

速率Ed

dV

wd

dV

洗涤方法：横穿洗涤法

速率间关系： Ew d

dV

d

dV)(

4

1)(

)(2)(

2

eE VV

KA

d

dV

)(8

1)(

2

ew VV

KA

d

dV

洗涤速率：

VVa Ww 令：

最终过滤速率：

时，0eV

③ 最佳过滤周期 最佳：安排操作周期，使生产能力最大。

Dewe

h

KAVVVa

KAVVV

VV

2

2

2

2 )(82

2

2

)81(KA

VawD

时，过滤机生产能力最大0dV

dVh

②　叶滤机的生产能力Dw

h

VV

)(2)()(

2

eEw VV

KA

d

dV

d

dV

2

2 )(2

KA

VVVa eww

洗涤时间：

(2) 叶滤机 ①　结构和工作原理 主要部件：机壳，滤叶 操作方式：间歇操作 操作周期：过滤 → 洗涤 → 卸渣 洗涤方式：置换法

4

2-金属网 ;

25

3

1

滤叶的构造

1- 空框 ;

3-滤布 ;4- 顶盖 ; 5-滤饼

时，0eV ww a2③ 　最佳操作周期

2

2

)21(KA

VawD 洗涤时间：

(3) 回转真空过滤机

① 结构和工作原理

主要部件：水平转筒、分配头；

操作方式：恒压、连续操作；

操作周期 (旋转一周 ) ：

过滤 → 洗涤 → 吸干 → 吹松 → 卸渣。

1- 转筒； 2-分配头； 3-洗涤水喷嘴

4- 刮刀； 5-悬浮液槽； 6- 抖搅器

卸渣区

洗涤脱水区

过滤区

1

23

4

56

回转真空过滤机操作简图

1

2

3

4

5

回转真空过滤机的分配头

转动盘 固定盘

1 、 2－与滤液储槽相同的槽； 3－与洗液相通的槽；

4 、 5－通压缩空气的孔

设：转筒过滤面积 A ，一生产周期得滤液量 V ， 转筒浸没分率 φ ，转数 n （ rps ）

nT

1

nT

)()( 22ee KAVV

ee VKAV )(2 一周期滤液量：

eVn

KAe

)(2

])([36003600 2eeh nVnnKAnVV 生产能力：

T

VVV

Dwh

② 生产能力 Vh

生产周期：

过滤时间：

过滤基本方程式：

卸渣区

洗涤脱水区

过滤区

1

23

4

56

),,,( KAnfVh 影响因素：

n ： 0.1-3 rpm ，过高，滤饼薄，不易卸料；

φ ：过滤面积为转筒总面积的 30%- 40% 为宜。(4) 其它过滤设备

① 预涂层转鼓真空过滤机

普通回转真空过滤机的改进型式

优点：滤饼层很薄，过滤速度较高，滤饼可卸得很干净 ；

适用：一些粒度小、易受压变形，且渗透性很差的固体颗粒

形成的悬浮液。

② 　真空式带式过滤机

特点：滤饼薄，过滤速度大，可用于颗粒小、可压缩性滤饼的过滤；卸饼快且干净；辅助时间较短。

适用：有色冶金、化工、制药、磷酸工业和环境保护。

1－预涂层加料槽

2－配料罐

3－悬浮液

4－密封罩

5－滤饼

6－真空室

③ 可变容积过滤机

可变容积过滤机的结构类似于板框压滤机，但其滤板用钢

材加强的硬橡皮制成，因厚度小，使过滤空间增大。

（ a ） （ b ）

（ a ）过滤

1－料液

2－滤饼

3－滤液

4－滤布

5－橡皮膜（ b ）过

滤1－被压缩滤饼

2－钢板

3－压缩空气

④ 管式压滤机管式压滤机由一根或多根钻孔管组成，这些管由支撑板支撑排列在受压的筒体容器内，有卧式和立式两种类型。

优点：更换过滤介质容易，过滤周期可根据需要调节，滤饼损失量小，滤液在壳内容易排净，得到的滤饼含湿量小且维修方便。

缺点：更换介质等需人工操作，密度大的颗粒可能沉积在封头与管板组成的加料室内。

适用：小型工厂和中试场合，过滤较细颗粒物料。

卧式 立式

⑤ 带式压榨过滤机

脱水过程：重力过滤区、楔形挤压区、挤压压榨区

挤压区段是该机的主要脱水区

1－加料； 2－重力区； 3－上带调偏； 4－下带张紧； 5－上带张紧； 6－楔行区； 7－下带调偏听偏； 8－卸料； 9－压力区

3.6.7 离心过滤 (1) 工作原理

过滤推动力：离心力； 离心机分类：常速、高速、超速离心机。 (2) 离心过滤计算

作用在薄圆筒形液体上的离心力为：

)()(2 2RdRRhdFc

由此产生的径向压力差为：

)(2

1

221

22

22

1

2

1

RRRh

dFcdpp

p

p

p

p

R1

h

离心机过滤

R3

颗粒在旋转流体中的运动

则积分基本方程式有 :

22 AKV

(3) 离心过滤机型式及操作

若滤饼厚度相对转鼓半径可忽略不计 ,则过滤面积可视为常数 , 令

rv

RRK

)( 2

122

2

rvV

pA

d

dV

2

忽略介质阻力 , 离心过滤的基本方程式为 :

① 三足式离心机

优点：构造简单、运转周期灵活；

缺点：卸料时劳动条件差、检修不方便；

适用：小批量物料处理，各种盐类结晶的过滤和脱水。

1－底盘； 2－支柱； 3－缓冲弹簧； 4－摆杆； 5－鼓壁； 6－转鼓底； 7－拦液板； 8－机盖； 9－主轴；10－轴承座； 11－制动吕手柄； 12－外壳； 13－电动机； 14－制动轮； 15－滤液出口

② 刮刀卸料式离心机

优点：连续运转、生产能力大、劳动条件好；

适用：直径在 0.1mm以上的颗粒的过滤；

不适用：细、粘颗粒的过滤，必须保持晶粒完整的物料的过滤。

③ 活塞往复式卸料离心机

适用：颗粒直径较大（ >0.15mm) 、浓度大（ >30%) 的滤浆

食盐、硫酸铵、尿素等的生产中。

1

2

1－原料液

2－洗涤液

3－脱液固体

4－洗出液

5－滤液