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過(guò)濾機是利用多孔性過(guò)濾介質(zhì),截留液體與固體顆?;旌衔镏械墓腆w顆粒,而實(shí)現固、液分離的設備。 過(guò)濾機廣泛應用于化工、石油、制藥、輕工、食品、選礦、煤炭和水處理等部門(mén)。
中國古代即已應用過(guò)濾技術(shù)于生產(chǎn),公元前二百年已有植物纖維 制作的紙。公元105年,蔡倫改進(jìn)了造紙法,他在造紙過(guò)程中將植物纖維紙漿蕩于致密的細竹簾上,水經(jīng)竹簾縫隙濾過(guò),一薄層濕紙漿留于竹簾面上,干后即成紙張。
最早的過(guò)濾大多為重力過(guò)濾,后來(lái)采用加壓過(guò)濾提高了過(guò)濾速度,進(jìn)而又出現了真空過(guò)濾。20世紀初發(fā)明的轉鼓真空過(guò)濾機實(shí)現了過(guò)濾操作的連續化。此后,各種類(lèi)型的連續過(guò)濾機相繼出現。間歇操作的過(guò)濾機因能實(shí)現自動(dòng)化操作而得到發(fā)展,過(guò)濾面積越來(lái)越大。為得到含濕量低的濾渣,機械壓榨的過(guò)濾機得到了發(fā)展。
用過(guò)濾介質(zhì)把容器分隔為上、下腔,即構成簡(jiǎn)單的過(guò)濾器。懸浮液加入上腔,在壓力作用下通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)進(jìn)入下腔成為濾液,固體顆粒被截留在過(guò)濾介質(zhì)表面形成濾渣(或稱(chēng)濾餅)。
過(guò)濾過(guò)程中過(guò)濾介質(zhì)表面積存的濾渣層逐漸加厚,液體通過(guò)濾渣層的阻力隨之增高,過(guò)濾速度減小。當濾室充滿(mǎn)濾渣或過(guò)濾速度太小時(shí),停止過(guò)濾,清除濾渣,使過(guò)濾介質(zhì)再生,以完成一次過(guò)濾循環(huán)。
液體通過(guò)濾渣層和過(guò)濾介質(zhì)必須克服阻力,因此在過(guò)濾介質(zhì)的兩側必須有壓力差,這是實(shí)現過(guò)濾的推動(dòng)力。增大壓力差可以加速過(guò)濾,但受壓后變形的顆粒在大壓力差時(shí)易堵塞過(guò)濾介質(zhì)孔隙,過(guò)濾反而減慢。
懸浮液過(guò)濾有濾渣層過(guò)濾、深層過(guò)濾和篩濾三種方式。濾渣層過(guò)濾是指在經(jīng)過(guò)過(guò)濾初期后,形成了初始濾渣層,此后,濾渣層對過(guò)濾起主要作用,這時(shí)大、小顆粒均被截留;深層過(guò)濾是指過(guò)濾介質(zhì)較厚,懸浮液中含固體顆粒較少,且顆粒小于過(guò)濾介質(zhì)的孔道,過(guò)濾時(shí),顆粒進(jìn)入后被吸附在孔道內的過(guò)濾;篩濾是過(guò)濾截留的固體顆粒都大于過(guò)濾介質(zhì)的孔隙,過(guò)濾介質(zhì)內部不吸附固體顆粒的過(guò)濾方式,例如轉筒式過(guò)濾篩濾去污水中的粗粒雜質(zhì)。
在實(shí)際的過(guò)濾過(guò)程中,三種方式常常是同時(shí)或相繼出現。過(guò)濾機的處理能力取決于過(guò)濾速度。懸浮液中的固體顆粒大、粒度均勻時(shí),過(guò)濾的濾渣層孔隙較為暢通,濾液通過(guò)濾渣層的速度較大。應用凝聚劑將微細的顆粒集合成較大的團塊,有利于提高過(guò)濾速度。
對于固體顆粒沉降速度快的懸浮液,應用在過(guò)濾介質(zhì)上部加料的過(guò)濾機,使過(guò)濾方向與重力方向一致,粗顆粒首先沉降,可減少過(guò)濾介質(zhì)和濾渣層的堵塞;在難過(guò)濾的懸浮液(如膠體)中混入如硅藻土、膨脹珍珠巖等較粗的固體顆粒,可使濾渣層變得疏松;濾液粘度較大時(shí),可加熱懸浮液以降低粘度。這些措施都能加快過(guò)濾速度。
過(guò)濾機按獲得過(guò)濾推動(dòng)力的方法不同,分為重力過(guò)濾器、真空過(guò)濾機和加壓過(guò)濾機三類(lèi)。重力過(guò)濾器是借助懸浮液的重力和位差,在過(guò)濾介質(zhì)上形成的壓力作為過(guò)濾的推動(dòng)力,一般為間歇操作。 真空過(guò)濾器是在濾液出口處形成負壓作為過(guò)濾的推動(dòng)力。這種過(guò)濾機又分為間歇操作和連續操作兩種。間歇操作的真空過(guò)濾機可過(guò)濾各種濃度的懸浮液,連續操作的真空過(guò)濾機適于過(guò)濾含固體顆粒較多的稠厚懸浮液。 加壓過(guò)濾器以在懸浮液進(jìn)口處施加的壓力,或對濕物料施加的機械壓榨力作為過(guò)濾推動(dòng)力,適用于要求過(guò)濾壓差較大的懸浮液,也分為間歇操作和連續操作兩種。
過(guò)濾機應根據懸浮液的濃度、固體粒度、液體粘度和對過(guò)濾質(zhì)量的要求選用。先選擇幾種過(guò)濾介質(zhì),利用過(guò)濾漏斗實(shí)驗,測定不同過(guò)濾介質(zhì)和不同壓差下的過(guò)濾速度、濾液的固體含量、濾渣層的厚度和含濕量,找出適宜的過(guò)濾條件,初步選定過(guò)濾機類(lèi)型,再根據處理量選定過(guò)濾面積,并經(jīng)實(shí)際試驗驗證。
正在發(fā)展的新型過(guò)濾設備有:機械力壓榨過(guò)濾設備;能實(shí)現無(wú)濾渣層過(guò)濾的動(dòng)態(tài)過(guò)濾機;洗選煤炭污水處理、化工和石油工業(yè)用的大型過(guò)濾設備。
在過(guò)濾理論研究方面,濾渣層過(guò)濾阻力和孔隙率的測算、過(guò)濾速度、過(guò)濾設備的模擬和放大、稀薄液體澄清過(guò)濾和動(dòng)態(tài)過(guò)濾機理,以及過(guò)濾介質(zhì)的研究,都是重要的課題。利用電子計算機控制過(guò)濾操作是過(guò)濾設備的發(fā)展方向。
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