第三章 过滤及离心
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化工原理 第三章教材
现有一底面积为 2m2的降尘室，用以处理 20℃的常压含 尘空气。尘粒密度为 1800kg/m3。现需将直径为 25μm 以上 的颗粒全部除去，试求：
(1) 该降尘室的含尘气体处理能力，m3/s；
(2) 若在该降尘室中均匀设置 9 块水平隔板，则含尘气 体的处理能力为多少 m3/s？
B、增稠器----分离悬浮液（连续生产过程）
① 干扰沉降：相邻颗粒的运动改变了原来单个颗粒周 围的流场，颗粒沉降相互干扰
② 壁效应：壁面，底面处曳力 ↓ ③ 颗粒形状：
例 5-1 颗粒大小测定 已测得密度为 ρp = 1630kg/m3 的塑料珠在 20℃ 的 CCl4 液体中的 沉降速度为 1.70×10-3m/s，20℃时CCl4 的密度ρ=1590kg/m3，粘度 μ=1.03×10-3Pa/s，求此塑料珠的直径
A、受力分析
重力：Fg
mg
6
d
3 p
p
g
浮力：
Fb
m
p
g
6
d
3 p
g
曳力： Fd
Ap
1 u2
2
B、重力沉降的几个阶段
1. 沉降的加速阶段：
设初始速度为0，根据牛顿第二定律：
Fg
Fb
Fd
m du
d
0
du
(p
)g
3
u2
d
p
4d p p
2. 沉降的等速阶段
u Fd
, du
d
某一时刻，du d
悬浮液在任何设备内静置，均会发生沉降过程，其中固体颗粒在 重力作用下沉降与液体分离
➢ 工作原理： ➢ 沉降的两个阶段： 上部----自由沉降 下部----干扰沉降
(1) 该降尘室的含尘气体处理能力，m3/s；
(2) 若在该降尘室中均匀设置 9 块水平隔板，则含尘气 体的处理能力为多少 m3/s？
B、增稠器----分离悬浮液（连续生产过程）
① 干扰沉降：相邻颗粒的运动改变了原来单个颗粒周 围的流场，颗粒沉降相互干扰
② 壁效应：壁面，底面处曳力 ↓ ③ 颗粒形状：
例 5-1 颗粒大小测定 已测得密度为 ρp = 1630kg/m3 的塑料珠在 20℃ 的 CCl4 液体中的 沉降速度为 1.70×10-3m/s，20℃时CCl4 的密度ρ=1590kg/m3，粘度 μ=1.03×10-3Pa/s，求此塑料珠的直径
A、受力分析
重力：Fg
mg
6
d
3 p
p
g
浮力：
Fb
m
p
g
6
d
3 p
g
曳力： Fd
Ap
1 u2
2
B、重力沉降的几个阶段
1. 沉降的加速阶段：
设初始速度为0，根据牛顿第二定律：
Fg
Fb
Fd
m du
d
0
du
(p
)g
3
u2
d
p
4d p p
2. 沉降的等速阶段
u Fd
, du
d
某一时刻，du d
悬浮液在任何设备内静置，均会发生沉降过程，其中固体颗粒在 重力作用下沉降与液体分离
➢ 工作原理： ➢ 沉降的两个阶段： 上部----自由沉降 下部----干扰沉降
第3章 离心与过滤(3.13)
2、碟片式离心机
最大流量计算
3、螺旋卸料沉降离心机
卧式螺旋卸料沉降离心机是利用离心沉降原理分离悬浮液 的设备，它主要用于完成固液相有密度差的悬浮液的固相 脱水，液相澄清，粒度分级，浓缩等工艺过程。
原理：转鼓与螺旋以一定差速同向高速旋转，物料由进料管 连续引入输料螺旋内筒，加速后进入转鼓，在离心力场作用下， 较重的固相物沉积在转鼓壁上形成沉渣层。输料螺旋将沉积的 固相物连续不断定推至转鼓锥端，经排渣口排出机外，较轻的 液相物则形成内层液环，由转鼓大端溢流口连续溢出转鼓，经 排液口排出机外。
二、 过滤的理论基础
1、过滤基本参数
主要特征：随着过滤过程的进行，流体中的固体颗粒被截
留在过滤介质表面并逐渐积累成滤饼层。
滤饼层厚度：随过滤时间的增长而增厚，其增加速率与过
滤所得的滤液的量成正比。
过滤速度：由于滤饼层厚度的增加，因此在过滤过程中是
变化的。
过滤速度是描述过滤过程的关键！
推动力 其他因素
16差速区带离心法和等密度离心法的区别差速区带离心法等密度离心法原理依据粒子的沉降速率差异被分离依据粒子本身的密度差异被分离梯度范围介质的密度小于样品中各种粒子的密度介质的密度大于待分离样品中各种粒子的密度时间效应长时间离心所有待分离粒子都沉降在管底长时间离心各粒子停留在等密度位置形成区带17等密度离心差速区带离心18四常见离心设备及分类?按操作方式不同可分为间歇式离心机和连续式离心机
颗粒在分离空间内的运动路线
卸渣方式 •人工排渣的碟片离心机
•喷嘴排渣碟片式离心机
•活门排渣碟片式离心机
（3）活塞排渣碟片离心机
应用：多种颗粒的分离(0.1-500m 颗 粒 ) ， 固 体 含 量 <10%, 应用范围最广 主要技术指标：分离因子 5000-9000g；适应的颗粒 直径0.1—500m，固体含 量<10%；处理量达40t/h； 固液密度差0.01g/cm3。 优点：颗粒富积好；处理量 较大。 缺点：富积的颗粒含水量大； 不适合于高固体含量的发 酵液(>10%)。
3生物分离工程技术第三章固-液分离技术-第二讲离心技术-文档资料
5、物质的沉降系数
• 假定液体浓度稀薄其黏度为O，颗粒物质为正圆 形，则混溶于液体的颗粒性物质在引力场作用下 的沉降过程仅受重力和液体浮力双重影响。离心 时作用于沉降颗粒的离心力是：
f1颗粒 颗 体 粒 积 液 体 相相 对 对 离 1 6d3密 心 度 力 2
• 根据Stokes定律，离心时沉降颗粒遇到的阻力是：
②相对离心力“ RCF ”
相对离心力是指在离 心场中，作用于颗粒的离 心力相当于地球重力的倍 数，单位是重力加速度“g” （ 980cm/sec2） ,“RCF” 相对离心力可用下式计算：
RCF＝ω2r ω＝2πrpm
980
60
RCF = 1.119×10－5×(rpm)2 r
( rpm — revolutions per minute生每物分分钟离转(数工，程r)/技mi术n )
• 离心分离过程就是以离心力加速不同物质 沉降分离的过程。被分离物质之间必须存 在或经人为处理产生的密度或沉降速率差 异才能以离心方法进行分离。
生物分离(工程)技术
2、离心机的选择
• 常速离心机：最大转速在8000r／min以内，相对离心
力(RCF)在l×l04×g以下。主要用于细胞、细胞碎片和培养基 残渣等固形物的分离，也用于酶的结晶等较大颗粒的分离。
缺点：
①离心时间较长；②需要制备惰性梯度介质溶液； ③操作严格，不易掌握。
生物分离(工程)技术
(1)差速区带离心法的特点
• 离心管先装好密度梯度介质溶液， 样品液加在梯度介质的液面上， 离心时，由于离心力的作用，颗 粒按不同沉降速度向管底沉降， 离心一定时间后，沉降的颗粒逐 渐分开，最后形成一系列界面清 楚的不连续区带，沉降系数越大， 往下沉降越快。
化工原理 第三章 过滤
1、恒压过滤方程式
dV
A 2 p
据
d rv(V Ve )
条件：恒压 Δ p=const 设备一定 A=const
过滤介质一定 Ve=const 悬浮液一定 r、μ 、v =const
令
K 2p
rv
——过滤常数
则
dV
KA2
d 2(V Ve )
2(V Ve )dV KA2 d
2019/8/3
2019/8/3
5、助滤剂 （1）滤饼的种类
不可压缩滤饼：颗粒有一定的刚性，所形成的滤饼并
滤饼
不因所受的压力差而变形 ；
可压缩滤饼：颗粒比较软，所形成的滤饼在压差的作
用下变形，使滤饼中的流动通道变小，
阻力增大。
助滤剂一般用于可压缩滤饼。
2019/8/3
（2）助滤剂的作用 对于可压缩滤饼，过滤阻力在过滤压力提高时明显增大，
几点说明：
①其中多孔介质称为过滤介质；所处理的悬浮液称为滤浆； 滤浆中被过滤介质截留的固体颗粒称为称为滤饼或滤渣；通 过过滤介质后的液体称为滤液；
②驱使液体通过过滤介质的推动力可以有重力、压力（或压 差）和离心力，工业过程中经常采用的是压力；
③过滤操作的目的可能是为了获得清净的液体产品，也可能 是为了得到固体产品；
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V+V V e
V+V e
V
B
V e0
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0' e
e
e
恒压过滤的滤液体积与过滤时间关系曲线.swf
（5）由比阻r的定义可以看出，其值与滤饼的空隙率ε 及比
例系数有关。如果滤饼不可压缩，则这两个量便与压力无关
生物分离-第三章-离心与沉降
离心过滤
离心过滤就是应用离心力代替压力差作为过滤推动力的分离方法， 也称为过滤式离心机。 左图为工业上常用的篮式过滤离心 机，过滤离心机的转鼓为一多孔圆 筒，圆筒转鼓内表面铺有滤布。 操作时，被处理的料液由圆筒口连 续进入筒内，在离心力的作用下， 清液透过滤布及鼓壁小口被收集排 出，固体微粒则被截留于滤布表面 形成滤饼
沉降设备的分类：
• • • • 矩形水平流动池 圆形水平流动池 垂直流动式圆形池 方形池
传统
沉降设备
新型 • 斜板式沉淀池 • 斜管式沉淀池
矩形水平流动池： 沉降特性好，池壁可两池共 用，节省费用
圆形水平流动池： 截面是圆形，高径比小，但 处理量较大，液体从中进入， 向外筒壁流动，通过溢流堰 排出
v0-泵送作用下的液体流速，m/s vc- 粒子在离心力作用下的运动速度， m/s 在多数场合下，vo随r的变化而变化，即r减小时，vo增大，因碟片 间的环隙通道截面积随r减小而缩小。且vo还是微粒位置的y坐标的
函数，即在碟片表面v0=0。 vo可表示为：
Q---为离心机泵送液体的流量，m3/s
n—碟片间隙数
μ—介质黏度，Pa〃s；
v —微粒运动速度，m/s。
这个等式仅当球形微粒较小时方能成立，即：
如果Re>1时，阻力为 f—摩擦系数 当球形粒子在介质中运动时速度较小，因此作用其上的阻力也 较小，当阻力与浮力平衡时，微粒加速度为零。联立方程 3.1 和3.2，得到下式， 此式给出了微粒稳定状态和最终速度
单位面积上的过滤体积可改写为
可得近似离心式过滤机由开始操作至滤饼厚度为(R0-Rc)时的过滤时 间
从一种发酵液中分离提取类固醇，类固醇晶体的 浓度为16kg/m3，料液密度为1000kg/m3.在过滤分 离小试中，处理0.25L发酵液需32min，实验室装 置的过滤面积为8.3· 10-4m2，过滤压降为105Pa， 所得滤饼密度为1090kg/m3，过滤介质阻力可忽 略。扩大实验使用篮式过滤离心机处理发酵液， 离心机转鼓内径为1.02m，高0.45m，转速为 530r/min，在过滤转速时，测知转鼓内的液层和 滤饼的厚度之和为0.055m。求处理1.6m3这种发 酵液所需的分离时间
化工原理第三章离心沉降
d
3 P
ut2 r
阻
力=
d
2 P
u
2 r
42
7/1/2019
当三力达到平衡时，则：
6
d
3 P
P
ut2 r
6
d
3 P
ut2 r
d
2 P
4
ur2
2
0
【定义】颗粒在径向上相对于流体的运动速度 ur 便
是此位置上的离心沉降速度。可推得：
径向速度
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ur
4dP P ut2
3 r
切向速度
——离心沉降速度基本计算式
2、离心沉降速度与重力沉降
3
ur
4dP P ut2
3 r
【表达式】重力沉降速度公式中的重力加速度改为 离心加速度；
【数值】重力沉降速度为颗粒运动的绝对速度，基 本上为定值；离心沉降速度为绝对速度在径向上的 分量，随颗粒在离心力场中的位置（r）而变。
往往很大）
7/1/2019
旋风分离器的技术规格
规格型号
CZT-3.9 CZT-5.1 CZT-5.9 CZT-6.7 CZT-7.8 CZT-9.0
7/1/2019
进口风速 m/s
11－15 11－15 11－15 11－15 11－15 11－15
风量 m3/h
790-1080 1340-1820 1800-2450 2320-3170 3170-4320 4200-5700
清液或含有微细颗粒的液体则从顶部的中心管排出称为溢送至配碱岗位回收液送盐水工序效蒸发器电解液电解液大罐加料泵螺旋式预热器效蒸发器效蒸发器效蒸发器旋液分离器中间槽段蒸发器冷却器澄清槽高位槽离心机加料槽烧碱生产蒸发流程图20161262016126结构特点是直径小而圆锥部分长
第三章-过滤及离心
3、在操作压强范围内具有不可压缩性。
常用旳助滤剂：硅藻土、珍珠岩、石棉、炭粉等。
二、过滤设备
➢按操作方式分类：间歇过滤机、连续过滤机
➢按操作压强差分类：压滤、吸滤和离心过滤 ➢ 工业上使用旳经典过滤设备：
✓板框压滤机（间歇操作） ✓转筒真空过滤机（连续操作） ✓过滤式离心机
1 板框压滤机
下载
➢构造：滤板、滤框、夹紧机构、机架等构成。
布，然后用手动旳或机动旳压紧装置固定，使板与框紧密接触。
2)、过滤： 用泵把滤浆送进右上角旳滤浆通道，由通道流进每个滤框里。
滤液穿过滤布沿滤板旳凹槽流至每个滤板下角旳阀门排出。固体 颗粒积存在滤框内形成滤饼，直到框内充斥滤饼为止。
3)、洗涤： 将洗水送入洗水通道，经洗涤板左上角旳洗水进口，进入板
旳两侧表面旳凹槽中。然后，洗水横穿滤布和滤饼，最终由非 洗涤板下角旳滤液出口排出。在此阶段中，洗涤板下角旳滤液 出口阀门关闭。
第三章 非均相物系旳分离
要点：过滤和沉降、离心旳基本理论 难点：过滤基本方程旳应用、过滤设备
第一节 概述
自然界旳混合物分为两大类：
均相物系： 均相混合物。物系内部各处均匀且无相界
面。如溶液和混合气体都是均相物系。
非均相物系：非均相混合物。物系内部有隔开不同相
旳界面存在，且界面两侧旳物料性质有明显差别。如：由固体 颗粒与液体构成旳悬浮液、乳浊液、泡沫液属于液态非均相物 系，由固体颗粒与气体构成旳含尘气体、含雾气体属于气态非 均相物系。
Q
V T
qA w d
0.1548.6 2553481560
4.85103 m3 / s 17.5m3 / h
第二节 沉降
定义： 在某种力场旳作用下，利用分散物质与分散介质旳
常用旳助滤剂：硅藻土、珍珠岩、石棉、炭粉等。
二、过滤设备
➢按操作方式分类：间歇过滤机、连续过滤机
➢按操作压强差分类：压滤、吸滤和离心过滤 ➢ 工业上使用旳经典过滤设备：
✓板框压滤机（间歇操作） ✓转筒真空过滤机（连续操作） ✓过滤式离心机
1 板框压滤机
下载
➢构造：滤板、滤框、夹紧机构、机架等构成。
布，然后用手动旳或机动旳压紧装置固定，使板与框紧密接触。
2)、过滤： 用泵把滤浆送进右上角旳滤浆通道，由通道流进每个滤框里。
滤液穿过滤布沿滤板旳凹槽流至每个滤板下角旳阀门排出。固体 颗粒积存在滤框内形成滤饼，直到框内充斥滤饼为止。
3)、洗涤： 将洗水送入洗水通道，经洗涤板左上角旳洗水进口，进入板
旳两侧表面旳凹槽中。然后，洗水横穿滤布和滤饼，最终由非 洗涤板下角旳滤液出口排出。在此阶段中，洗涤板下角旳滤液 出口阀门关闭。
第三章 非均相物系旳分离
要点：过滤和沉降、离心旳基本理论 难点：过滤基本方程旳应用、过滤设备
第一节 概述
自然界旳混合物分为两大类：
均相物系： 均相混合物。物系内部各处均匀且无相界
面。如溶液和混合气体都是均相物系。
非均相物系：非均相混合物。物系内部有隔开不同相
旳界面存在，且界面两侧旳物料性质有明显差别。如：由固体 颗粒与液体构成旳悬浮液、乳浊液、泡沫液属于液态非均相物 系，由固体颗粒与气体构成旳含尘气体、含雾气体属于气态非 均相物系。
Q
V T
qA w d
0.1548.6 2553481560
4.85103 m3 / s 17.5m3 / h
第二节 沉降
定义： 在某种力场旳作用下，利用分散物质与分散介质旳
第三章 化工原理第四版王志魁(1)
2021/7/26
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（二）过滤介质
类别： • 织物介质 • 多孔性固体介质 • 堆积介质 • 多孔膜：高聚物膜、无机膜
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（三）滤饼的可压缩性与助滤剂
不可压缩滤饼：空隙不随压力变化 可压缩滤饼：空隙随压力增加而减小 ——加助滤剂
（四）过滤过程物料衡算 （1）湿滤渣密度
C 1 C 1
C p C——kg湿渣/kg干渣
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（2）干渣质量与滤液体积之比
w
X
(1 CX ) /
kg干渣/m3滤液
X——kg固体/kg悬浮液 （3）湿渣质量与滤液体积之比
wC ——kg湿渣/m3滤液
（4）湿渣体积与滤液体积之比
wC v
c
m3滤饼/m3滤液
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二、过滤速率基本方程式
37
令 r 32 ——滤饼的比阻
d2
过滤速度
dV
Ad
pc
r Vc
A
滤饼阻力 过滤介质阻力
Rc
r VC
A
rv V
A
Rm
rv Ve
A
v——获得单位体积滤液所形成滤饼的体积，
m3滤饼/m3滤液；
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（二）过滤基本方程
滤饼层：
dV pc
Ad Rc
过滤介质层：
dV pm
Ad Rm
（一）过滤速率
过滤速率： dV m3 / s
d
过滤速度： dV m / s
Ad
设为层流流动
d 2 Δp
Δp
u
32l
32l
d2
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第三章 非均相物系的分离
重点：过滤和沉降、离心的基本理论
难点：过滤基本方程的应用、过滤设备
第一节
均相物系：
概述
自然界的混合物分为两大类：
均相混合物。物系内部各处均匀且无相界
面。如溶液和混合气体都是均相物系。
非均相物系：非均相混合物。物系内部有隔开不同相
的界面存在，且界面两侧的物料性质有显著差异。如：由固体 颗粒与液体构成的悬浮液、乳浊液、泡沫液属于液态非均相物 系，由固体颗粒与气体构成的含尘气体、含雾气体属于气态非 均相物系。
过滤介质的作用(滤饼过滤)：促使滤饼的形成， 并支承滤饼。
过滤介质应具有如下性质： （1）多孔性，液体流过的阻力小；
（2）有足够的强度；
（3）耐腐蚀性和耐热性；
（4）孔道大小适当，能发生架桥现象。
4 滤饼的压缩性和助滤剂
随着过滤的进行，滤饼的厚度增大，滤液的流动阻力亦逐
渐增大，导致滤饼两侧的压强差增大。滤饼的压缩性对压强差
板框压滤机的特点：
结构简单，价格低廉，占地面积小，过滤面积大。 可根据需要增减滤板的数量，调节过滤能力。
对物料的适应能力较强，由于操作压力较高
（3~10kg/cm2 ），对颗粒细小而液体粘度较大的滤浆，也能 适用。 间歇操作，生产能力低，卸渣清洗和组装阶段需用人力操作， 劳动强度大，所以它只适用于小规模生产。
3) 洗涤时间
w = 8(q+qe)qw/5K =8×(0.15+0.01)×0.15/(5×10-4)=348s
4) 生产能力
Q
V T
qA w d
0.1548.6 255 348 1560
4.8510 m / s 17.5m / h
3 3
3
第二节 沉降
质地坚硬而能形成疏松滤饼的另一种固体颗粒混入悬浮液或 预涂于过滤介质上，以形成疏松饼层，使得滤液畅流，该种 颗粒状物质就称为助滤剂。
助滤剂的基本要求：
1、能形成多孔饼层的刚性颗粒，使滤饼有良好的渗透性及
较低的流体阻力。
2、具有化学稳定性。 3、在操作压强范围内具有不可压缩性。
常用的助滤剂：硅藻土、珍珠岩、石棉、炭粉等。
钮板，框带两个钮板，洗涤板为三钮板。
这是一台等待出厂的板框过滤机产品
过滤机的板和框的结构
滤板
滤浆
滤框
洗板
洗水
滤布
滤板
滤浆 洗水
滤框
洗板
板框过滤机
滤布
过滤过程
板框过滤机的操作是间歇式的，每个操作循环由装合、过滤、 洗涤、卸渣、整理五个阶段。 1)、装合： 将板与框按 1-2-3-2-1-2-3的顺序，滤板的两侧表面放上滤 布，然后用手动的或机动的压紧装置固定，使板与框紧密接触。 2)、过滤： 用泵把滤浆送进右上角的滤浆通道，由通道流进每个滤框里。 滤液穿过滤布沿滤板的凹槽流至每个滤板下角的阀门排出。固体 颗粒积存在滤框内形成滤饼，直到框内充满滤饼为止。
3)、洗涤：
将洗水送入洗水通道，经洗涤板左上角的洗水进口，进入板 的两侧表面的凹槽中。然后，洗水横穿滤布和滤饼，最后由非 洗涤板下角的滤液出口排出。在此阶段中，洗涤板下角的滤液 出口阀门关闭。
在洗液粘度与滤液粘度相近的情况下，且在压差相同时， 洗涤速率约为过滤终了速率的1/4。
为什么？
4)、卸渣、整理 打开板框，卸出滤饼，洗涤滤布及板、框。
过滤操作示意图 (滤饼过滤)
2 过滤方式
过滤的操作基本方式有两种：滤饼过滤和深层过滤。 2.1 滤饼过滤：饼层过滤
滤饼过滤过程： 刚开始：有细小颗粒通过孔道，滤液混浊。
开始后：迅速发生“架桥现象”，颗粒被拦截， 滤液澄清。
所以，在滤饼过滤时真正起过滤作用的是滤饼本 身，而非过滤介质。
架桥现象
T
洗涤速率 终了过滤速率 4
3600 V
W D
真空过滤，推动力较小； 转筒(滤网、 连续化生产，自动化程 适于粒度中 转鼓真空 滤布)、分 过滤、洗涤、 度高，推动力小，滤饼湿 等，粘度不 过滤机 配头、滤浆 吹干、卸渣 度大，设备投资高 太大的物料 槽
Q 60nV 60 KA2 (60n e n 2 ) Ve n
注意：所选过滤介质的孔道尺寸一定要使“架桥现象”能发
生。
饼层过滤适于处理固体含量较高的悬浮液。
2.2 深层过滤
特点：颗粒(粒子)沉积于介质内部。 过滤对象：悬浮液中的固体颗粒小而少。 过滤介质：堆积较厚的粒状床层。 过滤原理：颗粒尺寸 介质通道尺寸， 颗粒通过细长而弯曲的孔道，靠静电和分 子的作用力附着在介质孔道上。 应用：适于处理生产能力大而悬浮液中 颗粒小而且含量少的场合，如水处理和酒 的过滤。
液的流道。滤板右上角的圆孔，是滤浆通道；左上角的圆 孔，是洗水通道。
洗涤板：左上角的洗水通道与两侧表面的凹槽相通，
使洗水流进凹槽；
非洗涤板：洗水通道与两侧表面的凹槽不相通。
滤框：
滤浆通道：滤框右上角的圆孔 洗水通道：滤框左上角的圆孔
为了避免这两种板和框的安装次序有错，在铸造时常在板
与框的外侧面分别铸有一个、两个或三个小钮。非洗涤板为一
滤液
滤饼 滤布 滤网
支承力,N
为什么会自 动卸料？
摩擦力,f 重力,mg
离心力,F
特点：
结构简单，造价低廉，功率消耗小。 对悬浮液的浓度和固体颗粒大小的波动敏感。 生产能力较大，分离因数约为2000，可分离固体颗 粒浓度较浓、粒度为0.04~1mm的悬浮液。 在各种结晶产品的分离中广泛应用。
非均相物系的分离方法：
由于非均相物的两相间的密度等物理特性差异较 大，因此常采用机械方法进行分离。按两相运动方式 的不同，机械分离大致分为沉降和过滤两种操作。
均相物系的分离：
通常先造成一个两相物系，再用机械分离的方法分 离，如蒸馏，萃取等。
第二节 过 滤
一、过滤操作的基本概念
1 过滤(filtration)
以某种多孔物质为介质，在外力的作用下，使悬浮液中 的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而
实现固液分离的单元操作。
过滤介质: 过滤采用的多孔物质； 滤浆: 所处理的悬浮液； 滤液: 通过多孔通道的液体； 滤饼或滤渣: 被截留的固体物质。
滤浆 原悬浮液。 滤饼 截留的固体物质。 过滤介质 多孔物质。 滤液 通过多孔通道的液体。
深层过滤
3 过滤介质
过滤介质的分类： 织物介质(又称滤布)
由棉、毛、麻、丝等天然纤维及合成纤维制成的织物，以 及玻璃丝、金属丝等织成的网；
堆积介质
由各种固体颗粒（细砂、硅藻土等）堆积而成， 多用于 深床过滤；
多孔固体介质
这类介质具有很多细微孔道，如多孔陶瓷、多孔塑料等。 多用于含少量细微颗粒的悬浮液，如白酒等的精滤。
加速阶段； 匀速阶段。
沉降速度 ：也称为终端速度，匀速阶段颗粒相对于流体的运动 速度。
ut
4 gd p ( p ) 3
3 降尘室
降尘室的示意图
降尘室：利用重力降分离含尘气体中尘粒的设备。是一种最原 始的分离方法。一般作为预分离之用，分离粒径较大的尘粒。
净化气体
含尘气体 粉尘
定义： 在某种力场的作用下，利用分散物质与分散介质的 密度差异，使之发生相对运动而分离的单元操作。 沉降力场：重力、离心力。 沉降操作分类：重力沉降、离心沉降。
一、颗粒运动时的阻力
当流体相对于静止的固体颗粒流动时，或者固体颗粒在静止 流体中移动时，由于流体的粘性，两者之间会产生作用力，这 种作用力通常称为曳力（drag force)或阻力。
Q
3600 V 3600 V T W D
应用广泛， 2 转鼓(滤网、 适应性强。 (q+qe ) =K(+e) 离心过滤 过滤、洗涤、离心过滤，推动力最大； 滤布)、机 仪设备成本 机 卸渣等 滤液湿度小。 架 高，过滤面 2 p 3f R ( R 3 r 3 ) 积小。
的1/5。求：
1) 过滤面积和滤框内的总容量； 2) 过滤所需的时间； 3) 洗涤时间； 4) 生产能力Q(td=15min)。
解：1) 过滤面积
滤框总容积
A=2LBZ=2×0.81×0.81×37=48.6m2
Vz=LBZ=0.81×0.81×0.025×37=0.607m3
2) 过滤时间
(q+qe )2=K(+e) (0.15+0.01)2=10-4(+1) =255s
几种过滤设备的比较
设备名称 主要结构 工作过程 特点、 适用性 生产能力计算
加压过滤，推动力较大 结构简单，造价低； 滤板、滤框、 装合、过滤、过滤面积大，能耗少； 板框压滤 夹紧机构、 洗涤、卸渣、读为间歇操作，推动力 机 机架 整理 较大； 洗涤时间长，生产效率 低。
应用范围广。 对原料的适 3600 V 应性强 Q
三、 离心沉降
二、过滤设备
按操作方式分类：间歇过滤机、连续过滤机 按操作压强差分类：压滤、吸滤和离心过滤 工业上使用的典型过滤设备：
板框压滤机（间歇操作） 转筒真空过滤机（连续操作） 过滤式离心机
1 板框压滤机
下载
结构：滤板、滤框、夹紧机构、机架等组成。 滤板：凹凸不平的表面，凸部用来支撑滤布，凹槽是滤
2 间歇过滤机的生产能力
生产能力: 单位时间内获得的滤液体积。
对于间歇过滤机，一个过滤循环包括过滤、洗涤、卸渣、
清理、重装等步骤。
通常把卸渣、清理、重装等所用的时间合在一起称为辅助
时间D 。
一个循环时间T=+W+D 。其中只有过滤时间真正用于过滤。
例：以某板框式压滤机在恒压条件下过滤含硅藻土的悬浮夜。 过滤机的滤框尺寸为810×810×25(mm)，共有37个框。已 测出过滤常数K=10-4m2/s，qe=0.01m3/m2，e=1s。若已知单 位面积上通过的滤液量为0.15m3/m2，所用洗水量为滤液量
重点：过滤和沉降、离心的基本理论
难点：过滤基本方程的应用、过滤设备
第一节
均相物系：
概述
自然界的混合物分为两大类：
均相混合物。物系内部各处均匀且无相界
面。如溶液和混合气体都是均相物系。
非均相物系：非均相混合物。物系内部有隔开不同相
的界面存在，且界面两侧的物料性质有显著差异。如：由固体 颗粒与液体构成的悬浮液、乳浊液、泡沫液属于液态非均相物 系，由固体颗粒与气体构成的含尘气体、含雾气体属于气态非 均相物系。
过滤介质的作用(滤饼过滤)：促使滤饼的形成， 并支承滤饼。
过滤介质应具有如下性质： （1）多孔性，液体流过的阻力小；
（2）有足够的强度；
（3）耐腐蚀性和耐热性；
（4）孔道大小适当，能发生架桥现象。
4 滤饼的压缩性和助滤剂
随着过滤的进行，滤饼的厚度增大，滤液的流动阻力亦逐
渐增大，导致滤饼两侧的压强差增大。滤饼的压缩性对压强差
板框压滤机的特点：
结构简单，价格低廉，占地面积小，过滤面积大。 可根据需要增减滤板的数量，调节过滤能力。
对物料的适应能力较强，由于操作压力较高
（3~10kg/cm2 ），对颗粒细小而液体粘度较大的滤浆，也能 适用。 间歇操作，生产能力低，卸渣清洗和组装阶段需用人力操作， 劳动强度大，所以它只适用于小规模生产。
3) 洗涤时间
w = 8(q+qe)qw/5K =8×(0.15+0.01)×0.15/(5×10-4)=348s
4) 生产能力
Q
V T
qA w d
0.1548.6 255 348 1560
4.8510 m / s 17.5m / h
3 3
3
第二节 沉降
质地坚硬而能形成疏松滤饼的另一种固体颗粒混入悬浮液或 预涂于过滤介质上，以形成疏松饼层，使得滤液畅流，该种 颗粒状物质就称为助滤剂。
助滤剂的基本要求：
1、能形成多孔饼层的刚性颗粒，使滤饼有良好的渗透性及
较低的流体阻力。
2、具有化学稳定性。 3、在操作压强范围内具有不可压缩性。
常用的助滤剂：硅藻土、珍珠岩、石棉、炭粉等。
钮板，框带两个钮板，洗涤板为三钮板。
这是一台等待出厂的板框过滤机产品
过滤机的板和框的结构
滤板
滤浆
滤框
洗板
洗水
滤布
滤板
滤浆 洗水
滤框
洗板
板框过滤机
滤布
过滤过程
板框过滤机的操作是间歇式的，每个操作循环由装合、过滤、 洗涤、卸渣、整理五个阶段。 1)、装合： 将板与框按 1-2-3-2-1-2-3的顺序，滤板的两侧表面放上滤 布，然后用手动的或机动的压紧装置固定，使板与框紧密接触。 2)、过滤： 用泵把滤浆送进右上角的滤浆通道，由通道流进每个滤框里。 滤液穿过滤布沿滤板的凹槽流至每个滤板下角的阀门排出。固体 颗粒积存在滤框内形成滤饼，直到框内充满滤饼为止。
3)、洗涤：
将洗水送入洗水通道，经洗涤板左上角的洗水进口，进入板 的两侧表面的凹槽中。然后，洗水横穿滤布和滤饼，最后由非 洗涤板下角的滤液出口排出。在此阶段中，洗涤板下角的滤液 出口阀门关闭。
在洗液粘度与滤液粘度相近的情况下，且在压差相同时， 洗涤速率约为过滤终了速率的1/4。
为什么？
4)、卸渣、整理 打开板框，卸出滤饼，洗涤滤布及板、框。
过滤操作示意图 (滤饼过滤)
2 过滤方式
过滤的操作基本方式有两种：滤饼过滤和深层过滤。 2.1 滤饼过滤：饼层过滤
滤饼过滤过程： 刚开始：有细小颗粒通过孔道，滤液混浊。
开始后：迅速发生“架桥现象”，颗粒被拦截， 滤液澄清。
所以，在滤饼过滤时真正起过滤作用的是滤饼本 身，而非过滤介质。
架桥现象
T
洗涤速率 终了过滤速率 4
3600 V
W D
真空过滤，推动力较小； 转筒(滤网、 连续化生产，自动化程 适于粒度中 转鼓真空 滤布)、分 过滤、洗涤、 度高，推动力小，滤饼湿 等，粘度不 过滤机 配头、滤浆 吹干、卸渣 度大，设备投资高 太大的物料 槽
Q 60nV 60 KA2 (60n e n 2 ) Ve n
注意：所选过滤介质的孔道尺寸一定要使“架桥现象”能发
生。
饼层过滤适于处理固体含量较高的悬浮液。
2.2 深层过滤
特点：颗粒(粒子)沉积于介质内部。 过滤对象：悬浮液中的固体颗粒小而少。 过滤介质：堆积较厚的粒状床层。 过滤原理：颗粒尺寸 介质通道尺寸， 颗粒通过细长而弯曲的孔道，靠静电和分 子的作用力附着在介质孔道上。 应用：适于处理生产能力大而悬浮液中 颗粒小而且含量少的场合，如水处理和酒 的过滤。
液的流道。滤板右上角的圆孔，是滤浆通道；左上角的圆 孔，是洗水通道。
洗涤板：左上角的洗水通道与两侧表面的凹槽相通，
使洗水流进凹槽；
非洗涤板：洗水通道与两侧表面的凹槽不相通。
滤框：
滤浆通道：滤框右上角的圆孔 洗水通道：滤框左上角的圆孔
为了避免这两种板和框的安装次序有错，在铸造时常在板
与框的外侧面分别铸有一个、两个或三个小钮。非洗涤板为一
滤液
滤饼 滤布 滤网
支承力,N
为什么会自 动卸料？
摩擦力,f 重力,mg
离心力,F
特点：
结构简单，造价低廉，功率消耗小。 对悬浮液的浓度和固体颗粒大小的波动敏感。 生产能力较大，分离因数约为2000，可分离固体颗 粒浓度较浓、粒度为0.04~1mm的悬浮液。 在各种结晶产品的分离中广泛应用。
非均相物系的分离方法：
由于非均相物的两相间的密度等物理特性差异较 大，因此常采用机械方法进行分离。按两相运动方式 的不同，机械分离大致分为沉降和过滤两种操作。
均相物系的分离：
通常先造成一个两相物系，再用机械分离的方法分 离，如蒸馏，萃取等。
第二节 过 滤
一、过滤操作的基本概念
1 过滤(filtration)
以某种多孔物质为介质，在外力的作用下，使悬浮液中 的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而
实现固液分离的单元操作。
过滤介质: 过滤采用的多孔物质； 滤浆: 所处理的悬浮液； 滤液: 通过多孔通道的液体； 滤饼或滤渣: 被截留的固体物质。
滤浆 原悬浮液。 滤饼 截留的固体物质。 过滤介质 多孔物质。 滤液 通过多孔通道的液体。
深层过滤
3 过滤介质
过滤介质的分类： 织物介质(又称滤布)
由棉、毛、麻、丝等天然纤维及合成纤维制成的织物，以 及玻璃丝、金属丝等织成的网；
堆积介质
由各种固体颗粒（细砂、硅藻土等）堆积而成， 多用于 深床过滤；
多孔固体介质
这类介质具有很多细微孔道，如多孔陶瓷、多孔塑料等。 多用于含少量细微颗粒的悬浮液，如白酒等的精滤。
加速阶段； 匀速阶段。
沉降速度 ：也称为终端速度，匀速阶段颗粒相对于流体的运动 速度。
ut
4 gd p ( p ) 3
3 降尘室
降尘室的示意图
降尘室：利用重力降分离含尘气体中尘粒的设备。是一种最原 始的分离方法。一般作为预分离之用，分离粒径较大的尘粒。
净化气体
含尘气体 粉尘
定义： 在某种力场的作用下，利用分散物质与分散介质的 密度差异，使之发生相对运动而分离的单元操作。 沉降力场：重力、离心力。 沉降操作分类：重力沉降、离心沉降。
一、颗粒运动时的阻力
当流体相对于静止的固体颗粒流动时，或者固体颗粒在静止 流体中移动时，由于流体的粘性，两者之间会产生作用力，这 种作用力通常称为曳力（drag force)或阻力。
Q
3600 V 3600 V T W D
应用广泛， 2 转鼓(滤网、 适应性强。 (q+qe ) =K(+e) 离心过滤 过滤、洗涤、离心过滤，推动力最大； 滤布)、机 仪设备成本 机 卸渣等 滤液湿度小。 架 高，过滤面 2 p 3f R ( R 3 r 3 ) 积小。
的1/5。求：
1) 过滤面积和滤框内的总容量； 2) 过滤所需的时间； 3) 洗涤时间； 4) 生产能力Q(td=15min)。
解：1) 过滤面积
滤框总容积
A=2LBZ=2×0.81×0.81×37=48.6m2
Vz=LBZ=0.81×0.81×0.025×37=0.607m3
2) 过滤时间
(q+qe )2=K(+e) (0.15+0.01)2=10-4(+1) =255s
几种过滤设备的比较
设备名称 主要结构 工作过程 特点、 适用性 生产能力计算
加压过滤，推动力较大 结构简单，造价低； 滤板、滤框、 装合、过滤、过滤面积大，能耗少； 板框压滤 夹紧机构、 洗涤、卸渣、读为间歇操作，推动力 机 机架 整理 较大； 洗涤时间长，生产效率 低。
应用范围广。 对原料的适 3600 V 应性强 Q
三、 离心沉降
二、过滤设备
按操作方式分类：间歇过滤机、连续过滤机 按操作压强差分类：压滤、吸滤和离心过滤 工业上使用的典型过滤设备：
板框压滤机（间歇操作） 转筒真空过滤机（连续操作） 过滤式离心机
1 板框压滤机
下载
结构：滤板、滤框、夹紧机构、机架等组成。 滤板：凹凸不平的表面，凸部用来支撑滤布，凹槽是滤
2 间歇过滤机的生产能力
生产能力: 单位时间内获得的滤液体积。
对于间歇过滤机，一个过滤循环包括过滤、洗涤、卸渣、
清理、重装等步骤。
通常把卸渣、清理、重装等所用的时间合在一起称为辅助
时间D 。
一个循环时间T=+W+D 。其中只有过滤时间真正用于过滤。
例：以某板框式压滤机在恒压条件下过滤含硅藻土的悬浮夜。 过滤机的滤框尺寸为810×810×25(mm)，共有37个框。已 测出过滤常数K=10-4m2/s，qe=0.01m3/m2，e=1s。若已知单 位面积上通过的滤液量为0.15m3/m2，所用洗水量为滤液量