工业上应用的过滤设备称为过滤机。在工业生产中,需要过滤的悬浮液的性质有很大差别,生产工艺对过滤的要求也各不相同,为适应各种不同的要求开发了多种形式的过滤机。过滤设备按照操作方式可分为间歇过滤机与连续过滤机;按照采用的压强差可分为压滤、吸滤和离心过滤机。工业上应用最广泛的板框过滤机和叶滤机为间歇压滤型过滤机,转筒真空过滤机则为吸滤型连续过滤机。
一、板式过滤机
1.板式过滤机结构
板式过滤机是指利用过滤板实现过滤操作目的的过滤器。它由很多过滤板组成,如图6-22、图6-23所示,过滤板的两面都由过滤介质(通常是滤网)包裹,两层过滤介质包裹的空间可用于贮存清液。
图6-22 过滤板结构示意图
板式过滤机的流程图如图6-24所示,采用板式过滤机完成过滤操作除主体设备过滤机外,还有原料储罐、流体输送设备、滤液储罐等。
2.板式过滤机的操作
(1)安装滤板,盖好主过滤器的压盖;
(2)向混合罐中加入适量的水(约1/3);
(3)开动搅拌器,加入约250g硅藻土;
(4)开动齿轮泵,做小循环;循环5min后,进行大循环,约15min;
图6-23 板式过滤机内部结构图
图6-24 板式过滤机过滤流程图
(5)往混合罐中加入碳酸钙约500g,继续做大循环至滤液澄清,然后打开滤液出口阀,关闭循环阀门,进行过滤,直至结束。观察铝板上滤饼的情况、过滤过程中压力变化情况;
(6)清洗混合罐、循环管道、过滤器。
3.实验注意事项
(1)观察压力变化,若压力增大太快,应及时停泵检查;
(2)压盖应盖好,以防渗漏;
(3)开启齿轮泵前先开启出口阀门;
(4)搅拌器不能空转。
二、板框过滤机
板框过滤机在工业生产中应用最早,至今仍沿用不衰。它由多块带凹凸纹路的滤板和滤框交替排列组装于机架而构成,如图6-25所示。每台机所用滤板和滤框的数目,可以随生产能力的大小进行调节。
板和框一般制成正方形,如图6-26所示。为了在装合时,不致使板和框的次序排错,铸造时常在它们的外缘铸有不同数目的小钮。在滤板外缘有一个钮的称为过滤板;有两个钮的称为滤框;有三个钮的称为滤板。安装时按钮的记号1—2—3—2—1……的顺序排列。
图6-25 板框过滤机结构示意图
1—固定头 2—滤板 3—滤框 4—滤布 5—压紧装置
板和框的角端均开有圆孔,装合、压紧后即构成供滤浆、滤液或洗涤液流动的通道。框的两侧覆以滤布,空框与滤布围成了容纳滤浆及滤饼的空间。板又分为洗涤板与过滤板两种。压紧装置的驱动可用手动、电动或液压传动等方式。
图6-26 滤板和滤框
过滤时,悬浮液在指定的压力下经滤浆通道由滤框角端的暗孔进入框内,滤液分别穿过两侧滤布,再经邻板板面流到滤液出口排走,固体则被截留于框内,待滤饼充满滤框后,即停止过滤。滤液的排出方式有明流与暗流之分。若滤液经由每块滤板底部侧管直接排出(如图6-27所示),则称为明流。若滤液不宜暴露于空气中,则需将各板流出的滤液汇集于总管后送走,称为暗流。
若滤饼需要洗涤,可将洗水压入洗水通道,经洗涤板角端的暗孔进入板面与滤布之间。此时,应关闭洗涤板下部的滤液出口,洗水便在压力差推动下穿过一层滤布及整个厚度的滤饼,然后再横穿另一层滤布,最后由过滤板下部的滤液出口排出,如图6-27所示。这种操作方式称为横穿洗涤法,其作用在于提高洗涤效果。(www.xing528.com)
洗涤结束后,旋开压紧装置并将板框拉开,卸出滤饼,清洗滤布,重新组合,进入下一个操作循环。
图6-27 板框过滤机内液体流动路径
板框压滤机的操作表压,一般在(3~8)×105Pa的范围内,有时可高达15 ×105Pa。滤板和滤框可由金属材料(如铸铁、碳钢、不锈钢、铝等)、塑料及木材制造。我国已有板框压滤机系列标准及规定代号,如BMS20/635-25,其中B表示板框压滤机,M表示明流式(若为A,则表示暗流式),S表示手动压紧(若为Y,则表示液压压紧),20表示过滤面积为20m2,635表示滤框边长为635mm的正方形,25表示滤框的厚度为25 mm。在板框压滤机系列中,框每边长320~1000mm,厚度为25~50mm。滤板和滤框的数目,可根据生产任务自行调节,一般为10~60块,所提供的过滤面积为2~80m2。
板框压滤机结构简单、制造方便、占地面积较小而过滤面积较大,操作压力高,适应能力强,故应用颇为广泛。它的主要缺点是间歇操作,生产效率低,劳动强度大,滤布损耗也较快。近来,各种自动操作板框压滤机的出现,使上述缺点在一定程度上得到改善。
三、加压叶滤机
如图6-28所示的加压叶滤机是由许多不同的长方形或圆形滤叶装合于能承受内压的密闭机壳内而成。滤叶由金属多孔板或金属网制造,内部具有空间,外罩滤布。滤浆用泵压送到机壳内,滤液穿过滤布进入叶内,汇集至总管后排出机外,颗粒则积于滤布外侧形成滤饼。滤饼的厚度通常为5~35mm,视滤浆性质及操作情况而定。
图6-28 加压叶滤机结构与工作原理
若滤饼需要洗涤,则于过滤完毕后通入洗水,洗水的路径与滤液相同,这种洗涤方法称为置换洗涤法。洗涤过后打开机壳上盖,拔出滤叶卸除滤饼。
加压叶滤机也是间歇操作设备,其优点是过滤速度大,洗涤效果好,占地省,密闭操作,改善了操作条件;缺点是造价较高,更换滤面(尤其对于圆形滤叶)比较麻烦。
四、转筒真空过滤机
转筒真空过滤机是一种工业上应用较广的连续操作吸滤型过滤机械。设备的主体是一个能转动的水平圆筒,其表面有一层金属网,网上覆盖滤布,筒的下部侵入滤浆中,如图6-29所示。
图6-29 转筒真空过滤机结构示意图
圆筒沿径向分隔成若干扇形格,每格都有孔道通至分配头上。凭借分配头的作用,圆筒转动时,这些孔道依次分别与真空管及压缩空气管相连通,从而在圆筒回转一周的过程中,每个扇形表面即可顺序进行过滤、洗涤、吸干、吹松、卸饼等操作,对圆筒的每一块表面,转筒转动一周经历一个操作循环。
分配头是转筒真空过滤机的关键部件,它由紧密贴合着的转动盘与固定盘构成,转动盘随着筒体一起旋转,固定盘不动,其内侧面各凹槽分别与各种不同作用的管道相通。
转筒的过滤面积一般为5~40m2,浸没部分占总面积的30%~40%。转速可在一定范围内调整,通常为0.1~3r/min。滤饼厚度一般保持在40mm以内,转筒过滤机所得滤饼中的液体含量很少低于10%,常可达30%左右。
转筒真空过滤机能连续自动操作,节省人力,生产能力大,对处理量大而容易过滤的料浆特别适宜,对难于过滤的胶体物系或细微颗粒的悬浮液,若采用预涂助滤剂措施也比较方便。但转筒真空过滤机附属设备较多,过滤面积不大。此外,由于它是真空操作,因而过滤推动力有限,尤其不能过滤温度较高(饱和蒸汽压高)的滤浆,滤饼的洗涤也不充分。
五、离心式过滤机
1.三足式离心过滤机
三足离心过滤机多为间歇式操作,为减轻转鼓的摆动和便于拆卸,将转鼓、外壳和联动装置都固定在机座上,结构如图6-30所示。
2.活塞推料式离心过滤机
活塞推料式离心过滤机多为连续式操作,其加料、分离、洗涤、卸料等可连续进行。推送器装在转鼓内部与转鼓一同旋转并通过活塞杆与液压缸中往复运动的活塞相连,其结构如图6-31所示。
图6-30 三足式离心过滤机
图6-31 活塞推料式离心过滤机
3.卧式刮刀卸料离心机
卧式刮刀卸料离心机是刮刀卸料式离心机的典型代表,是一种连续运转、间歇操作、用刮刀卸料的离心机,其各工序均在全速下进行,能自动依次循环,间歇地进行进料、分离、洗涤滤渣、甩干、卸料、洗网等工序的操作,结构如图6-32所示。
图6-32 卧式刮刀卸料离心机
按照分离原理,卧式刮刀卸料离心机有过滤式、沉降式和虹吸式三种形式;按转鼓在主轴上布置的位置不同,分为悬臂式、简支式和转鼓底部锥孔内凹式等。卧式刮刀卸料离心机具有对物料的适应性强、设有洗涤装置、控制系统通常采用液压和电器联合控制方式、采用刮刀卸除滤渣及刮刀卸料时,作用在转鼓上的动载荷较大,容易引起强烈的振动,并且刮刀与滤网的距离相近等特点。因此,其转轴应按刚性轴设计,短而粗,转鼓则尽量做得较窄或者做成凹形,以提高临界转速。根据工艺要求,每种类型的卧式刮刀卸料离心机都可设计成普通型和密闭防爆型,以适用易燃、易爆、有毒和腐蚀性物料的分离。
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