什么是过滤机?

什么是过滤机?

[拼音]：guolüji

[外文]：filter

利用多孔性过滤介质截留液体与固体颗粒混合物中的固体颗粒而实现固－液分离的设备。过滤机广泛应用于化工、石油、制药、轻工、食品、选矿、煤炭和水处理等部门。

简史

中国古代即已应用过滤技术于生产，公元前200年已有植物纤维制作的纸。公元105年蔡伦改进了造纸法。他在造纸过程中将植物纤维纸浆荡于致密的细竹帘上。水经竹帘缝隙滤过，一薄层湿纸浆留于竹帘面上，干后即成纸张。最早的过滤大多为重力过滤，后来采用加压过滤提高了过滤速度，进而又出现了真空过滤。20世纪初发明的转鼓真空过滤机实现了过滤 *** 作的连续化。此后，各种类型的连续过滤机相继出现。间歇 *** 作的过滤机（例如板框压滤机等）因能实现自动化 *** 作而得到发展，过滤面积越来越大。为得到含湿量低的滤渣，机械压榨的过滤机得到了发展。

作用原理

用过滤介质把容器分隔为上、下腔即构成简单的过滤器（图1）。

悬浮液加入上腔，在压力作用下通过过滤介质进入下腔成为滤液，固体颗粒被截留在过滤介质表面形成滤渣（或称滤饼）。过滤过程中过滤介质表面积存的滤渣层逐渐加厚，液体通过滤渣层的阻力随之增高，过滤速度减小。当滤室充满滤渣或过滤速度太小时，停止过滤，清除滤渣，使过滤介质再生，以完成一次过滤循环。液体通过滤渣层和过滤介质必须克服阻力，因此在过滤介质的两侧必须有压力差，这是实现过滤的推动力。增大压力差可以加速过滤，但受压后变形的颗粒在大压力差时易堵塞过滤介质孔隙，过滤反而减慢。

悬浮液过滤有滤渣层过滤、深层过滤和筛滤 3种方式。

（1）滤渣层过滤：过滤初期过滤介质只能截留大的固体颗粒，小颗粒随滤液穿过过滤介质。在形成初始滤渣层后，滤渣层对过滤起主要作用，这时大、小颗粒均被截留，例如板框压滤机的过滤。

（2）深层过滤：过滤介质较厚，悬浮液中含固体颗粒较少，且颗粒小于过滤介质的孔道。过滤时，颗粒进入后被吸附在孔道内，例如多孔塑料管过滤器、砂滤器的过滤。

（3）筛滤：过滤截留的固体颗粒都大于过滤介质的孔隙，过滤介质内部不吸附固体颗粒，例如转筒式过滤筛滤去污水中的粗粒杂质。在实际的过滤过程中，3种方式常常是同时或相继出现。

过滤速度

过滤机的处理能力取决于过滤速度。过滤速度以过滤的基本方程式表示

式中Q为过滤速度（米3／秒），△р为过滤介质两侧的压力差（帕），F为过滤面积（米2），μ 为滤液的动力粘度（帕·秒），r0为滤渣层比阻力（1/米2），r1为过滤介质比阻力（1/米2），L0为滤渣层厚度（米），L1为过滤介质厚度（米）。

悬浮液中的固体颗粒大、粒度均匀时，过滤的滤渣层孔隙较为畅通，滤液通过滤渣层的速度较大。应用凝聚剂将微细的颗粒集合成较大的团块，有利于提高过滤速度。对于固体颗粒沉降速度快的悬浮液，应用在过滤介质上部加料的过滤机，使过滤方向与重力方向一致，粗颗粒首先沉降，可减少过滤介质和滤渣层的堵塞。在难过滤的悬浮液（如胶体）中混入如硅藻土、膨胀珍珠岩等较粗的固体颗粒，可使滤渣层变得疏松。滤液粘度较大时，可加热悬浮液以降低粘度。这些措施都能加快过滤速度。

分类

过滤机按获得过滤推动力的方法不同，分为重力过滤器、真空过滤机和加压过滤机3类（表1）。

重力过滤器

借助悬浮液的重力和位差在过滤介质上形成的压力作为过滤的推动力，一般为间歇 *** 作，如砂滤器（图2）。

真空过滤机

在滤液出口处形成负压作为过滤的推动力。 工业真空过滤机 *** 作真空的绝对压力为（2.5～8.0）×105帕。过滤时悬浮液的温度应低于 *** 作真空下滤液的汽化温度。这种过滤机又分为间歇 *** 作和连续 *** 作两种。间歇 *** 作的真空过滤机可过滤各种浓度的悬浮液。真空叶滤机(图3)在容器外壳内充满悬浮液。两侧包有滤布的滤叶浸于悬浮液中，滤叶内腔与真空系统连通。滤液吸出后由导管引出，积在滤叶表面的滤渣在停机后清除。连续 *** 作的真空过滤机适于过滤含固体颗粒较多的稠厚悬浮液。转鼓真空过滤机（图4）、内滤面转鼓真空过滤机、 圆盘真空过滤机（图5）和翻斗真空过滤机(图6)的工作原理均相似。整个过滤面分成多个隔开的过滤室，每个回转的过滤室通过分配阀与各固定管顺序接通，以吸出过滤室内的滤液、洗液，或送入压缩空气。每个过滤室回转一圈完成过滤 *** 作的全过程，多个过滤室的 *** 作衔接起来即形成连续过滤。带式真空过滤机的结构与带式输送机相似，有一连续滤带，适用于易过滤的悬浮液。带式真空过滤机、内滤面转鼓真空过滤机和翻斗真空过滤机均在过滤介质（滤布）上部加料，尤其适用于固体颗粒密度大、沉降快的悬浮液。（见彩图）

加压过滤机

它以在悬浮液进口处施加的压力或对湿物料施加的机械压榨力作为过滤推动力，适用于要求过滤压差较大的悬浮液，也分为间歇 *** 作和连续 *** 作两种。间歇 *** 作的列管式压滤器和加压叶滤机 (结构同图3)用于低浓度悬浮液过滤。压滤机也是一种间歇 *** 作的加压过滤器，又分为板框式、厢式和立式3种，用途甚为广泛。滤油机是配有油泵、真空蒸发器等附件的板框压滤机机组。连续 *** 作的转鼓加压过滤机和圆盘加压过滤机在密闭壳体内进行压力过滤，其结构与转鼓真空过滤机和圆盘真空过滤机相似。由于结构复杂，应用较少。

常用的加压过滤是利用滤室容积变小或施加机械压榨力进行过滤，滤渣含湿量较低，适用于固体颗粒浓度高的悬浮液。在带式压榨过滤机（见带式真空过滤机）中，经重力或真空初步脱液后的湿滤渣夹在两条滤带之间移动，再经辊子挤压脱液。螺旋压榨过滤机（图7）具有带孔隙的圆筒，其中有旋转的螺旋，螺旋槽深不等，物料由深槽端加入推向浅槽端，滤室空间逐渐减小，物料受到压榨，滤液由圆筒的孔隙排出，滤渣由小端排出。

选用

过滤机应根据悬浮液的浓度、固体粒度、液体粘度和对过滤质量的要求选用。先选择几种过滤介质，利用过滤漏斗实验测定不同过滤介质和不同压差下的过滤速度、滤液的固体含量、滤渣层的厚度和含湿量，找出适宜的过滤条件，初步选定过滤机类型，再根据处理量选定过滤面积，并经实际试验验证。

研究和发展

正在发展的新型过滤设备有：机械力压榨过滤设备，如带式压榨过滤机和设有d性压榨隔膜的压榨机;能实现无滤渣层过滤的动态过滤机;洗选煤炭、污水处理、化工和石油工业用的大型过滤设备。在过滤理论研究方面，滤渣层过滤阻力和孔隙率的测算、过滤速度、过滤设备的模拟和放大、稀薄液体澄清过滤和动态过滤机理，以及过滤介质的研究，都是重要的课题。利用电子计算机控制过滤 *** 作是过滤设备的发展方向。

参考书目

唐立夫主编:《过滤机》，机械工业出版社，北京，1984。Clyde Orr，Filtration， Principles and Practices，Marcel Dekker，Inc.，1977.