环保设备设计Part过滤筛分设备过滤的基本概念.pdf

第部分过滤/筛分设备4 1.过滤技术的起源及应用 口2.过滤的基本概念 3.表面过滤基本理论 4.过滤机 5.深层过滤中阂为油八号CHINA UNIVERSITY QF PETROLfi.LM第2页1.2、过滤过滤的基本，定义n6国：在压强差作用下，悬浮液中的流体质（过滤介质），固体颗粒则为介质所截留，从而实现流体和固体 分离的过程。二、实现过滤的条件具有实现分离过程所必需的设备（包括过滤介质）；第 3 贝 CHINA UNIVf-RSITY H TROLM XI过滤介质过滤介质是滤饼的支承物，般对过滤介宸的座ia）多孔性,9对流体的阻力小,要又C)分离的颗粒；物理化学性质稳定足够的机械强度，良好的卸饼性能;,耐热，耐化学腐蚀 使用寿命长；价格便宜（一）滤布，包括有棉、毛、丝等天然纤维，玻三富丝和各种合成纤维制成的织物，以及金属丝织成的网。能截留 的粒径的范围较宽，从几十Hl到储介质薄，阻力小，清洗与更新方便，价格比较便宜9是工业上应用最广泛的过滤介第4页中阂为眩入等温CHINA yNIVERSITV QF PETR6怎UY按滤布纤维材质分类可分为天然纤维和化学合成纤维。tonef，按滤布纱线构成分类短纤维纱（纺织纱）按织造分类a）平纹织法（Plain）：平纹组织滤布的织造方法是使每根 纬线交替浮于每根经线之上，然后沉于另一根经线之下，织成的滤布在无几何变形的情况下，网孔呈正方形或长方孔的大小由线的直径或单位长度线内好的姐粉诉祖史组织点细密、织物强力高、对细微粒子的搜集能力好b）斜纹织法（Twill）：斜纹组织滤布的织造一 根纬线交替浮于两根经线之上，然后沉于两根经线幺下，滤布的几何变形性大。当滤布的经线和纬线用长复丝时,网孔不规则。组织点中等 和增加强力、利于织物加密、剥离性能差。312 3 4 5 6 7 0C）缎纹织法（Satin）:缎纹组织滤布的织造方法是一根纬线（或经线）浮于若干根经线（或纬线）之上,一根经线（或纬线）之下，以此方式交替进行组织点少、有利于提高织物 密度，表面光洁，易清灰。接着沉于C)第6页B非织造类对粒子的截留效果好，但清洗不如织造滤布。滤布织造工艺对滤布性能的影响:滤液透明度：平纹滤布斜纹滤布缎纹滤布非织造类滤布;过滤速率：平纹滤布斜纹滤布缎纹滤布非织造类滤布;滤饼含湿率:平纹滤布斜纹滤布缎纹滤布非织造类滤布;卸饼性能：非织造类滤布（平纹滤布斜纹滤布缎纹滤布;再生性能:滤布寿命：非织造类滤布缎纹滤布平纹滤布斜纹滤布;第7页如素烧陶瓷，烧结令颦O棉花饼等阻力大，能截留13山1?的（二）多孔固体介质：料细粉粘成的多孔塑料,这类介质较厚，孔道细（三）堆积介质：由各种固体颗粒（砂4 炭、石棉粉等）或非编织的纤维（玻璃棉堆积而成，层较厚4,44 判中国石修量考CHINA UNIVERSITY pF PETROL然UM，第（4利马洞的0.6Sand第9页粒,应用多孔膜的过滤有超滤和微滤。电in办学擎配HINA UNIVERSITY CW PETK0L叫:M（四）多孔膜：由高分子材料制成，膜很看/in到200卬11）,孔很小，可以分离小到0.0!第10页四、助滤剂滤饼的可压缩性是指滤饼受压后空隙率明显减小的现象，它使过滤阻力在 八 过滤压力提高时明显增大，过滤压力越大，这种情况会越严重。（不可压缩滤饼：颗粒有一定的刚性，所形成的滤饼 滤饼 并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。:指那些能提高过滤效率或强化过滤过程的物质，凡是1）能降低滤液的表面张力2）改变过滤物质的粒度组成（使之d变大）3）提高滤饼透过度的物质统称为助滤剂。可分为介质型助滤剂和化学助滤剂两干网奔曲,学第 11 页 CHINA i:IVI-RSITY H TROLM XI（一）介质型助滤剂，它是一种颗粒均匀、质地坚硬、不可压缩的粒状物族,.其作用在于防止胶状微粒对滤孔的堵塞，即充当实际的过 滤介质。它是通过物理或机械作用来改善过滤过程（如增 大孔隙度等）。对于可压缩滤饼，添加介质型助滤剂能够增强其刚性，防 止过滤阻力快速增加。第百 中网.沙人考,回弟12贝 PHINA UNIVRKSITV QF MH ROLLM滤渣质量要求不理于滤饼中主要用于：胶态难沉降的微细颗粒。中阕为曲人考f丽F PETRCL时第18页辅助助滤剂通用助滤剂虽然具备很多优点，但在实际应用中 仍然有局限性，因此有很多材料被用作辅助助滤剂，辅助助滤剂通常在以下情况下使用被过滤的液体具有强碱性和强酸性时，硅藻土和珍 珠岩中的某些成分可能被溶解。硅藻土和珍珠岩都不含有细长形状的颗粒，用孔径较粗的金属网进行过滤时，不易于形成预涂层。第201CHINA VNIVKKSITY QF 因rrRCLRUM石棉石棉是一种纤维状矿物，其表面性质较为复杂经常将石棉和其他的助滤剂混合使用石棉中含有铁、钙、镁等离子能够溶于水中，因 此可能对人体造成危害，目前已经逐渐弃用(J阂4曲丸考(华东CHINA(；NIVf-RSlT(F t I 1第21页棉质纤维素棉质纤维素通常在酿造的过滤过程中使用用作助滤材料的棉质纤维素的纤维长度在50100 微米之间，直径在20微米左右经常和硅藻土和珍珠岩混合使用，因为它可以在 过滤介质表面架桥从而形成较大的空隙，配合使 用时能提高硅藻土和珍珠岩的过滤效率纤维素在溶剂中可溶并且易燃ghhi/考 怅东第 22 页 飞髭5芦 CHINA IJXIVI RSITY H-ri ROMiLM无强吸附性 的活性炭无强吸附性的活性炭化学稳定，因此经常用于过 滤酸、碱性溶液目前可以生产出不同等级的活性炭，通常情况下 活性炭的价格和相同粗糙等级的硅藻土和珍珠岩 相比要高一些中瑞发心丸孝CHINA I XIVF RSITYpr H IROI饼的假种类 成分 制法 密度/gcm-3二氧化硅 藻85%95土%的-.aTA化硅坳70%左右岩的 硅将硅藻 分级，土干燥、在一定注粉 士度碎、卜0.25-0.35将珍珠岩粉碎，在050.1000左右时烟烧 29纤素纤维素用纸浆制作而成的纤0.150.维素 30硅酸镁具有纤维构造的岩石 将其破碎分级成短纤 维0.200.30性 炭将焦炭、沥青混和粉碎，在600时急热、0.250.膨胀，使挥发成分燃 30烧粒度 斗士上,/a m*?八V.约450压缩性很小，颗粒上箱有很多微孔（沉降 结构，使得孔隙率较大，是理想的约550助滤剂性能比不上硅藻土，具密度0峰 稍小，具后小溶解性，颗粒不带孔长度3080,不含一氧化硅成分，具有一定的可百 杼压缩性1625S颗粒呈细长状，有一定的可压缩性、vvvZH 中故小用 工11任棺-U 6At法右，小出来和If I I KF 不U力丰澡于 H、洛用牛牛突以大于40可以完全燃烧，耐碱性强，成饼密的 占 度比硅藻土成饼密度大的，但过滤60%7效果比硅藻土差。通常用于过滤能5%车 氧 化6丰的 溶 液第24页介质型助滤剂加入方法预涂法用助滤剂配成悬浮液，在正式 行过滤，在过滤介质上形成一成的滤饼，一般用量为250700g/n优,将助滤剂混在滤浆中一起过滤，其用量为、掺混法悬浮液重量的0.1%0.5%。一 先进行预涂，然后再掺混过滤,是使用综口法 助滤剂进行过滤最常用的方法，它既能使过滤过程有较长的过滤周期,又能得 到澄清的滤液，可确保过滤的精度。硅藻土和珍珠岩两种助滤剂对上述三种方法都适用，而其它助滤剂般都采用掺混法进行过滤。中阂湾曲般彝问CHINA VN1VERSITY 什F PETRCLRUM第25页（二）化学助滤剂-,主要用于希望 和 的场合。.按其作用原理，可分为表面活性剂型和高分子絮凝剂型两类：A、表面活性剂型助滤剂表面活性剂型助滤剂主要起，使阻碍滤液在颗粒间隙中流动的附加压力也随着降低，提高滤液透过滤饼的能 力，从而达到强化过滤的目的，主要分为阴离子型和非离子型。不是所有的表面活性物质都能作助滤剂使用，原因是影响助滤剂发挥作用的因素很多，并不是单以滤液表面张力下降一个因素 所能解释清楚。第26页1）阴离子型磺基琥珀酸（2一乙基己基）二酯钠主己基磺基CH2cH3NaSO3-CHCOO-CH2cHeH2cH2c2cH3CH2coO-CH2cHeH2cH2cH2cH3琥珀酸早在20世纪60年代中期，这种被称为OT型的助滤剂已投放市场，它由美国著名的氟胺公司研制，开辟了多种型号n阂湾曲臂t华东第27页CHINA UNIVERSITY VI0T型助滤剂的特点起泡性过强，对滤饼有明显的减薄作耐碱性差，酯键在溶液中易水解而降低其效果水分(%)0T型助滤剂对滤饼水分 的影响如左图，从图中 可看出，随用量的增加,饼内水分下降。用量(g/t)十阂为汕入学t华东PHINA VN1VRKSITV QF PETROLEUM第28页OT型助滤剂一般规律:C原子越多，水分降，也越多，滤液中残留的越少,C原子在12 16时为最佳。磺基琥珀酸酰胺酸酯盐同属OT型，胺解后，助滤性能更好。烷基或烷芳基磺酸盐RSO3H或 R-Ar-SO3H可降低含S、Cu滤饼的水份。中阂儿曲格t华东2CHINA UNIVKKSITV 0F第29页2）非离子型表面活性剂中的非离子型助滤剂。它的使用稍晚于B型助滤剂，它不仅能降低滤液表面张力，同时还能增大颗粒表面的疏水性，并对减少滤饼水分有一定好的影响。Tweenffl它是失水山梨醇（一种多元醇）的脂肪酸酯与环氧乙烷的 加成物，结构式为：中网片也非学HAHINA VNIVERSITV QF PETKOLIUMTween型助滤剂结构式:RCOO-CH-CH-OOCROOCRH-CH-CH2OH+nCH2 一RCOO-CH-CH-OOCRH-CH-CH-O CH2-CH2On!:OOCR i（失水山梨醇脂肪酸酯与环氧乙烷的加成物）.x?第31页CHINA UNIVERSITY VI特点:这种加成物由于失水位置不同,失永山同的异构体，而且只有12个羟基被酯化，所以这类制品多半是混合物，其助滤效果与OT型大致相同。高级醇与环氧乙烷的加成物RF RFI IR-OH+nCH2-CH2(OCH2CH2n OH(/Rw式中R，RR股为H或烷基(含C原子总数517),此类助 滤剂用量小于阴离子型，一般为45450g/T,且滤饼疏 松，滤液进入回水不产生破坏作用。中阂力也上学普CHINA i:IVf-RSITY Hn-ROl.J-l 13)混合型表面活性助滤剂非离子型与阴离子型混用如：仲醇聚氧乙烯酸（非离子型）+OT型+磺化琥珀酸聚氧乙烯醇单酯盐混用o事实证明:生明显的高效醇聚氧乙烯酸与OT型混用,协同效用”，助滤效果好。可产第33页对于阳离子表面活性剂（脂肪胺类），因其价格昂贵，很少大量用作助滤剂，如果将含c原子530的脂肪胺与 0T型混用，这样无需将0T助滤剂胺解，即可达到减弱其起泡性能的作用，并提高助滤效果。适用混用的胺的通式为：RR_汗_R勿R：C原子512；RRJC原子112士网右加我孝CHINA UNIVERSITY QF Wn ROl.M M第34页B、絮凝剂型助滤剂它能使微细的颗粒生成稳定的絮团,不再以单个颗粒的形式穿透滤布,且不在滤布孔隙中沉积,从而提高过滤速率。IIKMa）天然高分子物质：淀粉、树胶;b）人工合成高分子物质：非离子型PAM、阴离子型PAM、丙烯酸与丙烯酰胺的共聚物、阴离子型丙烯酸，N、N一二甲基氨基乙酯盐酸盐。中阂为曲人孝帆CHINA LNIVI-RSITY QF ROI.I IM第35页a）天然高分子物质 r淀粉、甘露半乳聚糖、纤维素衍生物、海藻酸盐、%1鼻 均为水溶性聚合物。其化学结构、分子量、生物降解能力以及易溶性 和制备方法均不尽相同。d淀粉为最常用高分子絮凝剂。最早是用于煤泥的浓缩，现常用：于磷 酸盐类细泥的絮凝剂和含铁物料的选择性絮凝剂。结构式为：作用基：煌基 ORRfcSzNa（淀粉黄药）或J NH2|乙二胺|；或IIIIII CH2COONa 1 乙酸钠）一-|jjjj中阕为战人孝CHINA VIVHtSITV pF PETR0L即.M淀粉作用机理:淀粉的分子结构:制备方法：天然淀粉在使用前须经过处理,可使用。使其成为可溶性的淀粉胶才淀粉的作用特点:中阈石曲八考HCHINA VN1VERSITV QF PETRCLRUM第37页可作为选择性絮凝剂。3）瓜耳胶：是从豆科（瓜尔豆）植物的种子中得来的，成非离子 型半乳甘露聚糖胶质。产于印度、巴基斯坦等，二十世纪引入美国，我国近几年有种植。g灌蹦教蹦名家#密荏|靡皴教竟左螃嫁生叠麻鎏蜜翁奔穹宙之爱雷穗投爹密辑箔理嘴百百蕤叠勰毒第n鎏蹩翦谶海辞餐舞街修繇蹒懿廉藏蹦蹒蹒豫蹒善蹦-1.，11，,I 11.；b）人工合成高分子物质人工合成高分子聚合物是最主要的固液分离絮凝剂,烯酰胺的衍生物，也有其他的化合物。工业用合成高分子絮凝剂分为 大多是聚丙大类。1）阴离子型聚合物常用的是含豢基（-COOH）的阴离子聚合物,又分：高分子量和低分子量二种。包括聚丙烯酸、聚丙烯酸盐和丙烯酰胺为基体 的聚合物。CHINA UNIVERSITY 介F 因汀RCL丘I、1第38页CH2CH m+nNaOH7 CH2CH m_n+CH2CH 口+nNH3TCONH2 CONH2 COONa酰胺基 酰胺基 竣酸钠CHINA i:IVf-RSITY PFPETRQLeUM从上述水解反应中可看出：该反应是加碱后的水解反应。加碱水解可使其中部分酰胺基转化为蔑酸钠-COONao当窥酸钠（KOONa）被电离时，即可形成COO一（柔基）,从 而使链状分子沿长度方向分布负电荷，而成为阴离子型的水解聚丙 烯酰胺（HPAM）e加碱越多，则水解度（n/m）越大，戴基-COO就越多，此时 由于同性电荷的相斥，使分子伸展得越开。表示聚丙酰胺中绫基的多少，以水解度表示：H=n/mX 100%（11为水解的链节数，m为分子总链节数）水解度是指聚丙烯酰胺中蔑基的百分含量。水解度有以下两重作用：中阕孝一CHINA I XIVI-RSITY QF RFFROM l 1第一)水解度表示在高分子链上存在有期基活性基团，基基团可取代相应数量的酰胺基团，参与对颗粒的表面作用 电溶胶的扩散层发挥压缩作用。即：些发 对正压缩作用第二，由于酰胺基有较强的氢键缔合作用，它可以与分子链上 的其它酰胺基团形成分子内氢键，使大分子卷曲。但在增加一定覆 基后，由于照基解离后荷负电，故可依靠电性排斥作用，使分子伸 展，充分发挥桥连作用。即：f TT 山f-4-*其意备 由 嗤r由不姓为,Wr 4fc1库14事由孱 案I袤挥桥联作用,IIIIM若水解度过大，则带负电荷的凝基(-COO)就会大大增多，对带负电的胶体的吸附或对异体凝聚产生一定影响，反而降低絮凝 效果。适宜的水解度应为：中，一CHINA UNIVERSITY QF PETRQL-这一类聚合物的典型代表为：磺化聚丙烯酰胺(PAMS)。这 是一种具有很强电离性的阴离子型聚合物，主要是：带有磺甲基(-ch2so3-)的衍生物。通常进行磺化的方法是：加入甲醛和亚硫酸钠进行磺化。具体过 程是：CH2CH m+CH2O+Na2SO3-conh2聚丙烯酰胺；甲醛；亚硫酸钠CH2CH ln+CH2CH 0+CH2CH P+CH2CH|COONa CONH2 CONHCHOH CONHCH2SO3Na 丙烯酸钠 丙烯酰胺 羟甲基丙烯酰胺磺甲基丙烯酰胺这一反应过程在碱性介质pH:10-13,湿度6068下完成。该产物是丙烯酰胺、丙烯酸钠、羟甲基丙烯酰胺和磺甲基丙 烯酰胺的四元共聚物。笙4,而 中阕为也，号皿第42贝 HINA VNIW印刷前0F PETROLEUM2%另一类阴离子型聚合物为含瞬酸基的聚合物其酸的强度介于弱阴离子与强阴离子之间O2）阳离子型聚合物这类絮凝剂带有正电荷基团。如：目前大多数的阳离子高分子聚合物都是由丙烯酰胺以及少量 的阳离子基体的自由基团共聚而成。如：聚乙烯亚胺H2-CH2+NH2+Cl-聚乙烯亚胺等。而铳基和鳞基的阳离子絮凝剂应用较少。阳离子絮凝剂的一个新发展方向：疏水性聚合物。年之r着 m 啰混i 貌水型瓢孔薄膜画）爪回第43页应该指出的是：无论是分子量高或低的阳离子絮凝剂却会举家 凝作用，原因在于自然界中绝大多数固体颗粒均带负电性。好以阳离厂 子聚合物具有中和电性和架桥二种作用。3）非离子型聚合物其种类远比阴离子和阳离子型少。最常用的非离子型聚合物是：聚氧化乙烯（PEO）。第44页CHINA UNIVRKSITY 0F RETR0LRI.M均以其分子上的胺基吸附于粒子表面，形成氢键而实现架桥絮 凝。合成聚合物与天然聚合物比较：合成聚合物用量低。如：PAM（聚丙烯酰胺）用量为2 5g/m3悬浮液。合成聚合物可完全从溶液中被固体吸附，故回水中不含聚合 物。合成聚合物所形成的凝聚体比无机电解质或疏水性表面活性物质所产生的凝聚体粗大、牢固,第45页因此絮凝能力强。中阈4曲九学H II A LNIVf-RSITY HTROLI-l XI化学助滤剂使用方法助滤剂使用的成功与否，与一系列因素有关，诸如被处理物料的性质,过滤的方式、条件，助滤剂的类型、用量及添加方式等。此笳，有 些极易被忽视的因素有时对于助滤剂使用效果的影响往往起决定性作 用，例如：微细粒物料过滤时，助滤剂溶液加入料浆后的搅拌时间，对滤饼含水也有极大影响。1）絮凝剂的选择一般情况：高分子量的絮凝剂适用于浓缩 107）的适用于过滤。含铁物料的过滤多采用低分子量（V106）（沉降），中等分子量（V的强阴离子型絮凝剂。第46页中阂儿汕去学用1;：p4INA VNI!|r9|PF PETKOLUM2）助滤剂使用（1絮凝剂茸絮凝剂混用;1可明混用9如：PAM+HPAM或与聚烯多胺（阳离子型）显改善过滤效果。絮凝剂与表面活性剂混用：如：在含铁物料料浆中加少量分子量为12X106的pam,对 滤饼水分无影响，再加入OT型，水份可降2%,再加入2 乙基己胺及HPAM,水份又可降低2%,协同效应明显。CHINA UNIVERSITY QF PETRQLJ;LM一组试验结果表明，在用药量及其它条件完全相同时仅 改变搅拌时间，可得出如下的影响结果。第49页CHINA UNIVERSITY（评 Hfl ROLM M近几年国内研制的助滤剂助滤剂名称 琥珀酸二仲酯酸钠 十二烷基苯磺酸钠 半乳甘露聚糖胺AFi 半乳甘露聚糖胺AF2 半乳甘露聚糖胺AF3酸化油3132 酸化油4041类型 阴离子 阴离子 非离子 非离子 非离子 非离子 非离子过滤物料 微细 微细中、微细 中、微细 中、微细 中、微细 中、微细研制单检 昆明院 昆明院 北京总院 北京总院 北京总院 长沙院 长沙院SP505CA603复方磺酸盐(SLS)聚乙醛非离子 非离子 阴离子 非离子含锂物料 中、微细 中、微细 含铀物料长沙院长沙院 东北人学 核工业部北京五所中阂刀浊去孝阚第50页CHINA VNIVRRSITY 0F五、过滤方法分类按推动力可分为：重力过滤(50kPa)真空过滤(5393kPa)加压过滤(50800kPa)离心过滤才期修档;t华东CHINA UNIVERSITY Pin ROLELM页按其原理可分：两种过滤方式深层过滤滤饼过滤（表面过滤）a.表面过滤（滤饼过滤）：在过滤介质一侧生成由被隔留颗粒的悬浮液或用于过滤速度较慢、滤饼容易形成的情况以上）形成的滤饼。适用于处理固相含量稍高（固相体积分率在1%b.深层过滤：颗粒被阻留在过滤介质内，不需形成滤饼。茶用 于悬浮液中颗粒甚小且含量甚微（固相体积分率在0以下）的场合，如水的净化。过滤流体在拦截、惯性碰撞、扩 散沉淀等作用下，颗粒 物最终附着在介质表面过滤介质 滤液深层过滤示意图第53页CHINA UNIVERSITY（评 Hfl ROLM M（冬东1两种过滤的区别：一二 表面过滤大，深层过滤小；】，：=，三，：二：；二；介质阻力：初始时，深层过滤大，表面过滤小；其后，表面过滤阻力增加快,深层过滤阻力增加缓慢中阂为曲人考临东第54页CHINA VNIVRRSITY 0F按流动方式可分：死端过滤(dead-end flow filtration)错 流过滤(Cross-Flow Filtration)错流过 滤又称切向流过滤CCross-Flow Filtration J无端过滤时过滤液体垂直于过滤介质）过滤阻力主要o的流向和滤膜相切。传统过滤第CHINA UNIVERSITY(F 冏7TR0L丘IM膜流清过滤和膜浓缩的“错流过滤余统”陶渔联第57页错流过滤特点收奉嵩C97-98%；质量好喊少处理步聚介质阻力大不能得到干流饼 一需要大的膜面积目前迨用于小分子的分寓中网分曲九号t华卷CHIKA UNIVSKSITY QF PETR0LH：M第58页