真空過濾機結構圖(圓盤真空過濾機的結構)
本文聚焦于圓盤真空過濾機的結構，其主體由多個關鍵部件構成，包括濾盤、主軸、分配頭等，濾盤安裝在主軸上，隨主軸旋轉，表面覆有濾布用于攔截固體顆粒；分配頭起著至關重要的作用，精準控制著不同區域的真空度與大氣連通狀態，實現過濾、洗滌、脫水及卸料等工序的有序循環，該設備運行時，借助真空負壓使漿液中的液體透過濾布被抽走，固體則截留在濾盤上形成濾餅，這種獨特的結構設計，使其具備高效分離、連續作業的優勢，廣泛應用于化工、礦業、環保等領域，能有效提升物料處理效率與質量，是工業生產中
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固液分離
固液分離的目的是回收懸浮液中的有用物質，它可以是懸浮液中的一相，也可以是兩相。為達到固液分離的目的而采用的主要操作方法有重力沉降、離心分離和過濾。
一、重力沉降方法
懸浮液中固體顆粒的密度比液相大，它在重力的作用下發生相對運動而達到兩相分離。
二、過濾
過濾是以某種多孔物質為介質，在外力作用下，懸浮液中固體顆粒被截留，液相通過介質的孔道流出而實現固液分離的方法。外力可以是重力、離心力和用機械方法在多孔物質的上、下游兩側施加的壓強差。常見的過濾設備有真空過濾機、板框壓濾機、離心式過濾機等。
圖5－1 深層過濾機理
過濾主要有兩種方式:一種為深層過濾，其過濾機理見圖5－1。特點是固體顆粒黏附在過濾介質的孔洞內，適用于固體顆粒粒徑小于過濾介質的孔洞直徑，并且含固量小于0.1%的懸浮液。另一種為濾餅過濾，它應用織物、多孔固體或孔膜等作為過濾介質，這些介質的孔一般小于顆粒，過濾時流體可以通過介質的小孔，顆粒的尺寸大，不能進入小孔而被過濾介質截留形成濾餅。因此，顆粒的截留主要依靠篩分作用，見圖5－2。其特點是固體顆粒呈餅狀沉積在過濾介質上游一側，適用固含量較高的懸浮液。
圖5－2 濾餅過濾過程
1.過濾介質
織物介質:又稱濾布，包括由棉、毛、絲、麻等天然纖維及由各種合成纖維制成的織造和非織造濾布，以及由金屬或非金屬材料織成的網。此類過濾介質在工業上應用最廣。
粒狀介質:包括砂、木炭、石棉、硅藻土、珍珠巖等堅硬顆粒物質，多用于深床過濾和助濾劑。
多孔類固體介質:它是一種具有很多微細孔道的固體材料，如多孔陶瓷、多孔塑料、多孔氧化鋁、多孔金屬等制成的管和板。適用于處理只含少量細小顆粒的懸浮液。
2.過濾的操作方式
恒壓過濾:它是在恒定壓強差下進行的，是一種最常見的過濾操作方式。連續式過濾機上進行的過濾都是恒壓過濾;間歇式過濾機上進行的過濾也多為恒壓過濾。在恒壓過濾時，因濾餅不斷增厚，致使過濾阻力逐漸增加，但由于施加的壓差是恒定的，故過濾速率逐漸減小。
恒速過濾:它是指過濾速率維持恒定的過濾操作方式。如板框壓濾機，它的內部空間是一定的，當懸浮液充滿內部空間后，繼續以恒速供料保持濾液流量的恒定。恒速過濾時，因濾餅的厚度在不斷增加，濾餅的過濾阻力也隨之增加，要維持恒速過濾就必須不斷提高過濾壓力克服過濾阻力。所以實際操作上是不可能將恒速過濾進行到底的。
先恒速后恒壓過濾:它是將恒壓過濾和恒速過濾合理結合起來的過濾操作方式。一般是在過濾開始時先進行恒速過濾，避免濾液的渾濁和過濾介質孔洞的阻塞，當到達一定壓力后進行恒壓過濾以提高濾餅的固含量。
3.懸浮液的預處理
過濾過程中常會遇到過濾速率低，濾餅呈膠體或凝膠狀態，濾液渾濁等現象。為了盡量避免這些情況的出現，提高設備的過濾效率，就需要對懸浮液進行預處理。預處理的方法有化學法和物理法兩種。
(1)化學法
化學法可分為凝聚、絮凝和改變表面張力三種。
凝聚:在懸浮液中加入無機電解質，如明礬、石灰、鋁離子和鐵離子等，使顆粒相互黏結成較大顆粒而易于過濾分離。
絮凝:在懸浮液中加入高分子絮凝劑，使顆粒在絮凝劑作用下聚集成大顆粒或絮團，以利于過濾分離。絮凝劑有天然和合成的兩種，如動物膠、淀粉、聚丙烯酸胺等。常用的合成高分子絮凝劑有以下三類。
陽離子型:聚胺、聚2－羥丙基－N－甲基氯化銨、聚2－羥丙基－l、聚丙烯酸胺曼尼希反應衍生物、甲基丙烯酸－N。
陰離子型:聚丙烯酸鈉、聚苯乙烯羧酸鈉。
非離子型:聚丙烯酸胺、聚氧化乙烯。
改變表面張力:在懸浮液中加入表面活性劑降低液體的表面張力，使分離后濾餅中殘存水分減少，固含量提高。
(2)物理法
包括陳化、結晶、改變懸浮液的溫度、降低懸浮液的黏度以及加入助濾劑等。
4.常見過濾設備
(1)板框壓濾機
板框壓濾機是由許多塊濾板和濾框交替排列而成，板和框都用支耳架在一對橫梁上，可用壓緊裝置壓緊和拉開。板框壓濾機的結構及工作原理見圖5－3。板框自動壓濾機外形見圖5－4。
圖5－3 板框壓濾機工作原理
圖5－4 板框自動壓濾機外形圖
板和框多做成正方形，板和框的角端開有工藝用孔，孔的數目同工藝要求有關，從2個到4個不等，板框合并壓緊后即構成供濾液、洗液和懸浮液流通的孔道。框的兩側覆以濾布，空框與濾布圍成了容納待濾液及濾餅的空間。濾板的作用有兩點:一點是支撐濾布;另一點是提供濾液通道。為此濾板上制成各種凹凸紋路，凸者支撐濾布，凹者形成濾液通道。對于可洗濾餅的板框壓濾機，濾板又分為洗滌板和非洗滌板兩種，兩種濾板的結構和作用有所不同。
板框壓濾機的操作十分重要。過濾時進料的壓力應逐步緩慢增加，防止壓力過大導致濾布表面的孔隙被堵塞，過濾不能正常進行。
板框壓濾機的濾液排出方式分為明流和暗流兩種。若濾液由每塊濾板底部直接排出稱為明流。明流的優點是便于觀察各濾板的工作情況。若濾液不宜暴露于空氣中，則需要將各板排出的濾液匯集后經總管排出，稱為暗流。
板框壓濾機具有結構簡單，制造方便，附屬設備少，單位過濾面積較大，過濾壓力高，對各種懸浮液適應性強等特點，應用比較廣泛。但因為是間歇操作，故生產效率低，勞動強度大，濾布損耗嚴重，洗滌效果較差。
圖5－5 箱式壓濾機工作原理
板框壓濾機的規格較多，過濾面積可以從幾平方米到幾百平方米。
(2)箱式壓濾機
箱式壓濾機是板框壓濾機的改進型式，國外稱為凹板壓濾機，它保留了板框壓濾機的優點，克服了板框壓濾機的一些缺點，它可以在過濾中對濾餅進行洗滌。箱式壓濾機結構及工作原理見圖5－5。
(3)帶式壓濾機
帶式壓濾機是一種結構簡單，操作方便，性能優良的連續壓濾機。它在結構上借鑒了造紙機連續滾壓的機構;各種聚合電解質絮凝劑的應用，為帶式壓濾機提供了工藝上的條件;多聚酯纖維濾網為它提供了良好的濾帶，這三個因素創造了帶式壓濾機出現和應用的條件。
目前，帶式壓濾機被廣泛應用于過濾各種污泥、選煤產品、濕法冶金的殘渣、管道輸送的物料等。但在選礦產品中應用較少。
帶式壓濾機主要由一系列按順序排列的、直徑大小不同的輥輪、兩條纏在這系列輥輪上的過濾帶，以及給料裝置、濾布清洗裝置、高速調偏裝置、張緊裝置等部分組成。
帶式壓濾機的工作包括四個基本的過程:絮凝和給料，重力脫水，擠壓脫水，卸料和清洗濾帶。帶式壓濾機的結構和工作原理見圖5－6，對置滾壓式帶濾機結構及工作原理見圖5－7。
圖5－6 帶式壓濾機的工作原理
圖5－7 對置滾壓式帶濾機
(4)轉鼓真空過濾機
轉鼓真空過濾機是一種連續操作的過濾設備。廣泛用于礦物加工和化工等部門。它主要適用于固體顆粒粒徑在0.01～1mm的懸浮液的過濾。設備的主體是一個能轉動的水平圓筒，圓筒表面為有孔的金屬板或金屬絲網，網上再覆蓋濾布，懸浮液在圓筒的下部與圓筒接觸。接觸的部位可以是圓筒的內表面，也可是外表面，工業上最常見的是外表面接觸。轉鼓真空過濾機工作原理見圖5－8。
圖5－8 轉鼓真空過濾機工作原理
轉鼓內部沿徑向分隔成若干扇形格，每格均有單獨孔通道通向分配頭。當轉鼓轉動時，憑借分配頭的作用使這些孔道依次與真空管及壓縮空氣相通，故轉鼓在回轉一周的過程中每個扇格可按順序進行過濾、洗滌、脫水、吹松、卸餅等操作。分配頭由緊密貼合的轉動盤和固定盤構成，轉動盤隨轉軸一起旋轉，固定盤側面的各四槽分別與不同作用的管道相通。固定盤有三個凹槽，故整個轉鼓可分為三個區域:過濾區、洗滌及脫水區、卸料和再生區。
外濾面轉鼓真空過濾機能連續自動操作，生產能力大，特別適宜于處理量大并易過濾的懸浮液;附屬設備較多，投資費用高，過濾面積不大，濾餅含水量較高，洗滌不充分。
(5)動態過濾機
動態過濾機是利用現代動態過濾技術生產的新型過濾設備，它主要是為解決用濾餅層過濾難以過濾的懸浮液的高效過濾和洗滌問題。它可以在密閉、高溫、高壓等條件下用一臺設備連續完成過濾、增濃、洗滌和脫水等過濾操作。
動態過濾是在傳統固定濾餅層過濾理論上發展起來的，但兩者在機理上完全不同。在動態過濾過程中，懸浮液在介質上高速平行流動，當濾液穿過過濾介質時，固體顆粒在介質上不沉積或只有極少量沉積產生極薄的濾餅。因此動態過濾的過濾阻力就主要由過濾介質所決定，這樣對于顆粒細小、形成的濾餅為可壓縮性濾餅的懸浮液，用動態過濾就可得到快速有效的分離效果。
圖5－9 旋葉式過濾機
動態過濾機的洗滌效果也特別優異。當洗滌液進入過濾機時，由于濾渣是高速流動的，故洗滌液和濾渣能得到充分混合，防止了洗滌液短路和洗滌死區的現象出現，提高了洗滌效率并節省了洗滌液。動態過濾機通過降低過濾阻力使過濾效率有了很大的提高。在相同的過濾面積和操作條件下，動態過濾機的生產能力比板框過濾機的生產能力能提高6倍以上，并且能連續過濾，可實現自動化操作。常見的動態過濾機有旋葉式、旋管式和平板式壓濾機。旋葉式過濾機結構見圖5－9。三、離心分離方法
是懸浮液依靠慣性離心力的作用而實現固液分離的過程。
常見的離心分離設備有旋流分離器，沉降離心機等。主要用于脫水、濃縮、分離、澄清、凈化及固體顆粒的分級等工藝過程。離心機的主要構件為一快速旋轉的轉鼓，轉鼓安裝在垂直或水平的軸上，當料漿進入轉鼓內后，隨轉鼓旋轉而旋轉，在離心力作用下實現分離。轉鼓的外壁分為有孔和無孔兩種;有孔的轉鼓在內表面覆以濾布，當轉鼓快速旋轉時濾液在離心力作用下穿過濾布而被甩出，顆粒被濾布所截留，這個操作稱為離心過濾;無孔的轉鼓是當轉鼓快速旋轉后料漿在離心力作用下按密度不同而分層，密度大的靠近轉鼓外壁，密度小的靠近轉鼓中央，這個操作稱為離心沉降。離心沉降通常又根據所處理的料漿不同分為兩類:一類是對懸浮液進行的離心沉降繼續操作，稱為離心沉降;另一類是對乳濁液或含有微量團體顆粒的懸浮液進行的離心沉降操作，稱為離心分離。
離心機的分類方法有很多，如按操作方式可分為過濾式離心機、沉降式離心機和分離式離心機;按操作過程可分為間歇操作離心機和連續操作離心機;當然離心機的分類方法還有許多，如按結構型式、分離因素、卸料方式等進行分類。
1.三足式離心機
圖5－10 三足離心機
1.三足式離心機
三足式離心機是工業上最早應用的間歇式離心機，也是目前我國應用最廣、制造最多的一種離心機。其最重要的特征是轉鼓懸掛在機座的三根支柱上。三足式離心機有過濾式和沉降式兩種，常用的多為過濾式。其卸料方法有人工卸料和機械卸料兩種，每種方法又有各種方式。三足離心機結構見圖5－10。
三足式離心機具有結構簡單、價格低、運轉平穩、適應性強等優點，適用于過濾周期長，處理量不大，要求濾渣含濕量低的場合;其缺點是操作周期長，生產能力低，只能用于中小型生產。
2.臥式刮刀卸料離心機
臥式刮刀卸料離心機是一種間歇式離心機，有過濾式和沉降式兩種，以過濾式使用較多。主要用于處理含有中等或小顆粒且顆粒不怕被刮刀破壞的懸浮液。其特點是對料液的濃度和數量變化不敏感;過濾時間、洗滌時間、分離以及卸料時間均可自由調節;濾渣較干;并能得到較好的洗滌效果;操作周期短，生產能力大。但對顆粒破碎嚴重，電機負荷不均勻，并且濾渣也不能除盡。虹吸刮刀卸料離心機是過濾式刮式刮刀卸料離心機的重要改進型式。它利用虹吸原理增加了過濾的推動力，使生產效率明顯提高。并且還可以根據過程的需要自由調節過濾速度，以利濾渣的洗滌和干燥。
3.臥式活塞推料離心機
臥式活塞推料離心機是一種連續加料、脈動卸料的過濾式離心機。它具有效率高、產量高、生產連續化、操作穩定可靠等特點。但對料液的濃度變化較敏感，并且需要固體顆粒的粒徑較大才能正常進行操作。臥式活塞推料離心機的活塞級數除單級外，還有雙級、三級、四級等。我國生產的主要為單級和雙級活塞兩種。臥式刮刀卸料離心機結構及工作原理見圖5－11。
4.臥式螺旋卸料沉降離心機
臥式螺旋卸料沉降離心機簡稱臥螺離心機。其結構及工作原理見圖5－12。它是一種在全速運轉條件下連續進料、分離和卸料的連續式沉降離心機。它適用于各種粒徑以及固含量為1%～50%的懸浮液的固液分離;對于三相混合物、粒子分級、活性污泥脫水和其他難分離物料的分離也能得到滿意的分離效果。它的主要優點是:自動連續操作，無濾網和濾布，能長期運轉，維修方便;應用范圍廣，能完成固相脫水、液相澄清、液－液－固三相分離、粒度分級等工作過程;對物料適應性強，適用于較寬的粒度分布和較大的濃度波動;結構緊湊，易于密封。某些機型能在加壓和低溫下操作;單機生產能力大，分離質量高，操作費用低。但臥螺離心機也有不足之處，如沉渣含濕量較高，洗滌效果不好，結構復雜，造價高等。
圖5－11 活塞推料離心機
圖5－12 臥式螺旋轉筒離心機結構示意圖
四、常見固液分離設備的型式及適用范圍
目前固液分離的設備種類繁多，選型的范圍也廣，如何選擇合適的、合理的固液分離設備是一個十分復雜的問題。常見固液分離設備的適用范圍見表5－1。不同過濾方式的分離效果見表5－2。
表5－1 常見固液分離設備的適用范圍
表5－2 不同過濾方式的分離效果
真空過濾機的工作原理
真空過濾器是在濾液出口處形成負壓作為過濾真空過濾機結構圖的推動力。這種過濾機又分為間歇操作和連續操作兩種。間歇操作真空過濾機結構圖的真空過濾機可過濾各種濃度真空過濾機結構圖的懸浮液，連續操作的真空過濾機適于過濾含固體顆粒較多的稠厚懸浮液。
間歇操作的過濾機因能實現自動化操作而得到發展，過濾面積越來越大。為得到含濕量低的濾渣，機械壓榨的過濾機得到了發展。
用過濾介質把容器分隔為上、下腔，即構成簡單的過濾器。懸浮液加入上腔，在壓力作用下通過過濾介質進入下腔成為濾液，固體顆粒被截留在過濾介質表面形成濾渣(或稱濾餅)。
過濾過程中過濾介質表面積存的濾渣層逐漸加厚，液體通過濾渣層的阻力隨之增高，過濾速度減小。當濾室充滿濾渣或過濾速度太小時，停止過濾，清除濾渣，使過濾介質再生，以完成一次過濾循環。
液體通過濾渣層和過濾介質必須克服阻力，因此在過濾介質的兩側必須有壓力差，這是實現過濾的推動力。增大壓力差可以加速過濾，但受壓后變形的顆粒在大壓力差時易堵塞過濾介質孔隙，過濾反而減慢。
懸浮液過濾有濾渣層過濾、深層過濾和篩濾三種方式。濾渣層過濾是指在經過過濾初期后，形成了初始濾渣層，此后，濾渣層對過濾起主要作用，這時大、小顆粒均被截留真空過濾機結構圖；深層過濾是指過濾介質較厚，懸浮液中含固體顆粒較少，且顆粒小于過濾介質的孔道，過濾時，顆粒進入后被吸附在孔道內的過濾；篩濾是過濾截留的固體顆粒都大于過濾介質的孔隙，過濾介質內部不吸附固體顆粒的過濾方式，例如轉筒式過濾篩濾去污水中的粗粒雜質。
在實際的過濾過程中，三種方式常常是同時或相繼出現。過濾機的處理能力取決于過濾速度。懸浮液中的固體顆粒大、粒度均勻時
銀龍魚
，過濾的濾渣層孔隙較為暢通，濾液通過濾渣層的速度較大。應用凝聚劑將微細的顆粒集合成較大的團塊，有利于提高過濾速度。
對于固體顆粒沉降速度快的懸浮液，應用在過濾介質上部加料的過濾機，使過濾方向與重力方向一致，粗顆粒首先沉降，可減少過濾介質和濾渣層的堵塞；在難過濾的懸浮液(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，可加熱懸浮液以降低粘度。這些措施都能加快過濾速度。
水平真空過濾機工作原理，結構性能
使料漿水平布置于過濾介質之上，充分利用料漿重力和真空負壓吸力實現固液分離。連續水平真空帶式過濾機可適用于多種濃度條件下的物料。它能連續自動完成過濾、濾餅洗滌、卸渣、濾布再生等工藝操作，并且母液有與濾餅洗滌液可以分段收集。
（1）適應物料廣泛，該機由于涉及獨特心音，可適應所中類型的物料過濾，也別是對于那些固體顆粒大，沉降速度快的漿液過濾效果更佳，并且可以滿足需要濾液分級的工藝；
（2）沉底清洗濾餅，該機能夠對濾餅分別或聯合進行淋洗，噴淋等洗滌，并且可以方便的采用平流或逆流兩種洗滌方式，以便最大限度節省吸水和提高回收率；
（3）濾布再生徹底，過濾機的濾布應始終在不被堵塞的狀態下連續運行，因此濾布洗滌裝置設有2~3排沖洗水管，并配有滾刷裝置，以適應那些特別容易堵塞濾布的漿液；
（4）全自動連續運轉，移動式水平帶式真空過濾機從喂料、洗滌、卸料、濾布清洗均為連續自動進行，無需專人操作，因而大幅度降低了勞動強度，提高生產效率；
（5）真空度較高，該機由于吸濾時真空室與濾布之間沒有相對運動，因此真空度可以達到較高的程度，從而降低了濾餅的含濕量，滿足了工藝要求，且濾布消耗非常少；
（6）機型可以靈活組合，該機只需裝上或卸下某一個真空室就可以改變其過濾面積，也可以根據物料過濾性能增加有助于過濾的附加裝置，以最大限度的=地滿足過濾工藝要求。
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