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1、环保设备设计环保设备设计Part1 过滤/筛分设备左海强左海强中国石油大学（华东）化学工程学院化工装备与控制工程系第第 2 页页p1.过滤技术的起源及应用过滤技术的起源及应用p2.过滤的基本概念过滤的基本概念p3.表面过滤基本理论表面过滤基本理论p4.过滤机过滤机p5.深层过滤深层过滤第一部分第一部分 过滤过滤/筛分设备筛分设备1.2 过滤的基本概念过滤的基本概念一、定义一、定义过滤：在压强差作用下，悬浮液中的流体（气体或液体）透过可渗性介过滤：在压强差作用下，悬浮液中的流体（气体或液体）透过可渗性介质（过滤介质），固体颗粒则为介质所截留，从而实现流体和固体质（过滤介质），固体颗粒则为介质所截
2、留，从而实现流体和固体分离的过程。分离的过程。二、实现过滤的条件二、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）；具有实现分离过程所必需的设备（包括过滤介质）；在过滤介质两侧要保持一定的压力差（推动力）。在过滤介质两侧要保持一定的压力差（推动力）。滤浆滤浆(slurry)：悬浮液。悬浮液。滤饼滤饼(filter cake)：截留的固体物质。截留的固体物质。过滤介质过滤介质(filtering medium)：多孔物质。多孔物质。滤液滤液(filterate)：通过多孔通道的液体。通过多孔通道的液体。过滤操作示意图过滤操作示意图(滤饼过滤滤饼过滤)第第 4 页页三、过滤介质三、过滤
3、介质过滤介质是滤饼的支承物过滤介质是滤饼的支承物，一般对过滤介质的一般对过滤介质的要求要求：a)多多孔孔性性，孔孔道道适适当当的的小小，对对流流体体的的阻阻力力小小，又又能能截截住住要要分离的颗粒；分离的颗粒；b)物理化学性质稳定，物理化学性质稳定，耐热，耐化学腐蚀；耐热，耐化学腐蚀；c)足够的机械强度足够的机械强度，使用寿命长；，使用寿命长；d)良好的卸饼性能；良好的卸饼性能；e)易清洗、再生；易清洗、再生；f)价格便宜价格便宜工业常用的过滤介质主要有：工业常用的过滤介质主要有：（一一）滤滤布布，包包括括有有棉棉、毛毛、丝丝等等天天然然纤纤维维，玻玻璃璃丝丝和和各各种种合合成成纤纤维维制制成
4、成的的织织物物，以以及及金金属属丝丝织织成成的的网网。能能截截留留的粒径的范围较宽，从的粒径的范围较宽，从几十几十m到到1m。优优点点：介介质质薄薄，阻阻力力小小，清清洗洗与与更更新新方方便便，价价格格比比较较便便宜宜，是工业上应用最广泛的过滤介质。是工业上应用最广泛的过滤介质。按滤布纤维材质分类按滤布纤维材质分类可分为天然纤维和化学合成纤维。可分为天然纤维和化学合成纤维。例：瑞士SEFAR 公司PEEK聚醚醚酮 polyetheretherketone按滤布纱线构成分类按滤布纱线构成分类单丝纤维纱单丝纤维纱 复丝纤维纱复丝纤维纱 短纤维纱（纺织纱）短纤维纱（纺织纱）按织造分类按织造分类分为织
5、造类和非织造类。分为织造类和非织造类。A 织造类织造类a)平纹织法（平纹织法（Plain）：平纹组织滤布的织造方法是使每根：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形，成的滤布在无几何变形的情况下，网孔呈正方形或长方形，孔的大小由线的直径或单位长度线内丝的根数所限定。孔的大小由线的直径或单位长度线内丝的根数所限定。组织点细密、织物强力高、对细微粒子的搜集能力好第第 6 页页b)斜纹织法（斜纹织法（Twill）：斜纹组织滤布的织造方法是每：斜纹组织滤布的织
6、造方法是每根纬线交替浮于两根经线之上，然后沉于两根经线之根纬线交替浮于两根经线之上，然后沉于两根经线之下，滤布的几何变形性大。当滤布的经线和纬线用长下，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。复丝时，网孔不规则。c)缎纹织法（缎纹织法（Satin）:缎纹组织滤布的织造方法是一根缎纹组织滤布的织造方法是一根纬线纬线(或经线或经线)浮于若干根经线浮于若干根经线(或纬线或纬线)之上，接着沉于之上，接着沉于一根经线一根经线(或纬线或纬线)之下，以此方式交替进行。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。组织点中等、利于织物加密和增加强力、剥离性能差。
7、第第 7 页页B 非织造类非织造类对粒子的截留效果好，但清洗不如织造滤布。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：滤布织造工艺对滤布性能的影响：滤液透明度：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：过滤速率：平纹滤布斜纹滤布缎纹滤布斜纹滤布缎纹滤布非织造类滤布；卸饼性能：卸饼性能：非织造类滤布平纹滤布斜纹滤布缎纹滤布；滤布寿命：滤布寿命：非织造类滤布缎纹滤布平纹滤布斜纹滤布平纹滤布非织造类滤布。第第 8 页页（二二）多多孔孔固固体体介介质质：如如素素烧烧陶陶瓷瓷，烧烧结结金金属属，塑塑料细粉粘成的多孔塑料，棉花饼等。料细粉粘成的多孔塑料，棉花饼等
8、。这这类类介介质质较较厚厚，孔孔道道细细，阻阻力力大大，能能截截留留13m的的颗粒。颗粒。第第 9 页页（三）（三）堆积介质：堆积介质：由各种固体颗粒（砂、木由各种固体颗粒（砂、木炭、石棉粉等）或非编织的纤维（玻璃棉等）炭、石棉粉等）或非编织的纤维（玻璃棉等）堆积而成，层较厚。堆积而成，层较厚。第第 10 页页（四）（四）多孔膜多孔膜：由高分子材料制成，膜很薄（几十：由高分子材料制成，膜很薄（几十m到到200m），），孔很小，可以分离小到孔很小，可以分离小到0.05m的颗的颗粒粒,应用多孔膜的过滤有超滤和微滤。应用多孔膜的过滤有超滤和微滤。四、助滤剂四、助滤剂定义定义：指那些能提高过滤效率或强
9、化过滤过程的物质，凡是：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能降低滤液的表面张力2）改变过滤物质的粒度组成（使之改变过滤物质的粒度组成（使之d变大）变大）3）提高滤饼透过度的物质提高滤饼透过度的物质统称为助滤剂。统称为助滤剂。可分为可分为介质型助滤剂介质型助滤剂和和化学助滤剂化学助滤剂两大类型。两大类型。颗颗粒粒有有一一定定的的刚刚性性，所所形形成成的的滤滤饼饼并不因所受的压力差而变形并不因所受的压力差而变形。滤饼滤饼不可压缩滤饼不可压缩滤饼:可压缩滤饼可压缩滤饼:颗颗粒粒比比较较软软，所所形形成成的的滤滤饼饼在在压压差差的的作作用用下下变变形形，使使滤滤饼饼
10、中中的的流流动动通通道道变变小小，阻力增大。阻力增大。滤饼的可压缩性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。第第 12 页页（一）介质型助滤剂（一）介质型助滤剂它是一种颗粒均匀、质地坚硬、不可压缩的粒状物质。它是一种颗粒均匀、质地坚硬、不可压缩的粒状物质。其作用在于其作用在于防止胶状微粒对滤孔的堵塞防止胶状微粒对滤孔的堵塞，即充当实际的过，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）。大孔隙度等）。对于可压缩滤饼，添加对于可压缩滤饼，
11、添加介质型介质型助滤剂助滤剂能够增强其刚性，防止能够增强其刚性，防止过滤阻力快速增加。过滤阻力快速增加。由于介质型助滤剂使用后会残留于滤饼中，所以只有当由于介质型助滤剂使用后会残留于滤饼中，所以只有当滤渣质量要求不严格时才能使用。滤渣质量要求不严格时才能使用。主要用于：主要用于：胶态难沉降的微细颗粒胶态难沉降的微细颗粒。第第 14 页页介质型助滤剂应满足的条件较高的空隙率，在0.7以上压缩性较低，压缩系数小于0.3助滤剂应当具有不溶性和惰性密度适中助滤剂颗粒的球形当量直径应大于1m，颗粒的形状越简单越好，否则过滤阻力会增大。浮在液面沉降第第 15 页页通用助滤剂辅助助滤剂常用介质型助滤剂硅藻土
12、活性炭珍珠岩纤维素石棉第第 16 页页硅藻硅藻第第 17 页页硅藻土助滤剂占到助滤剂市场总使用量的占到助滤剂市场总使用量的65%滤除微滤除微细悬浮细悬浮物的能物的能力强，力强，过滤效过滤效果好果好抗压缩抗压缩性能和性能和吸附性吸附性能都比能都比较好较好滤速比滤速比较好较好具有很具有很多微孔多微孔结构结构硅藻土助滤剂的优点硅藻土助滤剂的优点我国对硅藻土助滤剂的研究开始的比较晚，优质需进口第第 18 页页硅藻土助滤剂在我国的工业应用上也存在着一定的局限性过滤速度过滤速度游离状态离子游离状态离子生产成本较高生产成本较高资源匮乏资源匮乏 对对于于高高精精度度过过滤滤，过过滤滤速速度度相相对对较较慢慢。
13、过过滤滤时时按按重重量量加加入入往往往往不不能能达达到到预预期期的的效效果果，如如果果多多加加又又将将使使成成本本进进一一步步的的上上升。升。硅硅藻藻土土中中钙钙、铁铁等等离离子子以以游游离离状状态态存存在在，容容易易溶溶解解在在滤滤液液中中，在在过过滤滤饮饮料料、酒酒类类时时，铁离子会影响产品的风味和口感。铁离子会影响产品的风味和口感。优优质质硅硅藻藻土土的的价价格格较较高高、生生产产工工艺艺较较为为复复杂杂导导致致我我国国硅硅藻藻土土助助滤滤剂剂的的生生产产成成本本较较高。高。尽尽管管硅硅藻藻土土在在我我国国分分布布广广泛泛，但但大大多多数数硅硅藻藻土土矿矿的的品品味味较较低低，难难以以满
14、满足足生产高品质硅藻土的助滤剂的要求。生产高品质硅藻土的助滤剂的要求。第第 19 页页珍珠岩助滤剂珍珠岩是玻璃质的火山岩质量很轻、颗粒松散，密度比硅藻土约小20%40%，可压缩性比硅藻土稍微高些珍珠岩助滤剂的渗透率范围或滤速范围都处在硅藻土助滤剂这些指标的中间部分珍珠岩助滤剂主要用于过滤粒径较大的可压缩性的固体颗粒珍珠岩破碎磨细筛分煅烧第第 20 页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剂，辅助助滤剂通常在以下情况下使用
15、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。第第 21 页页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，目前已经逐渐弃用第第 22 页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
16、溶并且易燃第第 23 页页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第第 24 页页种类成分制法饼的假密度/gcm-3粒度/m特点通用助滤剂硅藻土85%95%的二氧化硅将硅藻土干燥、粉碎、分级，在一定温度下烧制0.250.35约450（沉降法）压缩性很小，颗粒上带有很多微孔结构，使得孔隙率较大，是理想的助滤剂材料珍珠岩70%左右的二氧化硅将珍珠岩粉碎，在1000左右时煅烧0.150.29约550（沉降法）助滤剂性能比不上硅藻土，其密度稍小，具有不溶解性，颗粒不带孔辅助
17、助滤剂纤维素纤维素用纸浆制作而成的纤维素0.150.30长 度3080，直径1625不含二氧化硅成分，具有一定的可压缩性石棉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长度为1000左右颗粒呈细长状，有一定的可压缩性、可挠性，和硅藻土的溶解性类似活性炭炭将焦炭、沥青混和粉碎，在600时急热、膨胀，使挥发成分燃烧0.250.30大于40的 占60%75%可以完全燃烧，耐碱性强，成饼密度比硅藻土成饼密度大的，但过滤效果比硅藻土差。通常用于过滤能够溶解二氧化硅的溶液第第 25 页页介介质质型型助助滤滤剂剂加加入入方方法法将将助助滤滤剂剂混混在在滤滤浆浆中中一一起起过过滤滤，其其用用
18、量量为为悬悬浮液重量的浮液重量的0.10.5。用用助助滤滤剂剂配配成成悬悬浮浮液液，在在正正式式过过滤滤前前用用它它进进行行过过滤滤，在在过过滤滤介介质质上上形形成成一一层层由由助助滤滤剂剂组组成的滤饼，一般用量为成的滤饼，一般用量为250700g/m2。预涂法掺混法综合法先进行预涂先进行预涂,然后再掺混过滤然后再掺混过滤,是使用是使用助滤剂进行过滤最常用的方法助滤剂进行过滤最常用的方法,它既能它既能使过滤过程有较长的过滤周期使过滤过程有较长的过滤周期,又能得又能得到澄清的滤液到澄清的滤液,可确保过滤的精度。可确保过滤的精度。硅藻土和珍珠岩硅藻土和珍珠岩两两种助滤剂对上述三种方法都适用种助滤剂
19、对上述三种方法都适用,而而其它助滤剂一般都采用掺混法进行过滤其它助滤剂一般都采用掺混法进行过滤。（二）化学助滤剂（二）化学助滤剂主要用于希望主要用于希望降低滤饼水分降低滤饼水分和和提高过滤机生产能力提高过滤机生产能力的场合。的场合。按其作用原理，可分为按其作用原理，可分为表面活性剂型表面活性剂型和和高分子絮凝剂型高分子絮凝剂型两类：两类：A、表面活性剂型助滤剂、表面活性剂型助滤剂 表面活性剂型助滤剂主要起表面活性剂型助滤剂主要起降低滤液表面张力降低滤液表面张力，使阻碍滤液在颗，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，粒间隙中流动的附加压力也随着降低，提高滤液透过
20、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。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。解释清楚。第第 27 页页1）阴离子型）阴离子型磺基琥珀酸（磺基琥珀酸（2乙基己基）二酯钠盐及其高级同系物乙基己基）二酯钠盐及其高级同系物 CH2CH3 NaSO3-CHCOO-CH2CHCH2CH2CH2CH3 CH2COO-CH2CHCH2C
21、H2CH2CH3 CH2CH3早在早在20世纪世纪60年代中期，这种被称为年代中期，这种被称为OT型的助滤剂已投型的助滤剂已投放市场，它由美国著名的氰胺公司研制，开辟了多种型号。放市场，它由美国著名的氰胺公司研制，开辟了多种型号。己基琥珀酸磺基乙基乙基第第 28 页页OTOT型型助滤剂的特点：助滤剂的特点：起泡性过强，对滤饼有明显的减薄作用。起泡性过强，对滤饼有明显的减薄作用。耐碱性差，酯键在溶液中易水解而降低其效果。耐碱性差，酯键在溶液中易水解而降低其效果。水分水分（）（）用量（用量（g/t）OTOT型助滤剂对滤饼水分型助滤剂对滤饼水分的影响如左图，从图中的影响如左图，从图中可看出，随用量的
22、增加，可看出，随用量的增加，饼内水分下降。饼内水分下降。第第 29 页页 OT型助滤剂一般规律：型助滤剂一般规律：C原子越多，水分降低原子越多，水分降低 也越多，滤液中残留的越少，也越多，滤液中残留的越少，C原子在原子在1216 时为最佳。时为最佳。磺基琥珀酸酰胺酸酯盐磺基琥珀酸酰胺酸酯盐 同属同属OT型，胺解后，助滤性能更好。型，胺解后，助滤性能更好。烷基或烷芳基磺酸盐烷基或烷芳基磺酸盐 R-SO3H或或 R-Ar-SO3H 可降低含可降低含S、Cu滤饼的水份。滤饼的水份。第第 30 页页2）非离子型）非离子型 表面活性剂中的非离子型助滤剂。它的使用稍晚于阴离子表面活性剂中的非离子型助滤剂。
23、它的使用稍晚于阴离子 型助滤剂，它不仅能降低滤液表面张力，同时还能增大颗型助滤剂，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。粒表面的疏水性，并对减少滤饼水分有一定好的影响。Tween型型 它是失水山梨醇（一种多元醇）的脂肪酸酯与环氧乙烷的它是失水山梨醇（一种多元醇）的脂肪酸酯与环氧乙烷的 加成物，结构式为：加成物，结构式为：第第 31 页页 Tween型助滤剂结构式：型助滤剂结构式：RCOOCHCHOOCR CH2 CHCHCH2OHnCH2CH2 O OOCR O RCOOCHCHOOCR CH2 CHCHCHO CH2CH2On H O OO
24、CR （失水山梨醇脂肪酸酯与环氧乙烷的加成物）失水山梨醇脂肪酸酯与环氧乙烷的加成物）失水位置失水位置第第 32 页页特点：特点：这种加成物由于失水位置不同，失水山梨醇有不这种加成物由于失水位置不同，失水山梨醇有不同的异构体，而且只有同的异构体，而且只有12个羟基被酯化，所以这类制个羟基被酯化，所以这类制品多半是混合物，其助滤效果与品多半是混合物，其助滤效果与OT型大致相同。型大致相同。高级醇与环氧乙烷的加成物高级醇与环氧乙烷的加成物 R R R C-OH+nCH2-CH2 R-C OCH2CH2n OH R O R式中式中RRR为为H或烷基（含或烷基（含C原子总数原子总数517），此类助，此类
25、助滤剂用量小于阴离子型，一般为滤剂用量小于阴离子型，一般为45450g/T，且滤饼疏，且滤饼疏松，滤液进入回水不产生破坏作用。松，滤液进入回水不产生破坏作用。第第 33 页页3）混合型表面活性助滤剂）混合型表面活性助滤剂 非离子型与阴离子型混用非离子型与阴离子型混用 如：仲醇聚氧乙烯醚（非离子型）如：仲醇聚氧乙烯醚（非离子型）OT型磺化型磺化 琥珀酸聚氧乙烯醇单酯盐混用。琥珀酸聚氧乙烯醇单酯盐混用。事实证明：高效醇聚氧乙烯醚与事实证明：高效醇聚氧乙烯醚与OT型混用，可产型混用，可产 生明显的生明显的“协同效用协同效用”，助滤效果好。，助滤效果好。第第 34 页页 阳离子型与阴离子型混用阳离子型
26、与阴离子型混用 对于阳离子表面活性剂（脂肪胺类），因其对于阳离子表面活性剂（脂肪胺类），因其价格昂贵价格昂贵，很少大量用作助滤剂，如果将含很少大量用作助滤剂，如果将含C C原子原子5 53030的脂肪胺与的脂肪胺与 OTOT型混用，这样无需将型混用，这样无需将OTOT助滤剂胺解，即可达到减弱其助滤剂胺解，即可达到减弱其 起泡性能的作用，并提高助滤效果。起泡性能的作用，并提高助滤效果。适用混用的胺的通式为：适用混用的胺的通式为：RR R RN NR RR：C原子512；RR：C原子112第第 35 页页B、絮凝剂型助滤剂絮凝剂型助滤剂作用机理：作用机理：它能使微细的颗粒生成稳定的絮团，不再以单个
27、颗粒的形式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。穿透滤布，且不在滤布孔隙中沉积，从而提高过滤速率。主要分类：主要分类：a)天然高分子物质：淀粉、树胶；天然高分子物质：淀粉、树胶；b)人工合成高分子物质：非离子型人工合成高分子物质：非离子型PAM、阴离子型、阴离子型PAM、丙、丙烯酸与丙烯酰胺的共聚物、阴离子型丙烯酸，烯酸与丙烯酰胺的共聚物、阴离子型丙烯酸，N、N二甲二甲基氨基乙酯盐酸盐。基氨基乙酯盐酸盐。第第 36 页页a)天然高分子物质天然高分子物质 淀粉、甘露半乳聚糖、纤维素衍生物、海藻酸盐、壳糖。淀粉、甘露半乳聚糖、纤维素衍
28、生物、海藻酸盐、壳糖。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。和制备方法均不尽相同。1)淀粉淀粉 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：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：作用基：烃基烃基 ORR：CS2Na(淀粉黄药）或淀粉黄药）或NH2（乙二胺）或（乙二胺）或CH2COONa（乙酸钠）（乙酸钠）羟基羟基 OH第第 37 页页 淀粉作用机理
29、：淀粉作用机理：淀粉与固体颗粒的吸附机理为氢键吸附。淀粉与固体颗粒的吸附机理为氢键吸附。淀粉的分子结构：淀粉的分子结构：直链淀粉和支链淀粉两种，直链淀粉和支链淀粉两种，直链占直链占25%，支链占，支链占75%。制备方法：制备方法：天然淀粉在使用前须经过处理，使其成为可溶性的淀粉胶才天然淀粉在使用前须经过处理，使其成为可溶性的淀粉胶才可使用。可使用。加热法：是把淀粉配成加热法：是把淀粉配成50%的液浆，放在高压釜中加热至的液浆，放在高压釜中加热至145，搅拌，搅拌15分钟以上后放出，加清水稀释至所需浓度使用。分钟以上后放出，加清水稀释至所需浓度使用。苛性法：是在苛性法：是在5%的淀粉液浆中加入苛
30、性钠搅拌的淀粉液浆中加入苛性钠搅拌15分钟而制分钟而制得。得。淀粉的作用特点：淀粉的作用特点：（i）作用速度快；作用在作用速度快；作用在1520s内完成；内完成；（ii）须）须迅速均匀地与悬浮液混合；迅速均匀地与悬浮液混合；（iii）用量：用量：100150g/T（固体）。固体）。第第 38 页页 2)淀粉黄药（淀粉黄药（CS2Na）淀粉淀粉+CS2+NaOH CS2Na+H2O 可作为选择性絮凝剂。可作为选择性絮凝剂。3)瓜耳胶：瓜耳胶：是从豆科（瓜尔豆）植物的种子中得来的，成非离子是从豆科（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，型半
31、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。我国近几年有种植。应用：作絮凝剂和助滤剂，一般用量为应用：作絮凝剂和助滤剂，一般用量为45225g/T。b)人工合成高分子物质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，大多是聚丙人工合成高分子聚合物是最主要的固液分离絮凝剂，大多是聚丙烯酰胺的衍生物，也有其他的化合物。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工业用合成高分子絮凝剂分为阴离子型，阳离子型和非离子型阴离子型，阳离子型和非离子型三三大类。大类。1)阴离子型聚合物阴离子型聚合物 常用的是含羧基（常用的是含羧基（COOH）
32、的阴离子聚合物，又分：高分子的阴离子聚合物，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。聚合物。第第 39 页页 羧酸类阴离子型聚合物：羧酸类阴离子型聚合物：a、聚丙烯酰胺（聚丙烯酰胺（PAM）CH2CH n C=0 NH2 （链上的活性基团为酰胺基）链上的活性基团为酰胺基）特点：特点：属非离子型；属非离子型；分子卷曲成团状；分子卷曲成团状；链上的活性基团链上的活性基团CONH2（酰胺基）不能充分伸展；酰胺基）不能充分伸展；不经水解絮凝效果差。不经水解絮凝效果差。其水解反应为：其水解反应为：CH2C
33、H m+nNaOH CH2CH m-n+CH2CH n+nNH3 CONH2 CONH2 COONa第第 40 页页从上述水解反应中可看出：从上述水解反应中可看出：该反应是加碱后的水解反应。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羧酸钠加碱水解可使其中部分酰胺基转化为羧酸钠COONa。当羧酸钠（当羧酸钠（-COONa）被电离时，即可形成被电离时，即可形成-COO-（羧基），从羧基），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（烯酰胺（HPAM）。）。b、水解聚丙烯酰胺（水解聚丙烯酰胺（HPAM）
34、加碱越加碱越多，则水解度（多，则水解度（n/m）越）越大，羧基大，羧基-COO-就越就越多，此时多，此时由于同性电荷的相斥，使分子伸展得越开。由于同性电荷的相斥，使分子伸展得越开。表示聚丙酰胺中羧基的多少，以水解度表示：表示聚丙酰胺中羧基的多少，以水解度表示：c、水解度水解度H H=n/m 100%（n为水解的链节数，为水解的链节数，m为分子总链节数）为分子总链节数）水解度是指聚丙烯酰胺中羧基的百分含量。水解度是指聚丙烯酰胺中羧基的百分含量。水解度有以下两重作用：水解度有以下两重作用：第第 41 页页d、水解度的两重作用：水解度的两重作用：第一，水解度表示在高分子链上存在有羧基活性基团，这些羧
35、第一，水解度表示在高分子链上存在有羧基活性基团，这些羧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，对正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，对正电溶胶的扩散层发挥压缩作用。即：电溶胶的扩散层发挥压缩作用。即：（）羧基基团可取代相应数量的酰胺基团参与粒子表面作用，）羧基基团可取代相应数量的酰胺基团参与粒子表面作用，对正电溶胶的扩散层发挥对正电溶胶的扩散层发挥压缩作用压缩作用。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。但在增加一定羧的其它酰胺基团形成分子内氢键，使
36、大分子卷曲。但在增加一定羧基后，由于羧基解离后荷负电，故可依靠电性排斥作用，使分子伸基后，由于羧基解离后荷负电，故可依靠电性排斥作用，使分子伸展，充分发挥桥连作用。即：展，充分发挥桥连作用。即：（）由于羧基解离后荷负电，靠电性排斥作用使分子伸展充由于羧基解离后荷负电，靠电性排斥作用使分子伸展充分发挥分发挥桥联作用桥联作用。若水解度过大，则带负电荷的羧基（若水解度过大，则带负电荷的羧基（-COO-）就会大大增多，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：效果。适宜的水解度应为：水解度水
37、解度H：3040%。第第 42 页页 含硫的阴离子型聚合物含硫的阴离子型聚合物 这一类聚合物的典型代表为：磺化聚丙烯酰胺（这一类聚合物的典型代表为：磺化聚丙烯酰胺（PAMS）。）。这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。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：程是：聚丙烯酰胺磺化过程：聚丙烯酰胺磺化过程：CH2CH m+CH2O+Na2SO3 CONH2 聚丙烯酰胺甲醛亚硫酸钠聚丙烯酰胺甲醛亚硫酸钠 C
38、H2CH n+CH2CH o+CH2CH P+CH2CH q COONa CONH2 CONHCHOH CONHCH2SO3Na 丙烯酸钠丙烯酸钠 丙烯酰胺丙烯酰胺 羟甲基丙烯酰胺磺甲基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这一反应过程在碱性介质pH：1013，湿度湿度6068 下完成。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。烯酰胺的四元共聚物。第第 43 页页其中磺（甲基）化度其中磺（甲基）化度(q/m)最大可达最大可达50%，一般以，一般以40 2%为宜。为宜。另一类阴离子型聚
39、合物为含膦酸基的聚合物：另一类阴离子型聚合物为含膦酸基的聚合物：含膦酸基的阴离子型聚合物含膦酸基的阴离子型聚合物如：聚膦酸乙烯脂等。如：聚膦酸乙烯脂等。其酸的强度介于弱阴离子与强阴离子之间。其酸的强度介于弱阴离子与强阴离子之间。2)阳离子型聚合物阳离子型聚合物 这类絮凝剂带有正电荷基团。如：这类絮凝剂带有正电荷基团。如：-NH3+（氨基）、氨基）、-CH2-NH2+-CH2（亚氨基）、亚氨基）、N+R4（季氨基）季氨基）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。阳离子基体的自由基团共聚而成。如：聚乙
40、烯亚胺如：聚乙烯亚胺 CH2 -CH2+NH2+Cl 聚乙烯亚胺等。聚乙烯亚胺等。而锍基和鏻基的阳离子絮凝剂应用较少。而锍基和鏻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：阳离子絮凝剂的一个新发展方向：疏水性聚合物。疏水性聚合物。第第 44 页页 应该指出的是：无论是分子量高或低的阳离子絮凝剂都会起絮应该指出的是：无论是分子量高或低的阳离子絮凝剂都会起絮凝作用，原因在于自然界中绝大多数固体颗粒均带负电性。所以阳离凝作用，原因在于自然界中绝大多数固体颗粒均带负电性。所以阳离子聚合物具有中和电性和架桥二种作用。子聚合物具有中和电性和架桥二种作用。3)非离子型聚合物非离子型聚合物 其种类
41、远比阴离子和阳离子型少。最常用的非离子型聚合物是：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（聚氧化乙烯（PEO）。）。聚氧化乙烯（聚氧化乙烯（PEO）CH2-CH2-O n 分子量：介于分子量：介于2 1045106 之间之间 第第 45 页页非离子型及阴离子型聚合物的絮凝机理非离子型及阴离子型聚合物的絮凝机理均以其分子上的胺基吸附于粒子表面，形成氢键而实现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架桥絮凝凝。合成聚合物与天然聚合物比较：合成聚合物与天然聚合物比较：合成聚合物用量低合成聚合物用量低。如：。如：PAM（聚丙烯酰胺）用量为聚丙烯酰胺）用量为25
42、g/m3悬浮液。悬浮液。合成聚合物可完全从溶液中被固体吸附，故合成聚合物可完全从溶液中被固体吸附，故回水中不含聚合回水中不含聚合物物。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，因此物质所产生的凝聚体粗大、牢固，因此絮凝能力强絮凝能力强。第第 46 页页化学化学助滤剂使用方法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被处理物料的性质，过滤的方式过滤的方式、条件条件，助滤剂的类型助滤剂的类型、用量及添加方式用量及添加方式等。此外，有
43、些极等。此外，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如：微细粒物料过滤时，助滤剂溶液加入料浆后的搅拌时间搅拌时间，对滤饼含，对滤饼含水也有极大影响。水也有极大影响。1）絮凝剂的选择）絮凝剂的选择 一般情况：高分子量的絮凝剂适用于浓缩（沉降），中等分子量（一般情况：高分子量的絮凝剂适用于浓缩（沉降），中等分子量（107）的适用于过滤。）的适用于过滤。含铁物料的过滤多采用低分子量（含铁物料的过滤多采用低分子量（106）的强阴离子型絮凝剂。）的强阴离子型絮凝剂。第第
44、 47 页页2）助滤剂使用）助滤剂使用 絮凝剂与絮凝剂混用：絮凝剂与絮凝剂混用：如：如：PAMHPAM或与聚烯多胺（阳离子型）混用，可明或与聚烯多胺（阳离子型）混用，可明显改善过滤效果。显改善过滤效果。絮凝剂与表面活性剂混用：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如：在含铁物料料浆中加少量分子量为12106的的PAM，对，对 滤饼水分无影响，再加入滤饼水分无影响，再加入OT型，水份可降型，水份可降2，再加入，再加入2 乙基己胺及乙基己胺及HPAM，水份又可降低，水份又可降低2，协同效应明显。，协同效应明显。第第 48 页页 b)添加方式：添加方式：为使药剂溶液与悬浮液充分混
45、合，可采用以下任何一种添加方式：为使药剂溶液与悬浮液充分混合，可采用以下任何一种添加方式：多点加入溜槽中；多点加入溜槽中；多点加入管道中；多点加入管道中；加入静态混合器，如：带有挡板的管道；加入静态混合器，如：带有挡板的管道；用喷射器混合试剂和水。用喷射器混合试剂和水。c)添加时注意事项：添加时注意事项：溶液浓度应极低（溶液浓度应极低（0.1%）；）；加入到需要絮凝的地点，越近越好，且应分点分步添加，能有加入到需要絮凝的地点，越近越好，且应分点分步添加，能有 局部紊流更好。局部紊流更好。要加入到整个悬浮液中，不使局部作用产生。要加入到整个悬浮液中，不使局部作用产生。就避免过强紊流出现，以免形成
46、凝胶块。就避免过强紊流出现，以免形成凝胶块。絮凝剂的制备与添加絮凝剂的制备与添加a)配制溶液配制溶液（以聚丙烯酰胺为例）（以聚丙烯酰胺为例）加水搅拌加水搅拌PAM粉末（白色）粉末（白色）1%溶液溶液 稀释至稀释至0.10.01%使用使用 22.5小时小时 活化的目的是：使絮凝剂分子在稀溶液中充分伸展，以提高絮活化的目的是：使絮凝剂分子在稀溶液中充分伸展，以提高絮凝效果。凝效果。第第 49 页页 搅拌时间对滤饼含水的影响搅拌时间对滤饼含水的影响一组试验结果表明一组试验结果表明，在用药量及其它条件完全相同时仅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。改变搅拌时间，可得出如下
47、的影响结果。搅拌时间（搅拌时间（min）滤饼水份（）滤饼水份（）015413611109第第 50 页页近几年国内研制的助滤剂近几年国内研制的助滤剂助滤剂名称助滤剂名称类型类型过滤物料过滤物料研制单位研制单位琥珀酸二仲酯酸钠琥珀酸二仲酯酸钠阴离子阴离子微细微细昆明院昆明院十二烷基苯磺酸钠十二烷基苯磺酸钠阴离子阴离子微细微细昆明院昆明院半乳甘露聚糖胺半乳甘露聚糖胺AF1非离子非离子中、微细中、微细北京总院北京总院半乳甘露聚糖胺半乳甘露聚糖胺AF2非离子非离子中、微细中、微细北京总院北京总院半乳甘露聚糖胺半乳甘露聚糖胺AF3非离子非离子中、微细中、微细北京总院北京总院酸化油酸化油3132非离子非离
48、子中、微细中、微细长沙院长沙院酸化油酸化油4041非离子非离子中、微细中、微细长沙院长沙院SP505非离子非离子含锂物料含锂物料长沙院长沙院CA603非离子非离子中、微细中、微细长沙院长沙院复方磺酸盐（复方磺酸盐（SLS）阴离子阴离子中、微细中、微细东北大学东北大学聚乙醚聚乙醚非离子非离子含铀物料含铀物料核工业部北京五所核工业部北京五所第第 51 页页五、过滤方法分类五、过滤方法分类按推动力可分为：按推动力可分为：p重力过滤（重力过滤（50kPa）p真空过滤（真空过滤（5393kPa）p加压过滤（加压过滤（50800kPa）p离心过滤离心过滤第第 52 页页按其原理可分：按其原理可分：（表面过
49、滤）（表面过滤）架桥现象架桥现象滤饼过滤滤饼过滤滤饼（滤饼（表面表面）过滤示意图）过滤示意图a.表面过滤（滤饼过滤）表面过滤（滤饼过滤）：在过滤介质一侧生成由被隔留颗粒：在过滤介质一侧生成由被隔留颗粒形成的滤饼。适用于处理固相含量稍高（固相体积分率在形成的滤饼。适用于处理固相含量稍高（固相体积分率在1%以以上）的悬浮液。或用于过滤速度较慢、滤饼容易形成的情况。上）的悬浮液。或用于过滤速度较慢、滤饼容易形成的情况。第第 53 页页过滤流体滤液过滤介质深层过滤示意图深层过滤示意图在拦截、惯性碰撞、扩散沉淀等作用下，颗粒物最终附着在介质表面b.深层过滤：深层过滤：颗粒被阻留在过滤介质内，不需形成滤饼
50、。适用颗粒被阻留在过滤介质内，不需形成滤饼。适用于悬浮液中颗粒甚小且含量甚微（固相体积分率在于悬浮液中颗粒甚小且含量甚微（固相体积分率在0.1%以下）以下）的场合的场合，如水的净化。如水的净化。第第 54 页页两种过滤的区别：两种过滤的区别：颗粒粒度与过滤介质孔道颗粒粒度与过滤介质孔道：表面过滤大，深层过滤小；：表面过滤大，深层过滤小；表面过滤，颗粒在一侧；深层过滤，颗粒在介质中表面过滤，颗粒在一侧；深层过滤，颗粒在介质中；介质阻力：介质阻力：初始时，深层过滤大，表面过滤小；其后，表初始时，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。面过滤阻力增加快，深层过滤阻力增