過濾技術的基本知識

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過濾filtration

　　使液固或氣固混合物中的流體強制通過多孔性過濾介質，將其中的懸浮固體顆粒加以截留，從而實現混合物的分離，是一種屬于流體動力過程的單元操作。液固混合物的過濾在壓差（包括重力造成的壓差）或離心力作用下進行。待過濾的混合物稱為濾漿，穿過過濾介質的澄清液體稱為濾液，被截留的固體顆粒層稱為濾餅。氣固混合物的過濾一般在壓差作用下進行。過濾操作的目的有時是為得到澄清的流體，如潤滑油或空氣的過濾；有時是為得到懸浮的固體顆粒，如結晶時從母液中分離晶體產品；有時則兩者兼有。
　　過濾方法 　根據過程的推動力，過濾可分為：①重力過濾，操作推動力是懸浮液本身的液柱靜壓，一般不超過50kPa,此法僅適用于處理顆粒粒度大、含量少的濾漿；②加壓過濾，用泵或其他方式將濾漿加壓，可產生較高的操作壓力，一般可達500kPa以上，能有效處理難分離的濾漿；③真空過濾，在過濾介質底側抽真空，所產生的壓力差通常不超過85kPa,適用于含有礦粒或晶體顆粒的濾漿，且便于洗滌濾餅；④離心過濾，操作壓力是濾漿層產生的離心力，便于洗滌濾餅，所得濾餅的含液量少，適用于晶體物料和纖維物料的過濾。過濾設備的種類很多。通常將實施重力過濾、加壓過濾和真空過濾的機器稱過濾機；將實施離心過濾的機器，稱離心過濾機。
　　機理 　按過濾介質攔截固體顆粒機理，可分表面過濾和深層過濾，前者廣泛用于化工生產中；后者較少應用。
　　①表面過濾　利用過濾介質表面或過濾過程中所生成的濾餅表面,來攔截固體顆粒,使固體與液體分離。這種過濾只能除去粒徑大于濾餅孔道直徑的顆粒，但并不要求過濾介質的孔道直徑一定要小于被截留顆粒的直徑。在一般情況下，過濾開始階段會有少量小于介質通道直徑的顆粒穿過介質混入濾液中，但顆粒很快在介質通道入口發生架橋現象(圖1),使小顆粒受到阻攔且在介質表面沉積形成濾餅。此時，真正對顆粒起攔截作用的是濾餅，而過濾介質僅起著支承濾餅的作用。不過當懸浮液的顆粒含量極少而不能形成濾餅時，固體顆粒只能依靠過濾介質的攔截而與液體分離；此時只有大于介質孔道直徑的顆粒方能從液體中除去。
     ②深層過濾　當顆粒尺寸小于介質孔道直徑時，不能在過濾介質表面形成濾餅, 這些顆粒便進入介質內部（圖2），借慣性和擴散作用趨近孔道壁面,并在靜電和表面力的作用下沉積下來，從而與流體分離。深層過濾會使過濾介質內部的孔道逐漸縮小，所以過濾介質必須定期更換或再生。用砂濾法過濾飲用水是深層過濾的實例。