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(zhì)，將其中的懸浮固體顆粒加以截留，從而實現(xiàn)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(zhì)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(jié)晶時從母液中分離晶體產(chǎn)品；有時則兩者兼有。
　　過濾方法 　根據(jù)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(chǎn)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(zhì)底側(cè)抽真空，所產(chǎn)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(chǎn)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(zhì)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(chǎn)中；后者較少應用。
　　①表面過濾　利用過濾介質(zhì)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(zhì)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(zhì)通道直徑的顆粒穿過介質(zhì)混入濾液中，但顆粒很快在介質(zhì)通道入口發(fā)生架橋現(xiàn)象(圖1),使小顆粒受到阻攔且在介質(zhì)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(zhì)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(zhì)的攔截而與液體分離；此時只有大于介質(zhì)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(zhì)孔道直徑時，不能在過濾介質(zhì)表面形成濾餅, 這些顆粒便進入介質(zhì)內(nèi)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(zhì)內(nèi)部的孔道逐漸縮小，所以過濾介質(zhì)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。