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過濾是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,是一種屬於流體動力過程的單元操作。

1 過濾 -過濾

 

2 過濾 -正文

  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,是一種屬於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,此法僅適用於處理顆粒粒度大、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,適用於含有礦粒或晶體顆粒的濾漿,且便於洗滌濾餅;④離心過濾,操作壓力是濾漿層產生的離心力,便於洗滌濾餅,所得濾餅的含液量少,適用於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,前者廣泛用於化工生產中;後者較少應用。
  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於濾餅孔道直徑的顆粒,但並不要求過濾介質的孔道直徑一定要小於被截留顆粒的直徑。在一般情況下,過濾開始階段會有少量小於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;此時只有大於介質孔道直徑的顆粒方能從液體中除去。

過濾過濾

  ②深層過濾 當顆粒尺寸小於介質孔道直徑時,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,並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。

過濾過濾

  過濾速率  指單位時間內,通過單位過濾面積所得到的濾液量,是過濾操作強度的度量。對於表面過濾,過濾速率可由下式計算:

過濾      (1)

式中q為通過單位過濾面積從過濾開始到某時刻τ內所得的累計濾液量;Δp為作用於濾餅和過濾介質的總壓差;μ為濾液的粘度;φ為通過單位體積濾液時所生成的濾餅體積;r為反映濾餅阻力特性的係數(稱為比阻);qe過過濾介質的當量濾液量,即單位過濾面積形成阻力與過濾介質阻力相等的濾餅的濾液量。比式表述的是瞬時過濾速率與物系性質、過濾介質阻力、操作壓差及該時刻的累計濾液量之間的關係,式中Δp可看作過濾操作的推動力,而rφμ(q+qe)可視為濾餅和過濾介質對過濾操作的阻力。累計濾液量越多,則形成的濾餅越厚,過濾速率也越低,因此,過濾是一個非定態過程。若維持操作壓差Δp不變,則過濾速度必逐漸下降,這種操作方式稱為恆壓過濾;若要維持過濾速率不變,則操作壓差Δp必須不斷增加,這種操作方式稱為恆速過濾。為避免過濾初期因壓差過高而使濾布堵塞或破損,可首先採用恆速過濾,然後採用恆壓過濾。
  對於恆壓過濾,將過濾速率方程式積分可得恆壓過濾方程:

過濾      (2)

式中過濾,稱為過濾常數,其值與懸浮液性質和操作壓差有關,由實驗測定。
  同樣,對於恆速過濾,由過濾速率方程可以導得恆速過濾方程:

過濾      (3)

  濾餅的洗滌  某些過濾操作要求降低濾餅中殘留的濾液含量,可在過濾終了時用適當的液體去洗滌濾餅。假設洗滌液通道與過濾終了時濾液的通道相同,則可由下式計算洗滌速度UW

過濾       (4)

式中μW為洗滌液的粘度;ΔpW為洗滌時的總壓差;q為過濾終了時單位面積的累計濾液量。

 

3 過濾 -配圖

 

4 過濾 -相關連接

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