过滤技术的基本知识

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过滤filtration

　　使液固或气固混合物中的流体强制通过多孔性过滤介质，将其中的悬浮固体颗粒加以截留，从而实现混合物的分离，是一种属于流体动力过程的单元操作。液固混合物的过滤在压差（包括重力造成的压差）或离心力作用下进行。待过滤的混合物称为滤浆，穿过过滤介质的澄清液体称为滤液，被截留的固体颗粒层称为滤饼。气固混合物的过滤一般在压差作用下进行。过滤操作的目的有时是为得到澄清的流体，如润滑油或空气的过滤；有时是为得到悬浮的固体颗粒，如结晶时从母液中分离晶体产品；有时则两者兼有。
　　过滤方法 　根据过程的推动力，过滤可分为：①重力过滤，操作推动力是悬浮液本身的液柱静压，一般不超过50kPa,此法仅适用于处理颗粒粒度大、含量少的滤浆；②加压过滤，用泵或其他方式将滤浆加压，可产生较高的操作压力，一般可达500kPa以上，能有效处理难分离的滤浆；③真空过滤，在过滤介质底侧抽真空，所产生的压力差通常不超过85kPa,适用于含有矿粒或晶体颗粒的滤浆，且便于洗涤滤饼；④离心过滤，操作压力是滤浆层产生的离心力，便于洗涤滤饼，所得滤饼的含液量少，适用于晶体物料和纤维物料的过滤。过滤设备的种类很多。通常将实施重力过滤、加压过滤和真空过滤的机器称过滤机；将实施离心过滤的机器，称离心过滤机。
　　机理 　按过滤介质拦截固体颗粒机理，可分表面过滤和深层过滤，前者广泛用于化工生产中；后者较少应用。
　　①表面过滤　利用过滤介质表面或过滤过程中所生成的滤饼表面,来拦截固体颗粒,使固体与液体分离。这种过滤只能除去粒径大于滤饼孔道直径的颗粒，但并不要求过滤介质的孔道直径一定要小于被截留颗粒的直径。在一般情况下，过滤开始阶段会有少量小于介质通道直径的颗粒穿过介质混入滤液中，但颗粒很快在介质通道入口发生架桥现象(图1),使小颗粒受到阻拦且在介质表面沉积形成滤饼。此时，真正对颗粒起拦截作用的是滤饼，而过滤介质仅起着支承滤饼的作用。不过当悬浮液的颗粒含量极少而不能形成滤饼时，固体颗粒只能依靠过滤介质的拦截而与液体分离；此时只有大于介质孔道直径的颗粒方能从液体中除去。
     ②深层过滤　当颗粒尺寸小于介质孔道直径时，不能在过滤介质表面形成滤饼, 这些颗粒便进入介质内部（图2），借惯性和扩散作用趋近孔道壁面,并在静电和表面力的作用下沉积下来，从而与流体分离。深层过滤会使过滤介质内部的孔道逐渐缩小，所以过滤介质必须定期更换或再生。用砂滤法过滤饮用水是深层过滤的实例。