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过滤基本原理

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一  过滤基本原理

1.过滤

过滤是在外力作用下,使悬浮液中的液体通过多孔介质的孔道,而悬浮液中的固体颗粒被截留在介质上,从而实现固、液分离的操作。

说明①其中多孔介质称为过滤介质;所处理的悬浮液称为滤浆;滤浆中被过滤介质截留的固体颗粒称为称为滤饼或滤渣;通过过滤介质后的液体称为滤液。

②驱使液体通过过滤介质的推动力可以有重力、压力(或压差)和离心力;

③过滤操作的目的可能是为了获得清净的液体产品,也可能是为了得到固体产品。

④洗涤的作用:回收滤饼中残留的滤液或除去滤饼中的可溶性盐。

2.过滤介质

过滤介质起着支撑滤饼的作用,并能让滤液通过,对其基本要求是具有足够的机械强度和尽可能小的流动阻力,同时,还应具有相应的耐腐蚀性和耐热性。工业上常见的过滤介质:

①织物介质:又称滤布,是用棉、毛、丝、麻等天然纤维及合成纤维织成的的织物,以及由玻璃丝或金属丝织成的网。这类介质能截留颗粒的最小直径为。织物介质在工业上的应用最为广泛。

②堆积介质:由各种固体颗粒(砂、木碳、石棉、硅藻土)或非纺织纤维等堆积而成,多用于深床过滤中。

③多孔固体介质:具有很多微细孔道的固体材料,如多孔陶瓷、多孔塑料、多孔金属制成的管或板,能拦截 的微细颗粒

④多孔膜:用于膜过滤的的各种有机高分子膜和无机材料膜。广泛使用的是醋酸纤维素和芳香酰胺系两大类有机高分子膜。可用于截留  以下的微小颗粒。

3.深层过滤和滤饼过滤

(1)滤饼过滤:悬浮液中颗粒的尺寸大多都比介质的孔道大。过滤时悬浮液置于过滤介质的一侧,在过滤操作的开始阶段,会有部分小颗粒进入介质孔道内,并可能穿过孔道而不被截留,使滤液仍然是混浊的。随着过程的进行,颗粒在介质上逐步堆积,形成了一个颗粒层,称为滤饼。在滤饼形成之后,它便成为对其后的颗粒起主要截留作用的介质。因此,不断增厚的滤饼才是真正有效的过滤介质,穿过滤饼的液体则变为澄清的液体。

(2)深层过滤:此时,颗粒尺寸比介质孔道的尺寸小得多,颗粒容易进入介质孔道。但由于孔道弯曲细长,颗粒随流体在曲折孔道中流过时,在表面力和静电力的作用下附着在孔道壁上。因此,深层过滤时并不在介质上形成滤饼,固体颗粒沉积于过滤介质的内部。这种过滤适合于处理固体颗粒含量极少的悬浮液。

4.滤饼的可压缩性和助滤剂

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。

另外,悬浮液中所含的颗粒都很细,刚开始过滤时这些细粒进入介质的孔道中会将孔道堵死,即使未严重到这种程度,这些很细颗粒所形成的滤饼对液体的透过性也很差,即阻力大,使过滤困难。

为解决上述两个问题,工业过滤时常采用助滤剂。 

二  过滤设备

1.板框过滤机

(1)结构与工作原理:由多块带凸凹纹路的滤板和滤框交替排列于机架而构成。板和框一般制成方形,其角端均开有圆孔,这样板、框装合,压紧后即构成供滤浆、滤液或洗涤液流动的通道。框的两侧覆以滤布,空框与滤布围成了容纳滤浆和滤饼的空间。 

板和框的结构如图所示。悬浮液从框右上角的通道1(位于框内)进入滤框,固体颗粒被截留在框内形成滤饼,滤液穿过滤饼和滤布到达两侧的板,经板面从板的左下角旋塞排出。待框内充满滤饼,即停止过滤。如果滤饼需要洗涤,先关闭洗涤板下方的旋塞,洗液从洗板左上角的通道2(位于框内)进入,依次穿过滤布、滤饼、滤布,到达非洗涤板,从其下角的旋塞排出。 

如果将非洗涤板编号为1、框为2、洗涤板为3,则板框的组合方式服从1—2—3—2——1—2—3之规律。组装之后的过滤和洗涤原理如图所示。

滤液的排出方式有明流和暗流之分,若滤液经由每块板底部旋塞直接排出,则称为明流(显然,以上讨论以明流为例);若滤液不宜暴露于空气中,则需要将各板流出的滤液汇集于总管后送走,称为暗流。

说明:①板框压滤机的操作是间歇的,每个操作循环由装合、过滤、洗涤、卸渣、整理五个阶段组成。(详见教材)

②上面介绍的洗涤方法称为横穿洗涤法,其洗涤面积为过滤面积的1/2,洗涤液穿过的滤饼厚度为过滤终了时滤液穿过厚度的2倍。若采用置换洗涤法,则洗涤液的行程和洗涤面积与滤液完全相同。

(2)主要优缺点:板框压滤机构造简单,过滤面积大而占地省,过滤压力高,便于用耐腐蚀材料制造,操作灵活,过滤面积可根据产生任务调节。主要缺点是间歇操作,劳动强度大,产生效率低。

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