05过滤与分离

第5章过滤与分离,非均相物系的分离连续相(分散介质)分散相(分散物质)非均相物系分离的目的：（1）回收分散物质（2）净制分散介质，如葡萄酒生产中的过滤,1重力沉降,一、静止流体中颗粒的自由沉降1、加速沉降阶段将一个表面光滑的球形颗粒置于静止的流体中，颗粒在重力的作用下沿重力方向作沉降运动时受到以下力的作用,2、等速沉降阶段随，到某一数值时，右边等于零，此时，颗粒将以恒定不变的速度维持下降。此称为颗粒的沉降速度。对小颗粒，沉降的加速段很短，加速度所经历的距离也很小。对小颗粒沉降的加速度可以忽略，而近似认为颗粒始终以等速下降。,3、颗粒的沉降速度对球形颗粒，当时，得,式中：,根据牛顿第二定律得：,2过滤,一、过滤原理（一）基本概念过滤是利用某种多孔介质对悬浮液进行分离的操作。工作时，在外力作用下，悬浮液中的液体通过介质的孔道流出，固体颗粒被截留，从而实现分离。一般将待过滤的悬浮液称为滤浆；所采用的多孔介质称为过滤介质；通过介质孔道的液体称为滤液；被截留的固体物称为滤饼或滤渣。,过滤操作的推动力是过滤介质上下游两侧的压力差，产生压力差的方法有以下几种：利用滤浆自身的压头；在滤浆表面加压；在过滤介质的下游一侧抽真空；利用惯性离心力。,过滤操作根据作用原理可分为两类：筛析过滤过滤介质的孔目数小于固体颗的直径，依靠筛析作用将固体颗粒从悬浮液中除去。,筛析过滤在过滤初期细小颗粒流出，滤液比较混浊。随着饼层的形成和加厚，滤液逐渐变清。由于筛孔逐渐受堵，过滤速度呈降低趋势。过滤过程当滤饼层形成，筛析作用便由饼层产生，过滤介质失去筛析作用，只起支撑饼层的作用，称饼层过滤。,吸附过滤（深床过滤）：过滤介质的网孔目数大于固体颗粒的直径，固体颗粒进入过滤介质孔道后被介质表面所吸附。实际生产中，筛析和吸附同时作用，吸附过滤介质截留较大颗粒；筛析过滤介质饼层可以吸附较小颗粒。,二、过滤介质和助滤剂,1.过滤介质过滤介质的主要作用是支撑滤饼，须具有多孔结构、足够的机械强度和尽可能小的流动阻力、耐腐蚀性。常用的过滤介质有以下类型：织物介质，如工业滤布、金属丝网等；粒状介质，如珍珠岩粉、纤维素、硅藻土等；固体纸板，如脱色木质纸板、合成纤维板等；过滤膜，由纤维素和其它聚合物构成。粒状介质是作为助滤剂预涂于织物介质表面使用，用于粗滤；固体纸板介质多用于半精滤及精滤；过滤膜介质用于精滤及超精滤。,2、助滤剂,将某些坚硬的粒状物预涂于过滤介质表面或添加于滤浆中，以形成较为坚硬而松散的滤饼，使滤液能够顺利通过，这种粒状物称为助滤剂。对助滤剂的要求：助滤剂是一种坚硬、疏松结构的粉状或纤维状的固体，能形助滤剂应能较好地悬浮于料液中，颗粒大小合适，不含可溶于滤液的物质。常用的助滤剂有硅藻土、纤维素等。使用助滤剂的目的：防止过滤介质孔道堵塞，或降低滤饼的过滤阻力。,加助滤剂和方法有预涂法和预混法。葡萄酒生产中过滤操作使用的助滤剂主要是硅藻土和纤维素。硅藻土是水生植物硅藻的化石，由古生物积沉岩硅藻的遗骸构成。其主要成分为SiO2(占85-90%)，呈灰白色粉末，粒度一般为30-40m，最小为2m，最大为300-400m，比重为0.31-0.7。其主要特性为：主要成分为SiO2，化学稳定性好。不溶于除氢氟酸以外的任何强酸，能溶于苛性碱。对不同浓度及不同温度的滤浆均可适用；,作为助滤剂使用时，可获得较高的过滤速度和理想的澄清度。硅藻土具有无数的小孔和复孔，其孔隙率为80-90%，这就为截留固体颗粒提供了较大的空间。加之骨架坚硬，形成的滤饼基本具有不可压缩的特点，在压力变化的情况下仍能基本保持疏松多孔状态，过滤阻力小，可获得较高的过滤速度及理想的澄清度；,三、过滤速度,1.过滤速度与过滤速率单位时间内通过单位过滤面积滤液的体积称为过滤速度，即：u=V/Atm/m式中：A过滤面积，m；t过滤时间，s；V时间t内流出的滤液体积，m单位时间内获得的滤液体积称为过滤速率，表示过滤设备的生产能力。过滤速率Q=V/t=uA其单位m/h及L/min表示。,2.影响过滤速度的因素滤浆的粘度粘度越大，过滤阻力越大，过滤速度越小；滤饼厚度滤饼厚度越大，阻力越大，过滤速度越小。当厚度达到一定程度会使过滤终止；滤饼性质不可压缩滤饼的颗粒坚硬，滤液通过的流道不会因压力的增大而变小，阻力基本保持不变，或随过滤时间的持续阻力增加很慢，过滤速度基本随压力的升高按比例增大；小颗粒在较大压力作用下会堵塞孔道，故过滤初期压力不能太大，避免流道过早地堵塞。,四、过滤操作的方式,1.恒压过滤过滤操作是在恒定的压差下进行，称为恒压过滤。恒压过滤是最常用的过滤方式，过滤过程中，随着饼层的不断增厚，阻力增加大，因压差不变，过滤速度将逐渐降低。2.恒速过滤过滤操作在恒定的速度下进行，称为恒速过滤。随着过滤时间的持续，饼层厚度增加，阻力增大，过滤压差随时间的持续呈直线增长。过滤设备的耐压能力有限，压力不能太高。对可压缩滤饼，压力的过度升高并不能使速度提高，相反会造成过滤终止。,3.先恒速后恒压过滤这种过滤方式是开始先以较低的速度进行恒速过滤，以免压力过早升高形成流道堵塞，当压力升高到给定值后再采用恒压过滤。如图，采用定量泵，过