過濾原理以及過濾介質(zhì)分析

一、過濾原理

(一)基本概念過濾是利用某種多孔介質(zhì)對懸浮液進(jìn)行分離的操作。工作時，在外力作用下，懸浮液中的液體通過介質(zhì)的孔道流出，固體顆粒被截留，從而實現(xiàn)分離。一般將待過濾的懸浮液稱為濾漿；所采用的多孔介質(zhì)稱為過濾介質(zhì)；通過介質(zhì)孔道的液體稱為濾液；被截留的固體物稱為濾餅或濾渣。

過濾操作的推動力是過濾介質(zhì)上下游兩側(cè)的壓力差，產(chǎn)生壓力差的方法有以下幾種：

①利用濾漿自身的壓頭；
②在濾漿表面加壓；
③在過濾介質(zhì)的下游一側(cè)抽真空；
④利用慣性離心力。

過濾操作根據(jù)作用原理可分為兩類：

①篩析過濾過濾介質(zhì)的孔目數(shù)小于固體顆的直徑，依靠篩析作用將固體顆粒從懸浮液中除去。

篩析過濾在過濾初期細(xì)小顆粒流出，濾液比較混濁。隨著餅層的形成和加厚，濾液逐漸變清。由于篩孔逐漸受堵，過濾速度呈降低趨勢。過濾過程當(dāng)濾餅層形成，篩析作用便由餅層產(chǎn)生，過濾介質(zhì)失去篩析作用，只起支撐餅層的作用，稱餅層過濾。

②吸附過濾(深床過濾)：過濾介質(zhì)的網(wǎng)孔目數(shù)大于固體顆粒的直徑，固體顆粒進(jìn)入過濾介質(zhì)孔道后被介質(zhì)表面所吸附。

實際生產(chǎn)中，篩析和吸附同時作用，吸附過濾介質(zhì)截留較大顆粒；篩析過濾介質(zhì)餅層可以吸附較小顆粒。

二、過濾介質(zhì)和助濾劑

1.過濾介質(zhì) 過濾介質(zhì)的主要作用是支撐濾餅，須具有多孔結(jié)構(gòu)，足夠的機(jī)械強(qiáng)度和盡可能小的流動阻力，耐腐蝕性。

常用的過濾介質(zhì)有以下類型：

①織物介質(zhì)，如工業(yè)濾布，金屬絲網(wǎng)等；

②粒狀介質(zhì)，如珍珠巖粉，纖維素，硅藻土等；

③固體紙板，如脫色木質(zhì)紙板，合成纖維板等；

④過濾膜，由纖維素和其它聚合物構(gòu)成。粒狀介質(zhì)是作為助濾劑預(yù)涂于織物介質(zhì)表面使用，用于粗濾；固體紙板介質(zhì)多用于半精濾及精濾；過濾膜介質(zhì)用于精濾及超精濾。

2，助濾劑將某些堅硬的粒狀物預(yù)涂于過濾介質(zhì)表面或添加于濾漿中，以形成較為堅硬而松散的濾餅，使濾液能夠順利通過，這種粒狀物稱為助濾劑。對助濾劑的要求：助濾劑是一種堅硬，疏松結(jié)構(gòu)的粉狀或纖維狀的固體，能形助濾劑應(yīng)能較好地懸浮于料液中，顆粒大小合適，不含可溶于濾液的物質(zhì)。

常用的助濾劑有硅藻土，纖維素等。

使用助濾劑的目的：防止過濾介質(zhì)孔道堵塞，或降低濾餅的過濾阻力。

加助濾劑和方法有預(yù)涂法和預(yù)混法。

葡萄酒生產(chǎn)中過濾操作使用的助濾劑主要是硅藻土和纖維素。硅藻土是水生植物硅藻的化石，由古生物積沉巖硅藻的遺骸構(gòu)成。其主要成分為SiO2(占85-90%)，呈灰白色粉末，粒度一般為30-40μm，最小為2μm，最大為300-400μm，比重為0.31-0.7.

其主要特性為：

①主要成分為SiO2，化學(xué)穩(wěn)定性好。不溶于除氫氟酸以外的任何強(qiáng)酸，能溶于苛性堿。對不同濃度及不同溫度的濾漿均可適用；

②作為助濾劑使用時，可獲得較高的過濾速度和理想的澄清度。硅藻土具有無數(shù)的小孔和復(fù)孔，其孔隙率為80-90%，這就為截留固體顆粒提供了較大的空間。加之骨架堅硬，形成的濾餅基本具有不可壓縮的特點，在壓力變化的情況下仍能基本保持疏松多孔狀態(tài)，過濾阻力小，可獲得較高的過濾速度及理想的澄清度；

三、過濾速度

1.過濾速度與過濾速率單位時間內(nèi)通過單位過濾面積濾液的體積稱為過濾速度，即：?u=V/Atm3/m2式中：A——過濾面積，m2；?t——過濾時間，s；?V——時間t內(nèi)流出的濾液體積，m3單位時間內(nèi)獲得的濾液體積稱為過濾速率，表示過濾設(shè)備的生產(chǎn)能力。?過濾速率?Q=V/t=u.A?其單位m3/h及L/min表示。

2.影響過濾速度的因素

①濾漿的粘度粘度越大，過濾阻力越大，過濾速度越小；

②濾餅厚度濾餅厚度越大，阻力越大，過濾速度越小。當(dāng)厚度達(dá)到一定程度會使過濾終止；

③濾餅性質(zhì)不可壓縮濾餅的顆粒堅硬，濾液通過的流道不會因壓力的增大而變小，阻力基本保持不變，或隨過濾時間的持續(xù)阻力增加很慢，過濾速度基本隨壓力的升高按比例增大；小顆粒在較大壓力作用下會堵塞孔道，故過濾初期壓力不能太大，避免流道過早地堵塞。

四、過濾操作的方式

1.恒壓過濾

過濾操作是在恒定的壓差下進(jìn)行，稱為恒壓過濾。恒壓過濾是最常用的過濾方式，過濾過程中，隨著餅層的不斷增厚，阻力增加大，因壓差不變，過濾速度將逐漸降低。

2.恒速過濾

過濾操作在恒定的速度下進(jìn)行，稱為恒速過濾。隨著過濾時間的持續(xù)，餅層厚度增加，阻力增大，過濾壓差隨時間的持續(xù)呈直線增長。過濾設(shè)備的耐壓能力有限，壓力不能太高。對可壓縮濾餅，壓力的過度升高并不能使速度提高，相反會造成過濾終止。

3.先恒速后恒壓過濾

這種過濾方式是開始先以較低的速度進(jìn)行恒速過濾，以免壓力過早升高形成流道堵塞，當(dāng)壓力升高到給定值后再采用恒壓過濾。采用定量泵，過濾初期保持恒定速度，隨著時間的持續(xù)，泵出口壓力升高，若此壓力升至能使支路閥自動開啟的設(shè)定值時，支路打開，部分濾漿返回泵入口，進(jìn)入壓濾機(jī)的濾漿減少，壓濾機(jī)入口壓力維持恒定，由此開始恒壓過濾。