固—液分离技术的新进展及设备选型
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【摘要】介绍了传统固液分离技术和现在固液分离技术的过滤原理，以及过滤技术的发展趋势，结合过滤设备的选型原则，介绍了近几种固液分离设备的原理或工作特点，并提出今后设备的研发趋势，进一步达到降低生产成本，提高自控水平和劳动生产率的目标，获得好的经济和社会效益
【关键词】固液分离技术，饼层过滤，错流过滤，动态过滤，过滤设备
一、前言
固液分离技术广泛应用于各个行业。过滤分离设备的水平和质量优劣直接影响着许多生产过程实现连续化的可能性，并对工艺过程的先进性、产品的质量、能耗和环境保护等经济效益与社会效益都受到不同程度的影响。固液分离的重要性近些年逐渐体现出来，人们认为到它与资源、能源的有效利用以及环境问题之间的重要关系。因而在理论上和技术上都做了大量的研究工作，并取得了可喜的成果。
二、传统的过滤技术
传统的过滤机理是建立在滤浆垂直于过滤介质的表面流动，固体被介质截留，逐渐形成滤饼，过滤真正发挥作用的是滤饼层而不是过滤介质，随着过滤的持续进行和滤饼层的增厚，过滤速度明显减小，直至滤液停止流出。在过滤难过滤物料时，过滤介质的孔隙会很快发生堵塞，增厚的滤饼逐渐密实，最终导致过滤速度急剧降低，对此类物料进行滤饼过滤时，必须使用絮凝剂或助滤剂。传统的过滤技术虽然对我国的工业发展起过非常重要的作用，但时代的发展却要求有更为先进，更为精确的固液分离技术应用于现代制药化工企业中，为此人们提出了与传统饼层过滤完全不同的错流和动态过滤机理。
三、过滤技术的发展
错流过滤是滤浆平行于过滤介质流动同时进行过滤。二者的流动方向相互垂直交错，滤浆的快速流动，对堆积在介质上的颗粒起到了剪切扫流的作用，从而抑制了滤饼的增厚，过滤速度恒定。
动态过滤是料浆在压力，离心力及其他外力作用下，与过滤介质成平行或旋转的剪切运动，在运动中进行过滤，过滤介质上不存或只积存少量的滤饼，基本上摆脱了滤饼的束缚。
四、选型的方法
1）明确分离任务。要对分离问题的性质进行细微和全面的了解和分析，尤其当分离操作是新的工艺流程中的一环时更应如此，另外，要使分离设备能有效的工作，还须使其与流程中一系列的设备和工艺相互协调配合。
2）确定分离过程条件。（1）处理量的大小，对于大处理量应选用连续式过滤设备、处理量小的可选间歇设备或小型设备。（2）处理目的，过滤分离的最终需要的产品是固相还是液相，或者两者都需要。最终产品是固相时，就应选用能达到满意含湿率的设备。产品是液相时要考虑其中的含固量和饱和度，最好液相不要达到饱和度，以免结晶析出堵塞滤布和管道。（3）固相的洗涤和脱水，为了提高固相产品的纯度和液相产品的回收率，必需洗涤滤饼（置换或再浆）。（4）滤饼的压缩性，滤饼的可压缩型是影响平均空隙率和过滤速度的重要因素。所谓物料的压缩性是指在过滤压差小于5×105Pa范围内滤饼的特性，大多数物料的滤饼空隙率为（0.5～0.9）m3/m3，压缩后空隙率下降（0.1～0.2）m3/m3。对于比阻与压力无关的非压缩性滤饼，应选用加压过滤机，相反对于可压缩的滤饼，比阻和压力成正比，可选用真空过滤设备，或选用可进行薄层过滤的加压设备。（5）滤饼的剥离，根据滤饼本身的特性可选用卸料的方法有：冲洗卸料、振动卸料、反吹卸料、滤叶移动型卸料、离心卸料等。
3）充分了解料浆的过滤特性。（1）重力过滤和离心沉降等固液分离操作，都是利用固液两相的密度来实现的。值得注意的是，温度会影响液体的密度，固体的溶解量变化也能改变液体的密度。（2）液体的黏度对固液分离过程影响颇大。通过提高温度，可降低液体的黏度，从而提高过滤速度，降低滤饼中的含液量。此外，掺入可与之混合的低黏度液体也能降低黏度。（3）液体润湿固体表面的难易程度取决于其表面张力，这些固体可以是分散性的固体颗粒，也可以是滤布、滤网或其他过滤介质。显然，难润湿的过滤介质会阻碍过滤。（4）液体的挥发性越大，采用真空过滤机的可能性越小，因为滤液很可能挥发成蒸汽进入真空泵，并在真空泵里被压缩而重新液化，这既影响了真空度，也会造成有价值溶剂的损失。液体的沸点是液体挥发性的判断依据，一般液体的沸点均列在化工手册中，但某些溶液的沸点是随其液体成分的组成或浓度而改变的。
五、现在过滤设备简介
1、多功能立式翻转过滤器。该设备集过滤、洗涤、干燥、混合、浓缩、反应、结晶等多功能于一体，使多个单元操作在同一设备内完成。不涉及物料的转移，密闭操作，特别适用于处理易燃易爆、有毒或剧毒的危险产品、贵重产品以及不允许有污染的食品、生物制品和药品等。由于设备容器本身旋转，因而在没有搅拌浆的情况下可实现对物料的翻转，从而实现干燥和混合的目的；也可以根据工艺条件增加搅拌装置，来进一步提高出料、干燥、混合和过滤的工作效率，根据不同的过滤介质和翻转形式分滤板式翻转过滤器、滤袋式翻转过滤器、滤芯式翻转过滤器等。
2、自动干湿出料过滤机和连续增稠过滤机。自动出料过滤机是一个全密闭的过滤系统，该系统集过滤，滤饼洗涤，滤饼干燥，定时在线清洗过滤机管道四种功能于一体。对自动干湿过滤稍加改动可进行连续或半连续的增稠过滤，半连续过滤是短时间进料，在此期间进行反冲，然后排出浓缩液体；连续增稠是连续进料，而过滤元件按顺序进行反吹，滤饼掉到下出口排出，在整个过滤过程中总有一组过滤元件进行反吹，进行卸料，其他过滤元件进行过滤，一直保证过滤的进行。
3、盘式离心过滤机。过滤盘片装在垂直的空心轴上，在过滤的过程中，滤饼堆积在滤盘上，过滤后的清液通过空心轴流出，滤饼利用电机带动的离心力排出罐外，过滤，洗涤，干燥，出渣及过滤介质的再生全过程都在全封闭的容器你进行。特别适合于有毒，易燃易爆和高温的场合。
4、旋转压滤机。该机分圆筒形外壳（螺旋螺距逐渐减小）和圆锥形外壳（螺旋直径逐渐减小）两类，其过滤，压榨和筛分运输全由一个安装在多孔壳内的螺旋完成，因螺旋和机壳间不等距，物料被挤压，有效体积不断收缩。清液不断被挤压出去，同时滤饼被自动排出，必要时可在卸料端安装一喷嘴，喷入高压气体进行再次吹干。
5、卧螺离心机。由离心力和磁力复合作用，转鼓上装有使悬浮液磁性粒子受到吸引力的磁性装置，用少量顺磁物质做磁种，在强磁场中可发生异相凝聚且棉絮团聚有顺磁性，在高梯度磁场中可被分离出来。磁性粒子受重力和磁力复合作用，加速沉降在转鼓内壁，固相由螺旋输送到排渣口，从而使固液分离，特别用于含极细磁性粒子的分离。