生物分離第二章過濾

生物分離第二章過濾第一頁，共七十頁，2022年，8月28日物理性質（1）力學性質:包括溶質密度、尺寸和形狀。利用這些力學性質的差別，可進行顆粒（如細胞）的重力沉降、分子或顆粒的離心分離和膜分離（篩分）。（2）熱力學性質:即溶質的溶解度（液固相平衡）、揮發(fā)度（氣液相平衡）、表面活性及相間分配平衡行為等性質。利用這些性質的分離方法種類最多，如蒸餾、蒸發(fā)、吸收、萃取、結晶（沉淀）、泡沫分離、吸附和離子交換等。第二頁，共七十頁，2022年，8月28日（3）傳質性質：包括黏度、分離擴散系數(shù)和熱擴散現(xiàn)象等。利用傳質速度的差別也可進行分離，但直接應用較少，而傳質現(xiàn)象在分離過程中發(fā)揮重要作用。因此，除熱力學外，傳遞過程理論也是生物分離工程的基礎。物理性質（4）電磁性質：即溶質的荷電特性、電荷分布、等電點和磁性等。電泳、電色譜、電滲析、離子交換、磁性分離等方法利用溶質（或分離介質）的這類性質。第三頁，共七十頁，2022年，8月28日化學性質：包括化學熱力學（化學平衡）、反應動力學（反應速率）和光化學特性（激光激發(fā)作用）等?；瘜W吸附和化學吸收是利用化學反應進行分離的典型例證，如利用激光激發(fā)的離子化作用可進行同位素分離?；瘜W、生物學性質生物學性質：生物學性質的應用是生物分離所獨有的。利用生物分子（或生物分子的聚集體、細胞）間的分子識別作用，可進行生物分子（如細胞、病毒、蛋白質、核酸、寡聚核苷酸）的親和分離，親和色譜是親和分離的典型代表。第四頁，共七十頁，2022年，8月28日常用分離技術的原理和產物（1）平衡分離：平衡分離法根據溶質在兩相（如氣液、氣固、液液、液固、氣固）間分配平衡的差異實現(xiàn)分離。溶質達到分配平衡的推動力僅取決于系統(tǒng)的熱力學性質，即溶質偏離平衡態(tài)的濃度差（化學勢差）。顯然，溶質達到相間分配平衡的過程為擴散傳質過程，因此，平衡分離又稱擴散分離。蒸餾、蒸發(fā)、吸收、萃取、結晶（沉淀）、泡沫分離、吸附和離子交換（色譜）等均為典型的平衡分離過程。從分離操作的角度，一般可將分離技術分為兩大類：（1）基于相間分配平衡差異的平衡分離法（2）外力作用下產生的溶質移動速度差別的差速分離法第五頁，共七十頁，2022年，8月28日（2）差速分離：差速分離是利用外力（如壓力、重力、離心力、電場力、磁力）驅動溶質遷移產生的速度差進行分離的方法。傳統(tǒng)的過濾、重力沉降和離心沉降等非均相物系的機械分離方法根據溶質大小、形狀和密度差進行分離，也屬差速分離的范疇。其他典型的差速分離法包括超濾、反滲透、電滲析、電泳和磁泳等。在許多情況下，兩種分離原理共同發(fā)揮作用，促進分離效率的提高。例如，色譜和電泳相結合的色譜電泳和電色譜（electro-chromatography）過程既利用色譜的平衡分離原理，又利用電泳或（和）電滲的電場驅動作用強化分離。因此，分離技術豐富多彩，并不局限于上述簡單的分類。不同分離原理的組合可派生新型高效的分離方法，是生物分離工程研究的重要內容。第六頁，共七十頁，2022年，8月28日生物分離效率分離容量：指單位體積的分離設備（或分離介質）處理料液或目標產物的體積或質量。對于特定的分離方法或分離設備（如離心、膜分離、萃取、色譜等），其評價指標包括：分離容量（capacity）、分離速度（speed）和分辨率（resolution）。生物分離工程的主要目標就是研究開發(fā)：高容量、高速度和高分辨率的分離純化新技術、新介質、新設備。分離速度：指單批次分離所需的時間，或連續(xù)分離過程的進料速度，批次時間越短，分離速度越快。分辨率：指目標產品的純化效果或雜質的去除能力。第七頁，共七十頁，2022年，8月28日存在就是合理Whyfiltration?在生物反應領域：幾乎“所有”的發(fā)酵液均或多或少地存在“懸浮固體”，如生物細胞、固態(tài)培養(yǎng)基或代謝產物中的不溶性物質；因此要進行固液分離操作。在原料處理過程也常采用過濾操作，如谷氨酸發(fā)酵用糖液的脫色過濾處理和啤酒生產麥芽汁的過濾澄清。無論何種情況，過濾是實現(xiàn)“固液分離”的一種重要手段離心和沉降第二章

過濾還有什么手段？不同手段的共性與差異？第八頁，共七十頁，2022年，8月28日傳統(tǒng)的化工單元操作描述：“料液”通過過濾介質，固態(tài)懸浮物與溶液分離

得到清夜和固態(tài)濃縮物（濾渣）第二章

過濾第九頁，共七十頁，2022年，8月28日第二章

過濾Why？Whichoneiseasy？舉實例（？）輪廓分明的晶體。Sowhat？輪廓分明的晶體形狀多變的細胞第十頁，共七十頁，2022年，8月28日過濾操作是借助于過濾介質，在一定的壓力差Δp作用下，使懸浮液中的液體通過介質的孔道，而固體顆粒被截留在介質上，從而實現(xiàn)固液分離的單元操作。2.1

過濾的基礎理論過濾的基本概念濾漿（filterpulp）:所處理的懸浮液。濾餅或濾渣（filtercake）:被截留的固體物質。濾液（filtrate）:通過多孔通道的液體過濾介質（filtermedium）:過濾采用的多孔物質第十一頁，共七十頁，2022年，8月28日過濾介質無定形顆粒：無煙煤、顆?；钚蕴俊㈣F礦砂，都可充填于過濾

器內做澄清過濾用。成型顆粒：燒結金屬、燒結塑料以及用合成樹脂黏結的硅砂、

塑料顆粒等，做成圓筒形或板狀用于澄清過濾。金屬織布：不銹鋼絲及鐵絲等織布，主要用于預涂助濾劑場合無紡品：紙、氈、石棉板以及合成纖維無紡布等，大多用于精

密過濾非金屬織布：棉、化學纖維（維尼龍、尼龍）、玻璃纖維織品第十二頁，共七十頁，2022年，8月28日長纖維與短纖維濾布的比較長纖維濾布一般來說，長濾布有彈性；織物表面平滑，堵塞少；過濾過程中，濾布阻力增加少，濾塊剝離容易，但在過濾初期會出現(xiàn)一些細粒子的滲透現(xiàn)象，可將織物切口的毛頭加熱熔融來防止纖維混入濾塊中短纖維濾布由于堵塞現(xiàn)象，很快就不能再用，而且有纖維混進濾塊中的可能，但過濾初期就可獲得澄清濾液。適用于要獲得澄清度高的濾液，缺點是濾塊剝離困難，洗滌次數(shù)增多濾餅過濾采用非金屬材料時：要求其強度高、耐用、價格低，且（預實驗）（阻力、清洗）要耐高溫或腐蝕。第十三頁，共七十頁，2022年，8月28日Darcy定律把流速與通過固體多孔狀床產生的壓降聯(lián)系起來，由法國水力學家H.-P.-G.達西在1852～1855年通過大量實驗得出：達西定律直立圓筒濾板溢水管出水管量筒

v：流體流速

k：比例常數(shù)

Δp：通過厚度為l的床產生的壓降

μ：液體黏度第十四頁，共七十頁，2022年，8月28日

d-濾餅粒子的大小/孔的直徑ε-濾餅空隙率

ρ-液體密度

Re–雷諾準數(shù)達西定律的適用范圍達西定律是由砂質土體實驗得到的，后來推廣應用于其他土體如粘土和具有細裂隙的巖石等。在某些條件下，滲透并不一定符合達西定律，注意達西定律的適用范圍。在一般情況下，砂土、粘土中的滲透速度很小，其滲流可以看作是一種水流流線互相平行的流動—層流，滲流運動規(guī)律符合達西定律。粗顆粒土（如礫、卵石等）由于其孔隙很大，當水力梯度較小時，流速不大，滲流可認為是層流,滲透速度與水力梯度關系成線性變化，達西定律仍然適用。當水力梯度較大時，流速增大，滲流將過渡為不規(guī)則的相互混雜的流動形式,這時滲透速度與水力梯度關系呈非線性變化,達西定律不再適用。第十五頁，共七十頁，2022年，8月28日對于板框過濾，速率方程為：A–過濾面積V–過濾液體積t–過濾時間濾餅和過濾介質所產生的阻力可由下式計算：Rm–過濾介質的阻力Rc–濾餅的阻力第十六頁，共七十頁，2022年，8月28日濾餅的質量正比于過濾液的體積，反比于過濾面積，顯而易見，Rc可描述為：

α代表濾餅的單位阻力

ρo是每單位體積的濾液中含固體濾液的量濾餅阻力將8式代入7式：

初始條件是t=0，V=0，則積分后可得第十七頁，共七十頁，2022年，8月28日用（At/V）對（V/A）作圖，斜率K是壓降及濾餅阻力特性的函數(shù)，截距B與濾餅阻力特性無關，但它正比于介質阻力Rm。通?？珊雎圆挥嫞虼朔匠?2-10)可簡化為：式中：K=μαρo/(2△p)

B=μRm/△p恒壓過濾基本公式第十八頁，共七十頁，2022年，8月28日絕大多數(shù)“生物”濾餅都是可壓縮的

α’是一個與濾餅組成、粒子大小和形狀相關的常數(shù)

s是濾餅的壓縮系數(shù)，變化范圍0-1（理想的不可壓縮濾餅s為0，高度可壓縮濾餅s接近1）濾餅的可壓縮性為了估計可壓縮性的影響，我們假設濾餅阻力α是壓降的函數(shù)：r

:particledensitydp:meandiametere:porositySowhat？第十九頁，共七十頁，2022年，8月28日“生物”濾餅可壓縮性的評價

α’是一個與濾餅組成、粒子大小和形狀相關的常數(shù)

s是濾餅的壓縮系數(shù)，變化范圍0-1（理想的不可壓縮濾餅s為0，高度可壓縮濾餅s接近1）濾餅的可壓縮性第二十頁，共七十頁，2022年，8月28日為計算出s和α’，可用lgα對lg△p作圖，如下圖K變?yōu)殛P于△p更復雜的函數(shù)B不變

lg△plgα濾餅阻力和壓降的關系K=μαρo/(2△p)

B=μRm/△p第二十一頁，共七十頁，2022年，8月28日“生物”濾餅可壓縮性的意義濾餅的可壓縮性r

:particledensitydp:meandiametere:porositySowhat？斜率即為s，當s值很高時，需要加入助濾劑對原液進行預處理。第二十二頁，共七十頁，2022年，8月28日發(fā)酵液特點：粘度大（非牛頓型流體），含有蛋白質、多糖等膠體物質②固體粒子可壓縮性大，預處理恒壓過濾基本公式第二十三頁，共七十頁，2022年，8月28日加熱法（Heating）凝聚和絮凝（Coagulationandflocculation）助濾劑（Filteraids）

加水稀釋法（Dilutionwithwater）

調節(jié)懸浮液的pH值（RegulationofpH）

高價無機離子的去除（Removalofinorganicion）

雜蛋白的去除（Removalofuselessprotein）預處理常用方法第二十四頁，共七十頁，2022年，8月28日加熱可有效降低液相黏度，改善過濾性能。但加熱的溫度必須是在不影響目的產物活性的范圍內液體的粘度隨溫度升高而減小的原因：液體分子間距小，溫度升高提高分子動能，促進分子間流動，使液體動力增加動力粘度減少tμ第二十五頁，共七十頁，2022年，8月28日如鏈霉素預處理時，調pH到3.0左右，加熱到70度，維持半小時以凝固蛋白質，這樣可使過濾速率增大10-100倍加熱第二十六頁，共七十頁，2022年，8月28日指在某些電解質作用下，使擴散雙電層的排斥電位降低，破壞膠體系統(tǒng)的分散狀態(tài)，而使膠體粒子聚集的過程。膠體粒子在溶液中都存在“擴散雙電層”結構模型凝聚作用發(fā)酵液中的膠體粒子表面通常帶有負電荷，帶電的原因主要是：（1）吸附溶液中的離子（2）自身基團的電離第二十七頁，共七十頁，2022年，8月28日擴散層在斯特恩平面以外，剩余的正離子在溶液中擴散開去，距離越遠，濃度越小，最后達到主體溶液的平均濃度，稱為擴散層發(fā)酵液中細胞或菌體帶負電荷，由于靜電引力的作用將溶液中帶相反電性的粒子吸附在周圍，在界面上形成雙電層。這些正離子還具有因熱運動而離開膠粒表面的趨勢，在這兩種相反作用的影響下，雙電層可看成有兩部分組成吸附層在相距膠核表面約一個斯特恩平面以內，正離子被緊密束縛在膠核表面，稱為吸附層第二十八頁，共七十頁，2022年，8月28日當膠粒在溶液中做相對運動時，總有一薄層液體隨著一起滑移，這一薄層的厚度比吸附層稍大，即為滑移層膠核表面的電位Φs，即為整個雙電層的電位滑移面上的電位為ζ，稱為ζ

電位即Zeta電位

斯特恩平面上的電位為Φd第二十九頁，共七十頁，2022年，8月28日膠粒能保持分散狀態(tài)的原因是帶有相同電荷和擴散雙電層的結構。一旦布朗熱運動使粒子間距離縮小到它們的擴散層部分重疊時，即產生電排斥作用，使兩個粒子分開，從而阻止了粒子的聚集。膠粒能穩(wěn)定存在的另一個原因是其表面的水化作用，形成了粒子周圍的水化層，阻礙膠粒間的直接聚集。第三十頁，共七十頁，2022年，8月28日水化作用水化作用（hydration）:物質與水發(fā)生化合的反應,又稱水合作用，一般指分子或離子的水合作用。其中當鹽類溶于水中生成電解質溶液時，離子的靜電力破壞了原來的水結構，在其周圍形成一定的水分子層，稱為水化層。原理：根據X射線衍射分析，液態(tài)水是微觀晶體，在短程和短時間內具有與冰相似的結構，即1個中心水分子周圍有4個水分子占在四面體的頂角包圍著它，四面體結構是通過氫鍵形成的。5個水分子沒有占滿四面體的全部體積，是一個敞開式的松弛結構。離子溶入水中后，離子周圍存在著一個對水分子有明顯作用的空間，當水分子與離子間相互作用能大于水分子與水分子間的氫鍵能時，水的結構就遭到破壞，在離子周圍形成水化膜。第三十一頁，共七十頁，2022年，8月28日在發(fā)酵液中加入具有相反電性的電解質，就能中和膠粒的電性，使ζ電位降低。當雙電層的排斥力不足以抗衡膠粒間的范德華力時，熱運動的結果就導致膠粒的相互碰撞。電解質離子在水中的水化作用會破壞膠粒周圍的水化層，使其能直接碰撞而聚集起來。

ζ電位的基本公式：ζ=4πq

δ/εq：膠體的電動電荷厚度δ：擴散層的有效厚度

ε：水的介電常數(shù)影響凝聚作用的主要因素：無機鹽的種類化合價無機鹽的用量第三十二頁，共七十頁，2022年，8月28日常用的凝聚電解質有硫酸鋁Al2(SO4)3.18H2O(明礬)、氯化鋁AlCl3.6H2O、三氯化鐵FeCl3.6H2O、硫酸亞鐵FeSO4.7H2O、石灰、ZnSO4、MgCO3等。陽離子對帶負電荷的發(fā)酵液膠體粒子凝聚能力的次序為：Al3+>Fe3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+電解質的凝聚能力可用凝聚值來表示，使膠粒發(fā)生凝聚作用的最小電解質濃度（mmol/L)稱為凝聚值。正離子電荷越高，對膠體粒子的凝聚能力越強；1，2，3價凝聚能力比為1：8：500正離子離子半徑越大，同價離子中，離子半徑越大，水化離子半徑就越小，則受吸附力越大，對膠體的凝聚能力越強。H+雖然半徑小，但水化能力弱，且還有氫鍵作用，因而氫離子反常。第三十三頁，共七十頁，2022年，8月28日氫鍵氫鍵：分子間作用力的一種，是一種永久偶極之間的作用力。氫鍵發(fā)生在已經以共價鍵與其它原子鍵合的氫原子與另一個原子之間（X-H…Y），通常發(fā)生氫鍵作用的氫原子兩邊的原子（X、Y）都是電負性較強的原子，可以穩(wěn)定負電荷，因此氫易解離，具有酸性（質子給予體）。而Y則具有較高的電子密度，一般是含有孤對電子的原子，容易吸引氫原子。氫鍵既可以存在于分子間，也可以存在于分子內。其鍵能最大約為200kJ/mol，一般為5-30kJ/mol，比一般的共價鍵、離子鍵和金屬鍵鍵能要小，但強于靜電引力。第三十四頁，共七十頁，2022年，8月28日指在某些高分子絮凝劑存在下，在懸浮粒子之間產生架橋作用而使膠粒形成粗大的絮凝團的過程絮凝作用絮凝劑是一種能溶于水的高分子聚合物，具長鏈狀結構，其鏈上含有許多“活性功能團”，包括帶電荷的“離子基團”和不帶電荷的“非離子型基團”。根據所帶電性的不同，可以分為陽離子型、陰離子型和非離子型。配位鍵第三十五頁，共七十頁，2022年，8月28日反應機制靜電引力：無煙煤、顆?；钚蕴俊㈣F礦砂，都可充填于過濾

器內做澄清過濾用。成型顆粒：燒結金屬、燒結塑料以及用合成樹脂黏結的硅砂、

塑料顆粒等，做成圓筒形或板狀用于澄清過濾。金屬織布：不銹鋼絲及鐵絲等織布，主要用于預涂助濾劑場合無紡品：紙、氈、石棉板以及合成纖維無紡布等，大多用于精

密過濾非金屬織布：棉、化學纖維（維尼龍、尼龍）、玻璃纖維織品第三十六頁，共七十頁，2022年，8月28日1）天然有機高分子絮凝劑如多糖類物質、聚糖類膠粘物、海藻酸鈉、明膠、骨膠等。特點：天然無毒、使用安全、適用于食品或醫(yī)藥根據其來源的不同，常用絮凝劑分為第三十七頁，共七十頁，2022年，8月28日根據其來源的不同，常用絮凝劑分為2）人工合成的有機高分子絮凝劑如聚丙烯酰胺類衍生物、聚苯乙烯類衍生物、聚丙烯酸類。特點：用量少、絮凝體粗大、分離效果好、絮凝速度快以及種類多、適用范圍廣第三十八頁，共七十頁，2022年，8月28日根據其來源的不同，常用絮凝劑分為3）無機高分子聚合物，如聚合鋁鹽、聚合鐵鹽等

聚合鋁鹽主要指聚合氯化鋁，為無色或黃色樹脂狀固體。其溶液為無色或黃褐色透明液體，有時因含雜質而呈灰黑色粘液。

聚合鐵鹽主要是指聚合硫酸鐵，為淡黃色無定型粉狀固體，極易溶于水，10%（重量）的水溶液為紅棕色透明溶液，吸濕性。第三十九頁，共七十頁，2022年，8月28日作用機理與具體應用陽離子型絮凝劑：對于帶負電性菌體或蛋白質，陽離子型絮凝劑同時具有降低粒子排斥電位和產生吸附架橋的雙重機理非離子型與陰離子型絮凝劑：主要通過分子間引力和氫鍵等作用吸附架橋。它們常與無機電解質絮凝劑搭配使用，無機電解質使懸浮粒子間的排斥能降低，脫穩(wěn)而凝聚成微粒，然后加入絮凝劑。如南通大學以環(huán)氧氯丙烷、二甲胺和二乙烯三胺為原料制得了陽離子絮凝劑可有效處理印染廢水具有良好的除濁、脫色等功能。如用酚醛縮合物可用于處理含樹脂和含表面活性劑廢水，而且在PH為中性或酸性時也有很好的絮凝沉降效果。第四十頁，共七十頁，2022年，8月28日影響絮凝劑的因素（1）絮凝劑的分子量和種類有機高分子絮凝劑分子量越大、鏈越長，吸附架橋效果就越明顯，但是隨著分子量增大，絮凝劑的溶解度減少，因此要選擇適當?shù)姆肿恿窟x擇聚合氯化鋁pac、聚合氯化鋁鐵pafc、聚合硫酸鐵pfs在相同實驗條件下分別處理生活污水，比較其絮凝效果。第四十一頁，共七十頁，2022年，8月28日實驗所用的水樣為生活污水，取五份200ml水樣分別放置在500ml燒杯中加入一定量的聚合氯化鋁鐵，氯化鋁鐵的投加量分別為0.05g、0.10g、0.15g、0.20g、0.25g、0.30g，后先用攪拌機快攪2min(攪拌速度為150r/min),再慢攪5min（攪拌速度為75r/min），靜置沉降20min后取上清液用uv755b型分光光度計分別在330nm和340nm波長處測定吸光度值，由公式計算出相應的濁度和色度以及cod值和它門對應的去除率，由此確定最佳投加量。（2）絮凝劑用量絮凝劑濃度較低時，增加用量有助于架橋充分，絮凝效果提高；但是用量過大反而會引起吸附飽和，在膠粒表面上形成覆蓋層而失去與其他膠粒架橋的作用，造成膠粒再次穩(wěn)定，絮凝效果反而降低。第四十二頁，共七十頁，2022年，8月28日（3）溶液pH溶液pH的變化會影響離子型絮凝劑官能團的電離度，從而影響鏈的伸展狀態(tài)，提高電離度可分子鏈上同號電荷間的電排斥作用增大，鏈就從卷曲狀態(tài)變?yōu)樯煺範顟B(tài)，因而能發(fā)揮最佳的架橋能力。分別取8份200ml的生活污水水樣放置于500ml的玻璃燒杯中，用橡膠滴管滴加naoh或hcl，運用phs—3c精密ph計調節(jié)水樣的ph值，測定相應的值如下表所示：第四十三頁，共七十頁，2022年，8月28日（4）攪拌速率和時間總加入絮凝劑時，液體的湍動能使絮凝劑迅速分散，但是在絮凝團形成后，高剪切力會打碎絮凝團，因此要控制操作時的攪拌轉速和攪拌時間。取4份200ml的廢水樣于燒杯中，先用phs—3c精密ph計調節(jié)ph值到8.0，再加入0.15g/200mlpafc絮凝劑，用78-1型磁力加熱攪拌器攪拌。第一個燒杯以50r/min轉速攪拌2min，第二個燒杯以100r/min轉速攪拌2min，第三個燒杯以150r/min轉速攪拌2min，第四個燒杯以200r/min轉速攪拌2min,均靜置沉降20min后取其上清液，測其濁度、ph值、cod值第四十四頁，共七十頁，2022年，8月28日懸浮液懸浮液中的細微膠體粒子被吸附到助濾劑的表面上濾餅的結構改變，可壓縮性下降過濾阻力降低，過濾速率提高↓加入助濾劑↓↓助濾劑是一種具有特殊性能的細粉或纖維，它能使某些難以過濾的物料變得容易過濾。助凝劑上的吸附第四十五頁，共七十頁，2022年，8月28日其使用方法是在過濾前先在過濾介質表面預涂一層助濾劑，同時在料液中也添加一些助濾劑使操作能穩(wěn)定下去。常用的助濾劑有：硅藻土、纖維素、石棉粉、珍珠巖、白土、碳粒、淀粉等。第四十六頁，共七十頁，2022年，8月28日型號相對流速相對澄清度用途CelatomFP-21001000啤酒、果膠、糖、醋CelatomFP-4200995啤酒、明膠、脂肪、果酸CelatomFW-6300986抗生素、啤酒、腐蝕劑、搪瓷CelatomFW-201000960果汁、海藻、豬油、水CelatomFW-502500940蘋果汁、柴油、石油、麥芽汁CelatomFW-805500927抗生素、樹脂、水、麥芽汁硅藻土的主要用途第四十七頁，共七十頁，2022年，8月28日（1）作為深層過濾介質過濾懸浮液，硅藻土不規(guī)則的粉粒之間形成許多曲折的毛細孔道，可借篩分作用去除固體粒子，同時由于吸附作用，也可除去一部分膠體離子（2）在撓性或剛性支持性介質的表面上預先形成硅藻土薄層，以保護支持性介質的毛細空在過濾時不被微小的顆粒所堵塞（3）將適量的硅藻土分散在待過濾的懸浮液中，使形成的濾餅具有多孔性，降低濾餅的可壓縮性，從而提高了過濾速率并延長了過濾操作的周期硅藻土的用法第四十八頁，共七十頁，2022年，8月28日硅藻土的制造方法和純度影響硅藻土過濾特性的因素硅藻土的粒度分布硅藻土粒度的分布及懸浮液的特性決定了過濾速率。在其他條件一定時，還存在一個硅藻土的最佳投放量。硅藻土添加量太大，則形成的濾餅太厚，阻力的增加將占主導地位，使濾速從最高點下降。最佳的添加率應通過實驗來確定第四十九頁，共七十頁，2022年，8月28日第五十頁，共七十頁，2022年，8月28日助濾劑特點粗金屬網上的堆積密度干燥濾塊的容積密度室溫時的酸性液溶解度室溫時的堿性液溶解度硅藻土一般用于要求最高澄清度的情況良好0.26-0.35微溶于弱酸微溶于弱堿珍珠巖最適于旋轉真空過濾，也適于加壓、真空過濾中等程度0.19-0.29微溶于弱酸微溶于弱堿混合助濾劑用于粗金屬網濾材的被覆優(yōu)良0.22-0.32微溶于弱酸微溶于弱堿纖維素用于粗金屬網濾材的被覆，改善另一助濾劑的被覆性質優(yōu)良0.14-0.32不溶于弱酸微溶于弱堿與強堿活性炭特別用于苛性堿溶液的過濾，需要助濾劑中等程度0.24-0.32不溶于弱酸不溶于弱堿、強堿各種助濾劑的性能第五十一頁，共七十頁，2022年，8月28日（1）粒度選擇助濾劑的粒度必須與懸浮液中固體粒子的尺寸相適應，顆粒較小的懸浮液應采用較細的助濾劑。選擇助濾劑的要點粒度分布是助濾劑最主要的性能指標之一,它直接決定過濾孔道大小和微孔尺寸分布,粗粒度的顆粒透水性較好,但過濾精度較低,故應按要求的流量和過濾精度這兩方面來選擇合適的粒度的助濾劑。若懸浮液固體粒子較小而助濾劑的粒度較粗時，過濾效果顯然受到嚴重影響。第五十二頁，共七十頁，2022年，8月28日（3）用量選擇助濾劑的使用量必須適合，使用量過少，起不到有效的作用；使用量過大，不僅浪費，而且會因助濾劑成為主要的濾餅阻力而使過濾速率下降。（2）根據過濾介質和過濾情況選擇助濾劑的品種當目的產物為液相時，要注意目的產物是否會被助濾劑吸附；當目的產物為固相時，要注意助濾劑對產品質量的影響。第五十三頁，共七十頁，2022年，8月28日（4）根據目的產物選擇助濾劑品種：要注意防止泄漏和堵塞過濾介質。

過濾的目的是將懸浮液中的固相與液相分開,有的是為了得到澄清的濾液,有的是需要固形物形成的濾餅,或者濾液和濾餅都回收。

工業(yè)過濾的很多場合是舍去濾餅而凈化液體的。如果是為了得到澄清的濾液而且需要較大的過濾速度,可選用硅藻土助濾劑,亦可選用珍珠巖,它具備硅藻土的過濾性能,但來源沒有硅藻土充足。

如果過濾所需要的有價物是濾餅,最終還必須從濾餅中把助濾劑除掉才能得到純凈的固形物,這種場合若采用硅藻土或珍珠巖,則將其從濾餅中分離出來較困難,故一般不被采用。而選用纖維素或活性炭粉作助濾劑較適合,因這二種助濾劑可通過加熱燃燒的方法從濾餅中全部清除,因此可得到單一純凈的固形物。在有色金屬冶煉和廢觸媒的金屬回收中常被采用。第五十四頁，共七十頁，2022年，8月28日按推動力不同可分為四類：2.3

過濾設備過濾的分類重力過濾：應用不多且設備簡單加壓過濾：結構復雜、操作繁雜、連續(xù)化較難，使用較少真空過濾：設備易于連續(xù)化，較常用離心過濾：將在離心章節(jié)介紹第五十五頁，共七十頁，2022年，8月28日真空轉鼓過濾機垂直葉片式硅藻土過濾機典型過濾設備的種類和結構離心式過濾機第五十六頁，共七十頁，2022年，8月28日裝置操做方式形式加壓過濾設備間歇式連續(xù)式密閉式圓盤過濾器壓濾器加壓葉狀過濾器水平板形加壓過濾器工業(yè)型管狀過濾器加壓圓筒形過濾器加壓圓筒形被覆過濾器真空過濾設備間歇式連續(xù)式吸濾缸Galigher傾斜型過濾器真空葉狀過濾器多室圓筒形真空過濾器單室圓筒形真空過濾器圓盤形真空過濾器水平型真空過濾器過濾設備的種類第五十七頁，共七十頁，2022年，8月28日加壓過濾設備的優(yōu)缺點優(yōu)點過濾速率快，每單位過濾面積所占安裝面積小多數(shù)是間歇式，這樣使過濾裝置具有一定的通用性過濾裝置的價格便宜缺點由于多數(shù)是間歇式，故很難用作連續(xù)操作系統(tǒng)的過濾裝置因大多數(shù)是間歇式的，所以人工費用增加也有連續(xù)式的裝置，但是連續(xù)式多半缺少通用性，且價格昂貴第五十八頁，共七十頁，2022年，8月28日選擇合適的過濾設備，需要考慮以下5個方面：過濾設備的選擇（1）被過濾液體的過濾特性：決定所選設備能否進行順利操作的關鍵A類：固形物含量>20%、能在數(shù)秒內形成濾餅厚度在50mm以上的料液，此類料液沉淀速率快，在普通轉鼓過濾機的料液槽中用攪拌器不能保持懸浮狀態(tài)。

這類料液大規(guī)模生產采用內部給料式的真空轉鼓過濾機。如果由于濾餅的多孔性不能保持在過濾面上的料液，可以采用翻斗式或帶式過濾機。水平過濾機的洗滌效果要比轉鼓式過濾機好。

小型生產可采用吸濾槽式過濾機，但采用離心過濾機則更為經濟。第五十九頁，共七十頁，2022年，8月28日B類：固形物含量10-20%、能在30s內形成50mm厚濾餅或至少能在1-2min內形成13mm以上的、能在轉鼓過濾機上被真空吸住，并保持一定形狀的濾餅的料液。

在大規(guī)模生產中普遍采用連續(xù)真空轉鼓式過濾機，也可用水平翻盤式進行更好的洗滌。加壓過濾機可采用圓盤式或葉片式。

小規(guī)模生產時才采用吸濾槽式或間歇式加壓過濾機。C類：固形物含量1-10%、當真空度為500mmHg時，在5min內能形成3mm厚的濾餅。這種料液是采用連續(xù)式過濾機的極限情況。

一般可采用單室式轉鼓過濾機；對于有腐蝕或洗滌要求較嚴格的場合可采用間歇式真空葉片吸濾槽式過濾機。加壓過濾時可采用板框壓縮機。第六十頁，共七十頁，2022年，8月28日D類：固形物含量0.1-1%、難以連續(xù)排出濾餅的料液。大規(guī)模生產采用預涂助推劑，并采用間歇式過濾設備。E類：固形物含量<0.1%,這屬于“澄清過濾”的范疇，這類料液的粘度和顆粒大小對澄清有很大關系。

當懸浮液通過濾層時，固體顆粒被阻攔或吸附在濾層的顆粒上，使濾液得以澄清，這種方法叫做澄清過濾。

適合于固體含量少于0.1%(V)、顆粒直徑較小的懸浮液的過濾分離，多用于需要除菌的場合。第六十一頁，共七十頁，2022年，8月28日（3）操作