探索固液分离技术：解读固液分离的原理
发布时间：2024-04-18 17:06:07
混合物的处理在工业中起着至关重要的作用，在此过程中，我们将混合物分为均相和非均相两种类型。非均相混合物内部存在多种相态，如固体颗粒、微滴等称为分散相，而气体或液体则称为连续相。非均相物系的连续相与分散相具有不同的物理性质，因此可以用机械的方法将两相分离。固液分离的首要任务是将混合物中的固体与液体有效分离，以实现对不同物质的独立处理。常用的方法包括：沉降分离和过滤分离。
1.沉降分离法
②离心沉降是基于固体颗粒和周围液体密度存在差异，在离心场中使不同密度的固体颗粒加速沉降的分离过程。
2. 过滤分离法
过滤是在外加推动力的作用下，使固、液两相混合物流过多孔介质，固体颗粒被截留，液体通过介质的孔隙，从而实现固、液两相分离。通常，将固、液两相混合物称为料浆或物料，被截留的固体颗粒形成滤饼，通过多孔介质及滤饼的液体称为滤液，多孔介质称为过滤介质。
过滤过程的推动力是实现固液分离的关键因素，包括重力、压力差、离心力、渗透压差、毛细作用和电动力等。重力过滤中，利用地球引力作为推动力，使悬浮液通过过滤介质。这种方法简单，但过滤速度较慢，适用于颗粒较大、容易沉降的悬浮液；压力过滤利用压力差作为推动力，可以通过在过滤系统一侧施加正压或在另一侧产生负压来实现；离心过滤以离心力作为推动力，在具有过滤介质(如滤网、滤布)的有孔转鼓中加入悬浮液，固体粒子截留在过滤介质上，液体穿过滤饼层而流出，然后完成滤液和滤饼分离的过滤操作；在膜过滤技术中（如反渗透RO），渗透压差作为推动力，迫使水分子通过半透膜而留下溶质和较大的分子或颗粒；在某些微滤和超滤过程中，毛细作用可以作为辅助推动力，帮助液体通过过滤介质的微小孔隙；在电渗析等过程中，电场作为推动力，通过电解质溶液中的离子迁移实现分离。这种方法主要用于离子和小分子的分离。
固液分离技术在矿物加工、水处理、化工、食品和饮料生产、制药、农业及环境工程等多个领域发挥着重要作用，其应用不仅涵盖从原料液体中去除固体颗粒或从固体物料中回收液体的过程，还包括提高产品纯度、回收有价值成分、减少环境污染和节约资源等多个方面。从饮用水净化、废水处理、化学品制造、矿产资源回收，到食品加工和药物生产的纯化过程，固液分离技术确保了生产效率、产品质量及环境安全。其在促进产业发展、环境保护和资源可持续利用方面的重要性日益凸显。而未来固液分离技术的发展方向将聚焦于提高分离效率和节能性。对于固液分离设备，应进一步完善其结构形式、提升自动化水平、提高产品质量以及增加可靠性能。
1.沉降分离法
常见的沉降分离方法有重力沉降和离心沉降。
图1 连续式重力浓缩池
②离心沉降是基于固体颗粒和周围液体密度存在差异，在离心场中使不同密度的固体颗粒加速沉降的分离过程。
图2 卧式沉降过滤离心脱水机
2. 过滤分离法
过滤是在外加推动力的作用下，使固、液两相混合物流过多孔介质，固体颗粒被截留，液体通过介质的孔隙，从而实现固、液两相分离。通常，将固、液两相混合物称为料浆或物料，被截留的固体颗粒形成滤饼，通过多孔介质及滤饼的液体称为滤液，多孔介质称为过滤介质。
过滤过程的推动力是实现固液分离的关键因素，包括重力、压力差、离心力、渗透压差、毛细作用和电动力等。重力过滤中，利用地球引力作为推动力，使悬浮液通过过滤介质。这种方法简单，但过滤速度较慢，适用于颗粒较大、容易沉降的悬浮液；压力过滤利用压力差作为推动力，可以通过在过滤系统一侧施加正压或在另一侧产生负压来实现；离心过滤以离心力作为推动力，在具有过滤介质(如滤网、滤布)的有孔转鼓中加入悬浮液，固体粒子截留在过滤介质上，液体穿过滤饼层而流出，然后完成滤液和滤饼分离的过滤操作；在膜过滤技术中（如反渗透RO），渗透压差作为推动力，迫使水分子通过半透膜而留下溶质和较大的分子或颗粒；在某些微滤和超滤过程中，毛细作用可以作为辅助推动力，帮助液体通过过滤介质的微小孔隙；在电渗析等过程中，电场作为推动力，通过电解质溶液中的离子迁移实现分离。这种方法主要用于离子和小分子的分离。
图3 板框压滤机的结构组成
图4 加压过滤机的结构组成
固液分离技术在矿物加工、水处理、化工、食品和饮料生产、制药、农业及环境工程等多个领域发挥着重要作用，其应用不仅涵盖从原料液体中去除固体颗粒或从固体物料中回收液体的过程，还包括提高产品纯度、回收有价值成分、减少环境污染和节约资源等多个方面。从饮用水净化、废水处理、化学品制造、矿产资源回收，到食品加工和药物生产的纯化过程，固液分离技术确保了生产效率、产品质量及环境安全。其在促进产业发展、环境保护和资源可持续利用方面的重要性日益凸显。而未来固液分离技术的发展方向将聚焦于提高分离效率和节能性。对于固液分离设备，应进一步完善其结构形式、提升自动化水平、提高产品质量以及增加可靠性能。
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