固液分離的終極目的在于將固體和液體徹底分離,獲得各自純凈的成分。根據(jù)現(xiàn)有的發(fā)展,固液分離基本上可以分為兩種方法:沉降分離和過濾分離。沉降分離又可以分為重力沉降和離心沉降。
1. 沉降分離:
沉降分離依靠固體顆粒的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行,在這個(gè)過程中,固體從高度分散的狀態(tài)向濃縮狀態(tài)過渡。在沉降分離中,固體顆粒的濃度越低,有利于分離的進(jìn)行。而過濾則相反,過濾時(shí)運(yùn)動(dòng)的是液相,因此含液量越少,即固體濃度越高,有利于分離。
a. 重力沉降原理:
利用重力沉降特性進(jìn)行液體間的分離,僅由地心引力驅(qū)動(dòng),無需外加能量,理論上是最經(jīng)濟(jì)的方法。需要提供足夠的沉降面積,加速固體顆粒的終端沉降速度。通常需要添加凝聚物和絮凝技術(shù)。對于由較小顆粒和較高黏度溶液構(gòu)成的懸浮液而言,單靠絮凝技術(shù)往往難以滿足固液分離的要求,因此需要引入人工離心力以增強(qiáng)固體顆粒的沉降推動(dòng)力,即離心沉降。
b. 離心沉降原理:
離心技術(shù)是利用物體高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)大離心力,使置于旋轉(zhuǎn)體中的懸浮物發(fā)生沉降或浮起,達(dá)到濃縮或與其他顆粒分離的目的。懸浮在液體中的質(zhì)量為m的固體顆粒在高速旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)中,沿徑向受到的力為:
其中Fr為顆粒所在的離心半徑,ω為旋轉(zhuǎn)角速度,n為轉(zhuǎn)速。上述公式表明,離心力與轉(zhuǎn)速的平方成正比,與顆粒離軸心的距離r成正比。別離因數(shù)即為離心力與重力場受力之比。
2. 過濾分離:
過濾一般使用某種介質(zhì)阻擋或截留懸浮液中的固體,達(dá)到固液分離的目的。固體顆粒被截留在介質(zhì)上游,液體則被收集在介質(zhì)下游。根據(jù)當(dāng)前使用的過濾介質(zhì)和過濾方法的不同,過濾機(jī)理基本上可以分為四種類型:表面阻攔、深層阻攔、深層過濾和濾餅過濾。過濾介質(zhì)通常能夠捕獲比介質(zhì)孔徑小的許多顆粒,這取決于介質(zhì)的性質(zhì)。同時(shí),以上機(jī)理可以同時(shí)存在,相互作用。液體對過濾性能也有影響。
3. 膜分離:
膜分離過程通常在環(huán)境溫度下進(jìn)行。通過在膜的兩側(cè)施加壓力、濃度差、電壓差等,使得處于膜兩側(cè)的混合物在所需方向上實(shí)現(xiàn)物質(zhì)傳遞。
總結(jié)來說,固液分離的方法主要有沉降和過濾,而沉降又可以分為重力沉降和離心沉降。根據(jù)具體的分離要求和物質(zhì)特性,選擇合適的分離方法和設(shè)備,可以有效實(shí)現(xiàn)固液分離,滿足生產(chǎn)和處理的要求。
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