过滤程序理论

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第四章过滤(Filtration)
一、前言
（一）定义:
过滤(filtration)：
将固体与液体的混合液通过仅可让液体通透的材料而使固体
与液体分离的单元操作。
在过滤操作中将作业的材料分
成：
滤泥(feed slurry)：过滤前的固体
与液体的混合物。
滤液(filtrate)：过滤出的清净液
体。
滤材(filter medium)：可让液体通
透而阻止固体部份流出的介质。
滤块(filter cake)：过滤时在滤材
上所形成的含少量液体的固体。
（二）过滤的分类
过滤依照作业机构分成：
1.滤块过滤(cake filtration)：滤液内固体量超过 1-2%，过滤
时在滤材上产生滤块，由滤块阻止固体通过，且滤块为主要的
过滤阻力。此类机械称为表面过滤机(surface filters)。
2.澄清过滤(clarification)或称深层过滤(deep bed
filtration)：滤液内固体量低不易形成滤块，靠滤材阻止固
体通过，常见的有深层过滤器(depth filters)，如沙滤(sand
filters)等。
3.微过滤(microfiltration，ultrafiltration，reverse
osmosis)：靠孔隙及细小的特殊材质的滤膜，阻隔细微颗粒如
细菌或大分子通过。分子透过滤膜时为溶入与溶出的扩散现象，
故归类在质量传递操作讨论。微过滤滤泥的流动方向常与滤液
的流动方向垂直，已降低滤块的形成与阻力，故又称为交错流
过滤(cross-flow filtration)。
过滤时液体必须藉由某种驱动力而流动过滤块，过滤器可依
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照使用驱动力的不同分成。
1.重力过滤器(gravity filters)；2.加压过滤器(pressure
filters)；3.真空过滤器(vacuum filters)；4.离心过滤器
(centrifugal filters)。
(三)过滤的应用
过滤普遍的用于用水与废水的处理，也是液体食品加工前处
理前处理与精制中所不可或缺的。使用的实例如：蔗糖液清静时
的过滤，食用油脂脱色时白土的分离，压榨果汁果渣的分离，啤
酒制造时酵母菌的分离制酒时酒醪的分离等等。其它发酵工业制
品中各种发酵液体的微生物与产品分离也都常使用过滤法。
二、孔隙介质流与浮动床
由颗粒所堆积成的体积称为填充床（pack bed）。填充床包
括粒子与其间的微小孔隙，又称为孔隙介质（porous media）。
通过填充床的流动称为孔隙介质流(porous flow)。
向上流动流体的流速逐渐增加，其压力降也随之增加。压力
降乘以填充床粒子的截面积即为作用在粒子的力量，若向上作用
于粒子的力大于粒子的重力，则粒子开始运动。粒子的运动使填
充床膨胀称为浮动床(fluidized bed)。浮动床的颗粒表面充分
暴露于流体中，且因运动使热、质传的边界层变薄，有利于热、
质量传递与反应，故可利用为浮动层反应器、干燥机、吸附器等
等。
（一）填充床的性质
1.孔隙率（void fraction, porosity: ）：
孔隙率是单位体积内所含孔隙体积的比率。
=（填充床孔隙的体积）/（填充床的总体积）
2.比表面积（specific surface）
比表面积是单位体积内所含的面积。
单一粒子的比表面积（
）：
Sp
S
A
V
p
p
p

其中
为粒子的表面积，
为粒子的体积。
Ap
Vp