Ⅰ 固液分離
固液分離的目的是回收懸浮液中的有用物質，它可以是懸浮液中的一相，也可以是兩相。為達到固液分離的目的而採用的主要操作方法有重力沉降、離心分離和過濾。
一、重力沉降方法
懸浮液中固體顆粒的密度比液相大，它在重力的作用下發生相對運動而達到兩相分離。
二、過濾
過濾是以某種多孔物質為介質，在外力作用下，懸浮液中固體顆粒被截留，液相通過介質的孔道流出而實現固液分離的方法。外力可以是重力、離心力和用機械方法在多孔物質的上、下游兩側施加的壓強差。常見的過濾設備有真空過濾機、板框壓濾機、離心式過濾機等。
圖5－1 深層過濾機理
過濾主要有兩種方式:一種為深層過濾，其過濾機理見圖5－1。特點是固體顆粒黏附在過濾介質的孔洞內，適用於固體顆粒粒徑小於過濾介質的孔洞直徑，並且含固量小於0.1%的懸浮液。另一種為濾餅過濾，它應用織物、多孔固體或孔膜等作為過濾介質，這些介質的孔一般小於顆粒，過濾時流體可以通過介質的小孔，顆粒的尺寸大，不能進入小孔而被過濾介質截留形成濾餅。因此，顆粒的截留主要依靠篩分作用，見圖5－2。其特點是固體顆粒呈餅狀沉積在過濾介質上游一側，適用固含量較高的懸浮液。
圖5－2 濾餅過濾過程
1.過濾介質
織物介質:又稱濾布，包括由棉、毛、絲、麻等天然纖維及由各種合成纖維製成的織造和非織造濾布，以及由金屬或非金屬材料織成的網。此類過濾介質在工業上應用最廣。
粒狀介質:包括砂、木炭、石棉、硅藻土、珍珠岩等堅硬顆粒物質，多用於深床過濾和助濾劑。
多孔類固體介質:它是一種具有很多微細孔道的固體材料，如多孔陶瓷、多孔塑料、多孔氧化鋁、多孔金屬等製成的管和板。適用於處理只含少量細小顆粒的懸浮液。
2.過濾的操作方式
恆壓過濾:它是在恆定壓強差下進行的，是一種最常見的過濾操作方式。連續式過濾機上進行的過濾都是恆壓過濾;間歇式過濾機上進行的過濾也多為恆壓過濾。在恆壓過濾時，因濾餅不斷增厚，致使過濾阻力逐漸增加，但由於施加的壓差是恆定的，故過濾速率逐漸減小。
恆速過濾:它是指過濾速率維持恆定的過濾操作方式。如板框壓濾機，它的內部空間是一定的，當懸浮液充滿內部空間後，繼續以恆速供料保持濾液流量的恆定。恆速過濾時，因濾餅的厚度在不斷增加，濾餅的過濾阻力也隨之增加，要維持恆速過濾就必須不斷提高過濾壓力克服過濾阻力。所以實際操作上是不可能將恆速過濾進行到底的。
先恆速後恆壓過濾:它是將恆壓過濾和恆速過濾合理結合起來的過濾操作方式。一般是在過濾開始時先進行恆速過濾，避免濾液的渾濁和過濾介質孔洞的阻塞，當到達一定壓力後進行恆壓過濾以提高濾餅的固含量。
3.懸浮液的預處理
過濾過程中常會遇到過濾速率低，濾餅呈膠體或凝膠狀態，濾液渾濁等現象。為了盡量避免這些情況的出現，提高設備的過濾效率，就需要對懸浮液進行預處理。預處理的方法有化學法和物理法兩種。
(1)化學法
化學法可分為凝聚、絮凝和改變表面張力三種。
凝聚:在懸浮液中加入無機電解質，如明礬、石灰、鋁離子和鐵離子等，使顆粒相互黏結成較大顆粒而易於過濾分離。
絮凝:在懸浮液中加入高分子絮凝劑，使顆粒在絮凝劑作用下聚集成大顆粒或絮團，以利於過濾分離。絮凝劑有天然和合成的兩種，如動物膠、澱粉、聚丙烯酸胺等。常用的合成高分子絮凝劑有以下三類。
陽離子型:聚胺、聚2－羥丙基－N－甲基氯化銨、聚2－羥丙基－l、聚丙烯酸胺曼尼希反應衍生物、甲基丙烯酸－N。
陰離子型:聚丙烯酸鈉、聚苯乙烯羧酸鈉。
非離子型:聚丙烯酸胺、聚氧化乙烯。
改變表面張力:在懸浮液中加入表面活性劑降低液體的表面張力，使分離後濾餅中殘存水分減少，固含量提高。
(2)物理法
包括陳化、結晶、改變懸浮液的溫度、降低懸浮液的黏度以及加入助濾劑等。
4.常見過濾設備
(1)板框壓濾機
板框壓濾機是由許多塊濾板和濾框交替排列而成，板和框都用支耳架在一對橫樑上，可用壓緊裝置壓緊和拉開。板框壓濾機的結構及工作原理見圖5－3。板框自動壓濾機外形見圖5－4。
圖5－3 板框壓濾機工作原理
圖5－4 板框自動壓濾機外形圖
板和框多做成正方形，板和框的角端開有工藝用孔，孔的數目同工藝要求有關，從2個到4個不等，板框合並壓緊後即構成供濾液、洗液和懸浮液流通的孔道。框的兩側覆以濾布，空框與濾布圍成了容納待濾液及濾餅的空間。濾板的作用有兩點:一點是支撐濾布;另一點是提供濾液通道。為此濾板上製成各種凹凸紋路，凸者支撐濾布，凹者形成濾液通道。對於可洗濾餅的板框壓濾機，濾板又分為洗滌板和非洗滌板兩種，兩種濾板的結構和作用有所不同。
板框壓濾機的操作十分重要。過濾時進料的壓力應逐步緩慢增加，防止壓力過大導致濾布表面的孔隙被堵塞，過濾不能正常進行。
板框壓濾機的濾液排出方式分為明流和暗流兩種。若濾液由每塊濾板底部直接排出稱為明流。明流的優點是便於觀察各濾板的工作情況。若濾液不宜暴露於空氣中，則需要將各板排出的濾液匯集後經總管排出，稱為暗流。
板框壓濾機具有結構簡單，製造方便，附屬設備少，單位過濾面積較大，過濾壓力高，對各種懸浮液適應性強等特點，應用比較廣泛。但因為是間歇操作，故生產效率低，勞動強度大，濾布損耗嚴重，洗滌效果較差。
圖5－5 箱式壓濾機工作原理
板框壓濾機的規格較多，過濾面積可以從幾平方米到幾百平方米。
(2)箱式壓濾機
箱式壓濾機是板框壓濾機的改進型式，國外稱為凹板壓濾機，它保留了板框壓濾機的優點，克服了板框壓濾機的一些缺點，它可以在過濾中對濾餅進行洗滌。箱式壓濾機結構及工作原理見圖5－5。
(3)帶式壓濾機
帶式壓濾機是一種結構簡單，操作方便，性能優良的連續壓濾機。它在結構上借鑒了造紙機連續滾壓的機構;各種聚合電解質絮凝劑的應用，為帶式壓濾機提供了工藝上的條件;多聚酯纖維濾網為它提供了良好的濾帶，這三個因素創造了帶式壓濾機出現和應用的條件。
目前，帶式壓濾機被廣泛應用於過濾各種污泥、選煤產品、濕法冶金的殘渣、管道輸送的物料等。但在選礦產品中應用較少。
帶式壓濾機主要由一系列按順序排列的、直徑大小不同的輥輪、兩條纏在這系列輥輪上的過濾帶，以及給料裝置、濾布清洗裝置、高速調偏裝置、張緊裝置等部分組成。
帶式壓濾機的工作包括四個基本的過程:絮凝和給料，重力脫水，擠壓脫水，卸料和清洗濾帶。帶式壓濾機的結構和工作原理見圖5－6，對置滾壓式帶濾機結構及工作原理見圖5－7。
圖5－6 帶式壓濾機的工作原理
圖5－7 對置滾壓式帶濾機
(4)轉鼓真空過濾機
轉鼓真空過濾機是一種連續操作的過濾設備。廣泛用於礦物加工和化工等部門。它主要適用於固體顆粒粒徑在0.01～1mm的懸浮液的過濾。設備的主體是一個能轉動的水平圓筒，圓筒表面為有孔的金屬板或金屬絲網，網上再覆蓋濾布，懸浮液在圓筒的下部與圓筒接觸。接觸的部位可以是圓筒的內表面，也可是外表面，工業上最常見的是外表面接觸。轉鼓真空過濾機工作原理見圖5－8。
圖5－8 轉鼓真空過濾機工作原理
轉鼓內部沿徑向分隔成若干扇形格，每格均有單獨孔通道通向分配頭。當轉鼓轉動時，憑借分配頭的作用使這些孔道依次與真空管及壓縮空氣相通，故轉鼓在回轉一周的過程中每個扇格可按順序進行過濾、洗滌、脫水、吹松、卸餅等操作。分配頭由緊密貼合的轉動盤和固定盤構成，轉動盤隨轉軸一起旋轉，固定盤側面的各四槽分別與不同作用的管道相通。固定盤有三個凹槽，故整個轉鼓可分為三個區域:過濾區、洗滌及脫水區、卸料和再生區。
外濾面轉鼓真空過濾機能連續自動操作，生產能力大，特別適宜於處理量大並易過濾的懸浮液;附屬設備較多，投資費用高，過濾面積不大，濾餅含水量較高，洗滌不充分。
(5)動態過濾機
動態過濾機是利用現代動態過濾技術生產的新型過濾設備，它主要是為解決用濾餅層過濾難以過濾的懸浮液的高效過濾和洗滌問題。它可以在密閉、高溫、高壓等條件下用一台設備連續完成過濾、增濃、洗滌和脫水等過濾操作。
動態過濾是在傳統固定濾餅層過濾理論上發展起來的，但兩者在機理上完全不同。在動態過濾過程中，懸浮液在介質上高速平行流動，當濾液穿過過濾介質時，固體顆粒在介質上不沉積或只有極少量沉積產生極薄的濾餅。因此動態過濾的過濾阻力就主要由過濾介質所決定，這樣對於顆粒細小、形成的濾餅為可壓縮性濾餅的懸浮液，用動態過濾就可得到快速有效的分離效果。
圖5－9 旋葉式過濾機
動態過濾機的洗滌效果也特別優異。當洗滌液進入過濾機時，由於濾渣是高速流動的，故洗滌液和濾渣能得到充分混合，防止了洗滌液短路和洗滌死區的現象出現，提高了洗滌效率並節省了洗滌液。動態過濾機通過降低過濾阻力使過濾效率有了很大的提高。在相同的過濾面積和操作條件下，動態過濾機的生產能力比板框過濾機的生產能力能提高6倍以上，並且能連續過濾，可實現自動化操作。常見的動態過濾機有旋葉式、旋管式和平板式壓濾機。旋葉式過濾機結構見圖5－9。三、離心分離方法
是懸浮液依靠慣性離心力的作用而實現固液分離的過程。
常見的離心分離設備有旋流分離器，沉降離心機等。主要用於脫水、濃縮、分離、澄清、凈化及固體顆粒的分級等工藝過程。離心機的主要構件為一快速旋轉的轉鼓，轉鼓安裝在垂直或水平的軸上，當料漿進入轉鼓內後，隨轉鼓旋轉而旋轉，在離心力作用下實現分離。轉鼓的外壁分為有孔和無孔兩種;有孔的轉鼓在內表面覆以濾布，當轉鼓快速旋轉時濾液在離心力作用下穿過濾布而被甩出，顆粒被濾布所截留，這個操作稱為離心過濾;無孔的轉鼓是當轉鼓快速旋轉後料漿在離心力作用下按密度不同而分層，密度大的靠近轉鼓外壁，密度小的靠近轉鼓中央，這個操作稱為離心沉降。離心沉降通常又根據所處理的料漿不同分為兩類:一類是對懸浮液進行的離心沉降繼續操作，稱為離心沉降;另一類是對乳濁液或含有微量團體顆粒的懸浮液進行的離心沉降操作，稱為離心分離。
離心機的分類方法有很多，如按操作方式可分為過濾式離心機、沉降式離心機和分離式離心機;按操作過程可分為間歇操作離心機和連續操作離心機;當然離心機的分類方法還有許多，如按結構型式、分離因素、卸料方式等進行分類。
1.三足式離心機
圖5－10 三足離心機
1.三足式離心機
三足式離心機是工業上最早應用的間歇式離心機，也是目前我國應用最廣、製造最多的一種離心機。其最重要的特徵是轉鼓懸掛在機座的三根支柱上。三足式離心機有過濾式和沉降式兩種，常用的多為過濾式。其卸料方法有人工卸料和機械卸料兩種，每種方法又有各種方式。三足離心機結構見圖5－10。
三足式離心機具有結構簡單、價格低、運轉平穩、適應性強等優點，適用於過濾周期長，處理量不大，要求濾渣含濕量低的場合;其缺點是操作周期長，生產能力低，只能用於中小型生產。
2.卧式刮刀卸料離心機
卧式刮刀卸料離心機是一種間歇式離心機，有過濾式和沉降式兩種，以過濾式使用較多。主要用於處理含有中等或小顆粒且顆粒不怕被刮刀破壞的懸浮液。其特點是對料液的濃度和數量變化不敏感;過濾時間、洗滌時間、分離以及卸料時間均可自由調節;濾渣較干;並能得到較好的洗滌效果;操作周期短，生產能力大。但對顆粒破碎嚴重，電機負荷不均勻，並且濾渣也不能除盡。虹吸刮刀卸料離心機是過濾式刮式刮刀卸料離心機的重要改進型式。它利用虹吸原理增加了過濾的推動力，使生產效率明顯提高。並且還可以根據過程的需要自由調節過濾速度，以利濾渣的洗滌和乾燥。
3.卧式活塞推料離心機
卧式活塞推料離心機是一種連續加料、脈動卸料的過濾式離心機。它具有效率高、產量高、生產連續化、操作穩定可靠等特點。但對料液的濃度變化較敏感，並且需要固體顆粒的粒徑較大才能正常進行操作。卧式活塞推料離心機的活塞級數除單級外，還有雙級、三級、四級等。我國生產的主要為單級和雙級活塞兩種。卧式刮刀卸料離心機結構及工作原理見圖5－11。
4.卧式螺旋卸料沉降離心機
卧式螺旋卸料沉降離心機簡稱卧螺離心機。其結構及工作原理見圖5－12。它是一種在全速運轉條件下連續進料、分離和卸料的連續式沉降離心機。它適用於各種粒徑以及固含量為1%～50%的懸浮液的固液分離;對於三相混合物、粒子分級、活性污泥脫水和其他難分離物料的分離也能得到滿意的分離效果。它的主要優點是:自動連續操作，無濾網和濾布，能長期運轉，維修方便;應用范圍廣，能完成固相脫水、液相澄清、液－液－固三相分離、粒度分級等工作過程;對物料適應性強，適用於較寬的粒度分布和較大的濃度波動;結構緊湊，易於密封。某些機型能在加壓和低溫下操作;單機生產能力大，分離質量高，操作費用低。但卧螺離心機也有不足之處，如沉渣含濕量較高，洗滌效果不好，結構復雜，造價高等。
圖5－11 活塞推料離心機
圖5－12 卧式螺旋轉筒離心機結構示意圖
四、常見固液分離設備的型式及適用范圍
目前固液分離的設備種類繁多，選型的范圍也廣，如何選擇合適的、合理的固液分離設備是一個十分復雜的問題。常見固液分離設備的適用范圍見表5－1。不同過濾方式的分離效果見表5－2。
表5－1 常見固液分離設備的適用范圍
表5－2 不同過濾方式的分離效果
Ⅱ 把固體物質和液體物質分離,實驗室常採用什麼方法
把固體物質和液體物質分離,實驗室常採用過濾的方法。
原理
利用物質的溶解性差異，將液體和不溶於液體的固體分離開來的一種方法。如用過濾法除去粗食鹽中少量的泥沙。
實驗儀器
漏斗、燒杯、玻璃棒、鐵架台（帶鐵圈）、濾紙。
操作要領
要做到「一貼、二低、三靠」。
一貼
即使濾紙潤濕，緊貼漏斗內壁，不殘留氣泡。（防止氣泡減慢過濾速度。）
二低
1．濾紙邊緣略低於漏斗邊緣。
2．液面低於濾紙邊緣。
三靠
1．傾倒時燒杯口緊靠玻璃棒。
2．玻璃棒下端靠在三層濾紙處。
3．漏斗下端管口緊靠燒杯內壁。