การจำแนกประเภทและการแนะนำการกรอง

ในหลักการทางวิศวกรรมเคมี การกรองเป็นกระบวนการที่ใช้ตัวกลางที่มีรูพรุนเพื่อดักจับอนุภาคของแข็งในสารแขวนลอย เพื่อให้ได้การแยกของเหลวที่เป็นของแข็ง- ตามกลไกของมัน แบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือ

• การกรองพื้นผิว: สารกรองดักจับอนุภาค ทำให้เกิดเค้กกรองบนพื้นผิวของตัวกลางเท่านั้น เหมาะสำหรับสารแขวนลอยที่มีอนุภาคขนาดใหญ่และมีปริมาณของแข็งสูงกว่า
• กรองลึก: อนุภาคติดอยู่ภายในโครงสร้างเครือข่ายของสื่อ โดยทั่วไปจะใช้สำหรับการทำให้ของเหลวกระจ่าง เช่น เซรามิกและกระดาษกรอง ซึ่งเป็นสื่อชั้นลึก-

เทคโนโลยีการกรองเมมเบรน

หลักการพื้นฐานและคำจำกัดความ

การกรองเมมเบรน: โดยใช้ความแตกต่างของความดันหรือความเข้มข้น เมมเบรนแบบกึ่งซึมผ่านได้-ที่มีขนาดรูพรุนเฉพาะถูกนำมาใช้เพื่อกักเก็บอนุภาค คอลลอยด์ โมเลกุลขนาดใหญ่ ฯลฯ ไว้ในของเหลว เพื่อให้เกิดการแยกตัวและทำให้บริสุทธิ์

ประเภทตัวกรองและขนาดรูพรุน

วัสดุและโครงสร้างของเมมเบรน

• เมมเบรนเซรามิก - ชั้นแยก ชั้นรองรับ
• เมมเบรนโพลีเมอร์ - ชั้นผิวหนังหนาแน่น ชั้นรองรับที่มีรูพรุน
• เมมเบรนคอมโพสิต - ชั้นแอคทีฟบางเฉียบ, เมมเบรนรองรับที่มีรูพรุนขนาดเล็ก, ชั้นรองรับที่ไม่ทอ

การสาธิตกลไกการแยก

• สิ่งกีดขวางการยกเว้นขนาด
• การดูดซับ
• ผลการชาร์จ

การเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสีย

ข้อดี:

• การแยกสารประสิทธิภาพสูง- – สิ้นเปลืองพลังงานอย่างรวดเร็วและต่ำ
• ประหยัดพลังงาน-และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม – ​​ไม่จำเป็นต้องเติมสารเคมี
• ใช้งานง่าย – ระบบอัตโนมัติระดับสูง

ข้อเสีย:

• การปนเปื้อนของเมมเบรน – ต้องทำความสะอาดเป็นประจำ
• ต้นทุนสูง – การลงทุนเริ่มแรกและค่าบำรุงรักษา
• ข้อจำกัดด้านอายุการใช้งาน - จำเป็นต้องเปลี่ยนโมดูลเมมเบรนเป็นประจำ

สถานการณ์การใช้งาน

• การบำบัดน้ำให้บริสุทธิ์

การทำน้ำให้บริสุทธิ์, การนำน้ำเสียกลับมาใช้ใหม่: กำจัดมลพิษและแบคทีเรีย

• การแปรรูปอาหาร

การกรองเครื่องดื่ม ความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์นม การกักเก็บสารอาหาร

• การผลิตยา

การกรองแบบปราศจากเชื้อ การทำให้ยาบริสุทธิ์ ทำให้มั่นใจในความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์

อธิบายเทคโนโลยีการกรองแบบล้ำลึก
กลไกการจับภาพหลัก

• การสกัดกั้น: อนุภาคจะถูกดักจับที่ด้านล่างของแผ่นกรอง
• การแพร่กระจาย: อนุภาคจะกระจายตัวผ่านแผ่นกรองเนื่องจากอัตราการแพร่ของอนุภาค
• การสกัดกั้น: อนุภาคจะอยู่ที่ขอบด้านนอกของแผ่นกรอง ซึ่งจะถูกดักจับด้วยแรงต่างๆ
• การดูดซับ: ขึ้นอยู่กับแรงไฟฟ้าสถิตหรือแรงเคมี อนุภาคจะถูกพันธะทางเคมีเข้าด้วยกัน

การเปรียบเทียบวิธีการ: การกรองแบบลึกกับการกรองพื้นผิว

• การกรองแบบล้ำลึก: อนุภาคถูกกระจายไปทั่วความลึกของแผ่นกรองทั้งหมด
• การกรองพื้นผิว: อนุภาคส่วนใหญ่สะสมอยู่บนพื้นผิวเพื่อสร้างเค้กกรอง

สื่อกรองทั่วไป

• ทราย- ใช้สำหรับบำบัดน้ำ การกรองหยาบ
• ถ่านกัมมันต์- ขจัดสารอินทรีย์และกลิ่นไม่พึงประสงค์
• ตัวกรองไฟเบอร์- ดักจับอนุภาคละเอียดได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การวิเคราะห์ข้อดีและข้อเสีย

• ข้อดี

ความสามารถในการกักเก็บสิ่งสกปรกสูง- เหมาะสำหรับสารแขวนลอยที่มีความเข้มข้นต่ำ- ใช้งานง่าย ต้นทุนต่ำ สามารถดักจับอนุภาคขนาดต่ำกว่าไมครอนได้

• ข้อเสีย

X Filter เค้กไม่สามารถรีไซเคิลได้ X ความต้านทานการกรองเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป X การทำความสะอาดและการฟื้นฟูค่อนข้างยาก X โดยทั่วไปแล้วสำหรับการใช้งานครั้งเดียว

การใช้งานจริง

• โรงบำบัดน้ำ

ใช้สำหรับกรองน้ำดื่มและน้ำเสีย

• ระบบการกรองอากาศ

การฟอกอากาศในอุตสาหกรรมและอาคาร

หลักการและการประยุกต์การกรองเค้ก

ความหมายและกลไกของการกรองเค้ก

กระบวนการสร้างเค้ก

• ขั้นที่ 1: การสะสมครั้งแรก
• ขั้นตอนที่ 2: การสร้างเค้ก
• ขั้นตอนที่ 3: เค้กที่มีความเสถียร

สมการการกรอง

การเปรียบเทียบปัจจัยที่มีอิทธิพล

ผลกระทบของแรงดัน: การเพิ่ม AP มักจะเพิ่มอัตราการกรอง แต่อาจบีบอัดเค้กตัวกรองด้วย

กรองความต้านทานและโครงสร้างของเค้ก: ขนาดอนุภาค รูปร่าง และความพรุนเป็นตัวกำหนดความต้านทาน ความต้านทานเพิ่มขึ้นตามความหนาของเค้กกรอง

ความสามารถในการอัด: เค้กกรองแบบอัดได้มีความต้านทานเพิ่มขึ้นอย่างมากภายใต้แรงดันสูง ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการกรอง

การเปรียบเทียบการกรองแรงดันคงที่และการกรองอัตราคงที่

ตัวอย่างการใช้งานทางอุตสาหกรรม

หลักการทางวิศวกรรมเคมี: ไขปริศนา "การกรองเค้ก"

การกรองเค้กคืออะไร?

เป็นกระบวนการกรองที่แยกได้โดยการสะสมของอนุภาคของแข็งบนพื้นผิวของตัวกลางกรอง จึงเกิดเป็น "เค้กตัวกรอง" สารแยกที่แท้จริงคือตัวเค้กกรองนั่นเอง

กลไกการจับตัวของอนุภาคและการสะสม

• (A) ระยะเริ่มต้น → (B) ระยะเชื่อมต่อ → (C) ระยะคงที่
• ความต้านทานปานกลาง → การเชื่อมอนุภาค → การสร้างเค้กกรอง
• ความต้านทานปานกลาง → การก่อตัวของเค้กกรอง
• ชั้นกลาง ชั้นกรองเค้ก
• หมายเหตุ: ยิ่งการสะสมของอนุภาคหนาขึ้น ความต้านทานก็จะยิ่งมากขึ้น

อัตราการกรองเทียบกับความต้านทาน (โมดูลล่าง-ด้านซ้าย)

• กราฟเส้น หมายเหตุ: อัตราการกรองจะลดลงเมื่อเวลาผ่านไป ความต้านทานการกรองเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป
• สูตร: ความต้านทานรวม=R_medium + R_cake
• แผนผัง: ส่วนต่างของแรงดัน (ΔP) - การเพิ่มส่วนต่างของแรงดันจะช่วยเพิ่มอัตราการกรองได้
• ปัจจัยที่มีอิทธิพล:

1 ความแตกต่างของแรงดัน (ΔP)
2 ขนาดอนุภาค (ความต้านทานการกรองต่ำเทียบกับความต้านทานการไหลสูง)
3 ความหนืดของของไหล
④ ความเข้มข้นของอนุภาค

อัตราการกรองเทียบกับความต้านทาน (โมดูลด้านบน-ขวา)

• กราฟเส้น: อัตราการกรองลดลงเมื่อเวลาผ่านไป
• แผนผัง: ส่วนต่างของแรงดัน (ΔP) - การเพิ่มส่วนต่างของแรงดันจะช่วยเพิ่มอัตราการกรองได้
• สูตร: ความต้านทานการกรองทั้งหมด=R_medium + R_cake

ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการกรอง (โมดูลตรงกลาง-ด้านขวา)

1 ความแตกต่างของแรงดัน (ΔP)
2 ขนาดอนุภาค (ความต้านทานต่ำเทียบกับความต้านทานสูง)
3 ความหนืดของของไหล (ความหนืดสูง ความเหนียว)
④ ความเข้มข้นของอนุภาค
การใช้งานทางวิศวกรรม: ภาพตัดขวาง-ของเพลท-และ-การกดตัวกรองเฟรม

• ฉลากส่วนประกอบ: ท่อป้อน, จาน, กรอบ, ตัวกลางในการกรอง, ทางออกของการกรอง, เค้กกรอง
• กระบวนการ: การให้อาหารและการกด → การกรองและการซัก → การระบายเค้ก

สรุปและการใช้งาน

• ประเด็นสำคัญ:

✅การกรองเค้กเป็นการทำงานของหน่วยทั่วไป
✅ ประเด็นสำคัญ: ความต้านทานต่อเค้กของตัวกรองเป็นปัจจัยหลัก
✅ใช้กันอย่างแพร่หลาย.

• สถานการณ์การใช้งาน:

การแยกวัตถุดิบทางเคมี การเตรียมยา การชี้แจงอาหาร การบำบัดน้ำเสีย

หลักการกรองสารเคมี

ความหมายและกลไกของการกรอง

คำจำกัดความหลัก: กระบวนการแยกส่วนผสมที่เป็นของแข็ง-ของเหลวโดยใช้ตัวกลางที่มีรูพรุน

การเปรียบเทียบโหมดการกรองและสมการที่ใช้บังคับ

• ก. การกรองเค้ก

อนุภาคสะสมอยู่บนพื้นผิวของตัวกลาง ก่อตัวเป็นชั้นเค้กกรอง เค้กกรองทำหน้าที่เป็นสื่อกรองหลัก

• B. การกรองเบดแบบลึก-

อนุภาคติดอยู่ภายในตัวกลางที่มีรูพรุน เหมาะสำหรับสารแขวนลอยที่มีความเข้มข้นของของแข็งต่ำ

• สมการการกรองพื้นฐาน

V = K ⋅ A ⋅ t ⋅ ΔP / [μ (R_m + R_c)]
สัญกรณ์:
V: ปริมาตรของการกรอง
K: คงที่
ΔP: แรงผลักดัน (ความแตกต่างของความดัน)
μ: ความหนืดของสารกรอง
R_m: ความต้านทานของตัวกลางในการกรอง
R_c: ความต้านทานของเค้กกรอง
ตอบ: พื้นที่การกรอง
เสื้อ: เวลา

ปัจจัยที่ส่งผลต่ออัตราการกรอง

• A. ความแตกต่างของแรงดัน (ΔP): ยิ่งความแตกต่างของแรงดันมากขึ้น แรงผลักดันก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้น และโดยทั่วไปแล้ว อัตราการกรองก็จะยิ่งสูงขึ้นตามไปด้วย
• B. ความหนืด (μ): ยิ่งความหนืดของตัวกรองสูง ความต้านทานของของเหลวก็จะยิ่งมากขึ้น ส่งผลให้อัตราการกรองต่ำลง
• C. ขนาดอนุภาค: ยิ่งอนุภาคเล็กลงเท่าไรก็ยิ่งอุดตันรูขุมขนได้ง่ายขึ้นเท่านั้น สิ่งนี้จะเพิ่มความต้านทานของเค้กกรองและลดอัตราการกรอง
• D. โครงสร้างสื่อการกรอง: ความพรุน โครงสร้าง และความหนาของตัวกลางมีอิทธิพลต่อความต้านทานของตัวกลาง การเลือกสื่อที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญ

สื่อและอุปกรณ์การกรองทั่วไป

• A. แผ่น-และ-กดตัวกรองเฟรม

ฉลากส่วนประกอบ: แผ่นกรอง, กรอบตัวกรอง, ผ้ากรอง, ช่องป้อนอาหาร, ช่องกรองออก, กลไกการกด

• B. ตัวกรองสูญญากาศถังหมุน

ฉลากส่วนประกอบ: ถังหมุน, ถังสารละลาย, ชั้นเค้กกรอง, เครื่องขูด, ระบบสูญญากาศ, โซนซักล้าง, จุดจำหน่าย

• ค. ตลับกรอง

ฉลากส่วนประกอบ: ตัวเรือน, ตลับกรอง, ช่องเติมของเหลว, ช่องจ่ายของเหลว

ตัวอย่างการใช้งานทางอุตสาหกรรม

ก. อุตสาหกรรมยา: ใช้ในการผลิตยาเพื่อแยกและทำให้ส่วนผสมทางเภสัชกรรมบริสุทธิ์-เช่น ขจัดสิ่งเจือปนออกจากน้ำซุปหมัก- ดังนั้นจึงรับประกันความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์
ข. วิศวกรรมการบำบัดน้ำ: ใช้ในการบำบัดน้ำดื่มและน้ำเสียเพื่อขจัดสิ่งสกปรก เช่น สารแขวนลอย อนุภาค แบคทีเรีย และจุลินทรีย์ ยังใช้สำหรับการทำน้ำให้บริสุทธิ์ของเทศบาล
C. การแปรรูปทางเคมี: ใช้ในปฏิกิริยาเคมี การนำผลิตภัณฑ์กลับมาใช้ใหม่ และกระบวนการที่เกี่ยวข้องเพื่อแยกตัวเร่งปฏิกิริยา ผลิตภัณฑ์เป้าหมาย ของเสียตกค้าง และผลพลอยได้- ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในปฏิกิริยา คุณภาพของผลิตภัณฑ์ และระดับการทำให้บริสุทธิ์

การกรองแบบไดนามิก

คู่มือที่ครอบคลุม: เทคนิคการแยกประสิทธิภาพสูง-ในวิศวกรรมเคมี

ส่วนที่ 1: ความหมายและหลักการพื้นฐาน

การกรองแบบไดนามิกเป็นกระบวนการแยกโดยของเหลวจะไหลสัมผัสกันตามพื้นผิวของตัวกลางในการกรอง โดยใช้แรงเฉือนเพื่อป้องกันการก่อตัวของเค้กตัวกรอง

ส่วนที่ 2: การวิเคราะห์เปรียบเทียบ

• การกรองแบบคงที่

ทิศทางการไหลในแนวตั้งฉากนำไปสู่การกรองการสะสมเค้กและฟลักซ์ลดลงอย่างรวดเร็ว

• การกรองแบบไดนามิก

การไหลในแนวสัมผัสช่วยลดการก่อตัวของเค้กตัวกรอง โดยรักษาฟลักซ์ให้สูง

ส่วนที่ 3: ประเภทหลัก

• การกรองแบบไหลข้าม-

Tangential Feed, Concentrate Outlet, Filtrate Outlet, Tangential Feed, Concentrate Outlet

• การกรองสูญญากาศแบบหมุน

ถังสารละลาย, ถังหมุน, เครื่องดูดสูญญากาศ, เครื่องขูด, การปล่อยเค้กกรอง, ถังสารละลาย

ส่วนที่ 4: ข้อดีและข้อเสีย

✅ข้อดี

• การดำเนินงานอย่างต่อเนื่อง
• ลดความเปรอะเปื้อน; ยืดอายุการใช้งานของเมมเบรน
• ประสิทธิภาพการแยกและผลผลิตสูง
• ปรับขนาดได้อย่างง่ายดาย

⚠️ข้อเสีย

• การใช้พลังงานที่สูงขึ้น (พลังงานสูบน้ำ)
• ความซับซ้อนของอุปกรณ์สูง
• แรงกดดันในการทำงานอาจสูงขึ้น
• ข้อกำหนดการทำความสะอาดที่เข้มงวด

ส่วนที่ 5: กลไกการป้องกัน-การเปรอะเปื้อน

ความเร็วการไหลเป็นกลุ่ม, การไล่ระดับความเร็ว, สนามแรงเฉือน, การยกเฉื่อย, ผลกระทบจากความปั่นป่วน
แรงเฉือนและความปั่นป่วนที่เกิดจากความเร็วการไหลในแนวสัมผัสสูงจะป้องกันไม่ให้อนุภาคสะสมบนพื้นผิวเมมเบรน

ส่วนที่ 6: การใช้งานทางอุตสาหกรรม

• อุตสาหกรรมยา: การเก็บเกี่ยวเซลล์ ความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์
• การบำบัดน้ำเสีย: สารสกัดเข้มข้น → น้ำที่นำกลับมาใช้ใหม่ การบำบัดตะกอน → การทำให้ตะกอนหนาขึ้น
• อาหารและเครื่องดื่ม: การชี้แจงน้ำผลไม้, ความเข้มข้นของนม
• เทคโนโลยีชีวภาพ: กระบวนการหมัก การแยกโปรตีน การทำเอนไซม์ให้บริสุทธิ์