第四章　中和

第一节　中和除杂原理

一、中和除杂原理

1.中和原理

中和是酸与碱相互作用生成盐和水的过程。强酸与强碱中和实际上是酸分子中的氢离子与碱分子中的氢氧根离子相互结合生成难于电离的水分子的反应：

亚硫酸钠生产中的中和是指吸收液与稀碱液（生产七水亚硫酸钠时用浓碱液）反应生成亚硫酸钠的过程。其反应如下：

2.除杂原理

在无水亚硫酸钠生产中需要脱色除杂。有色冶炼烟气中含有较多的重金属杂质，为了控制产品中重金属含量，可向溶液中加入少量硫化碱，反应生成金属硫化物，因为重金属硫化物在水中的溶解度较小，通过过滤除去沉淀物，起到去除重金属离子的目的。主要反应如下：

二、过滤

过滤是分离悬浮液最普遍和最有效的单元操作之一。与沉降分离相比，过滤操作可使悬浮液的分离更迅速、更彻底。在某些场合下，过滤是沉降的后续操作。过滤也属于机械分离操作，与蒸发、干燥等非机械操作相比，其能量消耗比较低。

（一）过滤操作的基本概念

过滤是以某种多孔物质为介质，在外力作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道排出，而固体颗粒被截流在介质上，从而实现固、液分离的操作。过滤操作采用的多孔物质称为过滤介质，所处理的悬浮液称为滤浆或料浆，通过多孔通道的液体称为滤液，被截流的固体物质称为滤饼或滤渣。

实现过滤操作的外力可以是重力、压强差或惯性离心力。在化工中应用最多的还是以压强差为推动力的过滤。

（二）过滤方式

工业上的过滤操作分为两大类，即饼层过滤和深床过滤。饼层过滤时，悬浮液置于过滤介质的一侧，固体物质沉积在介质表面形成滤饼层。过滤介质中微细孔道的直径可能大于悬浮液中部分颗粒。因此，过滤之初会有一些细小颗粒穿过介质而使滤液浑浊，但是颗粒会在孔道中迅速地发生“架桥”现象，使小于孔道直径的细小颗粒也能被截拦，故当滤饼开始形成，滤液即变清，此后过滤才能有效地进行。可见，在饼层过滤中，真正发挥拦截颗粒作用的主要是滤饼层而不是过滤介质。饼层过滤适用于处理固体含量较高（固相体积分数约在1％以上）的悬浮液。

在深床过滤中，固体颗粒并不形成滤饼，而是沉积于较厚的粒状过滤介质床层内部。悬浮液中的颗粒尺寸小于床层孔道直径，当颗粒随流体在床层内的曲折孔道中流过时，便附在过滤介质上。这种过滤适用于生产能力大而悬浮液中颗粒小、含量甚微（固相体积分数约在1％以下）的场合。自来水厂饮用水的净化和从合成纤维纺丝液中除去极细固体物质等均采用这种过滤方法。

（三）过滤介质

过滤介质是滤饼的支撑物，它应具有足够的机械强度和尽可能小的流动阻力，同时，还应具有相应的耐腐蚀性和耐热性。

工业上常用的过滤介质主要有下面三类。

1.织物介质（又称滤布）

织物介质包括由棉、毛、丝、麻等天然纤维及合成纤维制成的织物，以及由玻璃丝、金属丝等制成的网。这类介质能截留颗粒的最小直径为5μm～65μm。织物介质在工业上应用最为广泛。

2.堆积介质

堆积介质由各种固体颗粒（细沙、木炭、石棉、硅藻土）或非编制纤维等堆积而成，多用于深床过滤中。

3.多孔固体介质

多孔固体介质具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶瓷、多孔塑料及多孔金属制成的管或板，能截拦直径为1μm～3μm的微细颗粒。