刚性高分子微孔精密过滤关键技术及其工业应用.doc
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1、刚性高分子微孔精密过滤技术及其工业应用作者:1孙斌,2宋志胜, 3宋显洪 【摘要】液体精密过滤是工业生产特别是化工生产中普遍应用一种重要单元操作。研究开发成功刚性高分子精密微孔过滤技术具备过滤效率高、过滤管可反吹再生、耐化学性能好、操作简朴、使用寿命长等特点,既可用作高效精密滤饼过滤,也可用作高效液体精密澄清过滤,通过对的过滤工程设计,已获得广泛应用,并获得了明显经济效益。【核心词】高分子,微孔,精密,过滤,滤饼,澄清,再生,设计,工业,应用1高分子精密微孔过滤技术概述1.1 液体精密过滤及当前应用状况化工生产中液固分离是常用化工操作单元,涉及沉降和过滤分离两大类。由于前者规定固液两相必要有一
2、定密度差,而后者不受限制,因而过滤分离在工业生产中应用较广。非均相液固过滤分为粗级过滤(100过滤精度)、亚精密过滤(10010过滤精度)、精密过滤(101过滤精度)与超精密过滤(10 1过滤精度)。而过滤精度不大于0 1应归属于均相分离超滤、纳滤及反渗入。对于大多数化工液体而言,须要进行精密过滤。当前,不不大于10粗级过滤与亚精密过滤,通过采用以各种非金属、金属滤布或滤网作过滤介质,各种间歇或持续过滤机基本可满足规定。精度不大于1液体采用超精密过滤,如各种有机或无机微孔膜也可获得较好解决。101液体精密过滤,按形成滤饼与否分为两种方式,即可形成滤饼层 “液体精密滤饼过滤”和不形成滤饼层 “液
3、体精密澄清过滤”。当前工业生产精密滤饼过滤其过滤介质大多采用整体型用作亚精密过滤滤布、滤网或滤毡。过滤前期,某些不大于10m微粒会穿漏,只有进行重复循环,待10m左右微粒形成一定厚度滤饼,过滤精度才逐渐提高至精密过滤规定,即存在过滤效率较低问题。另一方面,由于滤布或滤网为非刚性,对较黏细颗粒形成滤饼难以简便卸除。作为精密澄清过滤过滤介质,涉及整体型和分散型两类。整体型普通是厚度较厚烛型滤芯、滤毡或滤板等,当其内部孔隙被微粒堵塞无法继续过滤时,常因难以有效再生而丢弃,故这种过滤办法需消耗大量滤材。分散型滤材有颗粒分散型与长纤维分散型两种,它们均可再生,并可长期重复使用。但是当其孔隙内截留了相称量
4、粘细微粒后,容易产生板结或结块现象,导致过滤发生沟流,严重影响过滤效率;同步由过滤介质孔隙率大,细颗粒很容易穿滤出去,因而过滤精度往往不稳定;此外,这些过滤介质再生时消耗大量反冲洗水,而解决这些反洗水,另需过滤装置,否则会严重污染环境。不难看出,虽然应用最广泛精密过滤具备构造简朴、操作简便特点,但存在过滤效率不高、产品质量不稳定、收率和劳动生产率不高、成本较大、甚至污染环境问题,因而成为当前较薄弱过滤分离操作。1.2新型高分子精密微孔过滤技术为解决液体精密过滤存在局限性,国内科技工作者从20世纪 60年代开始从事以刚性高分子为过滤介质微孔过滤技术研制与开发。当前,已完毕了刚性高分子烧结管成型机
5、理、制造工艺与装备、过滤性能与化学性能、烧结管应用技术等基本研究,并完毕了各种精密滤饼过滤机与各种精密澄清过滤机构造开发以及它们在化工生产上几百种液体过滤实验测试,同步过滤成功进行了几十种工业生产高分子精密应用,已形成硬件(涉及高分子微孔烧结过滤管与各种微孔精密机制造)与软件(物料过滤性能测试、过滤工程设计、计算、应用)都比较成熟与完整新型液体精密过滤技术。高分子精密微孔过滤核心元件过滤介质,是一种以烧结聚乙烯为重要原料微孔管,通过活化、改性、复合等特殊工艺而制成,其形状重要有管形与板形两大类。管形直径为13120、厚度2.5-30um,最长为1500;板型直径最大为1200、最大厚度为40。
6、它们管(板)壁上布满了毛细小孔,平均孔径为2140,最高过滤精度为0.3,普通为0.51。微孔管具备一定刚性,耐外压0.20.5,耐内压0.41。刚性高分子精密微孔过滤基本原理是:运用微孔管正向过滤,反向冲洗、再生(参见图1)。工作时,待过滤物输送到过滤器内,由于压力推动,迫使滤液流向微孔管,其中固体杂质微粒被微孔管捕获,在管外形成滤渣,由渣料出口定期排出;而过滤液穿越微孔后,汇集到过滤溶液出料口流出,从而实现溶液过滤分离。当微孔管工作一段时间后,微孔堵塞严重时,可暂停过滤,从反向冲洗口或正向冲洗口通入清洗物,将微孔管冲洗(反向冲洗为主),使微孔管再生而继续进行溶液过滤,如此循环 图1 刚性高
7、分子精密微孔过滤原理 1. 过滤液进口 2. 正向冲洗入口 3. 过滤液出口(反向冲洗入口) 4. 过滤器外壳 5. 微孔管 6. 渣料出口1.3高分子精密微孔过滤重要特点它重要长处是:(1)过滤效率高。用于液固精密过滤,最小可过滤0 5,过滤效率可不不大于99.9%;(2)缷除滤饼简便。运用压缩气体,对微孔过滤管进行迅速反吹,可很以便地将缷除微孔管外表面形成滤饼,劳动强度低; (3)再生效率高。用“气-水混合流体”迅速反吹法,可对微孔管进行高效、简朴物理再生,微孔管可长期使用;(4)耐腐蚀性能好。微孔过滤管耐酸、碱、盐及大某些有机溶剂;(5)维护检修以便。精密微孔过滤机构造较简朴,微孔过滤管
8、相对密度小,维护与检修均较以便;(6)动力消耗小。过滤压差普通不超过0.3,动力消耗较小;(7)占地面积少。大某些精密微孔过滤机为立式,每单位过滤面积所需占地面积较少;(8)自动化限度较高。精密微孔过滤机如配以自动阀门与控制装置,可以达到全自动或半自动操作;(9)适应性广。精密微孔过滤机已有各种构造和类型,几乎可以满足所有化工生产各种工况液体精密过滤;(10)工作环境好。过滤操作为密闭操作,生产场地干净、卫生。这种新型精密过滤技术重要缺陷有:(1)耐温不高:微孔过滤管最高使用温度不超过80,微孔过滤管最高使用温度不超过120(但是,大多数工业过滤应用中,其工作温度都不超过120);(2)滤饼干
9、度不高:由于采用压缩气体正吹法对滤饼脱水(液),滤饼干度不及皮膜挤压板框式压滤机与三足式离心机。1.4与刚性陶瓷、金属微孔过滤技术比较20世纪60年代至今,相继诞生陶瓷类粉末烧结微孔过滤管、金属类粉末烧结微孔过滤管与高分子类粉末烧结微孔过滤管等三类刚性烧结微孔过滤管,均可作为微米级精密过滤介质,既可用作精密滤饼过滤,也可用作精密澄清过滤。这几类过滤管均可重复再生使用,寿命均较长。陶瓷类最大特点是耐温高,耐大多数化学物质与各种溶剂;重要缺陷是重量重,抗拉强度不高,有还很脆,安装与维修不以便。此外,反吹再生效率较低。金属类最大特点是耐温高,机械强度高;重要缺陷是价格昂贵,耐无机酸等某些化学物质性能
10、不抱负。相比之下,高分子类介质有如下明显长处:(1)化学性能最优秀。对于各种酸、碱、盐等溶液非常稳定,能耐醇、醛与脂肪烃等溶剂侵蚀,基本上不与任何溶剂起反映;(2)无毒、无害、无气味、无介质脱落,非常适当于生物、医药、食品及生活卫生等行业,而烧结金属、烧结陶瓷等过滤介质不也许具备这种性能;(3)机械性能较好。特别抗冲击强度高,再加工性能好(车、刨、锯、焊等),不易损坏,可安装在各种设备上使用;(4) 密度小。安装、使用与维修非常以便,这是陶瓷与烧结金属等介质不能比拟;(5) 可制成各种形状与尺寸管,其毛细孔孔径可以控制到任何规格,当前做孔径为5120;(6) 可重复再生。操作简朴,再生效率较高
11、,使用寿命长,最短3年,最长可达六年,这是任何其她过滤介质都达不到;(7)价格比较低。高分子介质重要缺陷是耐温不高,最高不超过120。但是,由于许多化工生产其液体过滤时温度不超过100,因而高分子类烧结微孔管在化工生产上有较好应用前景。1.5过滤设计及选型微孔微米级高分子精密微孔过滤技术应用涉及过滤工程设计和建立过滤系统。一种完整过滤系统涉及如下三个某些:即高分子精密微孔过滤机(内装高分子微孔过滤管)、辅助装置(重要指物料输送泵和用于反吹再生空压机、储气罐)、过滤系统工艺管道连接及控制装置。为了在生产应用中完全发挥这种新型液体精密过滤技术功能,建立过滤系统前,必要进行对的过滤工程设计,它们涉及
12、被过滤物料过滤性能测试,平均滤速计及过滤面积计算,微孔过滤管与精密微孔过滤机型号与规格选用,工艺管线连接、控制流程设计,过滤机安装与操作法制定等。其中最重要是过滤物料过滤性能参数测定与物料平均滤速计算。高分子微孔过滤专家、国务院突出贡献津贴享有者、温州东瓯微孔过滤有限公司、宋显洪专家1等提出了新型液体精密过滤物料平均滤速计算,简介如下:(一)液体精密滤饼过滤滤速及关于参数物料平均滤速W按下式计算:W= =(Rm/ct)2+2P/ct)0.5-Rm/ct(1)式中,W物料平均滤速,m/s; Rm微孔管阻力,1/m;滤饼平均比阻,1/m2;c滤饼体积/滤液体积;P过滤压差,N/m2;t每一周期过滤
13、时间,s;滤液动力粘度,Pa.s。需要测定在不同压差下滤饼平均比阻,然后归纳出比阻与P之间关系式:=0+s(2)式中0、s与滤饼性能关于参数。在滤饼过滤中,特别是微米级精密过滤,往往存在一种最佳过滤压差Popt。最佳过滤压差可按下式计算:Popt=(0+Rm/S)/(S-1)1/s(3)式中S滤饼层厚度,m。计算出Popt后,按式(2)算出最佳压差下值。将P与值代入式(1),即可算出t时间内平均滤速W,再依照工程所需过滤液流量,计算出所需过滤面积。由滤液流量、过滤面积、最大滤饼厚度等参数即可拟定精密微孔过滤机型号、规格、排渣口直径及其她有关尺寸。(二)液体精密澄清过滤计算由于基本不形成滤饼或只
14、形成极薄滤饼,故不能按滤饼计算方式计算。精密澄清过滤平均滤速W按下式计算:W=b/(t-a)(4)式中t每一周期内过滤时间,s;a、b与物料内微粒性质及浓度关于参数,可通过小型实验测定。a、b与t值密切有关,因而应测定不同t值下a、b值。同上,得出物料平均滤速后,即由流量计算所需过滤面积,再选用适当精密微孔过滤机参数。当前,广泛应用高分子精密微孔过滤机已有10各种系列,材料有不锈钢(304或316)、碳钢或碳钢内衬防腐层(橡胶、塑料或其她防腐材料),可按需选用。重要品种有:(1)系列。过滤面积11502,用于含固体很少液体精密澄清过滤。构造为圆柱形壳体内垂直安装一系列微孔管,过滤机底部有小直径
15、气缸操作排渣底盖;(2)系列。过滤面积53002,用于含固量较多且需较干滤饼液体精密滤饼过滤。构造为圆柱形壳体内垂直安装一系列微孔管或由微孔管组装成过滤管排,过滤机底部是由气缸传动或油缸传动直径4001200快开底盖; (3)系列。过滤面积3602,用于含固量较多,每批物料要所有滤完、无剩料回流、上下批料不混批,需要较干滤饼液体精密滤饼过滤,也可用于含固量很少、规定上下批不混批液体精密澄清过滤。构造为圆柱形壳体内垂直或水平安装微孔管,底部为气缸或油缸操作大排渣底盖,底盖上安装过滤介质;(4)系列。过滤面积0 252,用于液体总量较少而固体浓度很高液体精密滤饼过滤,如细结晶体过滤及滤饼洗涤。构造
16、为圆柱形壳体内普通不装过滤介质,底部安装微孔过滤板。如上顶盖为快开盖,卸滤饼时筒体向下翻转,如底盖为快开底盖,卸滤饼时筒体不动,底盖打开从下部卸滤饼;(5)系列。内装搅拌叶,重要用于解决量大并对滤饼进行搅拌打浆洗涤,最后排出干滤饼精密滤饼过滤;(6)系列。类似管道过滤器构造,重要用于含固量很少,总过滤量也很少液体精密滤饼过滤或液体精密澄清过滤。2刚性高分子精密过滤技术在工业(化工)生产中应用2.1含固体杂质较多精密滤饼过滤在化工生产上,较广泛应用液体精密滤饼过滤有粉末活性炭脱色液精密过滤,由于较普遍采用粉末活性炭脱色,能否将脱色后细至0.5炭粒所有滤除,已成为影响产品质量核心操作之一。高分子精
17、密微孔过滤技术解决了这些生产中长期影响产品质量炭粒易穿漏问题。除粉末活性炭过滤外,PG系列过滤在滤饼过滤尚有诸多应用实例:(1)发酵液或酶解决液过滤。已用于某些生物发酵液与酶解决液除渣过滤,滤液透明度高,排渣以便;(2)催化剂过滤。催化剂精密过滤在精细化工、制药与石油化工等行业,无论催化剂生产工艺或催化剂应用工艺,都必要对催化剂进行过滤(有还要洗涤),大多数催化剂为颗粒很细贵重金属,用普通过滤装置难以达到高效分离,而型精密微孔过滤机可以做到100%分离,此外,排滤饼与微孔管再生等操作都很简便。已大量用于各种催化剂过滤,如某些石油催化剂与化肥催化剂制造中过滤很细催化剂,如钯催化剂,某些石油催化剂
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- 刚性 高分子 微孔 精密 过滤 关键技术 及其 工业 应用
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