張國忠 忻州市工業(yè)學(xué)校

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高分子精密度過濾在化工領(lǐng)域中的應(yīng)用

張國忠 忻州市工業(yè)學(xué)校

摘 要：近年來高分子精密過濾技術(shù)在化工領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，本文對此進(jìn)行分析探討，對化工行業(yè)的發(fā)展具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：高分子 精密過濾 化工

一、化工液體過濾技術(shù)分類及其不足

固液分離是化工生產(chǎn)過程中的主要環(huán)節(jié)之一，在實(shí)際生產(chǎn)中，固液分離的形式主要包括過濾分離以及沉降分離，二者相比較，過濾分離的應(yīng)用范圍相對廣泛，如果采用沉降分離，那么固體和液體必須要存在一定的密度差方可，因此在化工領(lǐng)域中，過濾分離的應(yīng)用更為普遍。依據(jù)過濾精密度進(jìn)行劃分，過濾分離技術(shù)主要可以分為4類，如表1所示。

表1：化工液體過濾技術(shù)分類

通常情況下，化工生產(chǎn)中主要采用精密過濾。

就眼下來看，大于10μm的亞精密過濾以及粗級(jí)過濾大都采用金屬濾布或?yàn)V網(wǎng)作為過濾介質(zhì)，基本能夠滿足需求，然而應(yīng)用最為普遍的精密過濾尚且存在一些不足，具體包括以下幾個(gè)方面:

首先，10-1μm液體精密過濾主要包括液體精密濾餅過濾以及液體精密澄清過濾，二者的區(qū)別在于，前者可形成濾餅層，后者不形成濾餅層。就目前而言，精密濾餅過濾的介質(zhì)通常采取整體型濾氈、濾網(wǎng)、濾布，其在實(shí)際應(yīng)用過程中，存在兩大不足，一是在過濾前期的過濾效率不佳，小于10μm的微粒會(huì)出現(xiàn)穿漏問題，因此必須要循環(huán)過濾多次，使10μm左右的微粒形成一定厚度的濾餅，這樣才能滿足過濾需求。二是由于濾網(wǎng)以及濾布均屬于非剛性材料，因此對于較黏細(xì)顆粒產(chǎn)生的濾餅，卸除較為困難。

其次，精密澄清過濾的介質(zhì)大致可以分為兩類，一類是分散型介質(zhì)，另一類是整體型介質(zhì)，一般情況下，整體型介質(zhì)采用較厚的燭型濾芯、濾板或者濾氈，這些材料必須要頻繁更換，很難有效再生，因此使用成本居高不下。而分散型濾材又包括長纖維型以及顆粒型兩種，這些材料均可以再生利用，不過也存在一些不足，例如分散型濾材的空隙內(nèi)通常會(huì)出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象，這樣就會(huì)在過濾過程中引起溝流問題，降低過濾效率。再比如分散型濾材的孔隙率較大，因此細(xì)顆粒的穿濾現(xiàn)象十分常見，大大影響了過濾質(zhì)量。

二、新型高分子精密過濾技術(shù)

（一）微孔過濾技術(shù)

由于液體精密過濾存在上述問題，因此如何切實(shí)提高過濾效率和過濾質(zhì)量，成為了領(lǐng)域內(nèi)廣泛關(guān)注的問題，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前新型液體精密過濾技術(shù)在軟件和硬件方面都已經(jīng)更加成熟，例如在軟件方面，過濾物料的性能測試方法和過濾設(shè)計(jì)計(jì)算方法已經(jīng)比較成熟，而在硬件方面，精密過濾機(jī)的制造技術(shù)以及高分子微孔燒結(jié)過濾管的制造技術(shù)都已經(jīng)更加成熟。

在高分子精密過濾技術(shù)中，過濾介質(zhì)是主要的核心元件，目前普遍采用的高分子微孔管主要是以燒結(jié)聚乙烯為原料，再通過改性、活化以及復(fù)合等工藝流程，即可使管壁上布滿毛細(xì)小孔，平均孔徑一般為2-140μm，使用高分子精密過濾技術(shù)之后，過濾精度可以達(dá)到0.5-1μm，并且微孔管耐內(nèi)壓為0.4-1MPa，耐外壓為0.2-0.5MPa，剛性較好。

高分子精密過濾的原理大致如圖1所示。

圖1： 高分子精密過濾的原理示意圖

在實(shí)際作業(yè)時(shí)，待過濾物流向微孔管，微孔管可以將固體雜質(zhì)微粒捕捉，進(jìn)而在微孔管外產(chǎn)生濾渣，再定期將濾渣排除，過濾液穿過微孔管之后，會(huì)在出料口匯集、流出，實(shí)現(xiàn)過濾作用。

過濾過程中如果出現(xiàn)微孔管嚴(yán)重堵塞的現(xiàn)象，可以暫時(shí)中斷過濾，根據(jù)實(shí)際情況從正向沖洗口或者反向沖洗口通入清洗物，這樣即可實(shí)現(xiàn)微孔管的再生，之后繼續(xù)進(jìn)行過濾。

（二）高分子精密過濾技術(shù)的優(yōu)勢和不足

高分子精密過濾技術(shù)主要具有以下幾方面優(yōu)勢：（1）再生效率高。通過反吹法可以實(shí)現(xiàn)微孔管的物理再生，并且再生過程高效、簡潔，如此一來，微孔管可以長期使用；（2）過濾效率高。采用高分子精密過濾技術(shù)，過濾精度可以達(dá)到0.5μm，過濾效率能夠達(dá)到甚至超過99.9%；（3）耐腐蝕性能較強(qiáng)。微孔管耐鹽、耐堿、耐酸性較強(qiáng)，并且對大部分有機(jī)溶液都具有良好的耐腐蝕性。（4）濾餅便于卸除。傳統(tǒng)過濾技術(shù)中，濾餅卸除較為繁瑣，而應(yīng)用高分子精密過濾技術(shù)之后，只需快速反吹，即可快速卸除濾餅；（5）動(dòng)力消耗較小。在高分子精密過濾技術(shù)中，過濾壓差一般都在0.3MPa以下，因此動(dòng)力泵消耗較小。（6）便于檢修維護(hù)。高分子精密過濾設(shè)備的結(jié)構(gòu)較為簡潔，微孔管相對密度較小，因此在檢修和維護(hù)工作中，工作人員更加省時(shí)省力。（7）自動(dòng)化程度高。高分子精密過濾設(shè)備可以裝配自動(dòng)控制裝置以及自動(dòng)閥門等元件，這樣即可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)或全自動(dòng)操作。（8）占地面積小。高分子精密過濾設(shè)備大多為立式，因此單位過濾面積占地較小。（9）工作環(huán)境好。在高分子精密過濾技術(shù)中，整個(gè)作業(yè)流程均是在密閉環(huán)境中完成，因此可以保證生產(chǎn)場地的衛(wèi)生。（10）適用范圍較廣。高分子精密過濾設(shè)備可以劃分為多種系列，不同系列具有不同的結(jié)構(gòu)，因此能夠適應(yīng)各種工況。

而高分子精密過濾技術(shù)的不足則主要體現(xiàn)在以下兩方面：（1）濾餅干度不及三足式離心機(jī)法與板框式壓濾機(jī)；（2）微孔管的耐高溫性偏低，一般不能高于120℃，如果是大量化工液體過濾，最高溫度不宜高于100℃.

（三）過濾工程基本設(shè)計(jì)計(jì)算

為了充分發(fā)揮高分子精密過濾技術(shù)的優(yōu)勢，在實(shí)際過濾之前應(yīng)該嚴(yán)格做好物料平均濾速的計(jì)算以及物料過濾性能測試等工作。

液體精密濾餅過濾的平均濾速計(jì)算公式如下：

W為物料平均濾速(m/s) △Popt為最佳過濾壓差(N/ m2)

Rm為微孔管阻力(l/m) u為濾液動(dòng)力粘度(Pa.s)

a為濾餅平均比阻(l/m2) a0、λ、s為濾餅性能有關(guān)的參數(shù)

c為濾餅體積/濾液體積 △S為濾餅層厚度(m)

t為每一周期的過濾時(shí)間(s)

計(jì)算出平均濾速W，之后依據(jù)工程所需過濾液流量，即可計(jì)算出過濾面積，再通過最大濾餅厚度、過濾面積、濾液流量等參數(shù)，就可以計(jì)算出微孔管精密濾餅過濾機(jī)的各種尺寸以及參數(shù)。

液體精密澄清過濾的平均濾速的計(jì)算公式如下：

W=b/(t-a) （4）

其中t為每一周期內(nèi)的過濾時(shí)間(s) ；a、b為與物料內(nèi)微粒性質(zhì)、濃度及t值有關(guān)的參數(shù)，通過小型實(shí)驗(yàn)測定能夠得出a、b的數(shù)值。

此外計(jì)算出物料平均濾速之后，就可以通過流量來得出過濾面積，之后即可選擇適當(dāng)?shù)囊?guī)格參數(shù)。

三、化工領(lǐng)域中的高分子精密過濾技術(shù)

在化工生產(chǎn)過程中，有些化工液體中含有很多的固體雜質(zhì)，在傳統(tǒng)的過濾工藝中，粉末活性炭脫色液過濾技術(shù)的應(yīng)用一直比較廣泛，然而傳統(tǒng)過濾工藝無法高效濾除脫色后細(xì)至0.5μm的炭粒，因此對化工產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生了一定的影響。高分子精密過濾技術(shù)應(yīng)用之后，有效解決了這一問題，例如在化工液體去除大量固體雜質(zhì)的過程中，或者重金屬廢水、含氟廢水、含硫廢水的過濾過程中，高分子精密過濾技術(shù)的過濾效率和過濾質(zhì)量均比較顯著，可以快速在微孔管上形成一定厚度的濾餅，有效避免了微粒穿漏問題，而且可以高效再生，排渣簡便。

此外在化工生產(chǎn)過程中，有些廢水、液體原料中固體雜質(zhì)較少，需要精密過濾，例如工業(yè)冷卻水循環(huán)過濾、工業(yè)生產(chǎn)用水過濾、多種無機(jī)酸過濾、二次鹽水過濾等等，由于這些液體中含有的固體雜質(zhì)一般較少，因此通常無法形成濾餅，同時(shí)固體雜質(zhì)有時(shí)還具有一定的粘性，傳統(tǒng)過濾技術(shù)難以保證過濾質(zhì)量，并且材料使用壽命會(huì)受到很大影響。而應(yīng)用高分子精密過濾技術(shù)之后，澄清過濾效率能打達(dá)到乃至超過96%，濾液的澄清度很高，透光率可以達(dá)到或高于99.9%，并且過濾材料能夠再生，過濾成本較低。

參考文獻(xiàn)：

[1]嚴(yán)昊,徐建,潘國元,張楊,郭敏,張龍貴,苗小培,劉軼群. 不同結(jié)構(gòu)聚砜超濾膜對聚乙二醇的過濾性能研究[J].膜科學(xué)與技術(shù),2013,05:43-47.