過濾高黏度物料的多層復合過濾介質(zhì)

楊占平 黃 驊 張 麗 肖 峰 陳曉璐 吳 芳 都麗紅

(1.南通醋酸纖維有限公司；2.天津大學化工學院；3.上海化工研究院)

**通訊作者。

過濾高黏度物料的多層復合過濾介質(zhì)

楊占平**1黃 驊1張 麗**1肖 峰1陳曉璐1吳 芳2,3都麗紅2,3

(1.南通醋酸纖維有限公司；2.天津大學化工學院；3.上海化工研究院)

介紹了可壓縮、高黏度及膠狀物等難過濾物料的性質(zhì)、過濾難題和強化過濾分離的方法，針對實例設(shè)計了六層復合結(jié)構(gòu)濾布并測試了其過濾效果。

多層復合過濾介質(zhì) 高黏度 可壓縮 難過濾物料 過濾精度

現(xiàn)代工業(yè)的高度發(fā)展對過濾的要求越來越高，難過濾物料越來越多，單純依靠過濾介質(zhì)利用機械截流的機理進行過濾與分離已難以勝任[1～3]。過濾與分離的工業(yè)懸浮液中難過濾物料包括：高黏度、高分散、高可壓縮物料，不定形膠狀物、膠體(粒徑在1μm左右)、發(fā)酵液、懸浮液中含有油類、脂類及乳化狀物質(zhì)等[3,4]。難過濾物料中的可壓縮、高黏度及不定形膠狀物等物料加壓后成糊狀，易堵塞孔隙，粘在過濾介質(zhì)表面，介質(zhì)堵塞后阻止液體通過，使操作壓力逐步升高，濾餅比阻上升[4～6]。因此，吸附過濾、選擇性過濾、化學/電場吸附、新型復合過濾介質(zhì)的開發(fā)與使用，預過濾技術(shù)(包括絮凝、凝聚、加助濾劑)，特別是采用添加表面活性劑(乳化劑、破乳劑)等技術(shù)發(fā)展迅速。

1 難過濾物料的過濾難題

對可壓縮、高黏度及不定形膠狀物等難過濾物料進行加壓濾餅過濾時，由于物料可壓縮，過濾不久壓力上升，濾餅被壓實(比阻上升)，過濾速度急劇下降，同時濾布內(nèi)的通道和濾餅內(nèi)可通過濾液的毛細管通道也被堵死，隨著過濾時間的延續(xù)，過濾速度趨近于零。若進一步加壓，泵送壓力使來料在濾餅表面橫向穿流，沖刷成一條條橫向溝槽，溝槽一旦出現(xiàn)不易自行修復。靠近過濾介質(zhì)處的濾餅壓得較實，比阻較大，發(fā)生橫向穿流的可能性較小。若流量波動大，過濾時間增長，由橫向穿流形成的溝槽也有可能深及濾餅底部。若再進一步加壓，泵的正壓力對濾餅表面產(chǎn)生壓力，可使濾餅產(chǎn)生龜裂(也稱縱向溝槽)，縱向溝槽的產(chǎn)生會導致后續(xù)來料液直接從溝縫中穿過濾餅層直達濾布層，而且通道直徑越來越大，使出口濾液中的截留精度下降。另外，這種過濾工況，濾材孔隙被膠狀物和小顆粒堵塞住，需經(jīng)常清洗濾材也必然導致其壽命縮短。

2 難過濾物料的強化過濾

難過濾物料強化過濾技術(shù)有：增加推動力，凝聚，絮凝，高效增濃，添加助濾劑、表面活性劑及酶制劑等[4,5,7]。

對可壓縮、高黏度、不定形膠狀物料的過濾，新型復合過濾介質(zhì)的開發(fā)與使用是關(guān)鍵。高黏度膠狀物是典型的難過濾物料，在進行濾餅過濾時應采取的有效方法有[3,8,9]：

a. 加入經(jīng)篩選后的助濾劑，改善濾餅結(jié)構(gòu)；

b. 根據(jù)濾餅比阻和可壓縮性系數(shù)的大小，科學確定操作壓力，盡可能減小由于增壓而引起的比阻的增大；

c. 對于不同性質(zhì)的物料，選擇使用具有多種復合功能的新型過濾介質(zhì)。

3 過濾介質(zhì)復合功能的實現(xiàn)

過濾介質(zhì)是過濾設(shè)備的主要部件(被稱為過濾設(shè)備的心臟)，近二、三十年來發(fā)展迅速[2,3,9]。我國將土布作為過濾介質(zhì)是在20世紀，后來又出現(xiàn)尼龍、丙綸、玻璃纖維及無紡布等濾布。隨著科學技術(shù)的進步，防靜電、耐溫、抗菌及抗紫外線等織物應用越來越廣泛[8～11]。

3.1 新型多功能復合濾布

提高顆粒的截留率、可剝離性和濾液的通過量是新型濾布發(fā)展的主要方向之一。科研和生產(chǎn)人員不斷開發(fā)新型結(jié)構(gòu)濾布。

3.1.1雙層復合濾布

具有濾布支撐與分離層的雙層復合濾布(圖1)可增大過濾的有效面積[2,3,9]，還具有顆粒不易進入孔隙、可避免濾網(wǎng)堵塞及避免起皺折等優(yōu)點。采用雙層復合濾布比單層濾布處理量高，過濾時間短。

圖1 雙層復合濾布

3.1.2三明治式濾布

三明治式濾布[3]由織造濾布、針刺氈和支撐濾布組成。織造濾布的功能主要是表面過濾，對剛性顆粒起截留作用；針刺氈的功能是進行深層過濾，截留物料中容易變形、不定形的粘膠類粒子；支撐濾布主要起支撐作用。化纖熔融體生產(chǎn)中主要使用這種濾布，在制藥和輕工行業(yè)菌絲體中也可使用。

3.1.3纖維狀活性炭與化纖組合編制成的濾布

纖維狀活性炭與化纖組合編制成的濾布具有截留、脫色和吸附功能，常用在制藥工業(yè)成品脫色工藝中[11]。

3.2 濾布織造工藝的改良

提高濾布的截留、卸餅及流體分配均勻性等功能可以通過改進濾布織造工藝來實現(xiàn)。對織造后的濾布進行后處理，使某些過濾特性得以增強。其主要加工處理方式有：

a. 熱處理，可釋放出濾布的應力，提高濾布的穩(wěn)定性；

b. 砑光，使濾布表面光滑、孔徑縮小，提高粒子捕集效率并有利于濾餅剝落；

c. 表面涂膜，在濾布表面涂一層如聚氨酯或者特氟隆光滑的多孔層，是濾布發(fā)展的新趨勢。

4 應用實例

采用符合國家標準的乳膠微粒，粒徑分布變異系數(shù)控制在5%以內(nèi)。用蒸餾水或去離子水，將一定粒徑的乳膠微粒(密度1.05g/cm3)配制成200mL的試驗液，加入的標準粒子約為每毫升5 000(±20%)粒。針對此種可壓縮、高黏度、不定形膠狀物的難過濾物料，為確保過濾效果(包括處理量和截留精度)，筆者設(shè)計了六層復合結(jié)構(gòu)濾布(圖2)，并對該濾布的性能進行測評，其中截留精度采用ISO 4402/ISO 11171規(guī)定的遮光法原理進行測定[12](過程和原理不再贅述)。

圖2 六層復合結(jié)構(gòu)濾布示意圖

六層復合結(jié)構(gòu)組合后的平均沸騰孔徑為41.59μm；第1層平均沸騰孔徑為116.02μm；第2層平均沸騰孔徑為53.14μm；第2、4兩層疊加后的平均沸騰孔徑為41.59μm；第6層平均沸騰孔徑為350.12μm。

第1層和第2層超細纖維在過濾過程中起主要截留作用。而第2層和第4層這兩層更是起到了截留顆粒的作用。第3層和第5層起了納污、截留的作用。第1層和第6層、第3層和第5層也分別起到了復合過濾介質(zhì)原設(shè)計的設(shè)想。

過濾介質(zhì)(六層組合)的平均透水速率為7.16×10-3m3/(m2·s)。截留精度與過濾介質(zhì)的孔徑有關(guān)，過濾介質(zhì)(六層組合)也達到了預想的截留精度(85%)。

5 結(jié)束語

針對可壓縮、高黏度、膠狀物等難過濾物料，選擇了多層復合過濾介質(zhì)并進行相關(guān)性能(流量、阻力和截留精度)測定，結(jié)果表明，采用多層復合結(jié)構(gòu)的過濾介質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，相關(guān)過濾性能均達了到預期目標。

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Multi-layerCompositeFiltrationMediumforHighViscosityMaterials

YANG Zhan-ping1, HUANG Hua1, ZHANG Li1, XIAO Feng1, CHEN Xiao-lu1, WU Fang2,3, DU Li-hong2,3

(1.NantongCelluloseFibersCompanyLtd.,Nantong226008,China; 2.SchoolofChemicalEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China;
3.ShanghaiResearchInstituteofChemicalIndustry,Shanghai200062,China)

The characters of compressible materials were introduced, including their filtration separation methods and difficulties in the operation. Considering this, a six-layer composite filter cloth was designed and its filtration effect was tested.

multi-layer composite filtration medium, high viscosity, compressible, materials with difficulty in filtration, filtration precision

*楊占平，男，1965年1月生，研究員，副總經(jīng)理。江蘇省南通市，226008。

TQ028

A

0254-6094(2016)04-0464-03

2015-09-06，

2016-07-10)