高效節能過濾分離機械與技術的發展

趙思全

（甘肅甕福化工有限責任公司，甘肅 金昌 737202）

在經濟全球化背景下，高效、循環利用資源已經成為我國環境保護和持續性發展的重要目標，特別是在低碳生活的浪潮下，越來越多國家認識到過濾分離機械與技術的作用。就目前發展情況來看，過濾分離機械與技術已經成為衡量國家市場競爭力的重要內容。由于過濾分離機械設備能清潔不同資源，因此過濾分離技術在資源的循環利用中具有重要作用。在可持續發展戰略的影響下，有關液體和固體分離技術的研究持續推進，固液分離技術得到了廣闊的發展空間。在過濾分離技術創新發展的過程中，固液分離技術標準也發生了明顯變化。就目前發展情況來看，工業發展需要更高效的固液分離技術。因此，我國應持續創新研發固液分離技術，應用高效節能的固液分離技術提取高純度物質。

1 過濾分離機械與技術的發展現狀

過濾分離機械歸屬于化工過程和控制機械的范疇。我國過濾分離機械種類多種多樣，而且相關技術也呈現出了前所未有的發展空間；然而，從國際發展形勢來看，我國并沒有對過濾分離機械與技術制定統一的標準，各個廠家都是結合實際情況對其定位。

1.1 我國過濾分離機械的發展歷程

我國第一臺過濾器誕生于18 世紀，其主要功能在于過濾豆漿。然后在技術創新演變的背景下，過濾分離機械中開始融入離心作用的內容，在離心作用下可以實現蜂蜜的分離。自此之后，過濾分離技術并沒有得到明顯的發展，直到20 世紀，我國過濾分離技術才得到了前所未有的發展速度，并且在技術融合發展的背景下，過濾分離機械中開始廣泛融合超導分離、納濾等其他過濾分離技術。

1.2 過濾分離技術發展現狀

就目前過濾分離技術的發展和研究情況來看，其作用主要體現在以下5 個方面：一是在工業革命的推動下，世界呈現出了前所未有的發展速度，但是過去粗放的工業發展方式對資源造成了巨大浪費，為了踐行可持續發展戰略的相關要求，持續完善和創新過濾分離技術已經成為重要發展趨勢，利用創新型過濾分離技術提升資源利用率已經成為滿足社會可持續發展的重要內容；二是工業發展對推動國家整體發展建設具有重要意義，但是由于工業污水和廢棄物對環境具有重要影響，因此在工業污水和廢棄物處理中應該合理應用過濾分離技術滿足廢水排放標準，同時對礦山尾礦的過濾分離操作制定較高標準；三是在工業產業創新發展中，工業生產對高純度物質的需求持續增加，例如在醫藥生產過程中，食品和水的高純度已經成為推動醫藥行業快速發展的迫切需求，因此在醫藥生產中應該積極引入高精度的過濾分離機械與技術；四是在未來能源發展和應用中，能源多元化應用必然會成為社會發展的重要趨勢，因此在社會能源多元化發展中也應該科學應用高效的過濾分離機械與技術；五是就目前工業發展情況來看，傳統工業發展方式已經難以滿足現代化工業發展需求，因此在科學技術持續創新演變的背景下，工業技術也應該在先進科學技術的支撐下創新研發應用，因此過濾分離技術也應該積極投入到工業應用中。

1.3 過濾分離機械與技術的發展趨勢探討

過濾分離技術在未來發展中應當做到以下4 點：一是從資源環保方面來看，過濾分離技術應當形成規模化和自動化過濾分離流程，因此專業研究人員應該結合不同的過濾分離需求，有針對性地優化過濾分離功能；二是在生物化工應用方面，過濾分離技術應該持續提升精度，將污染物精準分離；三是在化學過濾分離中，部分化學物質難以被有效分離開來，因此在化學應用中應該針對難分離的化學物質研究特殊設備，同時研發人員應該突破傳統濾餅過濾方式，采用動態濾餅層過濾方式對化學物質進行特殊處理；四是過濾分離技術的主要功能在于提取有價值的物質，同時在過濾分離中應盡可能減少干燥過程對能源的損害，因此過濾分離研發人員應將高效節能作為技術創新的重要方向。

2 我國過濾分離機械與技術存在的問題

2.1 過濾分離技術的問題

就目前過濾分離技術的應用情況來看，我國過濾分離技術主要應用于液液分離和固液分離中。其中，以液體為介質的物理狀態習慣被稱為液相非均相物系，這類物質的過濾分離在我國被廣泛應用，例如我國化工和機械等行業的生產都需要過濾分離技術的支持。在我國過濾分離技術的應用中，與傳統的干燥和蒸發等分離技術方式相比，過濾分離技術可以高效分離固液混合狀態的固體，而且在實際應用中可以明顯減少能源損耗，因此過濾分離技術在學界已經得到了深入研究。

2.2 過濾分離技術機械選型方面的問題

過濾分離技術的選擇對固液提取效果和質量具有明顯的影響，在過濾分離中應該結合實際情況合理選擇機械設備，同時不同過濾分離機械設備的應用成本也具有明顯差異，這是因為不同機械設備所呈現出來的過濾分離效果存在較大差異，而且不同機械設備的適用范圍也存在較大不同。目前我國在過濾分離機械設備應用中主要表現的問題在于缺乏對分離物質性質的深入了解，導致物質在過濾分離中難以保障上下工藝之間的有效銜接，因此技術人員在過濾分離機械設備的選擇中難以保障功能的針對性；而且在過濾分離操作中，其環境因素的不確定性對過濾分離效果和質量也有明顯的影響。

3 高效節能過濾分離技術的應用方式

3.1 廂式壓榨過濾機

圖1 為廂式壓榨過濾機。

圖1 廂式壓榨過濾機

廂式壓榨過濾機在物體加工中能夠表現出極強的適應能力，而且在過濾時具有廣闊的選擇空間，簡單的操作結構和流程可以明顯提升固體的回收率，從而可以實現節約能源的目的。由于這些特點，廂式壓榨過濾機被廣泛應用。

廂式壓榨過濾機與傳統板框式壓榨過濾機相比能夠體現出更大的壓強，最高可達到1.7 MPa，但是高壓不僅能優化壓榨和分離效果，同時還很容易對濾板造成嚴重破壞[1]。為了解決這一問題，進一步發展出了廂式隔膜壓榨過濾機，在過濾分離應用中不需要利用高壓優化分離效果，從而可以有效降低濾板遭受破壞的概率，而且廂式隔膜壓榨過濾機在濾餅安裝時消耗的時間較少，過濾之后產物的質量明顯提高。

3.2 帶式壓榨過濾機

圖2 為帶式壓榨過濾機的裝置結構示意圖。帶式壓榨過濾機主要應用環繞的濾帶實現過濾效果，其主要特點在于以下3 個方面：一是結構簡單，操作人員可以很快熟悉該過濾機的基本操作；二是能源損耗較少，在過濾工作中也不會產生過多噪音，可以有效滿足現代化節能降噪的需求；三是可以滿足工業和醫藥等行業長時間工作的需求。

圖2 帶式壓榨過濾機的裝置結構示意圖

就目前過濾分離技術發展情況來看，帶式壓榨過濾機的結構多種多樣，但是不同結構的帶式壓榨過濾機的工作原理和工作流程基本一致，其壓榨輥一般有相對輥式和水平輥式兩種。相對輥式與物體接觸面積較小，但是這類輥式的壓強較大，在過濾分離中可以明顯縮短時間；而水平輥式主要利用濾帶的張力對棍子的曲面進行壓榨處理，而且與相對輥式相比，水平輥式與物體的接觸面積較大，因此水平輥式在過濾分離過程中可以實現充分壓榨，目前在帶式壓榨過濾機中水平輥式的應用范圍較廣。

3.3 陶瓷過濾機

3.3.1 陶瓷過濾機的特點

圖3 為陶瓷過濾機的裝置結構示意圖。就目前過濾分離技術的發展情況來看，陶瓷過濾機在化工和煤炭等行業得到了廣泛應用，在工業應用中主要表現出以下4 個方面的特點：一是陶瓷過濾機應用氧化鋁作為濾片，改善了傳統濾布過濾存在的弊端，使得陶瓷過濾機突破了傳統加壓壓榨過濾機的弊端；二是陶瓷過濾機的鋁片具有60%～80%的開孔率，在過濾分離過程中能夠有效提取所需物質，同時也可以明顯提升物質的純度[2]；三是由于陶瓷過濾機一般應用自然力進行脫水操作，因此陶瓷過濾機一般應用真空泵便可以完成過濾分離的所有操作，同時在物料處理中也可以表現出極強的處理能力，最終的陶瓷過濾機濾餅的含水量較少，因此在過濾分離過程中可以避免對物質造成污染；四是因為陶瓷過濾機在過濾分離過程中僅靠真空泵便可以完成過濾分離的所有操作，因此陶瓷過濾機可以表現出能源消耗少的特點，從而滿足我國對節能節流的要求。

圖3 陶瓷過濾機的裝置結構示意圖

3.3.2 陶瓷過濾機對介質過濾的效果分析

一是陶瓷過濾機的過濾分離效果明顯，而且陶瓷過濾機一般應用于含水量較少的介質，甚至部分介質可以直接進行冶煉；二是與傳統過濾機相比，陶瓷過濾機的節能效果可以提升到80%～90%，最大程度滿足我國節能的要求；三是陶瓷過濾機因為濾餅的特點從而能夠表現出極強的處理能力，提升介質提取效率；四是陶瓷過濾機在物料處理方面可以體現出較高精度，滿足現代化醫學和工業介質提取的需求；五是當過濾分離中遭遇堵塞或分離結束后，陶瓷過濾機因為具有便于清洗的特點從而可以有效延長陶瓷過濾機的使用壽命。

3.4 動態過濾設備

首先，動態過濾設備的濾餅在過濾分離中可以減小阻力影響；其次，在喂料過程中可以明顯減少物料本身的粘度，確保過濾分離過程可以持續添加物料；最后，操作人員還可以結合實際需求處理物料形成的殘渣。總的來說，在過濾面積相同的條件下，動態過濾設備可以呈現出過濾分離速度較快的特點。

傳統過濾方式一般將物料直接導入到過濾介質中，這樣的過濾方式很容易導致固體因為體積的堆積而被吸附在介質的表面，最終形成一層濾餅。而且，在過濾持續進行的條件下，濾餅的厚度也會持續增加，從而使得過濾的阻力持續增加、過濾速度明顯減慢，在嚴重情況下甚至將導致過濾分離無法有效進行。

而動態過濾設備主要適用于非牛頓流體物料的過濾，因此動態過濾設備主要可以表現出以下4 個方面的特性。首先，將分批過濾方式改變為動態過濾方式可以有效延長過濾時間，滿足工業過濾設備的長時間運作需求，同時應用動態過濾方式可以明顯提升物料的質量濃度。其次，應用動態過濾方式可以有效解決具有可壓縮性特點的物料的過濾需求，例如部分具有可壓縮性特點的物料在傳統過濾方式中很容易形成阻力較大的濾餅，然而在運動過程中過濾則可以明顯減少阻力作用，從而明顯提升過濾分離的效率。再次，動態過濾設備具有清洗便捷的特點，操作人員在過濾分離完成后，可以對動態過濾設備進行全面清洗，避免設備殘留物料堆積物，從而能夠保障設備的穩定運行，減少動態過濾設備運行中可能出現的困擾。最后，動態過濾設備可以有效避免物料裝填過程中出現的問題，應用動態裝填方式可以避免物料堆積的現象，從而最大程度保障機械設備的正常運行。

4 結束語

總的來說，因為高效節能的過濾分離技術對踐行環境保護要求和推動生化生產領域發展具有重要意義，所以我國應加強對過濾分離技術的重視，借用創新型過濾分離技術提升我國核心競爭力。因此，專業技術人員應當結合前沿性技術創新過濾分離技術研究，同時我國應該提升對過濾分離技術人才培養的力度，結合市場發展機制，完善過濾分離體系，確保高效節能的過濾分離技術在我國各行各業得到廣泛應用，為推動我國社會技術發展奠定重要基礎。