高分子精密度過濾在化工領域中的應用

張國忠 忻州市工業學校

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高分子精密度過濾在化工領域中的應用

張國忠 忻州市工業學校

摘 要：近年來高分子精密過濾技術在化工領域的應用越來越廣泛，本文對此進行分析探討，對化工行業的發展具有一定的現實意義。

關鍵詞：高分子 精密過濾 化工

一、化工液體過濾技術分類及其不足

固液分離是化工生產過程中的主要環節之一，在實際生產中，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，因此在化工領域中，過濾分離的應用更為普遍。依據過濾精密度進行劃分，過濾分離技術主要可以分為4類，如表1所示。

表1：化工液體過濾技術分類

通常情況下，化工生產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過濾大都采用金屬濾布或濾網作為過濾介質，基本能夠滿足需求，然而應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通常采取整體型濾氈、濾網、濾布，其在實際應用過程中，存在兩大不足，一是在過濾前期的過濾效率不佳，小于10μm的微粒會出現穿漏問題，因此必須要循環過濾多次，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。二是由于濾網以及濾布均屬于非剛性材料，因此對于較黏細顆粒產生的濾餅，卸除較為困難。

其次，精密澄清過濾的介質大致可以分為兩類，一類是分散型介質，另一類是整體型介質，一般情況下，整體型介質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通常會出現板結現象，這樣就會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，因此細顆粒的穿濾現象十分常見，大大影響了過濾質量。

二、新型高分子精密過濾技術

（一）微孔過濾技術

由于液體精密過濾存在上述問題，因此如何切實提高過濾效率和過濾質量，成為了領域內廣泛關注的問題，隨著科學技術的不斷進步，目前新型液體精密過濾技術在軟件和硬件方面都已經更加成熟，例如在軟件方面，過濾物料的性能測試方法和過濾設計計算方法已經比較成熟，而在硬件方面，精密過濾機的制造技術以及高分子微孔燒結過濾管的制造技術都已經更加成熟。

在高分子精密過濾技術中，過濾介質是主要的核心元件，目前普遍采用的高分子微孔管主要是以燒結聚乙烯為原料，再通過改性、活化以及復合等工藝流程，即可使管壁上布滿毛細小孔，平均孔徑一般為2-140μm，使用高分子精密過濾技術之后，過濾精度可以達到0.5-1μm，并且微孔管耐內壓為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

在實際作業時，待過濾物流向微孔管，微孔管可以將固體雜質微粒捕捉，進而在微孔管外產生濾渣，再定期將濾渣排除，過濾液穿過微孔管之后，會在出料口匯集、流出，實現過濾作用。

過濾過程中如果出現微孔管嚴重堵塞的現象，可以暫時中斷過濾，根據實際情況從正向沖洗口或者反向沖洗口通入清洗物，這樣即可實現微孔管的再生，之后繼續進行過濾。

（二）高分子精密過濾技術的優勢和不足

高分子精密過濾技術主要具有以下幾方面優勢：（1）再生效率高。通過反吹法可以實現微孔管的物理再生，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，過濾精度可以達到0.5μm，過濾效率能夠達到甚至超過99.9%；（3）耐腐蝕性能較強。微孔管耐鹽、耐堿、耐酸性較強，并且對大部分有機溶液都具有良好的耐腐蝕性。（4）濾餅便于卸除。傳統過濾技術中，濾餅卸除較為繁瑣，而應用高分子精密過濾技術之后，只需快速反吹，即可快速卸除濾餅；（5）動力消耗較小。在高分子精密過濾技術中，過濾壓差一般都在0.3MPa以下，因此動力泵消耗較小。（6）便于檢修維護。高分子精密過濾設備的結構較為簡潔，微孔管相對密度較小，因此在檢修和維護工作中，工作人員更加省時省力。（7）自動化程度高。高分子精密過濾設備可以裝配自動控制裝置以及自動閥門等元件，這樣即可實現半自動或全自動操作。（8）占地面積小。高分子精密過濾設備大多為立式，因此單位過濾面積占地較小。（9）工作環境好。在高分子精密過濾技術中，整個作業流程均是在密閉環境中完成，因此可以保證生產場地的衛生。（10）適用范圍較廣。高分子精密過濾設備可以劃分為多種系列，不同系列具有不同的結構，因此能夠適應各種工況。

而高分子精密過濾技術的不足則主要體現在以下兩方面：（1）濾餅干度不及三足式離心機法與板框式壓濾機；（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）過濾工程基本設計計算

為了充分發揮高分子精密過濾技術的優勢，在實際過濾之前應該嚴格做好物料平均濾速的計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為濾餅性能有關的參數

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間(s)

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

液體精密澄清過濾的平均濾速的計算公式如下：

W=b/(t-a) （4）

其中t為每一周期內的過濾時間(s) ；a、b為與物料內微粒性質、濃度及t值有關的參數，通過小型實驗測定能夠得出a、b的數值。

此外計算出物料平均濾速之后，就可以通過流量來得出過濾面積，之后即可選擇適當的規格參數。

三、化工領域中的高分子精密過濾技術

在化工生產過程中，有些化工液體中含有很多的固體雜質，在傳統的過濾工藝中，粉末活性炭脫色液過濾技術的應用一直比較廣泛，然而傳統過濾工藝無法高效濾除脫色后細至0.5μm的炭粒，因此對化工產品的質量產生了一定的影響。高分子精密過濾技術應用之后，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的過濾效率和過濾質量均比較顯著，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。

此外在化工生產過程中，有些廢水、液體原料中固體雜質較少，需要精密過濾，例如工業冷卻水循環過濾、工業生產用水過濾、多種無機酸過濾、二次鹽水過濾等等，由于這些液體中含有的固體雜質一般較少，因此通常無法形成濾餅，同時固體雜質有時還具有一定的粘性，傳統過濾技術難以保證過濾質量，并且材料使用壽命會受到很大影響。而應用高分子精密過濾技術之后，澄清過濾效率能打達到乃至超過96%，濾液的澄清度很高，透光率可以達到或高于99.9%，并且過濾材料能夠再生，過濾成本較低。

參考文獻：

[1]嚴昊,徐建,潘國元,張楊,郭敏,張龍貴,苗小培,劉軼群. 不同結構聚砜超濾膜對聚乙二醇的過濾性能研究[J].膜科學與技術,2013,05:43-47.