過濾高黏度物料的多層復合過濾介質

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

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、過濾難題和強化過濾分離的方法，針對實例設計了六層復合結構濾布并測試了其過濾效果。

多層復合過濾介質 高黏度 可壓縮 難過濾物料 過濾精度

現代工業的高度發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)、發酵液、懸浮液中含有油類、脂類及乳化狀物質等[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，粘在過濾介質表面，介質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、新型復合過濾介質的開發與使用，預過濾技術(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)等技術發展迅速。

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，同時濾布內的通道和濾餅內可通過濾液的毛細管通道也被堵死，隨著過濾時間的延續，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，溝槽一旦出現不易自行修復。靠近過濾介質處的濾餅壓得較實，比阻較大，發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生壓力，可使濾餅產生龜裂(也稱縱向溝槽)，縱向溝槽的產生會導致后續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，新型復合過濾介質的開發與使用是關鍵。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. 加入經篩選后的助濾劑，改善濾餅結構；

b. 根據濾餅比阻和可壓縮性系數的大小，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. 對于不同性質的物料，選擇使用具有多種復合功能的新型過濾介質。

3 過濾介質復合功能的實現

過濾介質是過濾設備的主要部件(被稱為過濾設備的心臟)，近二、三十年來發展迅速[2,3,9]。我國將土布作為過濾介質是在20世紀，后來又出現尼龍、丙綸、玻璃纖維及無紡布等濾布。隨著科學技術的進步，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展的主要方向之一。科研和生產人員不斷開發新型結構濾布。

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、可避免濾網堵塞及避免起皺折等優點。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。化纖熔融體生產中主要使用這種濾布，在制藥和輕工行業菌絲體中也可使用。

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。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，粒徑分布變異系數控制在5%以內。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)，筆者設計了六層復合結構濾布(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 六層復合結構濾布示意圖

六層復合結構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原設計的設想。

過濾介質(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的孔徑有關，過濾介質(六層組合)也達到了預想的截留精度(85%)。

5 結束語

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并進行相關性能(流量、阻力和截留精度)測定，結果表明，采用多層復合結構的過濾介質結構設計合理，相關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，副總經理。江蘇省南通市，226008。

TQ028

A

0254-6094(2016)04-0464-03

2015-09-06，

2016-07-10)