高分子精密度过滤在化工领域中的应用

张国忠 忻州市工业学校



高分子精密度过滤在化工领域中的应用

张国忠 忻州市工业学校

摘 要：近年来高分子精密过滤技术在化工领域的应用越来越广泛，本文对此进行分析探讨，对化工行业的发展具有一定的现实意义。

关键词：高分子 精密过滤 化工

一、化工液体过滤技术分类及其不足

固液分离是化工生产过程中的主要环节之一，在实际生产中，固液分离的形式主要包括过滤分离以及沉降分离，二者相比较，过滤分离的应用范围相对广泛，如果采用沉降分离，那么固体和液体必须要存在一定的密度差方可，因此在化工领域中，过滤分离的应用更为普遍。依据过滤精密度进行划分，过滤分离技术主要可以分为4类，如表1所示。

表1：化工液体过滤技术分类

通常情况下，化工生产中主要采用精密过滤。

就眼下来看，大于10μm的亚精密过滤以及粗级过滤大都采用金属滤布或滤网作为过滤介质，基本能够满足需求，然而应用最为普遍的精密过滤尚且存在一些不足，具体包括以下几个方面:

首先，10-1μm液体精密过滤主要包括液体精密滤饼过滤以及液体精密澄清过滤，二者的区别在于，前者可形成滤饼层，后者不形成滤饼层。就目前而言，精密滤饼过滤的介质通常采取整体型滤毡、滤网、滤布，其在实际应用过程中，存在两大不足，一是在过滤前期的过滤效率不佳，小于10μm的微粒会出现穿漏问题，因此必须要循环过滤多次，使10μm左右的微粒形成一定厚度的滤饼，这样才能满足过滤需求。二是由于滤网以及滤布均属于非刚性材料，因此对于较黏细颗粒产生的滤饼，卸除较为困难。

其次，精密澄清过滤的介质大致可以分为两类，一类是分散型介质，另一类是整体型介质，一般情况下，整体型介质采用较厚的烛型滤芯、滤板或者滤毡，这些材料必须要频繁更换，很难有效再生，因此使用成本居高不下。而分散型滤材又包括长纤维型以及颗粒型两种，这些材料均可以再生利用，不过也存在一些不足，例如分散型滤材的空隙内通常会出现板结现象，这样就会在过滤过程中引起沟流问题，降低过滤效率。再比如分散型滤材的孔隙率较大，因此细颗粒的穿滤现象十分常见，大大影响了过滤质量。

二、新型高分子精密过滤技术

（一）微孔过滤技术

由于液体精密过滤存在上述问题，因此如何切实提高过滤效率和过滤质量，成为了领域内广泛关注的问题，随着科学技术的不断进步，目前新型液体精密过滤技术在软件和硬件方面都已经更加成熟，例如在软件方面，过滤物料的性能测试方法和过滤设计计算方法已经比较成熟，而在硬件方面，精密过滤机的制造技术以及高分子微孔烧结过滤管的制造技术都已经更加成熟。

在高分子精密过滤技术中，过滤介质是主要的核心元件，目前普遍采用的高分子微孔管主要是以烧结聚乙烯为原料，再通过改性、活化以及复合等工艺流程，即可使管壁上布满毛细小孔，平均孔径一般为2-140μm，使用高分子精密过滤技术之后，过滤精度可以达到0.5-1μm，并且微孔管耐内压为0.4-1MPa，耐外压为0.2-0.5MPa，刚性较好。

高分子精密过滤的原理大致如图1所示。

图1： 高分子精密过滤的原理示意图

在实际作业时，待过滤物流向微孔管，微孔管可以将固体杂质微粒捕捉，进而在微孔管外产生滤渣，再定期将滤渣排除，过滤液穿过微孔管之后，会在出料口汇集、流出，实现过滤作用。

过滤过程中如果出现微孔管严重堵塞的现象，可以暂时中断过滤，根据实际情况从正向冲洗口或者反向冲洗口通入清洗物，这样即可实现微孔管的再生，之后继续进行过滤。

（二）高分子精密过滤技术的优势和不足

高分子精密过滤技术主要具有以下几方面优势：（1）再生效率高。通过反吹法可以实现微孔管的物理再生，并且再生过程高效、简洁，如此一来，微孔管可以长期使用；（2）过滤效率高。采用高分子精密过滤技术，过滤精度可以达到0.5μm，过滤效率能够达到甚至超过99.9%；（3）耐腐蚀性能较强。微孔管耐盐、耐碱、耐酸性较强，并且对大部分有机溶液都具有良好的耐腐蚀性。（4）滤饼便于卸除。传统过滤技术中，滤饼卸除较为繁琐，而应用高分子精密过滤技术之后，只需快速反吹，即可快速卸除滤饼；（5）动力消耗较小。在高分子精密过滤技术中，过滤压差一般都在0.3MPa以下，因此动力泵消耗较小。（6）便于检修维护。高分子精密过滤设备的结构较为简洁，微孔管相对密度较小，因此在检修和维护工作中，工作人员更加省时省力。（7）自动化程度高。高分子精密过滤设备可以装配自动控制装置以及自动阀门等元件，这样即可实现半自动或全自动操作。（8）占地面积小。高分子精密过滤设备大多为立式，因此单位过滤面积占地较小。（9）工作环境好。在高分子精密过滤技术中，整个作业流程均是在密闭环境中完成，因此可以保证生产场地的卫生。（10）适用范围较广。高分子精密过滤设备可以划分为多种系列，不同系列具有不同的结构，因此能够适应各种工况。

而高分子精密过滤技术的不足则主要体现在以下两方面：（1）滤饼干度不及三足式离心机法与板框式压滤机；（2）微孔管的耐高温性偏低，一般不能高于120℃，如果是大量化工液体过滤，最高温度不宜高于100℃.

（三）过滤工程基本设计计算

为了充分发挥高分子精密过滤技术的优势，在实际过滤之前应该严格做好物料平均滤速的计算以及物料过滤性能测试等工作。

液体精密滤饼过滤的平均滤速计算公式如下：

W为物料平均滤速(m/s) △Popt为最佳过滤压差(N/ m2)

Rm为微孔管阻力(l/m) u为滤液动力粘度(Pa.s)

a为滤饼平均比阻(l/m2) a0、λ、s为滤饼性能有关的参数

c为滤饼体积/滤液体积 △S为滤饼层厚度(m)

t为每一周期的过滤时间(s)

计算出平均滤速W，之后依据工程所需过滤液流量，即可计算出过滤面积，再通过最大滤饼厚度、过滤面积、滤液流量等参数，就可以计算出微孔管精密滤饼过滤机的各种尺寸以及参数。

液体精密澄清过滤的平均滤速的计算公式如下：

W=b/(t-a) （4）

其中t为每一周期内的过滤时间(s) ；a、b为与物料内微粒性质、浓度及t值有关的参数，通过小型实验测定能够得出a、b的数值。

此外计算出物料平均滤速之后，就可以通过流量来得出过滤面积，之后即可选择适当的规格参数。

三、化工领域中的高分子精密过滤技术

在化工生产过程中，有些化工液体中含有很多的固体杂质，在传统的过滤工艺中，粉末活性炭脱色液过滤技术的应用一直比较广泛，然而传统过滤工艺无法高效滤除脱色后细至0.5μm的炭粒，因此对化工产品的质量产生了一定的影响。高分子精密过滤技术应用之后，有效解决了这一问题，例如在化工液体去除大量固体杂质的过程中，或者重金属废水、含氟废水、含硫废水的过滤过程中，高分子精密过滤技术的过滤效率和过滤质量均比较显著，可以快速在微孔管上形成一定厚度的滤饼，有效避免了微粒穿漏问题，而且可以高效再生，排渣简便。

此外在化工生产过程中，有些废水、液体原料中固体杂质较少，需要精密过滤，例如工业冷却水循环过滤、工业生产用水过滤、多种无机酸过滤、二次盐水过滤等等，由于这些液体中含有的固体杂质一般较少，因此通常无法形成滤饼，同时固体杂质有时还具有一定的粘性，传统过滤技术难以保证过滤质量，并且材料使用寿命会受到很大影响。而应用高分子精密过滤技术之后，澄清过滤效率能打达到乃至超过96%，滤液的澄清度很高，透光率可以达到或高于99.9%，并且过滤材料能够再生，过滤成本较低。

参考文献：

[1]严昊,徐建,潘国元,张杨,郭敏,张龙贵,苗小培,刘轶群. 不同结构聚砜超滤膜对聚乙二醇的过滤性能研究[J].膜科学与技术,2013,05:43-47.