过滤高黏度物料的多层复合过滤介质

杨占平 黄 骅 张 丽 肖 峰 陈晓璐 吴 芳 都丽红

(1.南通醋酸纤维有限公司；2.天津大学化工学院；3.上海化工研究院)

**通讯作者。

过滤高黏度物料的多层复合过滤介质

杨占平**1黄 骅1张 丽**1肖 峰1陈晓璐1吴 芳2,3都丽红2,3

(1.南通醋酸纤维有限公司；2.天津大学化工学院；3.上海化工研究院)

介绍了可压缩、高黏度及胶状物等难过滤物料的性质、过滤难题和强化过滤分离的方法，针对实例设计了六层复合结构滤布并测试了其过滤效果。

多层复合过滤介质 高黏度 可压缩 难过滤物料 过滤精度

现代工业的高度发展对过滤的要求越来越高，难过滤物料越来越多，单纯依靠过滤介质利用机械截流的机理进行过滤与分离已难以胜任[1～3]。过滤与分离的工业悬浮液中难过滤物料包括：高黏度、高分散、高可压缩物料，不定形胶状物、胶体(粒径在1μm左右)、发酵液、悬浮液中含有油类、脂类及乳化状物质等[3,4]。难过滤物料中的可压缩、高黏度及不定形胶状物等物料加压后成糊状，易堵塞孔隙，粘在过滤介质表面，介质堵塞后阻止液体通过，使操作压力逐步升高，滤饼比阻上升[4～6]。因此，吸附过滤、选择性过滤、化学/电场吸附、新型复合过滤介质的开发与使用，预过滤技术(包括絮凝、凝聚、加助滤剂)，特别是采用添加表面活性剂(乳化剂、破乳剂)等技术发展迅速。

1 难过滤物料的过滤难题

对可压缩、高黏度及不定形胶状物等难过滤物料进行加压滤饼过滤时，由于物料可压缩，过滤不久压力上升，滤饼被压实(比阻上升)，过滤速度急剧下降，同时滤布内的通道和滤饼内可通过滤液的毛细管通道也被堵死，随着过滤时间的延续，过滤速度趋近于零。若进一步加压，泵送压力使来料在滤饼表面横向穿流，冲刷成一条条横向沟槽，沟槽一旦出现不易自行修复。靠近过滤介质处的滤饼压得较实，比阻较大，发生横向穿流的可能性较小。若流量波动大，过滤时间增长，由横向穿流形成的沟槽也有可能深及滤饼底部。若再进一步加压，泵的正压力对滤饼表面产生压力，可使滤饼产生龟裂(也称纵向沟槽)，纵向沟槽的产生会导致后续来料液直接从沟缝中穿过滤饼层直达滤布层，而且通道直径越来越大，使出口滤液中的截留精度下降。另外，这种过滤工况，滤材孔隙被胶状物和小颗粒堵塞住，需经常清洗滤材也必然导致其寿命缩短。

2 难过滤物料的强化过滤

难过滤物料强化过滤技术有：增加推动力，凝聚，絮凝，高效增浓，添加助滤剂、表面活性剂及酶制剂等[4,5,7]。

对可压缩、高黏度、不定形胶状物料的过滤，新型复合过滤介质的开发与使用是关键。高黏度胶状物是典型的难过滤物料，在进行滤饼过滤时应采取的有效方法有[3,8,9]：

a. 加入经筛选后的助滤剂，改善滤饼结构；

b. 根据滤饼比阻和可压缩性系数的大小，科学确定操作压力，尽可能减小由于增压而引起的比阻的增大；

c. 对于不同性质的物料，选择使用具有多种复合功能的新型过滤介质。

3 过滤介质复合功能的实现

过滤介质是过滤设备的主要部件(被称为过滤设备的心脏)，近二、三十年来发展迅速[2,3,9]。我国将土布作为过滤介质是在20世纪，后来又出现尼龙、丙纶、玻璃纤维及无纺布等滤布。随着科学技术的进步，防静电、耐温、抗菌及抗紫外线等织物应用越来越广泛[8～11]。

3.1 新型多功能复合滤布

提高颗粒的截留率、可剥离性和滤液的通过量是新型滤布发展的主要方向之一。科研和生产人员不断开发新型结构滤布。

3.1.1双层复合滤布

具有滤布支撑与分离层的双层复合滤布(图1)可增大过滤的有效面积[2,3,9]，还具有颗粒不易进入孔隙、可避免滤网堵塞及避免起皱折等优点。采用双层复合滤布比单层滤布处理量高，过滤时间短。

图1 双层复合滤布

3.1.2三明治式滤布

三明治式滤布[3]由织造滤布、针刺毡和支撑滤布组成。织造滤布的功能主要是表面过滤，对刚性颗粒起截留作用；针刺毡的功能是进行深层过滤，截留物料中容易变形、不定形的粘胶类粒子；支撑滤布主要起支撑作用。化纤熔融体生产中主要使用这种滤布，在制药和轻工行业菌丝体中也可使用。

3.1.3纤维状活性炭与化纤组合编制成的滤布

纤维状活性炭与化纤组合编制成的滤布具有截留、脱色和吸附功能，常用在制药工业成品脱色工艺中[11]。

3.2 滤布织造工艺的改良

提高滤布的截留、卸饼及流体分配均匀性等功能可以通过改进滤布织造工艺来实现。对织造后的滤布进行后处理，使某些过滤特性得以增强。其主要加工处理方式有：

a. 热处理，可释放出滤布的应力，提高滤布的稳定性；

b. 砑光，使滤布表面光滑、孔径缩小，提高粒子捕集效率并有利于滤饼剥落；

c. 表面涂膜，在滤布表面涂一层如聚氨酯或者特氟隆光滑的多孔层，是滤布发展的新趋势。

4 应用实例

采用符合国家标准的乳胶微粒，粒径分布变异系数控制在5%以内。用蒸馏水或去离子水，将一定粒径的乳胶微粒(密度1.05g/cm3)配制成200mL的试验液，加入的标准粒子约为每毫升5 000(±20%)粒。针对此种可压缩、高黏度、不定形胶状物的难过滤物料，为确保过滤效果(包括处理量和截留精度)，笔者设计了六层复合结构滤布(图2)，并对该滤布的性能进行测评，其中截留精度采用ISO 4402/ISO 11171规定的遮光法原理进行测定[12](过程和原理不再赘述)。

图2 六层复合结构滤布示意图

六层复合结构组合后的平均沸腾孔径为41.59μm；第1层平均沸腾孔径为116.02μm；第2层平均沸腾孔径为53.14μm；第2、4两层叠加后的平均沸腾孔径为41.59μm；第6层平均沸腾孔径为350.12μm。

第1层和第2层超细纤维在过滤过程中起主要截留作用。而第2层和第4层这两层更是起到了截留颗粒的作用。第3层和第5层起了纳污、截留的作用。第1层和第6层、第3层和第5层也分别起到了复合过滤介质原设计的设想。

过滤介质(六层组合)的平均透水速率为7.16×10-3m3/(m2·s)。截留精度与过滤介质的孔径有关，过滤介质(六层组合)也达到了预想的截留精度(85%)。

5 结束语

针对可压缩、高黏度、胶状物等难过滤物料，选择了多层复合过滤介质并进行相关性能(流量、阻力和截留精度)测定，结果表明，采用多层复合结构的过滤介质结构设计合理，相关过滤性能均达了到预期目标。

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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

*杨占平，男，1965年1月生，研究员，副总经理。江苏省南通市，226008。

TQ028

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0254-6094(2016)04-0464-03

2015-09-06，

2016-07-10)