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當(dāng)前我國工業(yè)生產(chǎn)上的固液分離技術(shù)的概況:
現(xiàn)今世界工業(yè)生產(chǎn)上出現(xiàn)品種繁多,性能各異的固液分離技術(shù)與裝置,國外有的,我國基本上都有。對于容易過濾的物料,即固體顆粒大于10μm,顆粒是剛性,不易變形,無粘性,現(xiàn)有的大多數(shù)分離技術(shù)與裝置基本都可使用;但對于難過濾物料,即固體顆粒小于10μm,顆粒非剛性,易變形,粘性比較大,現(xiàn)有的大多數(shù)分離技術(shù)與裝置均難以有效解決,基本上都收率較低,能耗與物耗高,勞動(dòng)強(qiáng)度大,勞動(dòng)保護(hù)差,環(huán)境污染嚴(yán)重。
目前,工業(yè)生產(chǎn)上液固分離技術(shù)與裝置中,真正節(jié)能又減排的很少,即使有,其應(yīng)用范圍也很窄,能廣泛應(yīng)用的更少。大多既不節(jié)能亦不減排。有一些先進(jìn)的液固分離技術(shù),減排性能很突出,但能耗與成本很高,成為減排不節(jié)能,成本又很高的技術(shù)。
1、 重力沉降分離:這是最簡易的分離技術(shù)。盡管重力沉降技術(shù)中已進(jìn)行相當(dāng)多改進(jìn),如絮凝,斜板(或斜管),濃密機(jī)等等,其核心原理仍是重力沉降,雖簡單易行,但小于1μm的微粒幾乎無法分離,即使1~5μm的微粒也很難高效分離。分離效率低是這一古老原始技術(shù)的致命弱點(diǎn),如用于處理量不多的液體,選用沉降桶也許是可供選用的方案,因?yàn)槌杀镜?;但如用于處理?guī)模很大的液體,建筑大型的占地面積大的沉淀池,其投資成本并不低,再由于分離效率差,該回收沒有回收,不該排放都排放,肯定會大量增加環(huán)保成本。
2、 循環(huán)過濾:目前絕大部份的液固過濾裝置如板框壓濾機(jī)與廂式壓濾機(jī)等,都是選用經(jīng)緯編制的濾布與濾網(wǎng)。如用于過濾大于10μm的微粒,分離效率很高,但用于小于10μm的微粒,分離效果很差,穿漏很嚴(yán)重,只能依靠循環(huán)過濾,反復(fù)循環(huán),有的甚至長達(dá)2小時(shí)以上,才能使濾液澄清,才達(dá)到工藝要求。過濾起動(dòng)后,如進(jìn)行1至2分鐘循環(huán),對許多物料是可允許的,這可防止過濾機(jī)的濾液出口的管道內(nèi)可能存在的殘留的微粒對濾液的污染,但長達(dá)2小時(shí)的循環(huán),這會顯著浪費(fèi)能耗。如一大型企業(yè),每小時(shí)平均濾液量為900m3,過濾壓差為0.2MPa,每天不得已累計(jì)循環(huán)6小時(shí),其每年要浪費(fèi)電量達(dá)12萬度。
3、 多級過濾:多級過濾一直用于對產(chǎn)品的質(zhì)量極為嚴(yán)格的藥品、飲料、微電子等產(chǎn)品的生產(chǎn)。逐級增加精度的多級過濾就是增加多道嚴(yán)密防線,可高效防止個(gè)別微粒漏網(wǎng)而影響最終產(chǎn)品質(zhì)量?,F(xiàn)在國內(nèi)許多企業(yè)把這一方法推廣到含固量很多的料漿的液固濾餅過濾。先把物料中粗的與次粗的逐級過濾出去,剩下很少量極細(xì)的微粒,最后用一級精度很高的濾材進(jìn)行分離。許多人都以為這方法既保證濾液質(zhì)量與澄明度,又可以用最少的過濾面積處理含固量很多的大體積的料漿,幾乎這樣的處理很巧妙。但如用濾餅過濾的理論進(jìn)行分析,這樣的處理方法往往適得其反,不僅不會減少過濾面積,反增大過濾面積,增大能耗?,F(xiàn)用一事例說明該方法不可取。某一粉體,其“平均體積粒徑”為1.5μm,如只用一次過濾,其平均濾速為0.4m/h,如改為二級過濾,第一級將料液中固體過濾了99%,剩下1%另由過濾精度更高的第二級進(jìn)行過濾,但第二級所過濾的剩余粉體其“平均體積粒徑”減至0.3μm,已非常細(xì),雖然要過濾固體重量只有1%,但其平均濾速只有0.026m/h,而要過濾的液體量卻與第一級的幾乎一樣,要完成第二級的過濾任務(wù),所需的過濾面積比不分級的一次過濾要大15.4倍,能耗與物耗大幅增大。這樣的多級過濾完全得不償失。
4、 真空過濾:真空過濾是工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用很普遍的過濾方法,尤其連續(xù)式過濾,采用加壓過濾很少,絕大多數(shù)連續(xù)式過濾為真空過濾,因?yàn)檎婵者B續(xù)機(jī)的結(jié)構(gòu)最簡單。對大于10μm的易濾物料,如果不考慮敞口的真空過濾對環(huán)境的污染與環(huán)境對被過濾的固體產(chǎn)品的污染,絕大多數(shù)人喜歡真空連續(xù)過濾。但很少有人考慮,真空過濾的能耗比加壓過濾大得多。加壓過濾只需一項(xiàng)能耗,即液固分離,濾餅洗滌與壓干,而真空過濾除了液固分離,濾餅洗滌與壓干這一項(xiàng)外還需另外二項(xiàng)。一項(xiàng)是將盛濾液的真空容器從大氣狀態(tài)抽空至真空過濾所需的真空度的能耗,另一項(xiàng)是將與濾液等體積的真空容器內(nèi)的空氣抽吸并壓縮至稍大于大氣壓并排到大氣中所需的能耗。由于抽真空時(shí)氣體壓縮比較大,如果真空過濾時(shí)的真空度為0.007MPa,其壓縮比要達(dá)15,這樣大的壓縮比所消耗的功率必然較大。一般第一項(xiàng)能耗只占真空過濾總能耗的1/4左右,另二項(xiàng)能耗約占3/4。如果全國的真空過濾的每年能耗為10億度電,其中只有2.5億度為有效能耗,另外7.5億度電為無效能耗。這就是真空過濾比加壓過濾的能耗大得多的原因。
5、 錯(cuò)流過濾:錯(cuò)流過濾目前在國內(nèi)外的應(yīng)用已愈來愈多。該方法原來大量用于無固體顆粒的超濾,納濾與反滲透等均相分離?,F(xiàn)在許多人將其擴(kuò)大到固體顆粒非常細(xì)的非均相物料的增稠過濾。極細(xì)顆粒組成的濾餅層的比阻非常大,進(jìn)行濾餅過濾時(shí),其過濾的平均濾速非常慢。如要提高濾速,唯一的辦法是過濾時(shí)應(yīng)無濾餅層,于是均相分離時(shí)防止?jié)獠顦O化的錯(cuò)流方法被借用到過濾極細(xì)微粒的非均相過濾。錯(cuò)流方法是在濾材表面產(chǎn)生高速料漿流動(dòng),能及時(shí)將已形成的濾餅層沖刷掉,減少了濾餅層厚度,也就減少了過濾阻力,增加了濾速,因而減少了能耗,但料漿的高速流動(dòng)又明顯增加能耗。由于料漿中固體顆粒有一定濃度,兩濾材之間的空隙不可能非常小,以致料漿高速流動(dòng)的能耗相當(dāng)高。特舉一例:一臺過濾面積為50m2的陶瓷膜管式過濾器,每小時(shí)過濾濾液量為50m3,過濾壓差為0.1MPa,其過濾本身能耗只有1.7kw。由于采用錯(cuò)流過濾,其保持錯(cuò)流的循環(huán)能耗卻非常大。錯(cuò)流過濾的循環(huán)電耗超出過濾本身電耗20倍以上。陶瓷膜是一種過濾效率極高的最新型過濾技術(shù),其減排效果極為優(yōu)越,但用錯(cuò)流方法其能耗實(shí)在太大。