【摘要】剛性高分子精密微孔過濾技術(shù)是我們自行開發(fā)的新型精密過濾技術(shù)，已獲得廣泛應(yīng)用，本文簡單敘述了該技術(shù)的硬件與軟件兩方面的最新進(jìn)展概況。

【關(guān)鍵詞】精密濾餅過濾    精密澄清過濾    過濾精度

    自上世紀(jì)六十年代中期開始開發(fā)的以高分子聚合物燒結(jié)成型的剛性微孔過濾介質(zhì)為核心技術(shù)的剛性高分子精密微孔過濾技術(shù)至今已有三十八年歷史，經(jīng)過長期連續(xù)的基礎(chǔ)研究，技術(shù)開發(fā)與市場開發(fā)，該技術(shù)的硬件與軟件已愈來愈成熟，技術(shù)優(yōu)勢愈來愈明顯。該技術(shù)是針對傳統(tǒng)過濾技術(shù)與超精密的薄膜過濾技術(shù)這兩大過濾領(lǐng)域還難于有效解決，固體顆粒在 1 微米左右，含固量較多，或者粘性較大的粘細(xì)物料的過濾難題而開發(fā)的。該技術(shù)過濾精度較高，過濾效率高，既可用于含固量較多又需較干濾餅的精密濾餅過濾，又可用于含固量很少，對濾液要非常澄清的液體精密澄清過濾；卸除干濾餅與微孔過濾介質(zhì)的再生等操作都較簡便，耐酸、堿與大部份有機(jī)溶劑，操作的能耗與物耗很少，微孔管可長期連續(xù)使用，符合可持續(xù)發(fā)展原則。由于有上述優(yōu)異的綜合性能，已在我國許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域獲得成功應(yīng)用，產(chǎn)品質(zhì)量、收率與勞動生產(chǎn)率均明顯提高，成本下降，環(huán)境保護(hù)與勞動保護(hù)均獲得改善。

一、   技術(shù)硬件的最新進(jìn)展概況：

 1 、剛性微孔過濾介質(zhì)的最新進(jìn)展：

① 過濾精度從 0.5 微米提高至 0.2 微米：經(jīng)不斷研制，無論用于液固過濾或氣固過濾，剛性微孔過濾介質(zhì)的過濾精度已從上世紀(jì)的 0.5 微米逐步提高至 0.3 微米，并已開始達(dá)到 0.2 微米，現(xiàn)以過濾細(xì)至 0.2 微米的超細(xì)粉末活性碳作說明。表一給出這種超細(xì)粉末活性碳的顆粒粒徑分布數(shù)據(jù)。采用一種規(guī)格的微孔 PA 管過濾該超細(xì)活性碳與水的懸浮物（活性碳濃度 10% ），過濾的平均濾速為 0.5 米 3/ 米 2 ·小時，濾后取 1000 毫升濾液，用φ 50mm ， 0.22 微米的微孔膜進(jìn)行檢測過濾，在顯微鏡下觀察濾后的微孔膜，發(fā)現(xiàn)膜上無任何黑點(diǎn)。說明濾液中無任何大于 0.22 微米的碳黑點(diǎn)。這表明，該微孔 PE 管的過濾精度已達(dá)到 0.2 微米的數(shù)量級?，F(xiàn)在該技術(shù)已在制藥與化工生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用。

表二、表三、表四給出細(xì)度 0.2 至 0.5 微米各種超細(xì)粉體的粒度分布數(shù)據(jù)，表五系過濾空氣中塵埃的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表一     超細(xì)粉末活性碳的顆粒粒徑分布

表二      超細(xì)氧化鋁粉體的顆粒分布

平均粒徑： 0.524 微米

    表二所示的超細(xì)氧化鋁粉體與乙醇的懸浮液（重量體積百分?jǐn)?shù)為 2.5% ）采用微孔 PE 介質(zhì)過濾，可 100% 將超細(xì)粉粒濾住，濾液清徹透明。

    表三     鈷酸鋰超細(xì)粉體的顆粒分布

平均粒徑： 0.485 微米

表三所列這種超細(xì)鈷酸鋰粉體，利用微孔 PE 過濾介質(zhì)與精密微孔過濾機(jī)進(jìn)行過濾與洗滌，一次過濾就 100% 過濾住，濾餅厚度達(dá) 65 ～ 105mm ，靜止洗滌 3 ～ 4 次，洗滌水總量為原液的 3 ～ 4 倍，總過濾與洗滌時間約 2.5 小時～ 3 小時就可使洗滌水的 PH 從 14 洗至 7 ，最終的濾餅含水率小于 10% 。

表四      超細(xì)二氧化硅粉體顆粒分布

平均粒徑： 0.232 微米

    表四所列的二氧化硅粉體是細(xì)度更細(xì)粉體，平均粒徑只有 0.232 微米，利用微孔 PE 過濾介質(zhì)與 PGP 型精密微孔過濾機(jī)進(jìn)行過濾與洗滌，一次過濾就可 100% 過濾住，無任何粉粒穿濾，濾餅厚度為 60 ～ 70mm ，靜止洗滌 3 次，洗滌水量是原液 1.5 ～ 2 倍，總過濾與洗滌時間約 3 小時，就可將洗滌水的 PH 從 1 洗至 7 ，最終的濾餅含水率為 20% 左右。

    表五給出微孔 PE 管過濾空氣中塵埃的過濾效率的測試數(shù)值。

    表五    一種規(guī)格的微孔 PE 管過濾空氣中塵埃的過濾效率測定值

由表五的數(shù)據(jù)可以看到，微孔 PE 管過濾大氣中的塵埃，不僅效率高，濾速快，而且壓差也較小，能耗較省。

② 多功能微孔過濾管的研制：已開發(fā)出多種既有過濾又有某種特定吸附功能的吸附過濾管；又開發(fā)出既能過濾，又能將過濾住的菌體殺滅活性的滅菌過濾管。

③ 多層微孔過濾管：為了既能保持很高的過濾精度與高過濾效率，又能減少過濾操作的能耗與超細(xì)微孔過濾管原料單耗，研制與開發(fā)了各層微孔孔徑不同的多層復(fù)合微孔過濾管。目前在國內(nèi)廣泛應(yīng)用的能過濾 0.2 微米與 0.5 微米的剛性微孔過濾管絕大部份都采用這類多層微孔過濾管。

 2 、剛性高分子精密微孔過濾機(jī)的最新進(jìn)展概況：

經(jīng)過三十多年反復(fù)研制，經(jīng)過工業(yè)生產(chǎn)上長期試驗(yàn)。過濾面積最大已達(dá) 300 米 2 。這些不同結(jié)構(gòu)的過濾機(jī)具有不同的功能。有的適宜于含固量較多，能形成相當(dāng)厚度較干濾餅的過濾，這類微孔過濾機(jī)的底部均有氣缸操作的能順利排出大體積干濾餅的大口徑底蓋，目前最大直徑達(dá)φ 1400 毫米；有的結(jié)構(gòu)過濾機(jī)適用于含固量很少，基本不形成濾餅，但對濾液澄清度要求非常高的精密澄清過濾；有的可將過濾機(jī)內(nèi)的所有物料全部濾完，無剩料留到下一批，可避免批號混批的物料過濾，這種精密微孔過濾機(jī)特別適宜制藥工業(yè)與食品工業(yè)；有的過濾機(jī)可將機(jī)內(nèi)的濾餅進(jìn)行靜止洗滌與干燥；有的過濾機(jī)可將機(jī)內(nèi)的濾餅進(jìn)行攪拌洗滌。上述幾種結(jié)構(gòu)的剛性精密微孔過濾機(jī)均在工業(yè)生產(chǎn)上獲得多年連續(xù)應(yīng)用，有的應(yīng)用十年以上。最近我們還開發(fā)成功連續(xù)薄層增稠過濾機(jī)。并于今年獲得鑒定。

剛性高分子精密微孔過濾技術(shù)不僅大量用于液體精密澄清過濾與液體精密濾餅過濾，還成功用于氣固精密過濾，成功用于某一淀粉廠的氣體回收淀粉的氣固過濾，已連續(xù)應(yīng)用二年多。

二、   技術(shù)軟件的最新進(jìn)展概況：

本技術(shù)在硬件開發(fā)的同時，投入相當(dāng)力量進(jìn)行工程設(shè)計(jì)計(jì)算的軟件開發(fā)，根據(jù)用戶物料的物性測試數(shù)據(jù)，可以比較正確歸納出微孔過濾管的毛細(xì)孔徑與過濾精度及濾速之間關(guān)系，平均濾速的變化規(guī)律及微孔過濾管阻力增加規(guī)律等，利用這些關(guān)系式可計(jì)算出微孔管所需的毛細(xì)孔徑與所需的過濾面積。

限于篇幅，下面僅簡單提及作者研究出其中幾個主要關(guān)系式。

1 、   過濾精度 ds ，微孔過濾介質(zhì)的平均毛細(xì)孔徑 dm ，微孔過濾介質(zhì)的厚度△ S ，濾液粘度μ，濾液平均濾速 w ，微孔過濾介質(zhì)的平均孔隙率ε之間的關(guān)系：

    ……………………………………（ 1 ）

2 、   平均濾速 W 隨過濾時間 t 的變化規(guī)律：

① 精密濾餅過濾過程中 W 與 t 的關(guān)系：

    …………（ 2 ）

② 基本不形成濾餅的液體精密澄清過濾的 W 與 t 的關(guān)系：

    ……………………………………………………（ 3 ）

3 、   剛性微孔過濾介質(zhì)本體阻力 Rm 隨過濾次數(shù) N 的變化規(guī)律：

由于被過濾物料本身的性能、操作條件及物理再生工藝等不同， Rm 與 N 之間的關(guān)系呈現(xiàn)不同規(guī)律，作者通過系統(tǒng)研究，已歸納出四種典型變化規(guī)律：

① 直線型：

    ………………………………………………（ 4 ）

② 指數(shù)曲線型：

    …………………………………………………（ 5 ）

③ 拋物線型：

………………………………………（ 6 ）

④ 雙曲線型：

   ……………………………………（ 7 ）

以上諸式：

dm ——   剛性微孔過濾介質(zhì)的平均毛細(xì)孔徑 ( μ m)

ds ——   過濾精度，即所需過濾住的最小固體微粒的粒徑 ( μ m)

△ S ——   剛性微孔過濾介質(zhì)的厚度 (mm)

μ—— 濾液粘度 (Pa · s)

w ——   過濾起動時，或未形成濾餅時，濾液通過微孔過濾介質(zhì)表面的平均線速度 (m/s)

ε—— 微孔過濾介質(zhì)的平均孔隙率 ( — )

A 、 B ——   系數(shù)，取決于被過濾顆粒與微孔過濾介質(zhì)之間的相互作用，通過有限幾組實(shí)驗(yàn)就測計(jì)算出。

W ——平均過濾速率 ( m3/ m2 · s)

t ——累計(jì)過濾時間 (s)

α——濾餅的平均比阻 (1/ m2)

Rm0 ——微孔過濾介質(zhì)的原始阻力 (1/m)

Rm ——微孔過濾介質(zhì)的阻力 (1/m)

C ——每單位濾液體積所具有的濾餅體積 ( — )

△ P ——過濾壓差 (Pa)

n ——與濾餅壓縮性有關(guān)的指數(shù)，對不可壓縮濾餅， n=2 ；對可壓縮濾餅， n>2 （在測定計(jì)算α時，必先測定與計(jì)算出 n 值）

a 、 b ——系數(shù)，取決于濾餅的可壓縮性，在測定濾餅的平均比阻α的等壓縮試驗(yàn)后只要計(jì)算出α、 n 及小試驗(yàn)的 c 等參數(shù)，就可計(jì)算 a 與 b 數(shù)值，對不可壓縮濾餅，當(dāng) n=2,a=1,b=1 。

H 、 K 、 G ——   系數(shù)，由等壓精密澄清過濾的小試驗(yàn)就可測出 H 、 K 、 G 等系數(shù)。

N ——過濾次數(shù)、 Y ——   系數(shù)，與過濾介質(zhì)的毛細(xì)孔被堵塞的操作條件有關(guān)，通過系統(tǒng)小試驗(yàn)就可計(jì)算出。   

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