摘要：液固過濾過程中能耗與物耗相當(dāng)可觀，對(duì)我國節(jié)能減排任務(wù)的負(fù)面影響不可忽視。本文特地分析了四種常見的過濾方法（循環(huán)過濾，多級(jí)過濾，真空過濾與錯(cuò)流過濾）的高能耗與三種常見的過濾裝置與方法（手動(dòng)板框壓濾機(jī)，分散的深層過濾器與助濾過濾）的高物耗的概況，并簡單敘述了改造的大致方向。

關(guān)鍵詞：循環(huán)過濾、多級(jí)過濾、助濾過濾、澄清度、濾餅過濾、澄清過濾

不可再生的能源與資源日益枯竭，氣候與環(huán)境日益惡化，人口數(shù)量日益增加，如果我們還不認(rèn)真，還不堅(jiān)決執(zhí)行節(jié)能減排，節(jié)能減耗，節(jié)能增效的國策，不把低炭綠色經(jīng)濟(jì)作為各行各業(yè)的最高準(zhǔn)則，那我們是在加速自挖墳?zāi)?，加速地球早日毀滅。為了能貫徹?jié)能減排的要求，各行各業(yè)必須摸清本行業(yè)的能耗與物耗的現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上，能否找到節(jié)能減排的途徑。

液固過濾是各工業(yè)生產(chǎn)，尤其化工，制藥，食品，冶金，能源，電子，礦山，機(jī)械及環(huán)保等工業(yè)部門不可缺少甚至量大面廣的單元操作，有的還是關(guān)鍵操作，因此，工業(yè)生產(chǎn)上的液固過濾操作中的能源消耗與資源消耗相當(dāng)大。長期的不嚴(yán)密設(shè)計(jì)與粗放操作，長期的企業(yè)管理中，能耗指標(biāo)與物耗指標(biāo)不重視，不考核，養(yǎng)成大家對(duì)高能耗與高物耗的現(xiàn)狀熟視無睹，習(xí)以為常。尚未看到有人對(duì)各種過濾裝置的能耗與物耗作系統(tǒng)與詳細(xì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，找出哪些能耗與物耗是必須的消耗，哪些是額外的或多余的消耗?，F(xiàn)在，殘酷的現(xiàn)實(shí)迫使我們要作這方面的統(tǒng)計(jì)與分析。這需要專門的人才與研究課題。作者只是精密微孔過濾技術(shù)的研發(fā)者，由于從事研究、開發(fā)及推廣應(yīng)用已有四十多年，與各種企業(yè)接觸多了，對(duì)各企業(yè)已經(jīng)應(yīng)用的各種過濾裝置有一定了解，為了響應(yīng)節(jié)能減排的要求，特對(duì)幾種常見的過濾技術(shù)的能耗與物耗的狀況作一初步分析，目的是引起管理部門與廣大過濾技術(shù)工作者關(guān)心這些問題，研究這些問題，使工業(yè)生產(chǎn)上過濾操作中高能耗與高物耗的現(xiàn)狀有所改善，有較大幅度的下降。

一、   幾種常見的過濾技術(shù)的能耗分析：

所有的過濾技術(shù)通過特定的過濾機(jī)來執(zhí)行。所有的過濾機(jī)由特殊的機(jī)體結(jié)構(gòu)與過濾濾材兩部分組成。工業(yè)生產(chǎn)上的過濾機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)很多，過濾濾材的種類也不少。這些機(jī)體結(jié)構(gòu)與濾材的應(yīng)用歷史都相當(dāng)久，因此現(xiàn)在所使用的各種過濾技術(shù)都屬于實(shí)用技術(shù)。但是如用低炭與綠色經(jīng)濟(jì)來評(píng)判，用節(jié)能減排，節(jié)能減耗與節(jié)能增效來對(duì)照，就可發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在許多被認(rèn)為是正常的，可行的，實(shí)用的過濾技術(shù)應(yīng)盡速革新，不然，當(dāng)前的不少過濾技術(shù)就成為能源與資源的 “敗家子技術(shù)”。“循環(huán)過濾”，“多級(jí)過濾”，“真空過濾”及“錯(cuò)流過濾”就是典型的多能耗技術(shù)。

（ 1 ）   循環(huán)過濾：現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)上大多數(shù)過濾機(jī)，當(dāng)過濾操作啟動(dòng)后，并不能立即得到澄清度合格的濾液，往往需將濾液全部返回重新過濾。如果這種循環(huán)過濾一次至二次，這也許屬正常操作，因?yàn)椴簧龠^濾機(jī)的濾液出口管道上常會(huì)殘留少許懸浮物，利用濾液循環(huán)過濾一二次，可將這些殘留固體去除。但是目前大量企業(yè)選用濾材前，未作科學(xué)試驗(yàn)與計(jì)算，僅作粗淺估算，甚至盲目選擇，導(dǎo)致過濾濾液的澄清度低，無法滿足生產(chǎn)工藝要求。為了提高澄清度，幾乎所有企業(yè)都采用循環(huán)過濾這一方法，循環(huán)一至二小時(shí)已成為正常操作，有的甚至循環(huán)三至四小時(shí)。不計(jì)能耗，不計(jì)勞動(dòng)生產(chǎn)率，用長時(shí)間的循環(huán)過濾的方法來提高濾液的澄清度已成為大多企業(yè)一個(gè)常規(guī)手段。

如果某種物料中固體顆粒極細(xì)，沒有一個(gè)較好辦法能一次高效過濾，而長時(shí)間的循環(huán)過濾能解決其澄清度，這是不得已而采用的辦法。對(duì)絕大多數(shù)物料，只要放棄粗放設(shè)計(jì)與粗放操作，完全可以做到 “不循環(huán)”或“極短時(shí)間循環(huán)”。

全國工業(yè)企業(yè)每天過濾的液體量極大，每天究竟循環(huán)多少液體？循環(huán)多少時(shí)間？根本沒有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，但其數(shù)量必定是天文數(shù)字。單舉全國氯堿工業(yè)，據(jù)說今年產(chǎn)量可達(dá)三千萬噸，每產(chǎn) 1 噸燒堿，電解所需的鹽水每小時(shí)為十多噸，三千萬噸燒堿，每小時(shí)所需的鹽水為三億噸，這些鹽水電解前需作一至二次精過濾。因此單氯堿的鹽水每小時(shí)至少需精濾三億噸。全國化工，制藥，食品，冶金，礦山，環(huán)保等部門，產(chǎn)品非常多，有的產(chǎn)量非常大，每小時(shí)需過濾的液體總量至少為幾千億米  3 以上。由于大多數(shù)企業(yè)液體過濾的濾材至今絕大多數(shù)仍用很傳統(tǒng)甚至很落后的濾材，都需要長時(shí)間的循環(huán)過濾，其濾液質(zhì)量才能達(dá)到工藝要求。大多企業(yè)每天循環(huán)時(shí)間至少為 1 小時(shí)，有的超過 2 小時(shí)。

液體過濾的動(dòng)力有加壓與真空兩大類。加壓操作有氣壓與泵壓兩種，泵壓中采用離心泵最普遍，從中進(jìn)行循環(huán)過濾也最簡便。因而凡是采用離心泵進(jìn)行加壓過濾的幾乎都進(jìn)行循環(huán)過濾。離心泵加壓過濾時(shí)，其能耗可按下式計(jì)算：

(KW)  ………………………………………（ 1 ）

式 (1) 中：

Q ——液體流量（米  3/ 秒）

H ——泵的揚(yáng)程（米）

——液體的密度（公斤 / 米  3 ）

——離心泵的效率，對(duì)大型離心泵， =0.8

    如果每小時(shí)過濾一億米  3 ，則 Q=27777.8 米  3/ 秒。當(dāng)循環(huán)過濾時(shí)，其起動(dòng)揚(yáng)程一般為 5 米，最后為 25 米，平均 H=15 米，對(duì)大多數(shù)液料，其密度為 1000 至 1100 公斤 / 米 3 ，一般可取 =1050 公斤 / 米  3 ，對(duì)大型離心泵， =0.8 。將以上數(shù)據(jù)代入式（ 1 ），得出 1 億米  3 料液，每天循環(huán) 1 小時(shí)，其所耗功率 N=5361533.4KW ，即每天循環(huán) 1 小時(shí)，多耗功率 536 萬千瓦，每天循環(huán) 2 小時(shí)，則多耗功 1072 萬千瓦。如果全國有 1 千億米  3 料每天循環(huán) 1 小時(shí)，每天多耗 53.6 億千瓦電力，如果每天循環(huán) 2 小時(shí)，每天多耗 107.2 億千瓦電力。上面只是初步估算。實(shí)際情況是國內(nèi)企業(yè)長時(shí)間循環(huán)過濾非常普遍，許多企業(yè)將此作為經(jīng)典操作手段，其能耗的浪費(fèi)可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們的估算。

（ 2 ）   多級(jí)過濾：

    對(duì)一些質(zhì)量要求很高的工業(yè)部門，如藥品，食品，微電子等，為了確保產(chǎn)品質(zhì)量萬無一失，在液體過濾工序中，需設(shè)多道防線，即使前一級(jí)的液體的澄清度已滿足，往往后面再加一至二級(jí)精度更高的精過濾，目的使產(chǎn)品出現(xiàn)紕漏的概率消失至零。但是許多企業(yè)將這一特殊產(chǎn)品的特殊處理方法移植到含固量多的濾餅過濾操作中。先用一至二級(jí)粗級(jí)過濾或其他分離方法將絕大多數(shù)較粗固體先去除。剩下只剩極少量的細(xì)顆粒再用效率很高的精過濾。以為這樣多級(jí)串聯(lián)過濾既確保好的濾液質(zhì)量，又能以較小的過濾面積獲得大量的固體濾餅。這種不了解液固過濾基本知識(shí)的方法，往往并不能達(dá)到希望者的初衷，甚至適得其反，弄巧成拙。作者遇到相當(dāng)多的案例，本來一臺(tái)原設(shè)計(jì)的過濾機(jī)，其濾液的澄清度與處理能力都能勝任，只是由于原料液含固量較多，每天需幾次卸除濾餅，幾乎操作稍麻煩些。為了減少卸濾餅的次數(shù)，就在該過濾機(jī)之前，增加一級(jí)預(yù)處理機(jī)，有的采用重力沉降，有的用離心機(jī)（如臥式螺旋離心機(jī)），有的用加壓過濾機(jī)或真空過濾，前級(jí)去除 95% 以上甚至 99% 的固體，剩下 5% ，甚至 1% 的固體再用原來的過濾機(jī)，以為原料液固體已大幅減少，再用這一臺(tái)過濾機(jī)，就輕而易舉地完成剩下的固體的過濾任務(wù)。結(jié)果卻是，別說一臺(tái)過濾機(jī)，再把過濾面積放大幾倍，也往往難以勝任。

    為什么會(huì)發(fā)生這種“不可思議”的“怪事”呢，只要用“濾餅過濾”的基本理論，就可一目了然。

    假設(shè)料漿中固體顆粒為不可壓縮固體，按不可壓縮濾餅過濾的基本理論，濾餅過濾的平均濾速可按下式計(jì)算：

………………………………（ 2 ）

式（ 2 ）中：

W ——濾液的平均濾速   （米  3/ 米  2 ·小時(shí)）

Rm ——濾材的阻力   （ 1/ 米）

△ P ——過濾壓差   （公斤 / 米  2 ）

μ——濾液粘度 （公斤 / 米·秒）

t ——過濾時(shí)間   （秒）

α——濾餅層的平均比阻 （ 1/ 米  2 ）

c ——濾餅體積與濾液體積之比（——）

當(dāng) Rm ，△ P ，μ， t 不變時(shí)， W 僅與（α· c ）有關(guān)。

    如采用二級(jí)過濾，經(jīng)第一級(jí)過濾后， c 可大幅減少，第二級(jí)過濾時(shí)，如形成的濾餅的α仍等同于第一級(jí)過濾的α，則第二級(jí)（α· c ）會(huì)大幅減小，按式（ 2 ）計(jì)算，第二級(jí)的 W 會(huì)大幅增加。實(shí)際上，希望第二級(jí)的α等同于第一級(jí)的α，這是不可能的，因?yàn)榈谝患?jí)過濾后，料液中的粗的或較粗的顆粒都被濾除，剩下的都是細(xì)的，這些細(xì)顆粒組成的濾餅，其α會(huì)大幅增加。

根據(jù) Kozeny-carman 公式，各種顆粒堆積層的比阻的計(jì)算式為：

…………………………（ 3 ）

式（ 3 ）中：

J ——與顆粒層固體顆粒形狀有關(guān)的系數(shù)（——）

S0 ——顆粒層的比表面積   （米  2/ 米  3 ）

ε——顆粒層的孔隙率 （——）

顆粒堆積層中的孔隙率 ε可用下式計(jì)算：

…………………………（ 4 ）

式（ 4 ）中：

B ——顆粒層的堆積密度   （克 / 公分 3 ）

Y ——固體顆粒的真密度   （克 / 公分 3 ）

顆粒堆積層的比表面積 S0 與平均顆粒粒徑 d0 存在以下關(guān)系：

………………………（ 5 ）

式 (5) 中  :

d0 ——顆粒堆積層中固體顆粒的平均粒徑   （米）

Ω——顆粒的球形度 （——）

將式（ 4 ）與（ 5 ）代入式（ 3 ），則α的計(jì)算式成為：

………………………（ 6 ）

令 ………………………………與顆粒形狀有關(guān)的系數(shù)，

則式（ 6 ）成為：

………………………（ 7 ）

    顆粒層的平均粒徑有多種，有按重量分布的平均粒徑，有按面積分布的平均粒徑，有按直徑分布的平均粒徑，有按個(gè)數(shù)分布平均粒徑。作為濾餅比阻計(jì)算，應(yīng)是按個(gè)數(shù)分布的平均粒徑。

    顆粒層的堆積密度 B 也與 d0 有關(guān)， d0 愈小， B 愈大。 B 與 d0 成何種定量關(guān)系，目前尚無人研究，但至少成一次反比關(guān)系。分析式（ 7 ），可以看出，α與 B 已成為五次方正比關(guān)系。如果 B 與 d0 至少為一次方反比關(guān)系，那α與 d0 至少成七次方反比關(guān)系。

    假如二級(jí)過濾中前一級(jí)已將固體顆粒去除 90% ，則第二級(jí)的 c 幾乎只有原來的 10% ，但顆粒中 d0 一般會(huì)減少 1/3 （假如第一級(jí)的 d0=2 微米，至第二級(jí) d0=0.67 微米），如果比阻與 d0 成七次方反比，則α增加 37=2187 倍，α· c 增加 218.7 倍。根據(jù)式（ 2 ）計(jì)算，平均濾速減少了 1/14.8 ，即濾速只有原來 6.76% 。采用二級(jí)過濾，第一級(jí)將固體去除了 90% ，固體只剩下 10% ，但濾液體積減少不多，仍有 90% 以上的濾液需通過第二級(jí)過濾，而第二級(jí)的平均濾速已降至原來的 6.75% ，需第二級(jí)過濾面積增加 15 倍，否則無法過濾。

    因此，采用二級(jí)或更多級(jí)的多級(jí)過濾，徒增加能耗與物耗，徒增加成本，對(duì)改善過濾操作毫無好處。

（ 3 ）   真空過濾：

    真空過濾在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用很廣泛，尤其連續(xù)鼓式，連續(xù)轉(zhuǎn)盤式與連續(xù)帶式的真空過濾機(jī)應(yīng)用非常普遍。除非某些易揮發(fā)性物料或有嚴(yán)重腐蝕性物料不適宜，對(duì)大多數(shù)顆粒大于 10 微米的物料，連續(xù)真空過濾機(jī)很實(shí)用，很方便。連續(xù)真空過濾需要三種能耗，一是液固過濾本身能耗，二是過濾機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的機(jī)械傳動(dòng)能耗，三是產(chǎn)生真空系統(tǒng)的能耗。第一與第二項(xiàng)能耗都很小，只有第三項(xiàng)能耗很高，但是很少有人關(guān)注真空過濾的能耗為什么相當(dāng)高？

    真空系統(tǒng)的能耗除了少量用于液固過濾本身的能耗外，主要消耗于產(chǎn)生真空與維持真空這兩方面。產(chǎn)生真空的能耗即是將欲承受濾液的真空容器在過濾起動(dòng)前從常壓狀況抽至真空狀態(tài)所需能耗；維持真空的能耗是在正常過濾時(shí)，為了維持真空容器所需的真空，并使過濾濾液順利進(jìn)入真空容器，要將與濾液等體積的真空容器內(nèi)殘余氣體抽出并壓縮與排至大氣所消耗的能耗。

抽真空所需的能耗應(yīng)按氣體單級(jí)絕熱壓縮功率計(jì)算：

（千瓦） …………………………（ 8 ）

式（ 8 ）中：

P1 ——吸入氣體的壓力   （公斤 / 公分  2 ）（絕對(duì)壓）

V ——吸入狀態(tài)下氣體的體積流量   （米  3/ 分）

P2/P1 ——氣體壓縮比

K ——氣體絕熱指數(shù)   對(duì)空氣  K=1.4

將真空容器從大氣狀態(tài)抽至真空狀態(tài)， P1 是不斷變化的，，從大氣壓（ P2 ）逐漸減少至最后達(dá)到真空狀態(tài)（ P1 ），應(yīng)將式（ 9 ）以變量 P1 進(jìn)行積分，最后得到產(chǎn)生真空的能耗公式為：

（千瓦） …………（ 9 ）

維持真空的能耗按式（ 8 ）計(jì)算。

假如某一連續(xù)真空過濾機(jī)，每小時(shí)過濾濾液量為 60 米  3/ 時(shí)，則 V=1 米  3/ 分，真空過濾時(shí)， P1=0.05 公斤 / 公分  2 （絕對(duì)壓為 1.05 公斤 / 公分  2 ），大氣壓力 P2=1 公斤 / 公分  2 ，壓縮比 P2/P1=1/0.05=20 ， K=1.4 ，假如真空泵效率為 0.75.

按式（ 8 ）計(jì)算，其維持真空能耗為 10.8 千瓦。

按式（ 9 ）計(jì)算，其產(chǎn)生真空能耗為 10.9 千瓦。

    液固過濾本身能耗不高（按 H=9.5 來算， Q=60 米  3/ 時(shí) =0.017 米  3/ 秒，η =0.75 ），以離心泵功率計(jì)算，其過濾本身能耗只有 2.1 千瓦。

    如不考慮連續(xù)真空過濾機(jī)機(jī)械運(yùn)動(dòng)能耗，其過濾本身能耗與真空系統(tǒng)能耗總計(jì)為 23.8 千瓦，過濾本身能耗只占 8.8% ， 91.2% 能耗都是真空系統(tǒng)的能耗。真空系統(tǒng)能耗共為 21.7 千瓦，如果每天過濾 20 小時(shí)，每天真空系統(tǒng)能耗為 434 千瓦，全年（按 330 天計(jì)）消耗 14.33 萬千瓦。如果每年這種真空過濾機(jī)有一萬臺(tái)，則全年多耗電為 14 億度電。如果全國這類過濾機(jī)有十萬臺(tái)，全年就多耗電為 140 億度電。

（ 4 ）   錯(cuò)流過濾：

    如果物料中固體顆粒非常細(xì)，都小于 0.1 微米，形成濾餅，其比阻非常大，以致濾餅過濾時(shí)的平均濾速非常??；由于顆粒細(xì)，顆粒表面能大，顆粒與濾材之間的粘合力也相當(dāng)大。對(duì)于這類物料，為了使其能獲得較滿意的平均濾速，無濾層的錯(cuò)流過濾方法就為許多人選用。料漿在濾材表面高速流動(dòng)，可將過濾時(shí)形成的濾餅層及時(shí)沖刷掉，可使平均濾速大幅提高。料漿在濾材表面的線速度必須很高，一般要超過 5-10 米 / 秒。顆粒愈細(xì)，線速度愈大。料漿高速流動(dòng)要耗很大的能量。其實(shí)只有在濾材表面附近一層的高速流動(dòng)的能耗是有效能耗，離表面稍遠(yuǎn)的高速流動(dòng)的能耗均是無效能耗。

    錯(cuò)流方法最先用于超濾，納濾，反滲透等均相分離的操作中，為減少均相膜表面附近的濃差極化而采取的措施。由于料液中沒有固體顆粒，兩相鄰膜之間的間隙可以非常小，因而無效能耗也非常少。此方法如用于含有一定量細(xì)顆粒的非均相過濾，兩濾材之間的空間不可能非常小，否則該空間會(huì)被濃縮后的細(xì)顆粒堵塞，因此非均相分離的錯(cuò)流過濾器很少制成易堵塞的卷膜式，絕大多數(shù)制成不易堵塞的管束式。

    錯(cuò)流管束過濾器只能起增稠左右，不能產(chǎn)生較干濾餅。過濾管直徑必須很小，其無效能耗才較少。這類過濾器的單位體積內(nèi)可獲得很大的過濾面積。但無論直徑多小，其無效能耗比過濾本身能耗都要大很多倍。

    例如一臺(tái)過濾面積為 50 米  2 的錯(cuò)流管束過濾器，如果過濾管內(nèi)徑為Φ 4 毫米，長為 1 米，過濾機(jī)內(nèi)管數(shù)為 3979 根，如要保持料漿在過濾管內(nèi)的平均流速為 6 米 / 秒，料漿的循環(huán)流量必為 1080 米  3/ 時(shí)。如果料漿在過濾管進(jìn)出口壓差為 0.1Mpa ，假如循環(huán)離心泵的效率為 0.8 ，按公式（ 1 ）計(jì)算，其循環(huán)泵每小時(shí)的功率為 36.8 千瓦，每天 882 千瓦，全年（按 330 天計(jì)）需耗功率 29 萬千瓦；如果將過濾管內(nèi)徑制為Φ 2 毫米，這么細(xì)難制成 1 米，只能制成 0.5 米，一臺(tái) 50 米  2 的錯(cuò)流過濾器需安裝 7958 根過濾管。由于過濾管內(nèi)孔太細(xì)，需將料漿在過濾管的平均濾速提至 10 米 / 秒，循環(huán)流量為 900 米  3/ 時(shí)，如過濾管進(jìn)出口壓差需為 0.13Mpa ，其每小時(shí)能耗近 40 千瓦，每天 960 千瓦，全年近 32 萬千瓦。

    一臺(tái) 50 米  2 的管束型錯(cuò)流過濾器，如過濾超細(xì)的小顆粒，其平均過濾濾速最多只有約 1 （米  3/ 米  2 ·小時(shí)），總的濾液量也只有約 50 米  3/ 時(shí)。過濾時(shí)過濾管內(nèi)外壓差約 0.1Mpa ，其過濾本身能耗也只有 1.36 千瓦。如果泵效率為 0.8 ，實(shí)際過濾本身能耗只有 1.7KW 。全年只有 1.35 萬千瓦電耗，而采用錯(cuò)流方式，雖提高了平均濾速，而循環(huán)能耗卻比過濾本身能耗高 20 多倍。

    從減排效果看，高精度的錯(cuò)流過濾器是一種很高效的過濾器?？蛇z憾的是它的高效與減排是建立在高耗能的基礎(chǔ)上。除非細(xì)顆粒 100% 是小于 0.1 微米的微粒，暫時(shí)還找不到更好的方法而不得不采用錯(cuò)流過濾。如果顆粒稍微大些，應(yīng)盡可能用更節(jié)能的過濾方法。

二、   幾種常用的過濾裝置與過濾方法的物耗分析：

    某些常見的過濾裝置與過濾方法，其直接能耗雖不高，但間接能耗卻不低。這就是一些高物耗的過濾裝置與過濾方法。

（ 1 ）   低效又多耗材的手動(dòng)板框壓濾機(jī)或廂式壓濾機(jī)：

    板框壓濾機(jī)（包括廂式壓濾機(jī)）是一類有一百五十年歷史的古老過濾機(jī)，結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，占地面積小，過濾面積大。自采用增強(qiáng)聚丙烯作基礎(chǔ)材料，防腐性能明顯提高，價(jià)格又相對(duì)較低，因而在我們這類發(fā)展中國家獲得大規(guī)模推廣應(yīng)用；自增用彈性皮膜擠壓濾餅的技術(shù)后，明顯降低能耗，又進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。

    目前板框壓濾機(jī)，尤其大量手動(dòng)板框壓濾機(jī)存在的突出問題是其濾材均選用編制的柔性濾布或非編織的柔性濾氈。由于濾布的孔徑比較大，過濾效率較低，過濾起動(dòng)后需要長時(shí)間的循環(huán)過濾，即使是毛細(xì)孔徑較小的非編制的濾氈，如遇到平均粒徑為 1 微米的細(xì)顆粒，仍需相當(dāng)長時(shí)間的循環(huán)，只是循環(huán)時(shí)間比編制濾布要短一些。嚴(yán)重的弊病是這些濾布或?yàn)V氈使用壽命很短。連續(xù)壽命絕大多數(shù)不超過半年，還有不少企業(yè)，壽命不超過三個(gè)月。短壽命的原因除部分是機(jī)械損壞，大多是由于濾布或?yàn)V氈被細(xì)顆粒堵塞后無法用物理再生，而循環(huán)過濾液最易導(dǎo)致嚴(yán)重堵塞。濾布或?yàn)V氈目前價(jià)格雖不太貴，但卻需大量化工原料與能耗加工而成，加工過程又易伴生環(huán)境污染問題。全國手動(dòng)板框或廂式壓濾機(jī)至少有十多萬臺(tái)在使用。每年易耗的濾布或?yàn)V氈肯定是個(gè)天文數(shù)字，只是目前還無人作這方面統(tǒng)計(jì)。每年大批的廢棄濾布或?yàn)V氈，雖可部分回收這些廢物，但其資源成本，能源成本與環(huán)境成本是觸目驚心的。

    除了板框壓濾機(jī)等過濾機(jī)所用的濾布與濾氈是短壽命的易耗品，某些澄清過濾濾材，如噴融濾芯，濾紙或?yàn)V膜折疊濾芯等濾材都是一次性使用的易耗品。雖然每個(gè)過濾器內(nèi)濾芯不多，但這種濾芯的應(yīng)用面極廣。由于均無法再生，每年消耗量也是天文數(shù)字。

（ 2 ）   分散型濾材的深層澄清過濾器：

    分散型濾材有分散顆粒型（如石英砂，無煙煤粒，泡沫微球等）與分散纖維型（如纖維球與纖維束等）兩大類。這些分散濾材主要用于澄清過濾。濾材層厚度相當(dāng)厚，一般達(dá) 1 米左右。這些過濾器是傳統(tǒng)古老的裝置，尤其顆粒型，從古代就已存在。分散型濾材的深層澄清過濾器結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，操作容易。濾層內(nèi)容渣量很大，料液經(jīng)過過濾層，其液體線速度也很大，因而這類過濾器的處理能力均很大。這些深層過濾器的濾材基本均可長期使用，壽命相當(dāng)長，每年消耗量相當(dāng)少。

    分散型濾材的深層澄清過濾器雖有這么多優(yōu)點(diǎn)，卻不屬節(jié)能減排型，因?yàn)檫@些濾器有兩大致命傷。第一，由于深層濾器內(nèi)濾材相當(dāng)厚，層中孔隙中積留大量細(xì)顆粒，這些細(xì)顆粒大多與濾材粘吸在一起。物理再生時(shí)，需用相當(dāng)動(dòng)力的清洗液對(duì)過濾器內(nèi)的濾材層進(jìn)行劇烈攪動(dòng)與翻騰，才能將濾材層內(nèi)的細(xì)顆粒與濾材分開，隨清洗液流走。翻動(dòng)時(shí)須劇烈，時(shí)間要長，不僅這翻動(dòng)的動(dòng)力消耗大，清洗液消耗量更大。一般再生清洗液的耗量可達(dá)過濾液的 10-20% 。如果回用這清洗液，需另設(shè)置高效精密濾餅過濾器，其所能過濾的濾餅量就是深層過濾層內(nèi)全部截留的細(xì)顆粒。由于顆粒相當(dāng)細(xì)，此清洗液過濾器投資費(fèi)與動(dòng)力費(fèi)都不小。如果清洗液不回收，直接排放，將造成嚴(yán)重環(huán)境污染。尤其當(dāng)分散濾材的的深層過濾器過濾的料液不是中性液體，而是酸性，堿性或其他有毒有害液體，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。第二個(gè)致命傷是此類過濾器過濾效率不穩(wěn)，尤其當(dāng)固體顆粒是較粘性物料，或者經(jīng)較長時(shí)間過濾，濾層內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一些粘附性物質(zhì)，就會(huì)在分散濾材中局部發(fā)生“板結(jié)”現(xiàn)象。濾層內(nèi)多處產(chǎn)生板結(jié)就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)濾層產(chǎn)生“局部溝流”，以致整體過濾效率大幅惡化。

（ 3 ）   助濾過濾：

    對(duì)難濾物料，投加固體助濾劑助濾，是一種很普遍很傳統(tǒng)的方法。助濾分為“表面預(yù)涂助濾”與“本體助濾”兩種。前者為提高過濾精度與過濾效率，又可改善濾餅的卸除效率；后者為改善濾餅層的孔隙率，提高平均濾速。前者的操作相對(duì)麻煩；后者操作簡便。對(duì)許多難濾物料，兩種助濾方法均同時(shí)使用。

    固體助濾劑有兩大類。一類是地礦產(chǎn)品，如硅藻土，珍珠巖（石棉、滑石粉也可被用作助濾劑），另一類是植物加工產(chǎn)品，如纖維素、炭粉等。助濾劑是一次性使用的易耗品，很少有人使用后進(jìn)行再生與復(fù)用。地礦產(chǎn)品是不可再生資源，只會(huì)愈來愈少；植物加工產(chǎn)品是可再生資源，但加工過程的能耗、物耗及對(duì)環(huán)境的破壞要比地礦產(chǎn)品高。

    固體助濾劑只能用于只要濾液，不回收固體濾餅的那類物料。如固體顆粒非常細(xì)，非常粘，濾餅的壓縮性很大，對(duì)這類難濾物料，加固體助濾劑，是一種比較簡便又有效的方法，因而這技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用很普遍，助濾劑的消耗量相當(dāng)大。但從節(jié)能減排，低炭經(jīng)濟(jì)，保護(hù)地球等要求來評(píng)判，采用助濾劑助濾卻是耗能耗材的技術(shù)。根據(jù)大量應(yīng)用研究，助濾劑的最佳投加量應(yīng)與被過濾的固體重量相等。按這一指標(biāo)去使用，每年使用的助濾劑必是天文數(shù)字。制取地礦產(chǎn)品的助濾劑需消耗大量能源與化學(xué)原料；制取有機(jī)助濾劑，能耗與物耗往往更多，價(jià)格更貴。如果在助濾劑的制造、應(yīng)用及回收再生上不作研究，仍按目前的習(xí)慣與方法發(fā)展下去，那對(duì)我國節(jié)能減排的阻礙，對(duì)環(huán)境的破壞也是相當(dāng)殘酷的。

三、   如何改變當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)上液固過濾操作中耗能又耗材的落后面貌：

    目前生產(chǎn)上既節(jié)能又減排的液固過濾技術(shù)已出現(xiàn)幾個(gè)，大多是既不節(jié)能，又不減排；還有的雖然減排，卻不節(jié)能；有的表面看雖屬節(jié)能，卻不減排。本文特重點(diǎn)列出四種耗能型與三種耗材型的，都是現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)上已普遍使用并為后來者繼續(xù)使用的，但其能耗與物耗至今并不被重視的過濾技術(shù)，目的是拋磚引玉，能引發(fā)更多人關(guān)心與重視。

（ 1 ）   應(yīng)積極推廣現(xiàn)有的既節(jié)能又減排的過濾裝置：

1 、   連續(xù)陶瓷真空過濾機(jī)：這是由芬蘭 Valmetoy 公司與 Auto Kumpomintec 等研究試制成功，并獲廣泛應(yīng)用。它的過濾推動(dòng)力不是流體壓差，而是毛細(xì)效應(yīng)。真空作用只是將已吸入陶瓷板毛細(xì)孔內(nèi)的濾液拉引出來，不需多大功率，因而屬節(jié)能型過濾裝置。

我國已有幾家制造廠仿制，并已在國內(nèi)不少企業(yè)獲得成功應(yīng)用。

    由于過濾原理是毛細(xì)效應(yīng)，只要固體顆粒為憎液型，其毛細(xì)效應(yīng)非常顯著，可以過濾很細(xì)小的顆粒，對(duì)親液型顆粒，它只適宜較粗顆粒，即只能過濾大于 10 微米的顆粒。如顆粒小于 10 微米，其濾餅層中毛細(xì)孔的毛細(xì)吸引就相當(dāng)大。陶瓷盤上的毛細(xì)吸力難于吸引濾餅層內(nèi)的濾液，因而，對(duì)親液型顆粒，該機(jī)只適宜過濾較粗顆粒，這是該過濾機(jī)的主要缺陷。此外，陶瓷濾盤的機(jī)械性能有待提高，因?yàn)槟壳鞍l(fā)現(xiàn)某些陶瓷盤易損壞，壽命較短

2 、   剛性高分子精密微孔過濾機(jī)

這是我們獨(dú)立自主研發(fā)成功，國外至今還沒有完整技術(shù)的新型液固過濾裝置。

    該過濾技術(shù)最大特點(diǎn)是過濾精度與過濾效率非常高，水溶液類液體中， 0.3 微米微粒幾可 100% 濾?。徊捎脡毫怏w快速反吹法可很快卸除濾材表面較干濾餅，時(shí)間短，又很方便。可用氣液快速反吹法對(duì)被堵塞濾材進(jìn)行高效物理再生，簡單又便捷；濾材的化學(xué)性能非常優(yōu)越，可耐大多數(shù)酸、堿、鹽及大多數(shù)有機(jī)溶劑，濾材壽命二至五年以上，屬于長效濾材。過濾機(jī)的結(jié)構(gòu)有多種，既可過濾含固量多的濾餅過濾，洗滌，壓干，并可自動(dòng)快速卸除濾餅，也可用于含固量少，液體量大的液體澄清過濾；既可用于有腐蝕性物料過濾，也可用于醫(yī)藥、食品等高要求物料的精密過濾。已大規(guī)模用于化工、制藥、冶金、食品、機(jī)械、環(huán)保等工業(yè)部門，全國已有六千多臺(tái)各種規(guī)格過濾機(jī)在各工業(yè)部門使用，最長應(yīng)用歷史也有三十多年。這種過濾機(jī)是高效長效，節(jié)能減排，完全具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的液固過濾機(jī)。

（ 2 ）   大力改造高耗能或高耗材的過濾裝置：

    在四種高耗能與三種高耗材的過濾裝置與過濾方法中，循環(huán)過濾與真空過濾耗能數(shù)額巨大，板框壓濾機(jī)（或廂式壓濾機(jī)）的耗材也極為驚人。

1 、   造成循環(huán)過濾廣泛采用，其原因不單純是由于濾材規(guī)格選擇不合理，也與整個(gè)過濾工程的設(shè)計(jì)有關(guān)。即使濾材選擇正確，過濾工程設(shè)計(jì)業(yè)比較合理，可使循環(huán)時(shí)間明顯減少，能耗可顯著降下來。但由于濾布（或?yàn)V氈）都是難高效物理再生的柔性材質(zhì)。循環(huán)時(shí)間的明顯減少往往會(huì)導(dǎo)致其堵塞速度大幅上升，使用壽命更短。耗能型成為耗材型。最近二十多年，許多板框或廂式壓濾機(jī)增加皮膜擠壓裝置，使許多濾餅壓干操作中節(jié)能顯著，但高耗材的弊病并沒多少改觀。

    研制能高效簡易物理再生的柔性濾布，是解決柔性濾布短壽命的唯一途徑。預(yù)計(jì)這是一項(xiàng)需長期努力的艱難任務(wù)，短時(shí)間內(nèi)難有快速突破的希望。對(duì)一些新設(shè)計(jì)的用戶企業(yè)或需重點(diǎn)改造的用戶企業(yè)，欲盡快減少過濾操作中的高耗能與高物耗，只能用已成熟的節(jié)能又減排的過濾技術(shù)與裝置，在原來的老裝置上進(jìn)行小修小改，很難取得較大改觀。

2 、   真空過濾是耗能非常高的傳統(tǒng)過濾裝置，全國應(yīng)用臺(tái)數(shù)又非常多，如要減低能耗，不必花大代價(jià)改造過濾機(jī)本身結(jié)構(gòu)，最佳途徑是改造其真空系統(tǒng)，應(yīng)該會(huì)找到解決途徑。

3 、   分散型深層澄清過濾器再生時(shí)耗液（或水）非常大，占地面積也大，過濾效率又不穩(wěn)定。如要解決處理規(guī)模大，料液含有毒有害成分，盡量不要選用這類過濾裝置，可改用大過濾面積的“剛性濾材的自動(dòng)薄層過濾”，既保證高過濾精度與高過濾效率，又不需大量再生液（包括再生水），節(jié)約土地面積，又對(duì)環(huán)境不污染，能耗又不明顯增加。

4 、   錯(cuò)流過濾是種耗能相當(dāng)大的過濾技術(shù)，不應(yīng)提倡選用。其高過濾精度與高過濾效率完全可用“剛性濾材的自動(dòng)薄層過濾”取代，雖然平均濾速可比錯(cuò)流過濾低些，但一般只有 20-40% 的降低，而能耗卻成十倍下降。

5 、   現(xiàn)在許多工業(yè)生產(chǎn)廣泛使用一些非過濾的分離裝置。如自然沉降（如濃密機(jī)等）、斜板、斜管等，雖屬節(jié)能型，操作也很簡便，但分離效率卻很差，占地面積大，一次性投資往往也不低。自然沉降型的分離裝置對(duì) 1 微米以下的微粒幾乎無法回收，會(huì)造成大量寶貴資源流失，資源成為環(huán)境的污染源。這類落后的非過濾分離裝置完全可以用“剛性自動(dòng)薄層過濾”取代，雖然動(dòng)力消耗比重力沉降大些，但卻完全解決細(xì)顆粒等資源回收，占地面積可大幅減少，又不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。

6 、   多級(jí)過濾一般不宜使用。但如遇到處理量很大，料液中含固濃度非常高，在此特殊條件下，可采用二級(jí)過濾，但第一級(jí)過濾效率不能高，只能將料液中 60-70% 固體過濾掉，要留下 30-40% 固體供第二級(jí)過濾，如能達(dá)到這一條件，第二級(jí)過濾機(jī)不必增加很多過濾面積。但實(shí)際操作中這往往比較困難，因?yàn)榈谝患?jí)過濾時(shí)，一旦形成較厚的濾餅，其過濾效率與過濾精度會(huì)明顯提高，很難會(huì)留下 30-40% 的固體供第二級(jí)過濾。

7 、   助濾過濾雖是解決某些難濾物料過濾的好方法，但不宜廣泛采用，盡量少用，使用后盡可能以較低代價(jià)進(jìn)行再生與回用。其實(shí)在不少應(yīng)用中，是可以讓相當(dāng)大比例的無機(jī)   助濾劑達(dá)到回用要求的。

四、結(jié)束語：本文只是按照現(xiàn)存的一些過濾技術(shù)的一些現(xiàn)象去分析工業(yè)生產(chǎn)上現(xiàn)有的過濾機(jī)的能耗與物耗概況，完全缺乏統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的支持，因此某些結(jié)論不一定正確，只希望以此拋磚引玉，能引起各有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)與廣大過濾行業(yè)科技人員關(guān)心能耗與物耗問題，為落實(shí)我國節(jié)能減排的戰(zhàn)略任務(wù)作一些貢獻(xiàn)。

微孔過濾機(jī)

相關(guān)資料：

PE 微孔管過濾機(jī)理及反沖洗的微觀動(dòng)態(tài)特性研究 ;

工業(yè)生產(chǎn)上水處理用微孔精密過濾機(jī) ;

精密微孔過濾機(jī)在超細(xì)粉末過濾與洗滌應(yīng)用 ;

精密微孔過濾機(jī)在氫氧化鈷生產(chǎn)中的應(yīng)用 ;

微孔精密過濾器在不同工況中的過濾應(yīng)用 ;

聚乙烯微孔管過濾機(jī)簡介 ;

半導(dǎo)體生產(chǎn)中的廢水過濾 ;

超純氣體的過濾應(yīng)用 ;

超純水制備的過濾應(yīng)用 ;

催化劑回收中的過濾過程 ;

微孔過濾機(jī) ---PEPA 管系列操作使用說明書及尺寸選型 ;

超細(xì)粉體的外在過濾特性 ;

幾種過濾方式介紹 ;

流體中超細(xì)粉體的過濾、洗滌 ;

有色金屬工業(yè)生產(chǎn)上的顆粒雜質(zhì)過濾 ;

針劑藥液的過濾應(yīng)用 ;

關(guān)于發(fā)酵液的過濾應(yīng)用；

精密微孔過濾機(jī)在二次鹽水中的過濾應(yīng)用；

當(dāng)前我國工業(yè)生產(chǎn)上的固液分離技術(shù)的概況 ；

粉末活性炭脫色液的微孔過濾 ;

粉末活性炭與炭基粉末催化劑與液體的精密過濾 ；

剛性高分子精密微孔過濾機(jī)及其在制藥工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用 ；

剛性高分子精密微孔過濾技術(shù)優(yōu)異特色的形成原因 ；

剛性高分子精密微孔過濾技術(shù)及其在工業(yè)生產(chǎn)上的廣泛應(yīng)用 ；

剛性高分子精密微孔過濾技術(shù)的最新進(jìn)展概況 ；

剛性高分子精密微孔過濾技術(shù)；

微孔過濾機(jī)在脫硫工藝中的過濾應(yīng)用；

微孔過濾機(jī)在油脂食品中的過濾應(yīng)用；

微孔過濾機(jī)在工業(yè)中的過濾應(yīng)用；

PE/PA/PTFE 管高分子精密微孔過濾技術(shù)在有色金屬工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用前景 ;

PE/PA/PTFE 管 高分子燒結(jié)微孔過濾技術(shù) 在 工業(yè)生產(chǎn)用水與工業(yè)廢水處理上的主要用途 ;

高效長效節(jié)能減排的鋇鹽高分子精密過濾；

工業(yè)生產(chǎn)上水處理用的微孔精密過濾機(jī)；

化工生產(chǎn)上的液體精密過濾與最新過濾技術(shù)；

 

技術(shù)支持：

如何選擇過濾設(shè)備 —工況調(diào)查表

常見流體的粘度；

常見顆粒物的大小及設(shè)備選型參考；

常見流體化學(xué)適應(yīng)性表；

選擇過濾精度時(shí)微米和目數(shù)的關(guān)系；

常見管道尺寸對(duì)照表；

如何挑選合適的過濾袋 - 過濾芯 ；

過濾機(jī)理和形式 ；

過濾行業(yè)中的常用術(shù)語 ；

過濾行業(yè)常見的單位換算 ；

過濾的種類及模式 ；

過濾行業(yè)中的一些名詞定義 ；

常見顆粒物粒徑大小 ；

常用壓濾機(jī)濾布分類 ；

過濾機(jī)理 ；

幾種過濾方法能耗分析 ；

幾種金屬顆粒和化合物粒徑分布 ；

顆粒尺寸和對(duì)應(yīng)的過濾分離方式 ;