过滤介质

固液分离过程中过滤介质的选择与应用天津大学天津大学谭谭蔚蔚教授教授1.概述2.过滤介质的分类3.编织滤布4.过滤介质的特性及影响因素5.机织过滤介质的堵塞6.过滤介质的选择1.概述过滤介质的主要作用是用最少的能量消耗将固体微粒从流动的流体中分离出来。过滤介质通常分为（a）用来回收有用的固体产物；（b）用来澄清液体，例如在水的澄清中用砂砾堆积的深层床。在（a）中人们尝试用可回收的形式形成表面沉积物。当然不能将某种过滤介质描述为属于（a）或者（b）类，而是通过表面沉积层和过滤介质孔隙内部所捕捉的固体颗粒兼有的共同作用达到分离要求。成功的过滤操作很大程度上取决于选择合适的过滤介质。在当前发展阶段，尽管在过滤介质的性能和选择方面已经有大量的技术信息，但过滤介质还是要依靠对固液混合物的一些实验来选择。实验中工艺条件的很小变化都可能对结果产生很大影响。由于过滤介质多种多样造成选择过滤介质的工作非常困难。仅依靠对颗粒的测定很难确定哪一种过滤介质最适合该分离操作。存在问题„滤布选择：习惯性，限于几种常用类型，是否合适不知道，或大或小在润滑油白土过滤时均采用两层滤布与滤纸„对新的过滤介质：复合滤布、涂膜滤布、金属丝网、金属纤维烧结等的性能了解不多，无法选用华北制药集团Vc生产中不知道有双层复合滤布„操作条件不合适：使用温度在润滑油白土过滤时，原来在120℃时过滤，滤布发黄，寿命短，后来改为80℃操作，滤布寿命提高一倍。„我国的过滤介质样本大多无与过滤特性有关的参数。„对于难过滤的、未接触过的物料，无法选择使用合适的滤布或者过滤介质可有以下优使用合适的滤布或者过滤介质可有以下优点：点：((a)a)得到纯净滤液，没有因渗漏或穿透过滤介得到纯净滤液，没有因渗漏或穿透过滤介质引起颗粒的损失。质引起颗粒的损失。(b)(b)容易卸除滤饼。容易卸除滤饼。(c)(c)经济的过滤时间。经济的过滤时间。(d)(d)不会因过滤介质突然或逐渐的堵塞、延展不会因过滤介质突然或逐渐的堵塞、延展和起褶皱等因素引起过滤介质作用恶化。和起褶皱等因素引起过滤介质作用恶化。(e)(e)滤布使用寿命足够长，通过对过滤介质的滤布使用寿命足够长，通过对过滤介质的反冲洗可使其再生。反冲洗可使其再生。2、过滤介质的分类2.12.1按过滤原理分类按过滤原理分类滤饼过滤滤饼过滤澄清过滤澄清过滤2.22.2按材质分类按材质分类按过滤介质的材质分为按过滤介质的材质分为天然纤维（如棉、麻、丝等）（如棉、麻、丝等）合成纤维（如涤纶、锦纶、丙纶等）（如涤纶、锦纶、丙纶等）金属、塑料及陶瓷过滤介质等。过滤介质等。2.3按结构分类活性炭石榴石磁铁矿石英砂无烟煤松散性过滤介质无机滤膜滤芯多孔玻璃多孔金属多孔陶瓷多孔塑料刚性过滤介质柔性过滤介质过滤介质非金属过滤介质纸板非织造布高分子有机滤膜非金属过滤介质非织物类过滤介质金属过滤介质织物类过滤介质金属过滤介质不锈钢纤维毡滤纸板状滤网条状滤网天然纤维织物合成纤维织物金属丝编织滤网纺织物滤布2微米非编织介质纤维毡10微米滤纸2微米滤板0.5微米刚性多孔介质陶瓷1微米烧结金属3微米松散固体介质（纤维、粉末等，1微米）膜（高分子有机膜和无机膜）金属丝网5微米人们早就注意到可用作过滤介质的材料的范围很宽，有金属丝布，金属缝隙过滤元件，金属烧结纤维，陶瓷和浸渍纤维。在实际应用中，后来在过滤介质选择和分类上又得到进一步扩展。在过滤组件设计的结构和材料方面，包括过滤介质方面，范围更广泛，可用的过滤介质的范围继续扩展。当过滤介质的制作和组装固定也考虑在内当过滤介质的制作和组装固定也考虑在内时，所列出的要求在实际中会更多。届时，密时，所列出的要求在实际中会更多。届时，密封性、化学和生物学方面的稳定性、强度、磨封性、化学和生物学方面的稳定性、强度、磨损、阻力等因素在设备使用中都要予以考虑。损、阻力等因素在设备使用中都要予以考虑。考虑到情况的复杂性，必须认识到，在过滤考虑到情况的复杂性，必须认识到，在过滤系统的工艺过程中，同颗粒性质相联系的过滤系统的工艺过程中，同颗粒性质相联系的过滤介质的分类极其重要。介质的分类极其重要。基于过滤介质的刚性提出了一个分类方基于过滤介质的刚性提出了一个分类方法法，，该方法的主要特点见表该方法的主要特点见表11。。表表11过滤介质分类过滤介质分类2绕线或绕纤维的缠绕式筒式10织造滤布天然或者人工合成纤维编织织物1005孔板金属网金属板5-25金属丝缠绕滤管扇形洗涤元件金属缝隙过滤元件最小截留粒径（μm）实例种类可以看到这样的分类只给出了最一般的可用过可以看到这样的分类只给出了最一般的可用过滤介质的分类情况。正如后面要详细讨论的，对滤介质的分类情况。正如后面要详细讨论的，对表中关于特定过滤介质的最小截留粒径的信息应表中关于特定过滤介质的最小截留粒径的信息应有一定的保留。微粒的截留率取决于很多过程变有一定的保留。微粒的截留率取决于很多过程变量，并且在实际操作中颗粒的截留率要比表中列量，并且在实际操作中颗粒的截留率要比表中列出的最小值要低。所以，颗粒浓度的变化使织造出的最小值要低。所以，颗粒浓度的变化使织造物有可能捕获比物有可能捕获比1010μμmm小得多的粒子。小得多的粒子。考虑到在滤饼形成的最初阶段中固体颗粒和孔考虑到在滤饼形成的最初阶段中固体颗粒和孔的相互作用，得到所处理的颗粒粒径范围信息是的相互作用，得到所处理的颗粒粒径范围信息是至关重要的。至关重要的。织造滤布的结构取决于编织过程中使织造滤布的结构取决于编织过程中使用的纱线类型。用的纱线类型。纱线有很多种类型：纱线有很多种类型：单丝，复丝，单丝，复丝，人造短纤维人造短纤维纱线的混纺织物。纱线的混纺织物。3.编织滤布按滤布纱线构成分类单丝复丝短纤维按滤布纱线构成分类单丝滤布按滤布纱线构成分类复丝滤布按滤布纱线构成分类短纤维纱滤布这些滤布的纱线是由固体聚合体组成的（聚丙烯，聚酯，聚酰胺等）。在织机上，改变经纱线和纬纱线的编织方式可织出不同结构的滤布。经纱线是沿着机器或者纵向方向延伸，而纬纱线则与经纱线成直角。纱线通常是圆柱形的，但也有用其它形状的纱线是可用的。3.1单丝和复丝图图22显示，在显示，在单丝滤布单丝滤布中经纱线和纬中经纱线和纬纱线都是相同直径的，以简单的一纱线都是相同直径的，以简单的一根在上一根在下的方法编织。这种根在上一根在下的方法编织。这种滤布的孔径范围很宽，从滤布的孔径范围很宽，从50005000μμmm至大约至大约3030μμmm，，孔径的下限由编织孔径的下限由编织过程中所用纤维的直径决定。由于过程中所用纤维的直径决定。由于这种滤布有开放的孔结构，使其具这种滤布有开放的孔结构，使其具有流动阻力低的特性，在许多通量有流动阻力低的特性，在许多通量要求较高的场合已经得到应用，如要求较高的场合已经得到应用，如油、染料和水的过滤以及筛分。油、染料和水的过滤以及筛分。这这种滤布很容易通过反冲洗来清洗种滤布很容易通过反冲洗来清洗。。平纹2/2斜纹8浮1沉锻纹图4单复丝织造滤布的编织方式图图22中列举了一些可用作滤布的织物。中列举了一些可用作滤布的织物。图2典型的织造滤布（a）平纹单丝滤布；（b）反平纹荷兰织法(Reverse-plain-dutch)单丝滤布；（c）斜纹单丝滤布；（d）平纹长丝复丝滤布织物的表面可以用精整加工加以织物的表面可以用精整加工加以修饰，修饰，包括热处理和砑光等包括热处理和砑光等，，它们可以达到或改变滤布正面的光滑程度，以改善卸除滤饼的能力；或改善滤布对固体颗粒的保持性；通过热定形，可以提高化纤滤布的结构稳定性。经过砑光处理后的滤布纱线间的形状为喇叭状(见图所示)，排液通畅，固体颗粒不会被卡堵，滤布表面光滑，滤饼易剥落，可减少滤布的清洗与再生；纱线间距离缩小，拦截效果明显提高，同时由于砑光是在加热加压下进行的，所以经砑光处理后的滤布其结构稳定性更好。表面砑光处理对单丝滤布影响最有效，也只有单丝滤布才能始终保持其表面砑光的效果。但这些织物的质量非常轻而且如果直接用但这些织物的质量非常轻而且如果直接用在加压过滤中很容易就被损坏。因此使在加压过滤中很容易就被损坏。因此使用这种滤布时需权衡其高生产量和易于用这种滤布时需权衡其高生产量和易于清洗的优点及易损坏的特性。清洗的优点及易损坏的特性。现代的发现代的发展趋势是由细的和粗的单丝生产复合滤展趋势是由细的和粗的单丝生产复合滤布。布。复合滤布由‰粗纤维织成的下层起到支撑的作用，并有助于排水和促使滤布附着或压紧在过滤面上；‰其表层具有良好的卸饼性能和抗堵塞性能。实际上这种滤布是仿照顶层过滤滤布被一个辅助滤布支撑的复合情况设计的。双层复合滤布优点：双层复合滤布优点：厚度薄，颗粒不易塞在孔隙厚度薄，颗粒不易塞在孔隙内，避免滤网堵塞，引起过滤内，避免滤网堵塞，引起过滤失效失效断裂、抗拉有优势断裂、抗拉有优势抗弯曲的能力，避免带滤机上抗弯曲的能力，避免带滤机上起皱折，允许操作条件有波起皱折，允许操作条件有波动动。。离心机、盘式、转鼓，一般两离心机、盘式、转鼓，一般两层，可代替。层，可代替。双层复合滤布：双层复合滤布：支撑与分离层分开，可有单独的性支撑与分离层分开，可有单独的性能要求，带式真空过滤机的滤布反面能要求，带式真空过滤机的滤布反面易磨损易磨损小于小于0.20.2mmmm厚的滤布应加支撑层，有厚的滤布应加支撑层，有利于滤液横向流动，有效过滤面积利于滤液横向流动，有效过滤面积例：例：VcVc生产中古龙酸和生产中古龙酸和VcNaVcNa的分离，的分离，双层复合滤布比单层滤布处理量提高双层复合滤布比单层滤布处理量提高30%30%为了生产孔径更细小的滤布，为了生产孔径更细小的滤布，可改变编织可改变编织方式来改变滤布孔径的大小（和形状）方式来改变滤布孔径的大小（和形状）。。因而在生产各种斜纹滤布时，采用不同的因而在生产各种斜纹滤布时，采用不同的编织方法诸如一根在上两根在下，三根在编织方法诸如一根在上两根在下，三根在上一根在下，两根在上两根在下，就可以上一根在下，两根在上两根在下，就可以制造出不同的过滤滤布制造出不同的过滤滤布，如图，如图44所示。所示。这种类型的滤布，比如缎纹滤布，具这种类型的滤布，比如缎纹滤布，具有非常平滑的表面以利于卸除滤饼。有非常平滑的表面以利于卸除滤饼。滤布中纤维编织方式的改变对流体流滤布中纤维编织方式的改变对流体流过织物的影响。过织物的影响。有趣的是在结构强度高的荷兰织法中经有趣的是在结构强度高的荷兰织法中经纱线和纬纱线的直径是不同的。荷兰织法纱线和纬纱线的直径是不同的。荷兰织法可在织物中产生可在织物中产生两种通道或孔两种通道或孔，，一种一种是在是在表面两平行的纱线间，表面两平行的纱线间，第二种第二种是在滤布面是在滤布面上的三角形孔。这些滤布在分离固体和晶上的三角形孔。这些滤布在分离固体和晶体的颗粒时具有极其出色的性能，但很少体的颗粒时具有极其出色的性能，但很少在过滤那些粘糊状的可容纳在三角形孔中在过滤那些粘糊状的可容纳在三角形孔中的胶体时获得成功。的胶体时获得成功。为了提高颗粒的截留率、滤饼的可剥离为了提高颗粒的截留率、滤饼的可剥离性和滤液的排出能力，生产商们继续开发性和滤液的排出能力，生产商们继续开发新型织物。新型织物。有一种较新型的紧密斜纹滤布比较适合用有一种较新型的紧密斜纹滤布比较适合用于于胶体（胶体（ColloidalColloidal））的分离的分离。因为这种滤。因为这种滤布比起平纹滤布或者荷兰织法滤布，其渗布比起平纹滤布或者荷兰织法滤布，其渗透性较低，更容易清洗而且经得起大负荷透性较低，更容易清洗而且经得起大负荷情况下使用。情况下使用。这种过滤介质是双面的这种过滤介质是双面的，缎纹织法产生，缎纹织法产生出上部用于过滤的光滑表面。这个表面可出上部用于过滤的光滑表面。这个表面可经砑光得到进一步的改善。这种设计的另经砑光得到进一步的改善。这种设计的另一个重要特点是超细颗粒不会被滤布截一个重要特点是超细颗粒不会被滤布截留，而是顺着下面漏斗型孔道流出去。有留，而是顺着下面漏斗型孔道流出去。有报道指出这种滤布