國外過濾與分離技術(shù)的進(jìn)展.doc

中國過濾與分離公共技術(shù)服務(wù)平臺 國外過濾與分離技術(shù)的進(jìn)展對第八屆世界過濾大會和2000展覽會上交流與展出的過濾與分離技術(shù)的研究成果及展品概況作以簡介。分析了國外過濾與分離技術(shù)的發(fā)展趨勢,對我國存在的差距與值得思考的問題提出了看法。隨著世界各國能源短缺、資源貧化、水資源及環(huán)保問題的日益突出,如何節(jié)省能源,有效利用資源,重視水資源的科學(xué)合理使用,加強(qiáng)環(huán)境保護(hù),仍是當(dāng)務(wù)之急;同時隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高,生物化工新材料、精細(xì)化工、制藥、食品等行業(yè)的迅速崛起,要求過濾與分離向高純度、高分離精度發(fā)展,這些現(xiàn)實都為當(dāng)今過濾與分離技術(shù)的發(fā)展提供了極大的機(jī)遇。1第八屆世界過濾大會概況第八屆世界過濾大會2000年在英國召開,有42個國家近600人參加,英、德、美、意大利、日本、芬蘭和比利時等發(fā)達(dá)國家的參加人數(shù)為342人,占全體的57%,中國(包括香港、臺灣)共計30人,僅次于英、德、美、法,居第5位。會議共宣讀與張貼論文274篇。表1為第八屆世界過濾大會論文主題的統(tǒng)計。從論文的具體內(nèi)容來分析:.應(yīng)用基礎(chǔ)的研究仍占相當(dāng)重要的地位,共47篇,占論文總數(shù)的17%;.研究強(qiáng)調(diào)了工業(yè)應(yīng)用,共47篇,占論文總數(shù)的18%;.環(huán)保得到充分,重視共55篇,占論文總數(shù)的20%;.過濾介質(zhì)的研究與開發(fā)尤為重視,共43篇,占論文總數(shù)的16%;.膜分離技術(shù),共47篇,占論文總數(shù)的17%。表1第八屆世界過濾大會論文主題分析主題論文數(shù) 占論文比例/%固液分離228深層過濾114過濾特性測定7 3預(yù)處理技術(shù)6 2固液分離工業(yè)應(yīng)用49 18環(huán)境保護(hù)55 20過濾介質(zhì)43 16沉降與浮選6 2離心及相近的分離技術(shù)6 2液液分離5 2新過濾技術(shù)磁、聲、電方法的應(yīng)用6 2膜分離47 17氣固分離114合計 274 100以應(yīng)用基礎(chǔ)的研究為例,從兩相流體力學(xué),特別是宏觀與微觀流體流動相結(jié)合,研究過濾與分離中流體流動的本質(zhì),研究顆粒粒度分布、濾餅結(jié)構(gòu)、孔隙率、流體流動阻力對過濾和洗滌等不同階段的影響,如:.細(xì)小顆粒濾餅孔隙率與流體阻力的研究,顆粒粒徑分布對濾餅滲透性的研究,雙組分物料濾餅特性對濾餅滲透性的影響,濾餅洗滌過程的數(shù)學(xué)物理模型等從顆粒特性、濾餅結(jié)構(gòu)等入手研究其對過濾速率及洗滌效果的影響。.離心過濾濾餅脫水機(jī)理,螺旋離心機(jī)分離機(jī)理的理論研究。.深層過濾此次的重點是:深層床中粒徑分散性的影響,重力過濾中的流體流動,深層床中壓力損失趨勢等。過濾介質(zhì)的研究是本屆世界過濾大會論文數(shù)增長最快的領(lǐng)域,即從上屆的12篇到本屆的43篇,占總數(shù)的16%,其中介紹織造、非織造濾布的8篇,涂層與剛性過濾介質(zhì)的6篇,特殊用途的濾芯與過濾介質(zhì)7篇,過濾介質(zhì)性能測定與標(biāo)準(zhǔn)7篇。織造與非織造介質(zhì)的論文集中于對過濾介質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究;剛性過濾介質(zhì)重點介紹其應(yīng)用,特殊用途的濾芯和其它過濾介質(zhì)介紹了采用活性碳介質(zhì)及其他,如硅藻土接枝材料制成的過濾介質(zhì)的特殊性能與用途。除環(huán)境保護(hù)越來越受重視以外,目前國際上過濾與分離領(lǐng)域?qū)δし蛛x技術(shù)和過濾介質(zhì)的研究仍是重點。22000展覽會概況2000年在德國法蘭克福舉行的三年一次的2000展覽會,是世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國家的一次化工機(jī)械、化工設(shè)備、化學(xué)工程、生物化工及與之相關(guān)的測試技術(shù)、儀器、儀表的展覽會,是當(dāng)今這個領(lǐng)域規(guī)模最大、水平最高的展覽會。各國著名廠商都競相參展,也是顯示其實力與技術(shù)水平、宣傳產(chǎn)品的好機(jī)會。此次參展共有1190家廠商。展品包括:.各化工單元設(shè)備,如蒸餾、吸收、萃取、結(jié)晶、蒸發(fā)、過濾、分離、混合、冷凍、干燥、氣固分離、攪拌、反應(yīng)、濃縮、流態(tài)化、氣體輸送、制藥機(jī)械;.同時還有環(huán)境工程、生物工程、食品加工、制藥工程、膜技術(shù)、膜過濾單元(包括超濾、反滲透、納米過濾)、微生物技術(shù)、廢水處理、無菌技術(shù)、氣體凈化技術(shù);.泵、管道、閥門、自動控制、全自動分析系統(tǒng)、粒度分析儀、在線流變儀等各種自動檢測儀器儀表及系統(tǒng)。此次展覽會共有10個館,由于展品有的按樣機(jī)展出,有的按工程展出,所以布展有所重疊,其中5個館有過濾與分離技術(shù)與設(shè)備展出,4個館有膜技術(shù)與設(shè)備展出,5個館有生化技術(shù)展出。參加過濾與分離技術(shù)實物、樣機(jī)展出的有480家廠商,占40.3%。一些生產(chǎn)過濾與分離設(shè)備的著名廠商均有參展,如 、 、 、 、 、 、等公司。展覽形式有:.大部分是實物展出,并且有現(xiàn)場表演;.整個工藝流程有示范、電腦動畫或圖片。以整個工程展示其技術(shù)水平與設(shè)備的先進(jìn)性是此次展會的一大特點,如生物工程、環(huán)境工程、水處理系統(tǒng)、凈化工程等,均以設(shè)備為中心展出其整個工程的集成工藝系統(tǒng),如 、 、等公司。歐洲有關(guān)過濾與分離機(jī)械廠均有實驗室、化驗室、工程實驗室及中間實驗廠開展基礎(chǔ)與應(yīng)用研究,幫助用戶改進(jìn)與發(fā)展過濾分離工藝,以拓寬本公司產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。過濾介質(zhì)方面,濾布主要有、等公司參展,此外,美國、德國、英國膜技術(shù)有限公司、意大利康博公司也展出了新型過濾介質(zhì)。此次參展的過濾與分離機(jī)械反映了當(dāng)今世界先進(jìn)水平。展品中過濾設(shè)備遠(yuǎn)多于離心機(jī),而過濾機(jī)中以加壓廂式(帶式壓榨隔膜)的居多。全自動壓濾機(jī)最多,分布在4個館中的10多個展位上,而且絕大多數(shù)都在自動操作演示,這類壓濾機(jī)當(dāng)其實現(xiàn)了機(jī)械化、操作自動化,克服了勞動強(qiáng)度大、操作條件差的不足以后,更進(jìn)一步發(fā)揮其適應(yīng)能力強(qiáng)、濾餅干、節(jié)能等優(yōu)點,拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域,必然受到客戶青睞,備受各國重視。3發(fā)展趨勢由于世界工業(yè)的發(fā)展面臨如何節(jié)省能源,有效利用資源,加強(qiáng)環(huán)境保護(hù),因此從展出的技術(shù)產(chǎn)品看,過濾與分離機(jī)械方向正朝著以下幾個方向發(fā)展。3.1大型化、高參數(shù)由于能源、資源、環(huán)保等工業(yè)的發(fā)展都是需要單機(jī)能力大,所以大型化、高參數(shù)的設(shè)備主要表現(xiàn)為:.占整個過濾與分離機(jī)械用量40%以上的板框、廂式與帶壓榨隔膜的加壓過濾機(jī),以聚丙烯為材料的加壓過濾機(jī)為例,20002000及20002500的濾板,以及過濾面積大于20002的單機(jī)有10多個廠家展出。.臥式螺旋卸料離心機(jī),出現(xiàn)直徑為11.2及分離因數(shù)為10000的螺旋離心機(jī),碟片離心機(jī)直徑為1500。.刮刀離心機(jī)。 、 公司的普通型與虹吸型刮刀離心機(jī)均有2左右的產(chǎn)品。公司生產(chǎn)的刮刀卸料離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓直徑=2100、功率110。.三足離心機(jī)直徑達(dá)3。大直徑、自動卸料、密閉液壓刮刀、自動清洗,虹吸三足離心機(jī)。.帶式壓榨過濾機(jī)產(chǎn)品的帶寬達(dá)6。.回轉(zhuǎn)型的過濾機(jī),過濾面積有1202。公司展覽了一臺502的。3.2節(jié)能型與復(fù)合型隨著分離機(jī)械向大型化發(fā)展,如何降低單位處理量的能耗是當(dāng)務(wù)之急。因此,離心機(jī)、過濾機(jī)如何用最小的能耗提高其濾餅的脫水效果得到最干的濾餅,或為后續(xù)的干燥工藝節(jié)能。因此,有大量節(jié)能型的過濾與分離設(shè)備出現(xiàn):.廂式壓濾機(jī)帶壓榨隔膜,采用機(jī)械壓榨力脫液,可以使加壓過濾后的濾餅更干,比干燥脫液大大節(jié)能;.螺旋離心機(jī)增加擠壓段;c.真空過濾機(jī)外加蒸汽加壓過濾;.帶壓榨隔膜的廂式壓濾機(jī)增加干燥單元;.各種離心機(jī)普遍采用變頻(雙變頻)或液力傳動,比干燥脫液大大節(jié)能,有適宜的分離因數(shù),啟動階段的功耗合理;.過濾加干燥(蒸發(fā)),即二合一(釜式);.結(jié)晶、過濾加干燥,即三合一;.過濾、洗滌加干燥的帶式三合一。3.3增加過濾分離推動力刮刀卸料離心機(jī)、三足離心機(jī)增加虹吸作用。增加虹吸作用后可以增加推動力,提高過濾速度、處理量,調(diào)節(jié)生產(chǎn)周期,濾布正反面均可洗滌。帶式真空過濾機(jī)在過濾帶的卸渣端增加簡易的壓榨裝置,使濾餅可以更干。回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)增加蒸汽加壓裝置,使過濾推動力為真空與加壓,同時有蒸汽可以強(qiáng)化對濾餅中水分的蒸發(fā)作用。3.4機(jī)械化、自動化與智能化最典型是板框及廂式加壓過濾機(jī),其優(yōu)點是能適應(yīng)多種操作工藝,缺點是勞動強(qiáng)度大。從它改進(jìn)為廂式到增加壓榨隔膜,同時在自動拉板、自動振打、自動洗滌,刮去殘余濾餅、自動壓緊、自動補(bǔ)償裝置等全面自動化、機(jī)械化及改善勞動條件等方面有了長足的進(jìn)步,實現(xiàn)了無人操作。在設(shè)計上,完美設(shè)計型、模塊化設(shè)計等十分普及。3.5新型過濾介質(zhì)發(fā)展迅速在織造過濾介質(zhì)方面,近幾年出現(xiàn)的有單絲濾布、雙層復(fù)合濾布、涂膜濾布。為適應(yīng)不同特殊要求,由改造纖維編織成功能性濾布,孔徑為0.515的涂膜膜布相繼出現(xiàn),對于織造濾布的熱定型、砑光、精整工藝在加工設(shè)備及工藝技術(shù)上都十分先進(jìn),公司、公司尤為領(lǐng)先。替代被淘汰的石棉板材為原料的濾板材,如公司研究開發(fā)的過濾板使帶電荷高分子物質(zhì)通過化學(xué)官能團(tuán)加入基體,形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵,產(chǎn)生帶靜電荷的正電位,構(gòu)成強(qiáng)化的迷宮式通道。采用極細(xì)纖維+硅藻土+電荷載荷,使之具有電、化學(xué)吸附與機(jī)械截留多重作用;類濾板是在總材料中加入了可脫脂吸附劑,在硅藻土(或活性碳)表面接枝有機(jī)電荷修飾劑構(gòu)成:除脂類物質(zhì)+表面活性劑+生物制品疏水性物質(zhì)的深層過濾濾材,它是突破傳統(tǒng)、單純、僅有機(jī)械截留功能的過濾介質(zhì),前者用于除去細(xì)胞碎片、細(xì)菌、內(nèi)毒素、熱原、病毒以及制藥行業(yè)等,后者用于食品、藥品除菌、除熱原、植物油、洗滌劑、化妝品、果汁、透平油等精制。4差距與思考面對近年來國外過濾與分離技術(shù)的發(fā)展,我國的差別十分明顯。4.1我國過濾與分離機(jī)械的技術(shù)進(jìn)步,不論是大型化、高參數(shù)新產(chǎn)品的開發(fā),節(jié)能型、多功能設(shè)備的研制,還是傳統(tǒng)設(shè)備的機(jī)械化、自動化、智能化水平的提高與完善等方面,都存在著十分明顯的差距。制約發(fā)展的原因很多:計劃經(jīng)濟(jì)向社會主義市場經(jīng)濟(jì)過渡過程中不可避免的一些因素干擾,不規(guī)范、不成熟的市場競爭的結(jié)果,以及前幾年國際金融危機(jī)大環(huán)境的影響等,使得新產(chǎn)品的開發(fā),老產(chǎn)品的升級換代,以及在引進(jìn)設(shè)備基礎(chǔ)上的創(chuàng)新與提高的勢頭,比前期有所減緩。短期內(nèi)經(jīng)濟(jì)利益上的競爭,不可能使企業(yè)拿出更多的人力、財力與物力來從事這些工作,甚至個別出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量下降。4.2對于過濾介質(zhì),無論是織造濾布、濾帶、不銹鋼、鈦材料等金屬粉末、金屬纖維燒結(jié)的剛性過濾介質(zhì),新興的陶瓷過濾介質(zhì),還是目前國外迅速發(fā)展,并已推廣應(yīng)用的改性纖維制成的功能性過濾介質(zhì),從制造或燒結(jié)所用的濾材質(zhì)量和制(織)造技術(shù)及設(shè)備,精整技術(shù)與工藝都與國外相差甚遠(yuǎn)。特別是孔隙率高、阻力小,并具有機(jī)械截留加化學(xué)與靜電吸附作用的選擇性過濾介質(zhì)在工業(yè)發(fā)達(dá)國家用于生物化工、制藥、食品等行業(yè)發(fā)展十分快。這些具有特殊選擇性功能的過濾介質(zhì)的研制,不論是過濾板,還是類脫脂用濾板,國內(nèi)尚未真正開始。有的知之甚少,也更未采用。4.3過濾與分離機(jī)械制造行業(yè)及設(shè)計選用部門和用戶,普遍存在對分離效果的好壞與對分離工藝技術(shù)的全面認(rèn)識密切有關(guān)的知識不足。主要表現(xiàn)為:.對于要求分離物料缺乏全面認(rèn)識,如固液兩相的物理、化學(xué)性質(zhì),濃度,特別是與過濾分離相關(guān)的一些性質(zhì)了解不深,不利于正確選擇過濾、分離設(shè)備的類型,往往盲目承襲一些老廠的不盡合理的設(shè)備選型,而不敢越雷池一步;.有的是未能正確確定合理的操作條件,如對于過濾機(jī)如何選擇操作壓力、真空度、溫度、過濾時間;離心機(jī)如何選擇好分離因數(shù)、分離時間、進(jìn)料濃度、加料量;以及根據(jù)要求的截留精度及處理能力,正確選擇過濾介質(zhì);對于要采用絮凝與凝聚的懸浮液,如何正確選擇絮凝劑(電性、分子量、用量及濃度等)及合理使用加入方式等重視不夠或知識缺乏;.有些物料不能直接進(jìn)行過濾與分離,而必須采用預(yù)處理技術(shù)。用戶往往企圖采用一個設(shè)備解決大顆粒、微小顆粒、剛性顆粒或膠狀物、無定形固體物的分離。如何采用輔以預(yù)處理(如絮凝、凝聚、預(yù)增濃等)技術(shù),然后再行過濾與分離。分離機(jī)械制造行業(yè)的人員往往也不甚懂得集成工藝技術(shù),合理、科學(xué)配套使用,而寄希望于一個設(shè)備打天下,達(dá)不到要求就認(rèn)為是某一個設(shè)備不行。.不熟悉新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備。如有的增濃還停留在老式的重力沉降;又如可采用提高濾餅脫水程度的帶壓榨隔膜的廂式壓