剛性高分子微孔精密過(guò)濾技術(shù)及其工業(yè)應(yīng)用樣本

資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。剛性高分子微孔精密過(guò)濾技術(shù)及其工業(yè)應(yīng)用

作者:

1孫斌

,

2宋志勝,

3宋顯洪

【摘要】液體的精密過(guò)濾是工業(yè)生產(chǎn)特別是化工生產(chǎn)中普遍應(yīng)用的一種重要的單元操作。研究開(kāi)發(fā)成功的剛性高分子精密微孔過(guò)濾技術(shù)具有過(guò)濾效率高、過(guò)濾管可反吹再生、耐化學(xué)性能好、操作簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn),既可用作高效精密濾餅過(guò)濾,也可用作高效液體精密澄清過(guò)濾,經(jīng)過(guò)正確的過(guò)濾工程設(shè)計(jì),已獲得廣泛應(yīng)用,并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益?！娟P(guān)鍵詞】高分子,微孔,精密,過(guò)濾,濾餅,澄清,再生,設(shè)計(jì),工業(yè),應(yīng)用

1高分子精密微孔過(guò)濾技術(shù)概述1.1液體精密過(guò)濾及當(dāng)前的應(yīng)用狀況化工生產(chǎn)中液固分離是常見(jiàn)的化工操作單元,包括沉降和過(guò)濾分離兩大類。由于前者要求固液兩相必須有一定的密度差,而后者不受限制,因此過(guò)濾分離在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較廣。非均相的液固過(guò)濾分為粗級(jí)過(guò)濾(>100μｍ的過(guò)濾精度)、亞精密過(guò)濾(100～10μｍ的過(guò)濾精度)、精密過(guò)濾(10～1μｍ過(guò)濾精度)與超精密過(guò)濾(1～01μｍ過(guò)濾精度)。而過(guò)濾精度小于01μｍ應(yīng)歸屬于均相分離的超濾、納濾及反滲透。對(duì)于大多數(shù)化工液體而言,須要進(jìn)行精密過(guò)濾。當(dāng)前,大于10μｍ的粗級(jí)過(guò)濾與亞精密過(guò)濾,經(jīng)過(guò)采用以各種非金屬、金屬濾布或?yàn)V網(wǎng)作過(guò)濾介質(zhì)的,多種間歇或連續(xù)過(guò)濾機(jī)基本可滿足要求。精度小于1μｍ的液體采用超精密過(guò)濾,如各種有機(jī)或無(wú)機(jī)微孔膜也可獲得較好解決。10～1μｍ液體精密過(guò)濾,按形成濾餅與否分為兩種方式,即可形成濾餅層的”液體精密濾餅過(guò)濾”和不形成濾餅層的”液體精密澄清過(guò)濾”。當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)的精密濾餅過(guò)濾其過(guò)濾介質(zhì)大多采用整體型的用作亞精密過(guò)濾的濾布、濾網(wǎng)或?yàn)V氈。過(guò)濾前期,一些小于10μm的微粒會(huì)穿漏,只有進(jìn)行重復(fù)循環(huán),待10μm左右的微粒形成一定厚度的濾餅,過(guò)濾精度才逐漸提高至精密過(guò)濾要求,即存在過(guò)濾效率較低的問(wèn)題。其次,由于濾布或?yàn)V網(wǎng)為非剛性,對(duì)較黏細(xì)顆粒形成的濾餅難以簡(jiǎn)便卸除。作為精密澄清過(guò)濾的過(guò)濾介質(zhì),包括整體型和分散型兩類。整體型一般是厚度較厚的燭型濾芯、濾氈或?yàn)V板等,當(dāng)其內(nèi)部孔隙被微粒堵塞無(wú)法繼續(xù)過(guò)濾時(shí),常因難以有效再生而丟棄,故這種過(guò)濾方法需消耗大量的濾材。分散型濾材有顆粒分散型與長(zhǎng)纖維分散型兩種,它們均可再生,并可長(zhǎng)期重復(fù)使用?？墒钱?dāng)其孔隙內(nèi)截留了相當(dāng)量的粘細(xì)微粒后,容易產(chǎn)生板結(jié)或結(jié)塊現(xiàn)象,導(dǎo)致過(guò)濾發(fā)生溝流,嚴(yán)重影響過(guò)濾效率;同時(shí)由過(guò)濾介質(zhì)的孔隙率大,細(xì)顆粒很容易穿濾出去,因而過(guò)濾精度往往不穩(wěn)定;另外,這些過(guò)濾介質(zhì)再生時(shí)消耗大量反沖洗水,而處理這些反洗水,另需過(guò)濾裝置,否則會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。不難看出,雖然應(yīng)用最廣泛的精密過(guò)濾具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn),但存在過(guò)濾效率不高、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、收率和勞動(dòng)生產(chǎn)率不高、成本較大、甚至污染環(huán)境的問(wèn)題,因而成為當(dāng)前較薄弱的過(guò)濾分離操作。1.2新型高分子精密微孔過(guò)濾技術(shù)為解決液體精密過(guò)濾存在的不足,中國(guó)科技工作者從20世紀(jì)60年代開(kāi)始從事以剛性高分子為過(guò)濾介質(zhì)的微孔過(guò)濾技術(shù)研制與開(kāi)發(fā)。當(dāng)前,已完成了剛性高分子燒結(jié)管的成型機(jī)理、制造工藝與裝備、過(guò)濾性能與化學(xué)性能、燒結(jié)管的應(yīng)用技術(shù)等基礎(chǔ)研究,并完成了多種精密濾餅過(guò)濾機(jī)與多種精密澄清過(guò)濾機(jī)的結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)以及它們?cè)诨どa(chǎn)上幾百種液體的過(guò)濾試驗(yàn)測(cè)試,同時(shí)過(guò)濾成功進(jìn)行了幾十種工業(yè)生產(chǎn)的高分子精密應(yīng)用,已形成硬件(包括高分子微孔燒結(jié)過(guò)濾管與多種微孔精密機(jī)的制造)與軟件(物料過(guò)濾的性能測(cè)試、過(guò)濾工程的設(shè)計(jì)、計(jì)算、應(yīng)用)都比較成熟與完整的新型液體精密過(guò)濾技術(shù)。高分子精密微孔過(guò)濾的核心元件—過(guò)濾介質(zhì),是一種以燒結(jié)聚乙烯為主要原料的微孔管,經(jīng)過(guò)活化、改性、復(fù)合等特殊工藝而制成,其形狀主要有管形與板形兩大類。管形的直徑為13～120ｍｍ、厚度2.5-30um,最長(zhǎng)為1500ｍｍ;板型直徑最大為1200ｍｍ、最大厚度為40ｍｍ。它們的管(板)壁上充滿了毛細(xì)小孔,平均孔徑為2～140μｍ,最高過(guò)濾精度為0.3μｍ,一般為0.5～1μｍ。微孔管具有一定的剛性,耐外壓0.2～0.5ＭＰａ,耐內(nèi)壓0.4～1ＭＰａ。剛性高分子精密微孔過(guò)濾的基本原理是:利用微孔管正向過(guò)濾,反向沖洗、再生(參見(jiàn)圖1)。工作時(shí),待過(guò)濾物輸送到過(guò)濾器內(nèi),由于壓力的推動(dòng),迫使濾液流向微孔管,其中的固體雜質(zhì)微粒被微孔管捕捉,在管外形成濾渣,由渣料出口定期排出;而過(guò)濾液穿越微孔后,匯集到過(guò)濾溶液出料口流出,從而實(shí)現(xiàn)溶液的過(guò)濾分離。當(dāng)微孔管工作一段時(shí)間后,微孔堵塞嚴(yán)重時(shí),可暫停過(guò)濾,從反向沖洗口或正向沖洗口通入清洗物,將微孔管沖洗(反向沖洗為主),使微孔管再生而繼續(xù)進(jìn)行溶液過(guò)濾,如此循環(huán)……

圖1

剛性高分子精密微孔過(guò)濾原理

1.過(guò)濾液進(jìn)口

2.正向沖洗入口

3.過(guò)濾液出口(反向沖洗入口)

4.過(guò)濾器外殼

5.微孔管

6.渣料出口

1.3高分子精密微孔過(guò)濾的主要特點(diǎn)它的主要優(yōu)點(diǎn)是:(1)過(guò)濾效率高。用于液固精密過(guò)濾,最小可過(guò)濾05μｍ,過(guò)濾效率可大于99.9%;(2)缷除濾餅簡(jiǎn)便。利用壓縮氣體,對(duì)微孔過(guò)濾管進(jìn)行快速反吹,可很方便地將缷除微孔管外表面形成的濾餅,勞動(dòng)強(qiáng)度低;(3)再生效率高。用”氣-水混合流體”快速反吹法,可對(duì)微孔管進(jìn)行高效、簡(jiǎn)單的物理再生,微孔管可長(zhǎng)期使用;(4)耐腐蝕性能好。微孔過(guò)濾管耐酸、堿、鹽及大部分有機(jī)溶劑;(5)維護(hù)檢修方便。精密微孔過(guò)濾機(jī)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,微孔過(guò)濾管相對(duì)密度小,維護(hù)與檢修均較方便;

(6)動(dòng)力消耗小。過(guò)濾壓差一般不超過(guò)0.3ＭＰａ,動(dòng)力消耗較小;(7)占地面積少。大部分精密微孔過(guò)濾機(jī)為立式,每單位過(guò)濾面積所需的占地面積較少;(8)自動(dòng)化程度較高。精密微孔過(guò)濾機(jī)如配以自動(dòng)閥門與控制裝置,能夠達(dá)到全自動(dòng)或半自動(dòng)操作;(9)適應(yīng)性廣。精密微孔過(guò)濾機(jī)已有多種結(jié)構(gòu)和類型,幾乎能夠滿足所有化工生產(chǎn)各種工況的液體精密過(guò)濾;(10)工作環(huán)境好。過(guò)濾操作為密閉操作,生產(chǎn)場(chǎng)地干凈、衛(wèi)生。這種新型精密過(guò)濾技術(shù)的主要缺點(diǎn)有:(1)耐溫不高:微孔ＰＥ過(guò)濾管的最高使用溫度不超過(guò)80℃,微孔ＰＡ過(guò)濾管的最高使用溫度不超過(guò)120℃(可是,大多數(shù)工業(yè)過(guò)濾應(yīng)用中,其工作溫度都不超過(guò)120℃);(2)濾餅干度不高:由于采用壓縮氣體正吹法對(duì)濾餅脫水(液),濾餅的干度不及皮膜擠壓的板框式壓濾機(jī)與三足式離心機(jī)。1.4與剛性陶瓷、金屬微孔過(guò)濾技術(shù)的比較20世紀(jì)60年代至今,相繼誕生的陶瓷類粉末燒結(jié)微孔過(guò)濾管、金屬類粉末燒結(jié)微孔過(guò)濾管與高分子類粉末燒結(jié)微孔過(guò)濾管等三類剛性燒結(jié)微孔過(guò)濾管,均可作為微米級(jí)精密過(guò)濾介質(zhì),既可用作精密濾餅過(guò)濾,也可用作精密澄清過(guò)濾。這幾類過(guò)濾管均可重復(fù)再生使用,壽命均較長(zhǎng)。陶瓷類的最大特點(diǎn)是耐溫高,耐大多數(shù)化學(xué)物質(zhì)與各種溶劑;主要缺點(diǎn)是重量重,抗拉強(qiáng)度不高,有的還很脆,安裝與維修不方便。另外,反吹再生效率較低。金屬類的最大特點(diǎn)是耐溫高,機(jī)械強(qiáng)度高;主要缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴,耐無(wú)機(jī)酸等某些化學(xué)物質(zhì)性能不理想。相比之下,高分子類介質(zhì)有以下明顯的優(yōu)點(diǎn):(1)化學(xué)性能最優(yōu)異。對(duì)于各種酸、堿、鹽等溶液非常穩(wěn)定,能耐醇、醛與脂肪烴等溶劑的侵蝕,基本上不與任何溶劑起反應(yīng);(2)無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)氣味、無(wú)介質(zhì)脫落,非常適宜于生物、醫(yī)藥、食品及生活衛(wèi)生等行業(yè),而燒結(jié)金屬、燒結(jié)陶瓷等過(guò)濾介質(zhì)不可能具備這種性能;(3)機(jī)械性能較好。特別抗沖擊強(qiáng)度高,再加工性能好(車、刨、鋸、焊等),不易損壞,可安裝在各種設(shè)備上使用;(4)密度小。安裝、使用與維修非常方便,這是陶瓷與燒結(jié)金屬等介質(zhì)不能比擬的;(5)可制成各種形狀與尺寸的管,其毛細(xì)孔的孔徑能夠控制到任何規(guī)格,當(dāng)前做的孔徑為5—120μｍ;(6)可重復(fù)再生。操作簡(jiǎn)單,再生效率較高,使用壽命長(zhǎng),最短3年,最長(zhǎng)可達(dá)六年,這是任何其它過(guò)濾介質(zhì)都達(dá)不到的;(7)價(jià)格比較低。高分子介質(zhì)的主要缺點(diǎn)是耐溫不高,最高不超過(guò)120℃?？墒?由于許多化工生產(chǎn)其液體過(guò)濾時(shí)的溫度不超過(guò)100℃,因此高分子類燒結(jié)微孔管在化工生產(chǎn)上有很好的應(yīng)用前景。1.5

過(guò)濾設(shè)計(jì)及選型微孔微米級(jí)高分子精密微孔過(guò)濾技術(shù)的應(yīng)用包括過(guò)濾工程設(shè)計(jì)和建立過(guò)濾系統(tǒng)。一個(gè)完整的過(guò)濾系統(tǒng)包括以下三個(gè)部分:即高分子精密微孔過(guò)濾機(jī)(內(nèi)裝高分子微孔過(guò)濾管)、輔助裝置(主要指物料輸送泵和用于反吹再生的空壓機(jī)、儲(chǔ)氣罐)、過(guò)濾系統(tǒng)工藝管道連接及控制裝置。為了在生產(chǎn)應(yīng)用中完全發(fā)揮這種新型液體精密過(guò)濾技術(shù)的功效,建立過(guò)濾系統(tǒng)前,必須進(jìn)行正確的過(guò)濾工程設(shè)計(jì),它們包括被過(guò)濾物料過(guò)濾性能的測(cè)試,平均濾速計(jì)及過(guò)濾面積的計(jì)算,微孔過(guò)濾管與精密微孔過(guò)濾機(jī)的型號(hào)與規(guī)格的選取,工藝管線連接、控制的流程設(shè)計(jì),過(guò)濾機(jī)的安裝與操作法的制訂等。其中最重要的是過(guò)濾物料的過(guò)濾性能參數(shù)的測(cè)定與物料平均濾速的計(jì)算。

高分子微孔過(guò)濾專家、國(guó)務(wù)院突出貢獻(xiàn)津貼享受者、溫州東甌微孔過(guò)濾有限公司、宋顯洪教授1]等提出了新型液體精密過(guò)濾物料平均濾速的計(jì)算,簡(jiǎn)介如下:(一)液體精密濾餅過(guò)濾的濾速及有關(guān)參數(shù)物料平均濾速W按下式計(jì)算:W==((Rm/αct)2+2ΔP/μαct)0.5-Rm/αct(1)式中,W—物料平均濾速,m/s;Rm—微孔管的阻力,1/m;α—濾餅的平均比阻,1/m2;c—濾餅體積/濾液體積;ΔP—過(guò)濾壓差,N/m2;t—每一周期的過(guò)濾時(shí)間,s;μ—濾液的動(dòng)力粘度,Pa.s。需要測(cè)定在不同壓差下的濾餅平均比阻,然后歸納出比阻α與ΔP之間的關(guān)系式:α=α0+λΔΡs(2)式中α0、λ、s—與濾餅性能有關(guān)的參數(shù)。在濾餅過(guò)濾中,特別是微米級(jí)的精密過(guò)濾,往往存在一個(gè)最佳過(guò)濾壓差ΔPopt。最佳過(guò)濾壓差可按下式計(jì)算:ΔPopt=[(α0+Rm/ΔS)/λ(S-1)]1/s(3)式中ΔS——濾餅層厚度,m。計(jì)算出ΔPopt后,按式(2)算出最佳壓差下的α值。將ΔP與α值代入式(1),即可算出t時(shí)間內(nèi)的平均濾速W,再根據(jù)工程所需過(guò)濾液流量,計(jì)算出所需的過(guò)濾面積。由濾液流量、過(guò)濾面積、最大濾餅厚度等參數(shù)即可確定精密微孔過(guò)濾機(jī)的型號(hào)、規(guī)格、排渣口直徑及其它相關(guān)尺寸。(二)液體精密澄清過(guò)濾的計(jì)算由于基本不形成濾餅或只形成極薄濾餅,故不能按濾餅計(jì)算方式計(jì)算。精密澄清過(guò)濾的平均濾速W按下式計(jì)算:W=b/(t-a)(4)式中t—每一周期內(nèi)的過(guò)濾時(shí)間,s;a、b—與物料內(nèi)微粒性質(zhì)及濃度有關(guān)的參數(shù),可經(jīng)過(guò)小型試驗(yàn)測(cè)定。a、b與t值密切相關(guān),因此應(yīng)測(cè)定不同t值下的a、b值。同上,得出物料平均濾速后,即由流量計(jì)算所需過(guò)濾面積,再選取合適的精密微孔過(guò)濾機(jī)參數(shù)。當(dāng)前,廣泛應(yīng)用的高分子精密微孔過(guò)濾機(jī)已有10多個(gè)系列,材料有不銹鋼(304或316Ｌ)、碳鋼或碳鋼內(nèi)襯防腐層(橡膠、塑料或其它防腐材料),可按需選取。主要品種有:(1)ＰＧＲ系列。過(guò)濾面積1～150ｍ2,用于含固體很少的液體精密澄清過(guò)濾。結(jié)構(gòu)為圓柱形殼體內(nèi)垂直安裝一系列微孔管,過(guò)濾機(jī)底部有小直徑氣缸操作的排渣底蓋;(2)ＰＧＫ系列。過(guò)濾面積5～300ｍ2,用于含固量較多且需較干濾餅的液體精密濾餅過(guò)濾。結(jié)構(gòu)為圓柱形殼體內(nèi)垂直安裝一系列微孔管或由微孔管組裝成的過(guò)濾管排,過(guò)濾機(jī)底部是由氣缸傳動(dòng)或油缸傳動(dòng)的直徑400～1200ｍｍ的快開(kāi)底蓋;

(3)ＰＧＨ系列。過(guò)濾面積3～60ｍ2,用于含固量較多,每批物料要全部濾完、無(wú)剩料回流、上下批料不混批,需要較干濾餅的液體精密濾餅過(guò)濾,也可用于含固量很少、要求上下批不混批的液體精密澄清過(guò)濾。結(jié)構(gòu)為圓柱形殼體內(nèi)垂直或水平安裝微孔管,底部為氣缸或油缸操作的大排渣底蓋,底蓋上安裝過(guò)濾介質(zhì);(4)ＰＧＰ系列。過(guò)濾面積02～5ｍ2,用于液體總量較少而固體濃度很高的液體精密濾餅過(guò)濾,如細(xì)結(jié)晶體的過(guò)濾及濾餅的洗滌。結(jié)構(gòu)為圓柱形殼體內(nèi)一般不裝過(guò)濾介質(zhì),底部安裝微孔過(guò)濾板。如上頂蓋為快開(kāi)蓋,卸濾餅時(shí)筒體向下翻轉(zhuǎn),如底蓋為快開(kāi)底蓋,卸濾餅時(shí)筒體不動(dòng),底蓋打開(kāi)從下部卸濾餅;(5)ＰＧＸ系列。內(nèi)裝攪拌葉,主要用于處理量大并對(duì)濾餅進(jìn)行攪拌打漿洗滌,最后排出干濾餅的精密濾餅過(guò)濾;(6)ＰＧＷ系列。類似管道過(guò)濾器結(jié)構(gòu),主要用于含固量很少,總過(guò)濾量也很少的液體精密濾餅過(guò)濾或液體精密澄清過(guò)濾。2剛性高分子精密過(guò)濾技術(shù)在工業(yè)(化工)生產(chǎn)中的應(yīng)用2.1含固體雜質(zhì)較多的精密濾餅過(guò)濾在化工生產(chǎn)上,較廣泛應(yīng)用的液體精密濾餅過(guò)濾有粉末活性炭脫色液的精密過(guò)濾,由于較普遍采用粉末活性炭脫色,能否將脫色后細(xì)至0.5μｍ的炭粒全部濾除,已成為影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵操作之一。高分子精密微孔過(guò)濾技術(shù)解決了這些生產(chǎn)中長(zhǎng)期影響產(chǎn)品質(zhì)量的炭粒易穿漏問(wèn)題。除粉末活性炭過(guò)濾外,PG系列過(guò)濾在濾餅過(guò)濾還有很多應(yīng)用實(shí)例:(1)發(fā)酵液或酶處理液過(guò)濾。已用于一些生物發(fā)酵液與酶處理液的除渣過(guò)濾,濾液透明度高,排渣方便;(2)催化劑過(guò)濾。催化劑的精密過(guò)濾在精細(xì)化工、制藥與石油化工等行業(yè),無(wú)論催化劑生產(chǎn)工藝或催化劑應(yīng)用工藝,都必須對(duì)催化劑進(jìn)行過(guò)濾(有的還要洗滌),大多數(shù)催化劑為顆粒很細(xì)的貴重金屬,用一般過(guò)濾裝置難以達(dá)到高效分離,而ＰＧ型精密微孔過(guò)濾機(jī)能夠做到100%分離,另外,排濾餅與微孔管再生等操作都很簡(jiǎn)便。已大量用于各種催化劑的過(guò)濾,如某些石油催化劑與化肥催化劑制造中過(guò)濾很細(xì)的催化劑,如鈀催化劑,某些石油催化劑及某些化肥催化劑等,精細(xì)化工與制藥等生產(chǎn)中過(guò)濾鈀炭催化劑與銅鎳催化劑等,也大規(guī)模用于某催化劑前體—?dú)溲趸X的過(guò)濾與洗滌;(3)超細(xì)粉末過(guò)濾。用于硫酸鋇、硫化鋅、硫化鐵、氫氧化鐵、氫氧化鋁、二氧化鈦、鈦酸鋇等超細(xì)產(chǎn)品的過(guò)濾;(4)植物油毛油的精密過(guò)濾、天然藥物提取液過(guò)濾。已用于各種植物油毛油的精密過(guò)濾、多種中草藥或動(dòng)物提取液的精密過(guò)濾;(5)果汁過(guò)濾。用于果汁和蔬菜汁的精密過(guò)濾,作為超濾前的預(yù)處理;(6)有色金屬過(guò)濾。早在高分子精密微孔過(guò)濾技術(shù)早期研制開(kāi)發(fā)階段,就著眼于有色金屬工業(yè)中的應(yīng)用,開(kāi)發(fā)出翻轉(zhuǎn)式快開(kāi)精密過(guò)濾機(jī),用于氫氧化鉭與氫氧化鈮的過(guò)濾與洗滌,有5與10ｍ2兩種規(guī)格,全部為液壓傳動(dòng)。這種型號(hào)的過(guò)濾機(jī)后來(lái)推廣到超細(xì)硫酸鋇的過(guò)濾與洗滌。精密微孔過(guò)濾機(jī)于用于白鎢結(jié)晶過(guò)濾,并開(kāi)始用于仲鎢酸銨結(jié)晶的過(guò)濾。早在1983年某有色金屬?gòu)S就用高分子精密微孔過(guò)濾技術(shù)從廢水中過(guò)濾五氧化二釩;(7)廢水過(guò)濾。重金屬?gòu)U水過(guò)濾:已大規(guī)模用于電鍍、線路板或其它金屬制品廠的含重金屬?gòu)U水處理,過(guò)濾中和法形成的銅、鉻、鎳、鋅、鉛、鎘等離子的重金屬氫氧化物;還用于分離草酸生產(chǎn)中形成的硫酸鉛與草酸鉛、磁性材料生產(chǎn)中的四氧化三鐵、瓷瓶生產(chǎn)中的四氧化三鉛等。非金屬元素廢水:已大量用于含氟廢水過(guò)濾,水可全部回用。煤礦礦井廢水:已大規(guī)模用于煤礦礦井水,過(guò)濾水中的煤粉與不溶性腐植酸等,水可全部回用。大型發(fā)電廠露天堆場(chǎng)煤產(chǎn)生的細(xì)煤粉廢水:可使水回用,煤粉全部回收。上述這些含雜質(zhì)微粒較多,能很快形成一定厚度的濾餅,有效克服了整體型濾布、濾網(wǎng)或?yàn)V氈在過(guò)濾前的微粒穿漏現(xiàn)象,精密過(guò)濾機(jī)底部均具有氣動(dòng)快開(kāi)排渣底蓋,當(dāng)精密過(guò)濾機(jī)內(nèi)所有微孔過(guò)濾管外表面所形成的濾餅依靠氣體正吹法將其平均含水(液)量降到所需的數(shù)值后,應(yīng)先以氣動(dòng)打開(kāi)底蓋,然后用壓縮氣體快速反吹法將所有濾餅反吹下來(lái),經(jīng)過(guò)排渣口落到精密過(guò)濾機(jī)外面。排渣后,利用氣體與液體交叉反吹,將微孔過(guò)濾管再生。排渣與再生等操作均非常簡(jiǎn)便。應(yīng)用證明,高分子精密微孔過(guò)濾技術(shù)的應(yīng)用,滿足了高效精密濾餅過(guò)濾的工業(yè)要求。2.2含固體雜質(zhì)較少的精密澄清過(guò)濾在各種化工生產(chǎn)上,有大量液體原料(包括水)、液體中間體、液體產(chǎn)品及廢水需要精密過(guò)濾,這些液體中雜質(zhì)數(shù)量很少,往往形不成濾餅,但其粒度卻非常細(xì),許多微粒粘性還很大。對(duì)于這種物料,采用粗級(jí)過(guò)濾與亞精密過(guò)濾的過(guò)濾介質(zhì),過(guò)濾效率差,過(guò)濾精度達(dá)不到要求,如采用超精密過(guò)濾的過(guò)濾介質(zhì),雖精度可達(dá)到要求,但使用壽命短,操作費(fèi)用太高。只有精密過(guò)濾的過(guò)濾介質(zhì)才適合這類料液。由于高分子類微孔過(guò)濾介質(zhì)比陶瓷類、金屬類具有較多優(yōu)勢(shì),比分散類深層介質(zhì)具有更多優(yōu)勢(shì),因此高分子精密微孔過(guò)濾技術(shù)已大量用于各種化工液體的精密澄清過(guò)濾。如工業(yè)生產(chǎn)用水過(guò)濾,工業(yè)冷卻水循環(huán)過(guò)濾,氯堿生產(chǎn)上二次鹽水過(guò)濾,多種有機(jī)酸與無(wú)機(jī)酸過(guò)濾,多種堿類液體過(guò)濾,多種糖類、醇類、酮類、胺類和表面活性劑類等液體過(guò)濾,多種精制植物油、酒類(包括藥酒)及多種含懸浮物很少的廢水的過(guò)濾等。實(shí)踐證明,采用這種新型精密過(guò)濾技術(shù),不消耗濾材,過(guò)濾效率均在95%以上,濾液的澄清度均很高,液體的透光率有的可達(dá)到99.8%以上,且過(guò)濾質(zhì)量持續(xù)穩(wěn)定,過(guò)濾成本低廉,凸顯了高分子精密微孔澄清過(guò)濾的高效優(yōu)勢(shì)。另外,許多超濾、納濾、反滲透、離子交換、電滲析、精餾、蒸發(fā)和結(jié)晶等化工單元操作之前,已越來(lái)越多地采用這一新過(guò)濾技術(shù)作預(yù)處理保護(hù)裝置,以提高這些單元操作的效率及其設(shè)備的壽命。精密澄清過(guò)濾應(yīng)用舉例如下:(1)液體原料的精密過(guò)濾許多精細(xì)化工產(chǎn)品的原料為液體,為保證化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)品的質(zhì)量,需對(duì)液體原料先進(jìn)行精密過(guò)濾。如制硫酸鋇的原料氯化鋇與硫酸鈉,采用精密微孔過(guò)濾后,使硫酸鋇產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高。ＰＧ型精密微孔過(guò)濾機(jī)還用于許多其它液體原料的過(guò)濾,如制氫氧化鋁原料之一的硫酸鋁的精密過(guò)濾等;(2)液體產(chǎn)品的精密過(guò)濾許多化工產(chǎn)品是液體,如酸、醇及各種溶液等。在產(chǎn)品出廠前需要進(jìn)行終端精密過(guò)濾,以提高產(chǎn)品的澄明度,已用于許多液體產(chǎn)品的精密過(guò)濾。如山梨醇、聚丙烯酰胺等的產(chǎn)品精密終端過(guò)濾;(3)結(jié)晶前液體的精密過(guò)濾結(jié)晶前,如對(duì)液體進(jìn)行精密過(guò)濾,去除不溶性雜質(zhì),提高了液體的澄明度,則結(jié)晶產(chǎn)品的純度就可明;(4)生產(chǎn)用水的精密微孔過(guò)濾ＰＧ型精密微孔過(guò)濾機(jī)已大量用于生產(chǎn)用水的精密過(guò)濾。如水源是較干凈的江湖水、水庫(kù)水、自來(lái)水或地下水,直接利用精密微孔過(guò)濾機(jī),可使水的濁度降到1ｍｇ/Ｌ左右。這種水可直接用于生產(chǎn),或繼續(xù)經(jīng)過(guò)電滲析器、離子交換器、微孔膜濾器、超濾膜濾器或反滲透器,做進(jìn)一步凈化。由于微孔管去除率高,又易于反吹再生,使用壽命長(zhǎng),這類預(yù)過(guò)濾可大大延長(zhǎng)電滲析膜、離子交換樹(shù)脂、微孔膜、超濾膜及反滲透膜等介質(zhì)的使用壽命。如某一化學(xué)試劑廠制超純水,利用ＰＧ型做預(yù)過(guò)濾,處理水量達(dá)30ｍ3/ｈ。(5)生活用水的精密微孔過(guò)濾江湖原水經(jīng)絮凝與砂濾制成自來(lái)水,由于各種原因,進(jìn)入用戶的自來(lái)水的濁度往往較高。采用ＰＧ型微孔過(guò)濾機(jī)繼續(xù)進(jìn)行復(fù)濾,可使水的濁度降至1ｍｇＬ左右。如果江湖水的水質(zhì)較好,不必先做絮凝與砂濾,可直接采用微孔精密過(guò)濾機(jī)制取低濁度的水。微孔精密過(guò)濾處理江湖水,其生產(chǎn)能力平均為04～05ｍ3(ｍ2·ｈ)。由于微孔管可用壓縮空氣反吹再生,使用壽命一般可達(dá)2年以上。2.3精密過(guò)濾在三廢處理上的應(yīng)用(1)重金屬?gòu)U水的處理各種形態(tài)的重金屬?gòu)U水,如Ｎｉ2+、Ｐｂ2+、Ｃｕ2+、Ｃｄ2+、Ｚｎ2+、Ｃｒ6+及Ｃｒ3+等酸性重金屬離子廢水與ＭｎＳＯ4、ＣｕＯ、ＰｂＳＯ4等重金屬化合物廢水,均可應(yīng)用ＰＧ型精密微孔過(guò)濾機(jī)進(jìn)行有效處理。對(duì)酸性重金屬離子廢水需預(yù)先進(jìn)行中和處理,然后進(jìn)行精密微孔過(guò)濾(對(duì)Ｃｒ6+需先還原,后中和)。對(duì)中性重金屬氧化物廢水,一般只需進(jìn)行精密微孔過(guò)濾即可。這些處理技術(shù)已在國(guó)內(nèi)大規(guī)模推廣應(yīng)用,已連續(xù)應(yīng)用以上。(2)非金屬有害元素廢水的處理對(duì)氟、硫等元素,先經(jīng)化學(xué)預(yù)處理,使之形成不溶性沉淀,然后采用ＰＧ型精密微孔過(guò)濾機(jī),一次過(guò)濾就可達(dá)到排放要求,已成功用于一些廠含氟與含硫等廢水的處理。(3)除塵洗滌廢水的處理濕法除塵后,一些廠采用自然沉淀池,占地面積大,投資大,由于沉降分離不完全,回用水易堵塞噴頭;采用ＰＧ型精密微孔過(guò)濾機(jī),過(guò)濾效率高,水質(zhì)清澈透明,回用后不會(huì)堵塞噴頭。本方法占地面積小,從ＰＧ型精密微孔過(guò)濾機(jī)就可直接排出較干的渣,已用于一些廠的煙塵廢水的過(guò)濾。(4)化工生產(chǎn)流失產(chǎn)品的回收許多化工生產(chǎn)的結(jié)晶或聚合物產(chǎn)品采用以濾布為過(guò)濾介質(zhì)的各種過(guò)濾機(jī),過(guò)濾許多微米與亞微米級(jí)的固體微粒穿漏濾布,無(wú)法回收,跟著廢水流走,不但財(cái)富損失,也污染環(huán)境。ＰＧ型精密微孔過(guò)濾機(jī)已用于回收化工產(chǎn)品,如ＴｉＯ2、Ｖ2Ｏ5及炭黑等。(5)其它化工廢水的過(guò)濾ＰＧ型精密微孔過(guò)濾機(jī)還大量用于乳膠漆廢水,硫酸或磷酸廢水,顏料廢水等的過(guò)濾。微孔ＰＥ管還可用于曝氣法處理化工等廢水。微孔ＰＥ管是非常理想的氣體鼓泡器,氣泡細(xì)而均勻,溶解氧高,已用于石化生產(chǎn)上含油廢水的曝氣,處理后水中油質(zhì)量濃度只有2～3ｍｇＬ,ＣＯＤ也符合排放標(biāo)準(zhǔn)。(6)氣流消聲處理由于微孔ＰＥ管消聲效果極好,壓縮氣體從儲(chǔ)氣柜直接向大氣排放時(shí),噪音可達(dá)100～120ｄＢ,如果經(jīng)過(guò)微孔ＰＥ管排放,一般只有20～30ｄＢ。此技術(shù)已大量用于氣動(dòng)元件排氣時(shí)的消聲以及壓縮氣體向大氣排放時(shí)的消聲。(7)氣體除塵微孔ＰＥ管除塵效率非常高,如03μｍ的微粒,可超過(guò)99%,通氣速度可達(dá)4ｍ3(ｍ2·ｈ),壓差只有001ＭＰａ左右,已成功用于一些化工生產(chǎn)上原料氣體的除塵與除油水的過(guò)濾,連續(xù)應(yīng)用多。只要?dú)怏w溫度不超過(guò)120℃,微孔ＰＡ管就可用于這些熱氣體的除塵過(guò)濾。2.4合成氨凈化系統(tǒng)的精密澄清過(guò)濾應(yīng)用2.4.1應(yīng)用精密微孔過(guò)濾技術(shù)改造脫碳液過(guò)濾湖南金信公司年產(chǎn)合成氨18萬(wàn)噸。凈化氣體脫碳工序采用改良DEA循環(huán)脫碳工藝。其脫碳液的主要技術(shù)參數(shù)為:①成份:K2O,210g/L、KVO3,8g/L、DEA,22g/L;②循環(huán)量:520m3/h;③溫度:≤110℃;④雜質(zhì)粒度:＜50um;⑤雜質(zhì)含量:＜5g/L。原裝置對(duì)于脫碳液吸收CO2再生后的過(guò)濾,采用傳統(tǒng)的活性炭吸附提純,它存在三大不足:①過(guò)濾效果不佳、效率較低,且易飽和失效,因而填料更換頻繁(每年必須更換一次);②在新填料使用初期,脫碳系統(tǒng)易出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象;③過(guò)濾能力受限,使凈化系統(tǒng)氣體處理量受到制約。為解決脫碳液過(guò)濾的問(wèn)題,該公司經(jīng)過(guò)技術(shù)招標(biāo),采用了浙江溫州東甌微孔過(guò)濾有限公司提出的改造方案,即以精密微孔過(guò)濾工藝取代原活性炭過(guò)濾。過(guò)濾改造后的工藝流程見(jiàn)圖2。該流程為旁路過(guò)濾方式,即逐步完成系統(tǒng)脫碳液清潔的工藝;改造中,根據(jù)脫碳液過(guò)濾特性試驗(yàn)選取了合適的微孔過(guò)濾參數(shù);由于介質(zhì)溫度達(dá)110℃,為延長(zhǎng)微孔管使用壽命選取了合適的微孔過(guò)濾參數(shù);由于介質(zhì)溫度達(dá)110℃,為延長(zhǎng)微孔管使用壽命,采用先冷卻再過(guò)濾方案;為克服阻力,并提供過(guò)濾液壓差,配置了管道泵;設(shè)計(jì)了空氣和軟水接口,當(dāng)微孔管需要再生時(shí),用空氣或軟水分別反吹(洗)或正吹(洗),使其再生。

圖2

脫碳液高分子精密微孔過(guò)濾工藝流程示意

微孔過(guò)濾改造后效果很好。過(guò)濾精度達(dá)0.5um,分離效果可達(dá)96%以上,能滿足脫碳液澄清過(guò)濾的要求;投運(yùn)后,系統(tǒng)脫碳液能在較短時(shí)間達(dá)到清徹透明的理想狀態(tài)。其運(yùn)行情況參見(jiàn)表1。與此同時(shí),操作、再生方便,避免了活性炭過(guò)濾的易飽和失效的難題,系統(tǒng)生產(chǎn)穩(wěn)定。由于脫碳液品質(zhì)提高,提高了其工作時(shí)的吸收效果,除每年可節(jié)約活性炭6t外,經(jīng)測(cè)算,該技術(shù)的應(yīng)用可提高生產(chǎn)能力1%,年新增收益在26萬(wàn)元以上,不到一年收回投資。

表1

脫碳液過(guò)濾效果、效率對(duì)比(新、老系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)平均值)時(shí)間

過(guò)濾方式

系統(tǒng)、進(jìn)口雜質(zhì)含量

出口雜質(zhì)含量

過(guò)濾效果

30天后系統(tǒng)雜質(zhì)含量

過(guò)濾效率

mg/L

mg/L

%

mg/L

mg/d.6.8.

活性炭(改造前)

1982

516

73.4

1598

12.8.6.8.

微孔管(改造后)

2097

82

96.1

786

43.7

2.4.2應(yīng)用微孔過(guò)濾器改造銅氨液過(guò)濾金信公司合成氨原料氣體中的CO等雜質(zhì),經(jīng)中壓變換、甲醇合成塔反應(yīng)吸收后,余下的約3%的CO在銅氨液洗塔(簡(jiǎn)稱銅洗塔)中洗滌、吸收去除。上述銅洗塔內(nèi)的洗滌吸收介質(zhì)稱為醋酸銅氨液(簡(jiǎn)稱銅氨液),其工藝技術(shù)參數(shù)如下:①成份:Cu,2.2-2.5mol/L、NH3,10-13mol/L、HAc,2.2-2.5mol/L;②酸堿度:PH=10;③壓力:0.20MPa;④溫度:≤40℃;⑤循環(huán)量:54m3/h;⑥雜質(zhì)粒度:＜50um;⑦雜質(zhì)含量:＜5g/L。銅氨液吸收CO還原、再生后,循環(huán)使用前,原系統(tǒng)在銅氨液循環(huán)使用前,一直沿用絲瓜絡(luò)作為過(guò)濾材料以去除其雜質(zhì)。它存在以下弊端:①過(guò)濾效果較差、效率較低。進(jìn)銅洗塔銅氨液的品質(zhì)長(zhǎng)期不能達(dá)標(biāo),限制了該系統(tǒng)的氣體凈化處理量;②易引發(fā)事故。在絲瓜絡(luò)使用初期,因其中含有較多的灰塵,加劇了銅氨液污染的程度。除降低吸收效果外,易引起銅氨液發(fā)泡,并易引發(fā)出銅洗塔凈化氣帶液的嚴(yán)重事故;③使用壽命較短、更換很不方便。絲瓜絡(luò)使用較久后,容易飽和失效,每年必須更換,不但費(fèi)力費(fèi)時(shí),而且檢修現(xiàn)場(chǎng)衛(wèi)生狀況很差;④過(guò)濾效果不能適應(yīng)銅洗塔內(nèi)件由散堆填料改造為規(guī)整填料后對(duì)銅氨液品質(zhì)更高的要求。

為克服絲瓜絡(luò)過(guò)濾工藝的嚴(yán)重不足,金信公司經(jīng)過(guò)技術(shù)招標(biāo),采用了溫州東甌微孔過(guò)濾有限公司提出的改造方案,即將原絲瓜絡(luò)過(guò)濾器更換成微孔管過(guò)濾器。其過(guò)濾工藝流程見(jiàn)圖3。該工藝也采用了旁路過(guò)濾,即逐步完成系統(tǒng)銅氨液清潔的工藝;改造中根據(jù)用戶銅氨液特性試驗(yàn)選取了合適規(guī)格的微孔管及其過(guò)濾器;由于系統(tǒng)待過(guò)濾銅氨液位差較小,為提供過(guò)濾壓差,配設(shè)了小揚(yáng)程管道泵;該工藝還配置了空氣和稀氨水接口,當(dāng)微孔管需要再生處理時(shí),可酌情選擇空氣或稀氨水分別反吹(洗)或正吹(洗),達(dá)到去污和再生目的。