過濾介質的分類

  凡是能使濾漿中流體通過,其所含固相顆粒被截留,以達固液分離目的的多孔物都統稱為過濾介質。它是過濾機上關鍵組成部分,它決定了過濾操作的分離精度和效率,也直接影響過濾機的生產強度及動力消耗。

  工業上應用的過濾介質種類繁多,按其結構分為撓性介質,剛性介質及松散性過濾介質三大類:

  · 撓性過濾介質：

  o 金屬過濾介質

  o 非金屬過濾介質：棉織物、毛織物、絲織物、合成纖維織物、玻璃纖維織物、非織造纖維織物：非織造濾布(、濾紙、濾氈、過濾襯墊)

  o 金屬、非金屬混合介質

  · 剛性過濾介質

  o 燒結金屬網、金屬纖維燒結氈、粉末燒結材料、多孔陶瓷、燒結多孔塑料、燒結鋁氧化物、玻璃過濾介質

  · 松散過濾介質

  o 硅藻土、膨脹珍珠巖粉、纖維素，砂，木炭粉、無煙

  過濾介質的作用原理與過濾操作機理相關。用于濾餅過濾的過濾介質技術特性必須滿足此種過濾的特殊要求:介質的結構能保證開始過濾時,顆粒能迅速在介質表面"架橋",使細顆粒不致流失(即穿濾);介質的孔道內夾持顆粒的比率低,介質的堵塞小;濾餅能容易地完全地卸除;介質結構便于清洗再生。常用的濾餅過濾介質主要有濾布,濾紙,濾網,側邊式濾芯等,對用作深層過濾的介質,則要求其結構滿足指定的截留精度,能阻擋要求阻擋的顆粒;床層要有足夠的容量,使其被顆粒堵塞的進程緩慢,以延長操作周期。

  對各種過濾介質的共同要求是:優良的過濾特性(比阻小,截留精度高等);良好的物理、機械性能(強度高,搞蠕變,剛柔性,耐磨性高等),在一定工藝操作條件及環境下,化學穩定性好(耐腐蝕,耐高溫及微生物等),清洗、再生方便,價格便宜,來源可靠。

  1.2 選擇過濾介質的基本要求

  (1) 過濾介質對固體顆粒的捕集能力

  這關系到過濾的分離次序。所謂捕集能力就是能截留的小顆粒尺寸。捕集能力取決于介質本身的孔隙大小及分布情況。下表為各類過濾介質能捕集的小顆粒。

  (2)滲透率

  過濾介質的滲透率反映了它對濾液流動的阻力,它影響過濾機的生產強度和過濾推動力---壓強差

  過濾介質的滲透率可由達西方程來描述：

  對由顆?；蚶w維填充的過濾床,其滲透率K可用柯茲尼-卡爾曼方程式給出：

  單絲紡織纖維介質的滲透率可由以下半經驗方程給出：

  由此可見,過濾介質的滲透率與介質本身的孔隙率有關。常用過濾介質的空隙率如下表：

  (3)卸渣和清洗再生性能

  卸渣能力就是指過濾結束后能利用濾餅自身策略或壓縮空氣吹除,機械刮除等措施把濾餅從介質表面除凈的能力,這對于象轉鼓,翻盤,帶式真空過濾機等連續過濾機來說是維持正常操作的先決條件。過濾過程中總有少量濾渣顆粒堵塞在介質孔隙中,必須在每個操作循環的卸渣工序結束后用沖洗,吹掃等方法把顆粒從介質表面,孔隙中清洗掉,以維持介質的過濾效率和性能。再生性能主要取決于過濾介質的構成材料和紡織、加工方法(制造工藝)。

  (4)化學穩定性能

  由于過濾過程所處理的物料多種多樣,它們的化學性質各不相同。有酸性,堿性,強氧化性,有機溶劑等,而且都在一定的溫度下過濾。這就要求所選用的過濾介質結構材料能在被處理的物料中具有良好的化學穩定性,耐化學腐蝕,耐溫度變化,耐微生物作用。一般而言,聚丙烯纖維具有良好的耐酸性。耐堿性和耐氧化劑作用,聚乙稀纖維在室溫下對酸,堿溶液具有穩定性,滌綸材料具有良好的耐酸性。(5)材料的物理,機械性能

  材料的物理,機械性能包括吸濕性,耐磨性,機械強度,伸延率等,均影響介質的過濾性能及使用壽命。不同類型結構的過濾機對介質物理、機械性能要求也有差異,如板框過濾機與葉片過濾機、轉鼓過濾機相比,對濾布的機械強度要求更高。帶式過濾機對濾布的強度要求比傾覆盤式過濾機高,而且要求一定負荷下延伸率盡可能低。

  1.3 常用過濾介質及其主要性能

  1.3.1 濾布

  這是在工業上品種多,應用的過濾介質。濾布有紡織濾布與非紡織濾布之分。其構成材料均為天然纖維(棉,毛,絲,麻)或合成纖維。濾布的過濾性能決定于材質,纖維織法及后處理加工。

  (1)紡織濾布

  紡織濾布由三種不同類型的紗線織成:單纖(單縷紗),復絲長纖(定長纖維紗)和短纖(多縷紗)。單絲一般是合成纖維拉成直徑0。16-0。32(某些場合甚至1)的單根長絲,由它織成的濾布具有表面光滑、空隙單純、比阻小、堵塞性小、易清洗和卸渣性能等優點,但它捕集粒子直徑圈套,精密過濾時不宜采用。對粒徑分布范圍較寬的懸浮液分離時,分離效果受到影響。復絲長纖紗是由二股以上原絲捻紡而成,用它織成濾布,抗拉強度好,對顆粒的截留性能較單絲為好,卸渣性能稍差。短纖是用天然棉,毛纖維或合成短纖維多股捻制而成,因其具有絨毛狀纖維而呈現良好的顆粒截留性能,密封性也佳,但缺點是孔隙易被粒子堵塞,清洗和卸渣性能較差。

  濾布的織法也有三種:即平紋、斜紋和緞紋。一般來說,平紋濾布構造致密,孔隙小,故顆粒截留性好,濾液澄清度高,使用壽命長,價格也較便宜。缺點是比阻大,易堵塞,卸渣性能差。緞紋織布的孔隙,比阻小,不易堵,卸渣性能好。但顆粒截留能力低,穿濾嚴重,過濾效果差。斜紋濾布的各項性能居中,抗磨擦能力很強,過濾速度也大,壽命長,因而被應用。

  下面扼要介紹不同材質織成的濾布使用條件,供選擇時參考。

  棉布：普通棉紗織成的濾布只能用在100oC以下的中性濾漿、20oC以下的酸性濾漿和10oC以下的堿性濾漿的分離。在堿性介質中,棉織濾布會產生溶脹。在水和硫酸鋁溶液中會產生收縮。故在使用前應先用溶液浸泡,使之預收縮。棉織濾布對霉菌的侵蝕抵抗力較弱,用于易產生微生霉變的場合需經銅氨液預處理,抵抗力才會提高。

  硝化棉織成的濾布有較硬表面,易于卸渣,對濃硫酸,硝酸及其混合酸以及鹽酸溶液,氯化鋅溶液具有穩定性,但不耐堿。在還原性物質及有機溶劑中,易遭腐蝕。硝化棉濾布具有很危險的可燃性,這限制了它的使用。

  毛織布：一般用綿羊毛制成,對酸性濾漿的耐蝕性較棉布稍好,在處理5%-6%的濃縮無機酸物料時的使用壽命近于棉布在中性物料中的使用壽命。不耐高溫及堿的作用,也不耐鈉、鈣的次氯酸鹽的破壞。用駝毛制成的布,對無機酸具有穩定性。毛織布在強度和對顆粒的截留性能方面均稍遜于棉布,價格也遠較棉布高。

  聚氯乙烯布：對酸,鹽,礦物油,微生物 的作用具有穩定能;但受氧化劑,濃堿作用會遭破壞。有光滑的表面,利于卸渣,但只能在60oC以下使用。

  聚丙烯布：有很強的耐酸(有機和無機),堿腐蝕能力和彈性。使用溫度可達110oC,價格低,但布的強度較弱,用于纖維型濾漿及粗晶體過濾。聚丙烯布表面光滑,質地柔軟,卸渣性能好;密謀密度低,能耐酸、堿及強氧化劑腐蝕和微物作用。但能溶于二甲苯,四氯乙烷溶劑里,吸濕性低,在0。3%以下,安全使用溫度在100oC以下,常用在顏料,染料過濾上。

  聚酰胺(尼龍66)布：在干濕狀態下均有很高的強度,壽命長,耐磨性能極好,熱穩定性亦好,一般使用溫度可在120-150oC。在堿性濾漿中的化學穩定性較好,可使用到100oC,但在酸性介質中,則只有在常溫下,對稀酸性物料才具有穩定性。

  滌綸布：強度高,具有撓性,耐麻性好,壽命長,有優越的顆粒截留性能?；瘜W穩定性方面能耐酸腐蝕。耐堿性方面稍差,但優于丙烯腈纖維。滌綸布對微生物作用也有高的抵抗力,滌綸濾布品種很多,應用。我國目前二水法磷酸工廠從磷酸濾漿中分離二水石膏大多采用滌綸734#濾布

  奧綸布：它是由85%的丙烯腈加丙烯酸酯、乙烯基吡啶的共聚體制成的纖維布。具有高的熱穩定性和耐磨性,對無機酸具有良好的耐蝕性,在濃度超過80%的濃硫酸中才溶解。對弱堿及室溫下的強堿也具有一定的耐蝕性,它不會被常用溶劑、油脂、中性鹽及大多數酸性鹽所侵蝕。

  交織布：由聚丙烯腈纖維和滌綸纖維交織而成的濾布,具有很光滑的表面和很高的機械強度,不受污染物的堵塞,便于卸渣。兼有二種纖維的化學特性。特別適用于污水處理和磷酸工廠的酸石膏料漿的過濾。據國外報導,其使用壽命也長,是很有前途的新型濾布。

  (2)非紡織濾布

  用加熱方法,將各種纖維連同一定的樹脂粘接劑和溶劑制成0。2-2厚度的紙片狀濾布。這種濾布的纖維組織不是規則的而是雜亂而又緊密排列,故其強度較紡織濾布差,比濾紙強,孔隙率也較濾紙粗,故比阻比濾紙小。非織造濾布已用于壓濾機及水平盤式過濾機上,主要用于澄清過濾,凈化低濃度懸浮液中的固體顆粒。如飲料,乳漿,清漆,潤滑油等和植物樹膠的過濾。非紡織濾布的過濾機理,大致是分級過濾,即由這種濾布的表層部分截大顆粒粒子(大于100),其里層截獲高分散性的小顆粒。

  (3)濾布織成的后加工

  為了改善濾布的過濾特性和物理、機械性能,可以對織成的濾布進行織后精加工。其加工方法有:

  砑光：將濾布坯布在熱的壓輥下受碾壓,使坯布表面光滑,降低江布紗線間的孔隙率,以改善濾布對顆粒的捕集性能和卸渣能力。砑光后的濾布強度有些降低。

  起絨：即在濾布坯布的一面用微齒鋼梳刷使濾布表面紗束的纖維產生細柔的絨毛,提高濾布截留微小細粒子的能力,改善分離效果,提高濾液的澄清度。

  熱軋處理：這只限于合成纖維濾布,目的是改善濾布的熱穩定性或機械強度,使之更適于較高溫度下操作。物別是對于單絲織成的濾布必須進行熱軋處理。

  1.3.2 濾網

  濾網也是編織過濾介質,其材質主要是金屬,凡是可以拉絲的金屬和合金,如不銹鋼、黃銅、蒙乃爾鎳銅合金、鎳、銀等都可以作為金屬絲網的材質。近來也有采用塑料原絲織成的濾網。正由于材質是金屬材料，故濾網表面光滑、耐磨、耐腐蝕和耐高溫,基本上不產生收縮、伸延現象,不易被顆粒堵塞,易清洗、再生，使用壽命遠較纖維濾布為長。只是一次性投資較貴,但操作費用要比濾布低。

  濾網也有平紋和斜紋織法之分。

  濾網既可以直接安裝在葉濾機或轉鼓過濾機上作過濾用(一般只能做粗濾),還可以做為布,濾紙的支持體使用。此時,濾網必須用輥子滾壓,使其表面光滑,然后再同濾布等過濾介質一起安裝,以免損傷所支持的過濾介質。我國目前工業用金屬絲編織篩網有銅、錫、青銅、不銹鋼、碳鋼等材質。

  1.3.3 濾氈

  將合成纖維(如聚丙烯腈纖維，尼龍，聚丙烯等)或羊毛纖維作無規則的密集排列,可添加或不添加樹脂粘接劑(如熱粘接),經過壓實耐而制成不同厚度的氈。裝在壓濾機或轉鼓真空過濾機上。當用褶制金屬網定型可用作濾芯構件。濾氈過濾機理屬于深層過濾。合成纖維濾氈具有防腐,防霉,顆粒截留性能好等優點,用途比毛氈。

  1.3.4 過濾襯墊

  過濾襯墊是以石棉和纖維素制成的抄造型過濾介質,厚度2~5mm, 纖維直徑為200~250埃,另用直徑為20~30的纖維素纖維為支持體,石棉纖維在其中構成空隙,用于壓濾機上,如在其中充填硅藻土顆粒,可提高墊子的孔隙率。由于過濾襯墊的空隙率很細微,主要用作精密過濾,處理含固量低且顆粒細小的懸浮液。

  1.3.5 過濾膜(多孔塑料薄膜)

  以纖維素酯,聚氯乙烯,聚乙烯或聚四氟乙烯等高分子材質,通過特定的工藝加工成厚度為0。2~150um,孔徑0。3~10um的薄膜,安裝于專門的設備上。這種多孔過濾膜的過濾精度可達0。1um。主要用于醫藥工業及生物化學帶菌污水處理等超群同精密過濾場合。

  1.3.6 硬質(剛性)多孔介質

  剛性多孔過濾介質包括多孔陶瓷,金屬陶瓷,多孔燒結塑料、金屬纖維燒結氈、多層金屬燒結網等。

  它們是通過陶瓷,金屬及塑料的細粉在高溫下燒結成型。通過對細粉粒度,燒結溫度,壓力,時間及粘結劑品種,配方的控制來制得孔隙均勻,滲透性,孔隙率和形狀各異的過濾介質成品。厚度一般在20mm以上(燒結金屬的厚度一般為1。6mm)。做成圓筒狀(包括管式)適于加壓過濾,板狀則多用于真空過濾式重力過濾。多孔過濾介質的過濾機理一般適于深層過濾,但也可以用于表面過濾。由于它們的不撓性,使得過濾中的壓力波動對濾餅的影響很少,其孔隙可以從幾千到1個,故大多用作精密過濾。

  多孔陶瓷包括普通多孔陶瓷和剛玉陶瓷兩種,前者主要原料是耐火粘土,后者是氧化鋁粉,它將它們分別與熱固性樹脂以及溶劑混合成所需要的形狀,在1400oC的窯內煅燒而成。具有耐高溫和腐蝕性,基礎剛玉對濃無機酸很穩定,但對弱堿性及堿性鹽的水溶液不穩定。普通陶瓷則能耐稀、濃的無機酸及它們的鹽類水溶液的腐蝕。但對堿性液體作用不夠穩定。多孔陶瓷用于氣體凈化過濾(如硝本生產中空氣過濾),也用于無機酸及酸性鹽水溶液的澄清過濾。

  金屬纖維燒結氈：

  是新型的過濾材料，產品過濾精度3-100微米，用于石油、化工、化纖、航空、航天領域，是不可取代的高科技材料。