1. 概述
廿世紀(jì)發(fā)展起來的膜過濾技術(shù)是廿世紀(jì)最重要的發(fā)明之一，它能明顯地提高產(chǎn)品質(zhì)量，收率與勞動(dòng)生產(chǎn)率，能減少能耗、物耗與生產(chǎn)成本，能減少廢物與廢水排放，因而獲得愈來愈廣泛應(yīng)用。廿一世紀(jì)是膜過濾技術(shù)進(jìn)一步向深度與廣度發(fā)展的世紀(jì)，對世界經(jīng)濟(jì)必將產(chǎn)生不可估量的影響。
膜過濾可分為均相膜過濾與非均相膜過濾兩種。反滲透、納濾與大部份超濾屬均相膜過濾，微孔膜與部份超濾屬非均相膜過濾。非均相膜過濾又可分為兩大分支，一是其過濾介質(zhì)為柔性薄膜，另一是其過濾介質(zhì)為剛性或亞剛性微孔管。柔性薄膜的厚度一般只有幾十微米，原料成本較少，制造難度相對較低，因此發(fā)展快，應(yīng)用范圍廣，但其抗拉強(qiáng)度較差，不能用簡單的物理方法（即高壓氣體反吹法）卸除濾餅與高效再生，難以應(yīng)用到能形成較干濾餅的精密濾餅過濾，目前絕大部份微孔膜僅用于含固量很少的液體精密澄清過濾，只有很少部份用于無濾層的動(dòng)態(tài)增稠過濾。剛性或亞剛性的微孔管，其壁厚一般不小于2至3毫米，抗拉與抗壓強(qiáng)度相對較高，可用物理方法反吹排渣與再生，不僅可大規(guī)模用于含固量很少的液體精密澄清過濾，用于無濾層或薄層的動(dòng)態(tài)增稠過濾，還大量用于含固量多，能排出較干濾餅的液體精密濾餅過濾。
剛性或亞剛性微孔過濾管有金屬類燒結(jié)微孔管，無機(jī)類燒結(jié)微孔管與高分子類燒結(jié)微孔管等三大類。金屬類與無機(jī)類的誕生與工業(yè)上推廣應(yīng)用已有五十至六十多年；高分子類的誕生只有三十多年，工業(yè)化應(yīng)用只有廿多年。從過濾精度，機(jī)械強(qiáng)度，再加工性能，抗堵塞性能，抗腐蝕性能，耐熱性能及價(jià)格等幾方面全面對比，三類微孔過濾管各有優(yōu)劣。金屬類耐熱性能與機(jī)械強(qiáng)度相當(dāng)理想，但價(jià)格與抗腐蝕性能是其劣勢；無機(jī)類的耐熱與抗腐蝕是優(yōu)勢，但機(jī)械強(qiáng)度與再加工性能是其劣勢；高分子類的耐熱性能是其劣勢，目前工業(yè)生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用的還不能超過120℃，但由于加工較易，價(jià)格較低，機(jī)械性能不差，耐腐蝕性能非常突出，雖然開發(fā)時(shí)間最短，自上世紀(jì)六十年代末在我國試制成功，技術(shù)上愈來愈趨成熟，應(yīng)用領(lǐng)域與應(yīng)用規(guī)模愈來愈大，目前在中國，已超過金屬類與無機(jī)類。
為了提高過濾精度，為了能高效過濾更細(xì)小的微粒，又要減少過濾過程中的能耗，無論無機(jī)類、金屬類或高分子類，都在研制與開發(fā)多層微孔管，這類過濾管的表層的毛細(xì)孔徑很小，基層的毛細(xì)孔徑較大，基層與表層緊密粘結(jié)，表層可承受高壓氣體反吹。多層無機(jī)類的無機(jī)膜技術(shù)國外發(fā)展很快，國內(nèi)也廣泛進(jìn)行很有成效開發(fā)，金屬類與高分子類的多層微孔管的研制較晚，但進(jìn)展也很快，都已開發(fā)出可在工業(yè)生產(chǎn)上成功應(yīng)用的產(chǎn)品。
作者從1966年初開始在國內(nèi)從事高分子類精密微孔過濾技術(shù)的研制，在多種高分子燒結(jié)微孔過濾管及各種結(jié)構(gòu)過濾機(jī)研制成功的基礎(chǔ)上，對該技術(shù)的硬件與軟件進(jìn)行了連續(xù)三十七年的系統(tǒng)研制、開發(fā)與推廣應(yīng)用。限于篇幅，本文僅介紹該技術(shù)某些主要概況。
2. 高分子燒結(jié)微孔過濾介質(zhì)
2.1 高分子燒結(jié)微孔過濾介質(zhì)的型號與尺寸規(guī)格
高分子燒結(jié)微孔過濾介質(zhì)及其多種衍生物已開發(fā)成功8種，目前廣泛推廣應(yīng)用的主要為微孔PE與微孔PA兩種。外形結(jié)構(gòu)有多種，主要有管形、平板形、平板復(fù)合形三大類。
表一 高分子燒結(jié)微孔管尺寸規(guī)格
|
外徑mm |
150 |
120 |
120 |
106 |
97 |
80 |
80 |
80 |
65 |
65 |
65 |
50 |
50 |
50 |
50 |
50 |
38 |
38 |
38 |
31 |
31 |
24 |
24 |
20 |
13 |
|
內(nèi)徑mm |
116 |
100 |
80 |
86 |
72 |
44 |
34 |
50 |
55 |
44 |
34 |
34 |
30 |
26 |
20 |
15 |
26 |
20 |
15 |
20 |
15 |
15 |
8 |
14 |
8 |
|
長度mm |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
微孔PE和微孔PA的平板型與平板復(fù)合型的尺寸規(guī)格可根據(jù)微孔精密過濾機(jī)的結(jié)構(gòu)需要專門進(jìn)行加工，目前最大直徑已做到1200毫米。
無論管形、平板形或平板復(fù)合形，均可制成不同的微孔孔徑。表二 高分子燒結(jié)微孔過濾介質(zhì)的毛細(xì)微孔孔徑型號
|
微孔PE、PA管 |
PE～1型 |
PE～2型 |
PE～3型 |
PEPA～4型 |
PEPA～5型 |
PEPA～6型 |
PEPA～7型 |
PEPA～8型 |
PEPA～9型 |
|
A |
B |
A |
B |
A |
B |
平均微孔孔徑
（mm） |
140～111 |
110～81 |
80～64 |
63～46 |
45～39 |
38～31 |
30～26 |
25～21 |
20～16 |
15～11 |
10～5 |
5～1 |
對超細(xì)微粒的過濾，已大量采用多層微孔過濾介質(zhì)，其過濾精度由表層的微孔孔徑控制。目前表層的微孔孔徑最小為0.3微米。
2.2 高分子燒結(jié)微孔過濾介質(zhì)的主要特性
2.2.1 高分子燒結(jié)微孔過濾的過濾效率高
高分子微孔過濾的過濾精度相當(dāng)高，表三給出微孔PE管過濾幾種超細(xì)無機(jī)粉體的過濾效果的測定值，表四給出微孔PA過濾管過濾水中大腸桿菌的過濾效果測定值。由表三與表四可以看出，微孔PE與微孔PA過濾液體中微米與亞微米級的微粒等雜質(zhì)的過濾效率相當(dāng)高。不僅過濾液體微粒的效率高，過濾氣體中的微粒其過濾效率也非常高，表五給出微孔PE與微孔PA過濾管過濾空氣中塵埃的過濾效率測定值。
由表三、四、五所列數(shù)據(jù)可以看出，這種過濾介質(zhì)的過濾效率很高，過濾精度也很高。大量試驗(yàn)與實(shí)踐表明，水溶液中0.5微米的微粒一次就可以100%濾住，0.3～0.4微米的微粒一次
過濾效率也可達(dá)到90%以上。只要微孔管的結(jié)構(gòu)與微孔管的毛細(xì)孔徑控制恰當(dāng)，可以將0.2微米的微粒絕大部份濾住。
表三 微孔PE管過濾細(xì)微粒的過濾效果
|
被過濾微粒的名稱 |
微粒粒徑 |
液體
名稱 |
過濾
壓差
(MPa) |
微孔PE管壁厚
(mm) |
微孔PE管的平均毛細(xì)孔徑
(μm ) |
穿濾
情況 |
濾液
濁度
(NTU) |
備注 |
|
硅酸鋯 |
粒徑范圍
≤0.1μm
0.1～0.2
0.2～0.3
0.3～0.4
0.4～0.5
0.5～1
1～3
3～6 |
比例
11%
10%
9%
6.2%
5.8%
21.2%
31.8%
5% |
無離子水
（不產(chǎn)生絮凝） |
0.02 |
5.5 |
10～15 |
微穿濾 |
8 |
濾液
微濁 |
|
5～10 |
不穿濾 |
≤3 |
濾液清徹透明 |
|
AL2O3 |
0.3～0.5
0.5～1
1～5
>5 |
30%
40%
20%
5% |
無離子水
（不產(chǎn)生絮凝） |
0.02 |
5.5 |
10～15 |
微穿濾 |
10 |
濾液
微濁 |
|
5～10 |
不穿濾 |
≤3 |
濾液清徹透明 |
|
絹云母 |
0.4～0.5
0.5～1
1～5
>5 |
10%
30%
40%
20% |
無離子水
（不產(chǎn)生絮凝） |
0.02 |
5.5 |
15～20 |
微穿濾 |
8 |
濾液
微濁 |
|
10～15 |
不穿濾 |
≤3 |
濾液清徹透明 |
|
超細(xì)CaCO3 |
原為0.04μm ，在自來水中會(huì)絮凝為0.3～0.5μm。 |
自來水 |
0.02 |
5.5 |
15～20 |
微穿濾 |
8 |
濾液
微濁 |
|
10～15 |
不穿濾 |
≤3 |
濾液清徹透明 |
表四 微孔PA管過濾水中大腸桿菌過濾的效果
微孔管的平均毛細(xì)孔徑
（μm） |
微孔管壁厚
（mm） |
過濾濾速
（m3/m2·h） |
過濾效果 |
濾前水中大腸桿菌個(gè)數(shù)
（個(gè)/毫升） |
濾后水中大腸桿菌個(gè)數(shù)
（個(gè)/毫升） |
去除
效率
（%） |
|
6.55 |
15 |
0.5 |
3630000 |
28 |
99.99 |
|
8 |
15 |
0.5 |
4700 |
0 |
100 |
|
10.1 |
15 |
0.5 |
4100 |
0 |
100 |
|
10.22 |
15 |
0.5 |
3630000 |
3 |
99.99 |
|
10.8 |
15 |
0.5 |
6800 |
0 |
100 |
|
12.5 |
15 |
0.5 |
6800 |
0 |
100 |
|
12.7 |
15 |
0.5 |
4100 |
0 |
100 |
|
12.9 |
15 |
0.5 |
4100 |
0 |
100 |
|
13.05 |
15 |
0.5 |
2200 |
17 |
99.23 |
|
14.0 |
15 |
0.5 |
1950 |
0 |
100 |
|
14.7 |
15 |
0.5 |
5100 |
0 |
100 |
|
15.0 |
15 |
0.5 |
1950 |
0 |
100 |
|
15.0 |
15 |
0.5 |
470 |
0 |
100 |
|
17.38 |
15 |
0.5 |
2480 |
1 |
99.96 |
|
17.56 |
15 |
0.5 |
2470 |
11 |
99.55 |
|
18.13 |
15 |
0.5 |
2480 |
2 |
99.92 |
|
18.67 |
15 |
0.5 |
2470 |
1 |
99.96 |
|
19.88 |
15 |
0.5 |
2470 |
0 |
100 |
|
21.06 |
15 |
0.5 |
46000 |
54 |
99.88 |
|
22.44 |
15 |
0.5 |
46000 |
27 |
99.94 |
|
22.60 |
15 |
0.5 |
46000 |
32 |
99.93 |
|
22.82 |
15 |
0.5 |
46000 |
37 |
99.92 |
表五 高分子微孔管過濾壓縮空氣中塵埃的過濾效果
氣溫：40℃
空氣濕度：
23～32%
進(jìn)氣壓力：
0.2MPa
每次測定時(shí)間：
維持1小時(shí)
空氣中塵埃濃度，每立方呎中最多：16萬顆，最?。?00顆 |
PE管
15～20 |
5.5 |
1.74 |
106 |
100 |
100 |
100 |
|
3.42 |
192 |
99.78 |
99.69 |
99.69 |
|
6.84 |
467 |
99.93 |
99.90 |
99.92 |
|
8.58 |
550 |
99.99 |
99.98 |
99.68 |
PE管
20～25 |
5.5 |
1.74 |
61 |
99.97 |
99.98 |
100 |
|
3.42 |
124 |
99.07 |
99.34 |
99.33 |
|
6.84 |
264 |
99.11 |
99.15 |
98.48 |
|
8.58 |
419 |
99.97 |
99.94 |
99.39 |
PE管
20～25 |
9 |
1.38 |
77 |
100 |
100 |
100 |
|
2.82 |
166 |
99.94 |
99.92 |
99.38 |
|
5.58 |
360 |
99.99 |
99.83 |
99.31 |
|
6.96 |
479 |
99.95 |
99.91 |
99.14 |
PA管
15～20 |
9 |
1.38 |
124 |
100 |
100 |
100 |
|
2.82 |
264 |
99.99 |
99.99 |
100 |
|
5.58 |
453 |
99.96 |
99.98 |
99.89 |
|
6.98 |
575 |
99.97 |
99.95 |
99.86 |
PA管
20～25 |
9 |
1.38 |
28 |
100 |
100 |
100 |
|
2.82 |
81 |
99.89 |
99.90 |
99.84 |
|
5.58 |
196 |
99.58 |
99.89 |
99.98 |
|
6.96 |
261 |
99.96 |
99.94 |
89.85 |
2.2.2 高分子微孔過濾介質(zhì)卸除濾餅很簡便
高分子微孔過濾管由于具有一定剛性，在0.6Mpa內(nèi)壓作用下，過濾管基本不膨脹、不變形，又有一定的抗拉強(qiáng)度與較好的抗沖擊強(qiáng)度。這些較好的機(jī)械性能使高分子微孔管可以經(jīng)受0.6MPa的氣體從微孔管內(nèi)向管外進(jìn)行高速反吹而不破裂。
從過濾介質(zhì)表面卸除濾餅有多種方法，如自重落餅法、刮刀刮餅法、刮線刮餅法、推渣板推餅法、振動(dòng)法、液體反吹法及氣體反吹法等。諸多方法中只有氣體反吹法最簡便，又不破壞濾餅的干度。傳統(tǒng)過濾機(jī)中如真空轉(zhuǎn)鼓式或轉(zhuǎn)盤式過濾機(jī)與某些管式濾布過濾機(jī)等已采用氣體反吹法卸渣，但由于濾布在氣體反吹時(shí)向外膨脹變形，一般只得采用很低壓力（小于0.1MPa）的氣體，使濾布向外膨脹變形小。這方法僅用于卸除顆粒較粗又無粘性的濾餅；對又細(xì)又粘的濾餅，低壓氣體反吹無法使濾餅脫離過濾介質(zhì)，必須采用壓力較高的氣體反吹，方可將濾餅向外膨脹變形，這時(shí)如果過濾介質(zhì)仍是濾布，濾布在高壓反吹下也同時(shí)向外顯著膨脹變形，濾餅與濾布向外同步膨脹變形，導(dǎo)致兩者仍粘連在一起，濾餅從濾布上仍難以脫離。因此，對粘細(xì)濾餅，如用濾布或其他柔性過濾介質(zhì)，較高壓力的氣體反吹法無法卸濾餅。
剛性的高分子微孔過濾管與其他剛性微孔管一樣，只要直徑與壁厚恰當(dāng)，在較高壓力的壓縮氣體反吹下，不膨脹變形，不破裂，因此就適用于粘細(xì)濾餅的反吹卸除。一般采用容易得到的0.6Mpa的壓縮空氣，在1至2秒時(shí)間，將該空氣壓送至所有高分子微孔管的管內(nèi)，壓縮氣體通過微孔管壁的毛細(xì)孔，從管內(nèi)向管外絕熱膨脹，形成聲速或超聲速的高速氣流沖向管外，將粘附在微孔管外表面上有一定厚度的干濾餅迅速推開，使之自重脫落。除非濾餅與微孔管外壁的粘附性非常大（如動(dòng)植物蛋白質(zhì)類等膠狀物），一般較粘的濾餅采用本方法均可快速有效地卸除。（對粘性很大的濾餅，可采用助濾劑的預(yù)涂法于以解決）。
2.2.3 高分子微孔介質(zhì)的化學(xué)性能極為優(yōu)異
目前廣泛推廣的高分子微孔過濾介質(zhì)以超高分子聚乙烯為主體原料，其化學(xué)性能極為優(yōu)異，除95%以上的濃硫酸之外，可耐任何無機(jī)酸與有機(jī)酸，耐任何濃度的各種堿與鹽；80℃以下耐任何有機(jī)溶劑，即使某些溶劑80℃以上使微孔管有少許溶脹，但仍保持剛性形狀，不影響正常操作；在任何化學(xué)溶液中，無化學(xué)物質(zhì)或微粒脫落。這一系列優(yōu)異化學(xué)性能使高分子微孔管在工業(yè)生產(chǎn)上有廣泛用途。
2.2.4 再生簡便、使用壽命長
任何過濾介質(zhì)的使用壽命取決于使用中的四方面損傷程度，一為機(jī)械損傷，二為化學(xué)損傷，三為熱損傷，四是不可逆的堵塞損傷。
高分子微孔管的機(jī)械性能雖比金屬類差，但一般比無機(jī)類強(qiáng)，尤其抗拉抗沖擊性能與抗壓強(qiáng)度相當(dāng)好，使用中通常不易產(chǎn)生機(jī)械損傷；其耐腐蝕性能更理想，因腐蝕損壞而無法使用的事例很少；雖然耐溫不高（微孔PE不超過80℃，微孔PA不超過110℃）如在耐溫的區(qū)域內(nèi)使用，就不會(huì)發(fā)生熱損壞。對高分子微孔管，決定使用壽命的主要原因是堵塞。
堵塞是任何過濾過程的固有本性。堵塞現(xiàn)象可分為表面堵塞、表層堵塞與深層堵塞三種。采用壓縮氣體反吹法，就可將表面與表層堵塞微粒向毛細(xì)孔外排出，將深層堵塞的微粒向表層或表面推移。利用壓縮氣體快速反吹法卸濾餅時(shí)，也同步進(jìn)行快速反吹再生。
再生效率決定了高分子微孔管的使用壽命，為了使微孔管的快速再生的效率更高，反吹卸除干濾餅后，往微孔管內(nèi)加一些水，使其毛細(xì)孔為水充滿，然后再進(jìn)行壓縮空氣快速反吹，高動(dòng)能的氣水混合流體可將少量仍堵在表層與表面的微粒進(jìn)行強(qiáng)制排除。這種氣水混合流體的高速反吹法的再生效率非常高，一般可達(dá)95%，有的可超過98%。只要每次再生效率達(dá)到95%，高分子微孔管就可連續(xù)使用200次至300次。
由于操作原因，或由于物料原因，如單用氣水混合流反吹已無法恢復(fù)到正常濾速，或者氣水反吹次數(shù)達(dá)到200至300次后，微孔過濾管已無法繼續(xù)使用，對此類微孔過濾管可采用化學(xué)再生。高分子微孔過濾管由于化學(xué)性能特別優(yōu)越，化學(xué)再生很方便。
化學(xué)再生就是將已堵塞的微孔管用酸、堿或其他化學(xué)液體進(jìn)行靜止浸泡或動(dòng)態(tài)循環(huán)，使堵塞微粒完全溶解，或降解，或減弱微粒與過濾介質(zhì)接觸界面的分子間結(jié)合力。不管哪種機(jī)理，化學(xué)再生的效率都大于98%至99%，可獲得比較完全再生?；瘜W(xué)再生畢竟比較麻煩，不宜頻繁使用，只能幾星期或幾個(gè)月使用一次。化學(xué)再生裝置應(yīng)與微孔過濾機(jī)一起設(shè)計(jì)，一起安裝，使化學(xué)再生能密閉操作，不需人工繁重勞動(dòng)。
由于可用簡便的氣水混合流快速反吹再生，也可用簡易密閉的化學(xué)再生，高分子微孔管的抗堵塞性能相當(dāng)理想，使用壽命很長，一般可用一年至三年，有的超過五年。
2.2.5 高分子微孔過濾管的機(jī)械性能較好
微孔過濾管必須具有較好抗拉、抗壓、抗沖擊的強(qiáng)度與一定的彈性模量，否則
易發(fā)生反吹破裂，正壓壓偏與安裝時(shí)斷裂等弊病。
高分子微孔過濾介質(zhì)的抗拉、抗壓、抗沖及彈性模量等機(jī)械性能參數(shù)與該高分子原料的性能有關(guān)，也與微孔介質(zhì)的孔隙率有關(guān)。作者通過系統(tǒng)的研究，得出如下微孔PE介質(zhì)的有關(guān)機(jī)械性能參數(shù)的關(guān)系式：
（1）
（2）
（3）
（4）
2.2.6 高分子微孔過濾介質(zhì)的比重輕，再加工容易，安裝與維護(hù)較輕便。
與金屬類及無機(jī)類微孔過濾介質(zhì)相比，高分子微孔過濾介質(zhì)的比重小于1或接近1，重量輕。另外，高分子微孔過濾介質(zhì)可以很容易進(jìn)行刨、鋸、車、焊等再加工，安裝與維修較輕松方便。
2.2.7 高分子微孔過濾介質(zhì)的價(jià)格相對較便宜
與金屬類及無機(jī)類微孔過濾介質(zhì)相比，目前廣泛推廣的微孔PE與微孔PA兩種介質(zhì)的原料價(jià)格不高，加工工藝比較簡單，價(jià)格相對較便宜。
高分子微孔過濾介質(zhì)的過濾精度與過濾效率較高，卸干濾餅與再生既簡便，耐化學(xué)性能非常優(yōu)異，使用壽命長，與現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)使用的各類過濾介質(zhì)相比較，高分子微孔過濾介質(zhì)的性能價(jià)格比相當(dāng)高。
3. 精密微孔過濾機(jī)
精密微孔過濾機(jī)的特性：
高分子精密微孔過濾機(jī)的特性主要由高分子微孔過濾介質(zhì)的固有特性表現(xiàn)出來，如高過濾效率，簡便的壓縮氣體反吹法排濾餅，高效又簡易的氣水反吹法再生，優(yōu)異的化學(xué)性能及較好的機(jī)械性能等等。但應(yīng)用這種過濾介質(zhì)的精密微孔過濾機(jī)的結(jié)構(gòu)極為重要，結(jié)構(gòu)先進(jìn)，就確保高分子微孔過濾介質(zhì)的優(yōu)勢充份展現(xiàn)出來，反之，會(huì)減弱，扭曲甚至完全破壞過濾介質(zhì)的特色。
目前的結(jié)構(gòu)已具備如下特色：
① 精密微孔過濾機(jī)的機(jī)體均為立式結(jié)構(gòu)，單位體積的過濾機(jī)體內(nèi)所具有的過濾面積與單位占地面積所具有的過濾面積等值均相當(dāng)高；
② 可得到較干濾餅精密微孔過濾機(jī)的底部均有氣缸驅(qū)動(dòng)的大排渣底蓋，每次可較方便地排除大體積的較干濾餅；
③ 所有各種型號的精密微孔過濾機(jī)均可組裝成程序控制，可半自動(dòng)或全自動(dòng)操作；
④ 各種型號的微孔過濾機(jī)內(nèi)部的機(jī)械部件很少，甚至只有微孔過濾介質(zhì)，與物料接觸的機(jī)體內(nèi)部材質(zhì)可用各種不銹鋼、合金鋼，也可內(nèi)襯5毫米以上的塑料層或橡膠層，大排渣底蓋也可內(nèi)襯塑料層或橡膠層，因此，可長時(shí)間用于有化學(xué)腐蝕性的物料過濾；
⑤ 除了過濾機(jī)內(nèi)部有攪拌裝置，其他各種型號的過濾機(jī)內(nèi)部均無傳動(dòng)部件，過濾時(shí)靜止操作，安裝要求低，安裝與維修較方便；
⑥ 精密微孔過濾機(jī)的殼體可以外加夾套，使之能恒溫過濾；
⑦ 精密微孔過濾機(jī)一般為低壓差（0.01～0.2MPa）過濾，動(dòng)力消耗較??；
⑧ 全部為密閉過濾，過濾時(shí)物料不泄漏，氣味不外逸。
4. 高分子精密微孔過濾技術(shù)的主要計(jì)算
高分子精密微孔過濾技術(shù)的硬件與軟件日趨成熟，在大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)的推廣應(yīng)用中，多數(shù)不需作中試放大試驗(yàn)。只要作嚴(yán)格的系統(tǒng)小試驗(yàn)與嚴(yán)密的計(jì)算，就可直接進(jìn)行工程放大設(shè)計(jì)。
4.1 所需的燒結(jié)微孔過濾介質(zhì)的平均毛細(xì)孔徑dm的計(jì)算：
剛性燒結(jié)微孔過濾管的過濾機(jī)理比柔性微孔膜的機(jī)理復(fù)雜。柔性微孔膜主要依靠膜表面的機(jī)械篩濾，膜厚度很薄，深層的作用微不足道；剛性燒結(jié)微孔管由于有一定的壁厚，毛細(xì)孔道的深層也可起明顯的過濾作用。利用孔道壁的吸附與微粒架橋等機(jī)理以及彎曲毛細(xì)孔道的障礙截阻等作用，大毛細(xì)孔徑微孔介質(zhì)可以過濾住比其毛細(xì)孔徑小得多的微粒，微孔管表面的機(jī)械篩濾僅起次要作用。
對于小于10微米的微粒，所需的過濾介質(zhì)的平均毛細(xì)孔徑dm與被過濾微粒的最小粒徑ds，微孔過濾介質(zhì)的平均孔隙率ε，壁厚△L，濾液粘度μ以及平均濾速u之間存在如下關(guān)系式：
（5）
4.2 液體精密濾餅過濾的主要計(jì)算：
4.2.1 液體精密濾餅過濾中濾餅平均比阻α與過濾壓差△P之間的相互關(guān)系：
對所有的濾餅過濾，必須測定不同壓差△P下的平均比阻α，然后歸納出α與△P之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，有兩個(gè)數(shù)學(xué)模型可供使用，即：
（6）
（7）
國內(nèi)外普遍采用式（6）計(jì)算。作者經(jīng)過長期實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，對于10微米以下，尤其5微米以下的微米與亞微米級微粒組成的濾餅，式（7）較式（6）正確些。這可能由于固體微粒很細(xì)，濾餅層的毛細(xì)孔徑很小，毛細(xì)力較大；再由于過濾壓差對濾餅的擠壓作用與濾液在毛細(xì)孔內(nèi)的流動(dòng)導(dǎo)致細(xì)顆粒往前位移等作用，使得整個(gè)濾餅層的前后毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)不對稱。由于這兩原因毛細(xì)力會(huì)產(chǎn)生較大的濾液流動(dòng)阻力，故式（7）更接近實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
在國內(nèi)外的各種書籍與文章中，采用式（7）的很少，這方面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)難得一見。
作者在幾十年的實(shí)踐中，測定了大量細(xì)顆粒濾餅的平均比阻α與△P之間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算出每一物料的α0、λ與s等系數(shù)，表六給出部份細(xì)顆粒濾餅的α與△P的關(guān)系式。
表六的數(shù)據(jù)有局限性，一是壓差范圍不大，一般只在0.05～0.3MPa之間，并沒有將壓差區(qū)間擴(kuò)大到0.4MPa以上；二是所測的物料均是某些企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場直接取得，不一定是很純的物料。如果壓力范圍不同，物料濃度與物料性狀不同，α與△P的關(guān)系式也會(huì)變化，因此表六僅供參考，不一定能被無條件使用。
表六 某些物料的平均比阻α與過濾壓差△P之間的關(guān)系式
|
序號 |
料液名稱 |
被過濾固體名稱 |
濾餅平均比阻α與過濾壓差△P之間關(guān)系式 |
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1 |
青霉素發(fā)酵液（球狀菌） |
菌絲體，培養(yǎng)基殘?jiān)?/td>
|
α=2.97×1014+3.31×10-2×△P3.49 |
|
2 |
表霉素發(fā)酵液（絲狀菌） |
菌絲體，培養(yǎng)基殘?jiān)?/td>
|
α=1.39×1014+2.7×10-1×△P4.86 |
|
3 |
四環(huán)素發(fā)酵液 |
菌絲體，培養(yǎng)基殘?jiān)?/td>
|
α=0.95×1015+2.04×104×△P2.41 |
|
4 |
紅霉素發(fā)酵液 |
菌絲體，培養(yǎng)基殘?jiān)?/td>
|
α=1.17×1015+1.38×1014×△P2.57 |
|
5 |
井崗霉素發(fā)酵液 |
菌絲體，培養(yǎng)基殘?jiān)?/td>
|
α=1.53×1015+9.38×103×△P2.47 |
|
6 |
桿菌肽發(fā)酵液 |
菌絲體，培養(yǎng)基殘?jiān)?、珍珠巖 |
α=9.38×1015+2.84×△P3.58 |
|
7 |
檸檬酸發(fā)酵液 |
菌絲、培養(yǎng)基殘?jiān)?/td>
|
α= -1.46×1015+1.66×1013×△P0.544 |
|
8 |
肌苷發(fā)酵液 |
菌絲，培養(yǎng)基殘?jiān)?、珍珠巖 |
α=4.9×1015+36862×△P2.44 |
|
9 |
味精發(fā)酵液 |
菌絲，培養(yǎng)基殘?jiān)?/td>
|
α=1.752×1014+8.87×108×△P1.44 |
|
10 |
絲裂霉素發(fā)酵液 |
菌絲，培養(yǎng)基殘?jiān)?/td>
|
α=2.67×1014+4.54×107×△P1.69 |
|
11 |
酵母發(fā)酵液 |
酵母菌菌絲培養(yǎng)基殘?jiān)?/td>
|
α=7.13×1013+2.28×10-5×△P4.64 |
|
12 |
安乃近脫色液 |
粉末活性炭 |
α=-2.4×1013+3.4×1011×△P0.622 |
|
13 |
味精脫色液 |
粉末活性炭 |
α=6×1014+6.18×108×△P1.13 |
|
14 |
肌苷脫色液 |
粉末活性炭 |
α=2.57×1013+1.22×108×△P1.46 |
|
15 |
對苯二酚脫色液 |
粉末活性炭 |
α=2.05×1014-1.92×10-25×△P9.7 |
|
16 |
利福平結(jié)晶液 |
細(xì)結(jié)晶體 |
α=7.84×1013-3.95×1020×△P-2.23 |
|
17 |
硫酸鋇沉淀液 |
硫酸鋇 |
α=1×1015+5.01×108×△P1.65 |
|
18 |
含五氧化二釩料液 |
五氧化二釩 |
α=5.97×1012-2.69×1024×△P-3.28 |
|
19 |
含硫酸鋁料液 |
硫酸鋁 |
α=9.72×1013+5.25×10-15×△P6.28 |
|
20 |
鉻酸鉛沉淀物 |
鉻酸鉛 |
α=2.08×1013+5.36×105×△P1.93 |
|
21 |
堿式碳酸銅沉淀液 |
堿式炭酸銅 |
α=1.4×1014+1.63×10-20×△P9.1 |
|
22 |
堿式碳酸鐵沉淀液 |
堿式碳酸鐵 |
α=-1.55×1014+2.9×1012×△P0.54 |
|
23 |
含硫化鋇料液 |
硫化鋇 |
α=1.59×1013+1.41×10-7×△P5.4 |
|
24 |
含硫化鋅料液 |
硫化鋅 |
α=6.34×1014-3.8×1016×△P-0.46 |
|
25 |
含硫化鎘料液 |
硫化鎘 |
α=5.25×1014+7.15×1010×△P1.01 |
|
26 |
含鉻廢水 |
Cr(OH)3 |
α=8.33×1014+20091×△P2.4 |
|
27 |
含鋅廢水 |
Zn(OH)2 |
α=1.32×1015+1026×△P-2.92 |
|
28 |
含鉛廢水 |
Pb(OH)2 |
α=1.39×1014+4.53×108×△P1.38 |
|
29 |
含鎘廢水 |
Cd(OH)2 |
α=1.27×1016+1.19×10-4×△P4.74 |
|
30 |
含銅廢水 |
Cu(OH)2 |
α=2.47×1014+6.19×10-2×△P6.66 |
|
31 |
含鎳廢水 |
Ni(OH)2 |
α=-1.7×1013+6.29×1010×△P0.943 |
|
32 |
含氫氧化鐵廢水 |
Fe(OH)3 |
α=1.177×1015+3.62×△P3.59 |
|
33 |
含鋅、鐵廢水 |
Zn(OH)2 Fe(OH)3 |
α=-2.51×1015+1.43×1014×△P0.636 |
|
34 |
含銅、鋅廢水 |
Cu(OH)2 Fe(OH)3 |
α=1.58×1014+9.12×102×△P2.56 |
|
35 |
含炭黑與石腦油廢水 |
碳黑 |
α=5.14×1014+5.8×106×△P1.77 |
|
36 |
造紙廢水（白水） |
紙纖維 滑石粉 |
α=4.46×1013+9.7×107×△P1.54 |
|
37 |
含炭黑的煙道氣洗滌廢水 |
碳黑 煙塵 |
α=1.61×1016-1.63×1024×△P2.33 |
|
38 |
制革含鉻廢水 |
Cr(OH)3，含油污物 |
α=1.78×1015+2.62×105×△P2.52 |
|
39 |
電泳漆廢水 |
絮狀電泳漆沉淀物 |
α=1.18×1014+4.94×109×△P1.25 |
|
40 |
含鈦白粉廢水 |
鈦白粉 |
α=1.5×1015-7.89×1013×△P0.37 |
|
41 |
含細(xì)陶瓷粉廢水 |
細(xì)陶瓷粉 |
α=-6.19×1014+4.52×1013×△P0.39 |
|
42 |
煤礦礦井廢水 |
細(xì)煤粉、泥土、腐植酸等 |
α=7.07×1013+2.85×107×△P1.85 |
|
43 |
玉米酒糟廢水 |
菌絲體，培養(yǎng)基殘?jiān)?/td>
|
α=1.1×1015+2.96×108×△P1.48 |
|
44 |
含聚苯乙烯洗釜廢水 |
聚苯乙烯細(xì)粉 |
α=2.41×1013+7.04×10-7×△P5.13 |
|
45 |
含氟廢水 |
CaF2 |
α=2.6×1015-5.36×1024×△P-2.6 |
|
46 |
氫氧化鋯反應(yīng)沉淀液 |
氫氧化鋯 |
α=1.85×1014+1.04×108×△P1.88 |
|
47 |
鋯酸鈉反應(yīng)沉淀液 |
鋯酸鈉 |
α=2×1015-1.66×1027×△P-3.86 |
|
48 |
氧氯化鋯反應(yīng)沉淀液 |
氧氯化鋯 |
α=-8.58×1014+2.014×1014×△P-0.246 |
|
49 |
硫酸鋯反應(yīng)沉淀液 |
硫酸鋯 |
α=-2.24×1014+1.08×1013×△P0.484 |
|
50 |
硫酸鉛沉淀液 |
硫酸鉛 |
α=9.59×109+3.63×108×△P1.01 |
|
51 |
硫酸錳沉淀液 |
硫酸錳 |
α=1.73×1013+4.16×108×△P1.2 |
|
52 |
含四氧化三鉛料液 |
四氧化三鉛 |
α=8.19×1016+1.017×10-75×△P24.15 |
|
53 |
含超細(xì)輕質(zhì)CaCO3水懸浮液 |
超細(xì)輕質(zhì)CaCO3 |
α=1.86×1014-3.63×1023×△P-3.3 |
|
54 |
含高嶺土水懸浮液 |
高岑土 |
α=4.02×1014-4.92×1027×△P-3.26 |
|
55 |
含娟云母水懸浮液 |
娟云母 |
α=1.82×1014-2.65×1038×△P5.77 |
|
56 |
含超細(xì)碳化硅水懸浮液 |
超細(xì)碳化硅 |
α=4.51×1014+9.29×10-27×△P9.3 |
|
57 |
含超細(xì)磁性氧化鐵水懸浮液 |
Fe3O4 |
α=-8.27×1014+1.51×1013×△P0.52 |
4.4.2 最佳過濾壓差△P佳：
對絕大多數(shù)含細(xì)微粒的物料，都存在可達(dá)到最大生產(chǎn)能力的最佳過濾壓差△P佳，該壓差可按下式計(jì)算：
（8）
或
（8`）
由微米與亞微米微粒組成的物料，其濾餅過濾的過濾介質(zhì)的毛細(xì)孔徑均比較小，因而過濾介質(zhì)的阻力Rm均較大；由于微粒細(xì)，所形成的濾餅的平均比阻較大，其濾餅厚度△L不可能大；于是Rm/△L這一項(xiàng)與α相比往往不可忽視，否則會(huì)影響計(jì)算的正確性。
由式（8）或（8`）可知，△P佳隨△L變化，為了真正取得最大生產(chǎn)能力，操作壓差應(yīng)△L增加不斷調(diào)整。
4.2.3 所需過濾面積F的計(jì)算：
可按下式：
（9）
4.2.4 濾餅層的平均厚度△L的計(jì)算：
（10）
4.3 液體精密澄清過濾的主要計(jì)算：
液體精密澄清過濾是指在過濾介質(zhì)表面基本不形成濾餅，或只形成極薄濾餅的過濾。這類過濾屬深層過濾或表層過濾。無法測定濾餅比阻，更不能用濾餅過濾方法計(jì)算。
對有一定壁厚的剛性燒結(jié)微孔過濾管，在過濾操作中，為了使氣水混合流的反吹再生效率高，應(yīng)控制使其堵塞基本發(fā)生在表層，而不是基本發(fā)生在深層。表層過濾，過濾介質(zhì)使用壽命長，化學(xué)再生的使用頻率少。
對表層過濾，其每個(gè)周期內(nèi)的平均濾速W與過濾時(shí)間t符合如下關(guān)系式：
（11）
5. 高分子精密微孔過濾技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用
高分子精密微孔過濾技術(shù)是一種高效、長效與低成本的新型過濾技術(shù)，但在各種工業(yè)生產(chǎn)上某一工程應(yīng)用能否成功，能否充份展現(xiàn)出該技術(shù)的固有先進(jìn)性，完全取決于精密微孔過濾技術(shù)的硬件與軟件的設(shè)計(jì)、制造、使用與管理等一系列環(huán)節(jié)中的人為因素。
精密微孔過濾機(jī)的設(shè)計(jì)人員必須充份了解具體生產(chǎn)工藝對其所選用的過濾機(jī)的詳細(xì)技術(shù)要求和過濾機(jī)的上游裝置與下游裝置對過濾機(jī)的區(qū)配要求；對被過濾物料的過濾特性參數(shù)應(yīng)作認(rèn)真與系統(tǒng)的測試與計(jì)算；對微孔過濾管的型號與規(guī)格，精密微孔過濾機(jī)的型號與規(guī)格，輔助裝置的型號與規(guī)格及生產(chǎn)現(xiàn)場的工程設(shè)備布置等均應(yīng)進(jìn)行正確計(jì)算與嚴(yán)密設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上按設(shè)計(jì)要求指導(dǎo)高分子微孔過濾管與精密微孔過濾機(jī)的制造與輔助裝置的制造及采購，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行安裝與驗(yàn)收。按設(shè)計(jì)要求制訂正確的應(yīng)用該精密微孔過濾機(jī)的管理規(guī)程，操作規(guī)程與維修規(guī)程。大量實(shí)踐與許多經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)事例證明，上述一系列系統(tǒng)工程的工作，凡是環(huán)環(huán)緊扣，處處認(rèn)真仔細(xì)，最終都可使其在生產(chǎn)上能長期成功運(yùn)行，為用戶創(chuàng)造顯著經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益；如果有一至幾個(gè)環(huán)節(jié)馬虎敷衍，輕則造成整套裝置“病態(tài)運(yùn)行”，重則全盤失敗。預(yù)先不做實(shí)驗(yàn)，不嚴(yán)格計(jì)算與設(shè)計(jì)，輕而易舉用得成功的實(shí)例也有，但多數(shù)是一些過濾難度不大，要求不高或應(yīng)用規(guī)模較小的場合。凡是難度高，處理規(guī)模大的難濾物料的精密微孔過濾項(xiàng)目，必須嚴(yán)格按上述程序執(zhí)行。
經(jīng)過三十多年的研究，開發(fā)與廣泛推廣，高分子精密微孔過濾技術(shù)已獲得普遍應(yīng)用。成功應(yīng)用的產(chǎn)品種類難以統(tǒng)計(jì)。本文僅羅列一些主要應(yīng)用項(xiàng)目。
① 多種脫色液的粉末活性炭的精密過濾：已用于咖啡因、多種氨基酸、葡萄糖、果糖、木糖醇、多種維生素、味精、肌苷、檸檬酸、依康酸、J酸、植酸、乳酸等。
② 發(fā)酵液的精密過濾，發(fā)酵液初過濾液再除蛋白等雜質(zhì)的精密復(fù)濾，酶反應(yīng)液的精密過濾：已大規(guī)模用于鹽霉素發(fā)酵液、柔紅霉素發(fā)酵液、葡萄糖酸鈣發(fā)酵淮、阿維菌素發(fā)酵液初過濾液、丙烯酰胺酶反應(yīng)液、低聚糖酶反應(yīng)液、苯丙胺酸酶反應(yīng)液等；
③ 固體催化劑的精密過濾：已用于鈀炭催化劑、銅鎳催化劑、二氧化錳催化劑、多種石化催化劑、多種化肥催化劑及其他多種超細(xì)催化劑等；
④ 超細(xì)粉體精密過濾：已用于硫酸鋇、硫化鋇、鈦酸鋇、硫化鋅、硫化鐵、氫氧化鉭、氫氧化鈮、氫氧化鋯、氫氧化鐵、氫氧化鋁、超細(xì)硅膠、超細(xì)鋅粉、超細(xì)硫酸鈣、超細(xì)二氧化鈦等；
⑤ 天然藥汁的精密過濾：已用于銀杏提取液、甜菊糖提取液、大蒜素提取液、紫杉醇提取液、海蛇提取液、螞蟻提取液、黃芪提取液、復(fù)方感冒沖劑提取液、復(fù)方舒喉口服液、復(fù)方腦心舒口服液等；
⑥ 還原反應(yīng)后的鐵泥精密過濾：已應(yīng)用于咖啡因生產(chǎn)上的鐵泥過濾，苯胺生產(chǎn)上的鐵泥過濾等；
⑦ 液體原料的精密過濾：已大量用于硫酸、鹽酸、磷酸、醋酸、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鈉、甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、氯仿、雙氧水、水玻璃、硫酸鋁、硫酸鈉、氯化鋇等；
⑧ 化纖與化肥生產(chǎn)上循環(huán)液的精密過濾：已長期大規(guī)模用于粘膠纖維生產(chǎn)與食品玻璃低生產(chǎn)上的硫酸酸溶的循環(huán)過濾；化肥生產(chǎn)上的銅氨液與脫炭液循環(huán)過濾及腈綸生產(chǎn)上的硫腈酸鈉液循環(huán)過濾等；
⑨ 液體產(chǎn)品的精密澄清過濾（包括液體結(jié)晶前或干燥前的精密澄清過濾）；
已大量用于下列產(chǎn)品的液體產(chǎn)品的過濾：
a. 化工類液體產(chǎn)品：雙氰胺、山梨醇、塑料安定劑、氫氧化鈉（除結(jié)晶鹽）、雙氧水、L乳酸、碳酸鈉、碳酸氫鈉、硫酸鎳、磷酸五鈉、糖精、J酸、檸檬酸、聚合氯化鋁、氟硅酸、草酸等；
食品類液體產(chǎn)品：各種糖液（甜菊糖、低聚糖、果糖、蔗糖、甜菜糖等），各種食
a. 用油（菜籽油、大豆油、花生油、葵花油、茶油、芝麻油、葡萄籽油、沙棘油等）、多種酒類（白酒、啤酒、葡萄酒、多種藥酒等）與多種果汁（蘋果汁、草莓汁、山渣汁等）；
b. 醫(yī)藥類產(chǎn)品：多種維生素、多種氨基酸、多種磺胺類等；
① 水與水溶液類的精密澄清過濾：
② 已大規(guī)模用于氯堿生產(chǎn)上的二次鹽水的精密過濾；從河水、湖水或井水中制取工業(yè)用水的精密過濾；蒸汽冷凝水的循環(huán)過濾，冷卻水的循環(huán)過濾；離子交換或電滲析前的原水精密預(yù)過濾；超濾、納濾與反滲透前水質(zhì)精密予過濾等；
11 化工與制藥等生產(chǎn)上液體進(jìn)入離子
