摘  要：本文敘述了幾種超細粉體物料料漿的精密微孔過濾效果，并測定幾種物料濾餅的平均比阻，平均比阻隨壓差變化的數(shù)學(xué)模型及過濾生產(chǎn)能力的計算方法。
關(guān)鍵詞：微孔精密過濾   比阻   濾餅
超細粉體料漿的過濾已成為當前超細粉體領(lǐng)域的一項重要課題，此任務(wù)如解決得好，對工業(yè)生產(chǎn)具有重大經(jīng)濟效益與社會效益，它可防止資源流失，減少環(huán)境污染，增收財富，節(jié)約能源。
作者曾于二十多年前就開始研究一些超細物料的過濾分離問題，開發(fā)了高分子精密微孔過濾技術(shù)用于一些微米與亞微米級的超細粉體物料的過濾與洗滌(如硫酸鋇，立德粉，氫氧化鉭與氫氧化鈮，氫氧化鋁，某些石油催化劑與鈀炭催化劑等)，這些技術(shù)均在工業(yè)生產(chǎn)上獲得長期成功應(yīng)用。
最近，根據(jù)一些用戶要求，特對一些典型超細物料進行系統(tǒng)精密微孔過濾試驗，以為工業(yè)規(guī)模的應(yīng)用提供基本設(shè)計參數(shù)。
一． 超細粉體的過濾特點：
(1) 超細粉體屬于微米與亞微米級(甚至納米級)，目前無機或有機超細粉體均小于10μm，通常只有1μm左右，有的大部分小于1μm；
(2) 由于微粒細，鍋爐濾餅的阻力大，(為了后面干燥操作能節(jié)省能源，粉體過濾必須形成較干濾餅，盡量不形成含水量很高的濃漿)，因此過濾的難度大；
(3) 由于微粒細，一般的濾布濾網(wǎng)難以完全濾住，過濾效率不太高，需要孔徑相當小的微孔過濾介質(zhì)，方能高效地將所有微粒都截流??；
(4) 由于微粒細，微粒易進入過濾介質(zhì)的毛細孔，過濾介質(zhì)的堵塞阻力增加較快，如果該過濾介質(zhì)不能用簡易的高壓氣體反吹法進行高效再生，那么過濾介質(zhì)的消耗量太大，操作成本太高，操作也相當麻煩；
(5) 有機超細粉體，多數(shù)是親水性，無機超細粉體，有的屬親性水性，有的屬憎水性。對親水性粉體，由于微粒表面有水化層，具有壓縮性；對憎水性的粉體，由于沒有水化層，細的微粒往往會在濾餅層中進行水力位移，使濾餅層阻力不斷增加(甚至使過濾介質(zhì)的阻力也很快加大)，形成假性可壓縮性濾餅，這種假性可壓縮性在低壓過濾時較明顯，當過濾壓力增加到一定值，就呈現(xiàn)不可壓縮的濾餅特性。
超細粉體的上述特性，使化工生產(chǎn)用的過濾介質(zhì)的選用，過濾介質(zhì)的再生方法選擇，過濾性能參數(shù)的測定，過濾機結(jié)構(gòu)的設(shè)計均有一定的特殊性。作者結(jié)合多年實踐經(jīng)驗特對幾種超細粉體進行精密微孔過濾試驗，本文敘述這些實驗的主要結(jié)果。
二. 幾種超細粉體的系統(tǒng)精密微孔過濾試驗：
(一) 超細輕質(zhì)碳酸鈣：
1. 物料來源：取自廣東xx化工公司。該公司采用板框壓濾機過濾，一些細的物料穿漏，本實驗的物料系這些穿漏物料的沉淀物。
2. 物料粒度：原為40nm，但物料在水中會自動弱絮凝，形成顆粒為300—500nm假性絮凝體。
3. 過濾介質(zhì)：選PE-S1、PE-S2、 PE-S3過濾介質(zhì)進行試驗。PE-S1過濾起動時有穿漏，10分鐘后，開始變清，PE-S2與PE-S3起動后濾液澄清透明，濾液濁度不超過3NTU，說明過濾效率接近100%。特選型作為物料的過濾介質(zhì)。
4. 過濾濾餅平均比阻α與濾餅濕含量測定：
過濾面積：78.5*10-4m2
每批過濾物料總體積：1立升
試驗物料中固體濃度：4%（重量）
表1 超細輕質(zhì)碳酸鈣過濾參數(shù)測定數(shù)值

過濾壓差 Dp(Mpa)	過濾時間 （s）	濾餅厚度 (mm)	濾餅平均比阻α (1/m2)	壓氣脫水時間 (min)	濾餅濕含量 (%)
0.1	5601	11	1.41*1014	7	24.7%
0.2	2938	11	1.81*1014	6	27.2%
0.4	1848	11	1.85*1014	7	25.1%

5. 平均比阻α與壓差之間Dp的關(guān)系式：由表1的平均比阻數(shù)據(jù)，可歸納出平均比阻α與壓差Dp之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式：
α=1.855*1014-3.63*1023*Dp-3.304       (1)
由關(guān)系式(1)可分析出，這物料的濾餅在低壓差下有一定的可壓縮性，壓差愈高，壓縮性愈小，最后成為不可壓縮性濾餅。最大的濾餅平均比阻為α=1.855*1014(1/m2)。由此表明壓力愈高，過濾速度愈大，因此，在裝置允許范圍內(nèi)，可選較高壓差進行過濾。
(二) 高嶺土：
1. 物料來源：取自內(nèi)蒙xx高嶺土開發(fā)公司。
2. 物料粒度：-10μm>90%   d50=3.6μm。
3. 過濾介質(zhì)：經(jīng)選擇PE-S2可達到按近100%過濾效率，一開始就可得到澄清濾液。
4. 過濾濾餅平均比阻α與濾餅濕含量測定：
過濾面積：78.5*10-4m2
每批過濾物料總體積：1立升
試驗物料中固體濃度：20%（重量）
表2高嶺土過濾參數(shù)測定數(shù)值

過濾壓差 Dp(Mpa)	過濾時間 （s）	濾餅厚度 (mm)	濾餅平均比阻α (1/m2)	壓氣脫水時間 (min)	濾餅濕含量 (%)
0.2	2146	27.1	3.57*1014	7	34.8%
0.28	1576	27.1	3.87*1014	5.37	35.1%
0.4	1240	27	3.98*1014	7.1	34%

5． 平均比阻α與壓差之間Dp的關(guān)系式：
由表2的濾餅平均比阻α與壓差Dp之間的數(shù)據(jù)，可歸納出α與Dp之間的關(guān)系式：
α=4.02*1014-4.92*1027*Dp-3.264       (2)
由關(guān)系式(2)也可確定該物料在低壓差下有一定壓縮性，壓差愈高，壓縮性愈小，最后也形成不可壓縮性濾餅，最大的濾餅比阻為α=4.02*1014(1/m2)。
(三) 絹云母：
1. 物料來源：取自安徽揚天粉體有限公司。
2. 物料粒度：0.4-0.5μm  10%       0.5-1μm  30%
1-5μm     40%        >5μm   20%
3. 過濾介質(zhì)：PE-S1在Dp=0.02Mpa起動壓差下有一點穿漏，而PE-S2在Dp從0.2-0.4Mpa不穿漏，濾液濁度不超過3NTU,故選PE-S2作過濾介質(zhì)。
4. 過濾濾餅平均比阻α與濾餅濕含量測定：
過濾面積：78.5*10-4m2
每批過濾物料總體積：1立升
試驗物料中固體濃度：20%（重量）
 
表3   絹云母過濾參數(shù)測定數(shù)值

過濾壓差 Dp(Mpa)	過濾時間 （s）	濾餅厚度 (mm)	濾餅平均比阻α (1/m2)	壓氣脫水時間 (min)	濾餅濕含量 (%)
0.2	942	25	1.41*1014	14	21.1%
0.28	982	25	1.76*1014	22	22.7%
0.4	643	26	1.81*1014	8.5	29.2%

5． 平均比阻α與壓差之間Dp的關(guān)系式：
由表3數(shù)據(jù)可歸納出：
α=1.818*1014-2.65*1038*Dp-5.77       (3)
由式(3)也可看出，絹云母濾餅在低壓差下有一定壓縮性，在高壓差下趨向不可壓縮性。最大的平均比阻為α=1.818*1014(1/m2)。
三.幾種超細粉體部分精密微孔過濾試驗：
有幾種超細粉體，由于客戶提供的物料數(shù)量較少，我們無法進行系統(tǒng)的精密微孔過濾試驗，僅作了局部比阻測定與精密微孔過濾管的選型實驗。
(一) 硅酸鋯精密微孔過濾試驗。
1. 物料來源：取自唐山xx公司的硅酸鋯的粉體。
2. 粒徑分布
粒徑             累積值
≤0.1μm            11%
≤0.2μm            21%
≤0.3μm            30%
≤0.4μm            36.2%
≤0.5μm            42.05%
≤1μm              63.26%
≤3μm              95.05%
≤6μm              100%
3. 過濾介質(zhì)：PE-S1 PE-S2在過濾起動時（Dp<0.02Mpa均有穿漏；對濾餅正壓吹氣脫水時，相當多細顆粒被氣體穿漏出來，而PE-S3無論過濾起動或正壓吹氣脫水均不穿漏。）
4. 平均比阻α測定值：
A．硅酸鋯粉與無離子水混合料漿，固體濃度16%(重量)，鋯粉在無離子水中無任何絮凝現(xiàn)象。Dp=0.02Mpa     濾餅厚：2.5毫米     α=1.1*1016(1/m2)
B．硅酸鋯粉與自來水混合料漿，固體濃度16%（重量），部分非常細的鋯粉在自來水中會有局部絮凝現(xiàn)象。
當Dp=0.05Mpa      α=2.1*1014(1/m2)
當Dp=0.1Mpa       α=2.56*1015(1/m2)
(二) 超細Al2O3微粉：
1. 物料來源：取自上海xx石化公司催化劑分公司
2. 粒徑分布
0.3-0.5μm            30%
0.5-1μm              40%
1-5μm               20%
>5μm                5%
3. 過濾介質(zhì)：起動時有穿漏現(xiàn)象，而無穿漏，濾液非常清。
4. 平均比阻α測定：
Dp=0.02Mpa     濾餅層厚度：7毫米     α=5.1*1015(1/m2)
5. 濾餅濕含量：58.8%。
四. 工程放大的過濾面積F的計算。
(一) 最佳過濾壓力計算：
最佳過濾壓差按下式計算：
 
式Rm—過濾介質(zhì)阻力     (1/m)
DS—濾餅層平均厚度   （m）
如α>Rm/DS，則(4)可簡化為
 
如S<0，表明濾餅屬假性可壓濾濾餅，即低壓下呈現(xiàn)可壓縮性，壓力高到一定程度，就顯示出不可壓縮性。
(二) 等壓濾渣過濾的過濾面積F的計算：所需過濾面積F按下式計算：
 
式中：F—所需的精密微孔過濾面積    m2
V—過濾濾液總體積            m3
Dp—過濾壓差                 kg/m2
α—過濾壓差下的平均比阻      1/m2
c—濾餅體積除以濾液體積值    （-）
t—過濾時間                   （S）
μ—濾液粘度                  kgs/ m2
微孔過濾機
相關(guān)資料：
PE微孔管過濾機理及反沖洗的微觀動態(tài)特性研究;
工業(yè)生產(chǎn)上水處理用微孔精密過濾機;
精密微孔過濾機在超細粉末過濾與洗滌應(yīng)用;
精密微孔過濾機在氫氧化鈷生產(chǎn)中的應(yīng)用;
微孔精密過濾器在不同工況中的過濾應(yīng)用;
聚乙烯微孔管過濾機簡介;
半導(dǎo)體生產(chǎn)中的廢水過濾;
超純氣體的過濾應(yīng)用;
超純水制備的過濾應(yīng)用;
催化劑回收中的過濾過程;
微孔過濾機---PEPA管系列操作使用說明書及尺寸選型;
超細粉體的外在過濾特性;
幾種過濾方式介紹;
流體中超細粉體的過濾、洗滌;
有色金屬工業(yè)生產(chǎn)上的顆粒雜質(zhì)過濾;
針劑藥液的過濾應(yīng)用;
關(guān)于發(fā)酵液的過濾應(yīng)用；
精密微孔過濾機在二次鹽水中的過濾應(yīng)用；
當前我國工業(yè)生產(chǎn)上的固液分離技術(shù)的概況；
粉末活性炭脫色液的微孔過濾;
粉末活性炭與炭基粉末催化劑與液體的精密過濾；
剛性高分子精密微孔過濾機及其在制藥工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用；
剛性高分子精密微孔過濾技術(shù)優(yōu)異特色的形成原因；
剛性高分子精密微孔過濾技術(shù)及其在工業(yè)生產(chǎn)上的廣泛應(yīng)用；
剛性高分子精密微孔過濾技術(shù)的最新進展概況；
剛性高分子精密微孔過濾技術(shù)；
微孔過濾機在脫硫工藝中的過濾應(yīng)用；
微孔過濾機在油脂食品中的過濾應(yīng)用；
微孔過濾機在工業(yè)中的過濾應(yīng)用；
PE/PA/PTFE管高分子精密微孔過濾技術(shù)在有色金屬工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用前景;
PE/PA/PTFE管高分子燒結(jié)微孔過濾技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)用水與工業(yè)廢水處理上的主要用途;
高效長效節(jié)能減排的鋇鹽高分子精密過濾；
工業(yè)生產(chǎn)上水處理用的微孔精密過濾機；
化工生產(chǎn)上的液體精密過濾與最新過濾技術(shù)；
 
技術(shù)支持：
如何選擇過濾設(shè)備—工況調(diào)查表
常見流體的粘度；
常見顆粒物的大小及設(shè)備選型參考；
常見流體化學(xué)適應(yīng)性表；
選擇過濾精度時微米和目數(shù)的關(guān)系；
常見管道尺寸對照表；
如何挑選合適的過濾袋-過濾芯；
過濾機理和形式；
過濾行業(yè)中的常用術(shù)語；
過濾行業(yè)常見的單位換算；
過濾的種類及模式；
過濾行業(yè)中的一些名詞定義；
常見顆粒物粒徑大小；
常用壓濾機濾布分類；
過濾機理；
幾種過濾方法能耗分析；
幾種金屬顆粒和化合物粒徑分布；
顆粒尺寸和對應(yīng)的過濾分離方式;