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摘要:有色金屬工業(yè)生產(chǎn)上不少屬于化工生產(chǎn),液體過濾是基本單元操作,為了提高產(chǎn)品質(zhì)量與收率,降低成本,減少環(huán)境污染,必將愈來愈多采用精密過濾。本文介紹一種新型精密過濾 — 高分子精密微孔過濾,簡單敘述該技術主要硬件性能,在工業(yè)生產(chǎn)上應用概況及在有色金屬生產(chǎn)上應用前景。
關鍵詞:高分子精密微孔過濾技術,精密澄清過濾,精密濾餅過濾
冶金生產(chǎn),尤其有色金屬生產(chǎn),許多操作都是化工單元操作,可稱之為 ”冶金化工”。在所有各種化工生產(chǎn)上,液固分離是必不可少的化工操作。
液固分離基本有以固液比重差為分離原理的沉降分離與以多孔介質(zhì)為分離原理的過濾分離兩大類。沉降分離有重力沉降與離心沉降兩大類 ; 重力沉降操作最簡單,但設備龐大,效率低 ; 離心沉降的勞動生產(chǎn)率很高,占地面積小,但設備復雜,價格高 ; 無論重力沉降或離心沉降,固液兩相必須有一定的比重差,否則均無法分離 . 過濾分離不受兩相比重差限制。只需一定的多孔介質(zhì)能將固相截留與液相通過即可 . 過濾分離在各種化工生產(chǎn)上應用廣泛,不管過濾難度多高,通過某種單一過濾技術或幾種不同性能的過濾技術組合,絕大部分生產(chǎn)難題均可獲得相當滿意解決。
作為非均相的液固過濾基本分為粗級過濾 (>100 微米的過濾精度 ) ,亞精密過濾 (100 — 10 微米的過濾精度 ) ,精密過濾 (10 — 1 微米過濾精度 ) ,與超精密過濾 (1 — 0.1 微米過濾精度 ) 。過濾精度小于 0.1 微米應歸屬于均相分離的超濾,納濾與反滲透。
目前各種化工生產(chǎn)上,大于 10 微米的粗級過濾與亞精密過濾,采用以各種非金屬或金屬的濾布或濾網(wǎng)作過濾介質(zhì)的多種間隙過濾機或連續(xù)過濾機基本可滿足要求。精度小于 1 微米,含固量很小的液體如采用超精密過濾,如各種有機微孔膜或無機微孔膜也可獲得較好解決 . 目前各種化工生產(chǎn),包括冶金化工,過濾操作最薄弱的是 10 至 1 微米的精密過濾領域 . 影響產(chǎn)品質(zhì)量,收率,成本與勞動生成率,對環(huán)境產(chǎn)生嚴重污染的,往往是過濾效率不高造成的 . 效率低的主要原因是目前廣泛使用的濾布或濾網(wǎng)的過濾效率不高,難以完全濾住 10 微米以下的微粒 ; 其次由于濾布或濾網(wǎng)為非剛性,對細顆粒組成的較粘的濾餅難以簡便卸除 ; 被細顆粒堵塞了的過濾介質(zhì)難以有效再生,消耗量相當大 . 由于上述原因,精密過濾,尤其形成濾餅的液體精密濾餅過濾,至今在各種化工生產(chǎn)上相當落后。
為了提高各種化工生產(chǎn)上液體精密過濾的效率,作者開發(fā)了一種新的精密過濾技術—高分子精密微孔過濾技術。從新的精密微孔過濾介質(zhì)的制造,多種新型精密微孔過濾機的結(jié)構開發(fā) . 新的精密過濾計算方法研究,生產(chǎn)上工程應用技術研究以及一系列工業(yè)生產(chǎn)上開發(fā)應用等等,進行了長期系統(tǒng)研制,并在國內(nèi)化工,制藥,食品及廢水處理等領域進行大量推廣,在有色金屬生產(chǎn)上也得到一些成功應用。
一 . 高分子精密微孔過濾技術的概況 :
該技術的硬件由高分子微孔過濾介質(zhì),精密微孔過濾機及輔助裝置三部分組成。
1. 高分子微孔過濾介質(zhì) : 開發(fā)了六種高分子聚合物的剛性燒結(jié)微孔過濾介質(zhì)。 目前主要推廣以聚乙烯為主材的微孔 PE 與微孔 PA 兩種。
1) 介質(zhì)形狀 : 主要有管形與板形兩大類。
2) 尺寸 : 管形的直徑從 13 到 120 毫米,長度最長為 1500 毫米,板型直徑最大為 1200 毫米,厚度最厚為 40 毫米。
3) 微孔孔徑 : 微孔的平均毛細孔徑為 2 — 140 微米。
4) 過濾精度 : 最高為 0.3 微米,通常為 0.5 — 1 微米。
5) 耐溫 : 微孔 PE 不超過 80 ℃。微孔 PA 不超過 120 ℃。
6) 耐壓 : 根據(jù)尺寸與壁厚不同而不同,對常用的微孔過濾管,耐外壓可達 0.2 — 0.5MPa , 耐內(nèi)壓 0.4 — 1MPa 。
2. 精密微孔過濾機 : 已開發(fā)了十多種不同結(jié)構的精密微孔過濾機 ;
3. 輔助裝置 : 包括以下裝置。
1) 料漿輸送裝置 : 可用泵 ( 離心泵,膠管泵或隔膜泵 ) ,或氣壓,或真空。
2) 氣體反吹系統(tǒng) : 反吹排濾餅與反吹再生用。
i. 空壓機 : 最好無油空壓機 ( 對液體是所需產(chǎn)品 ). 壓力為 0.7MPa ,排氣量視每臺過濾機的過濾面積而定。
ii. 儲氣罐 : 耐壓 1MPa ,容積視每臺過濾機的過濾面積而定。
多臺安在同一場所的過濾機可共用一套氣體反吹裝置。
3) 化學再生系統(tǒng) :
被過濾的固體微粒如能用化學物質(zhì)溶解或降解的,應備有化學再生系統(tǒng),包括 :
i. 再生液儲罐 : 不需耐壓,容積視每臺過濾機的體積而定,材質(zhì)視再生液而定,一般需防腐。
ii. 再生液循環(huán)泵 ; 離心泵,其揚程與流量視過濾機的容積而定。
如固體微粒不能化學再生的,不必裝化學再生系統(tǒng)。
二 . 高分子精密微孔過濾技術的主要特色。
1. 高分子微孔管的特色 : 微孔管均為剛性。
1) 過濾效率相當高 : 如液體為水溶液類,其對 0.5 微米的微粒,過濾效率大于 99.9%( 對氣固過濾,如氣體為空氣類, 0.3 微米的微粒,過濾效率大于 99.9%) ;
2) 排卸干濾餅的操作相當簡便 : 利用壓縮氣體快速反吹法可將微孔管外表面的較干濾餅很簡便又高效地吹下 ; 此方法比任何其他卸渣方法簡單,操作容易,除渣效率高。
3) 微孔管再生簡易,再生效率比較高 : 采用物理再生—氣體或氣水混合液快速反吹法,就可將已被堵塞的微孔管進行再生,使之連續(xù)使用壽命可達一年以上 ( 如過濾粉末活性炭 ); 如能用化學方法再生 ( 幾星期或幾個月一次 ) ,使用壽命往往三至五年以上 ( 如過濾重金屬廢水,酸性廢水,含氟廢水等 ) 。
4) 化學性能相當優(yōu)越 : 由于聚乙烯的化學性能比其他高分子聚合物強,因此其微孔管的化學性能特別優(yōu)越,耐各種無機酸 (98% 以上的濃硫酸除外 ) 與有機酸,堿,鹽及其他各種化學液體 .70 ℃以下耐大部分有機溶劑。
5) 重量輕,再加工 ( 車,铇,鋸與焊等 ) 容易 ; 本體既有相當剛性,抗沖擊,抗壓等,機械性能又比較好,安裝維修相當輕便。
2. 精密微孔過濾機的主要特色 :
1) 內(nèi)部安裝結(jié)構比較簡單,安裝維修比較方便;
2) 大多數(shù)過濾機的底部均有能排除大體積,干濾餅的快開底蓋,卸除濾餅時機械化程度比較高,不需人工繁重體力勞動,生產(chǎn)場地較清潔;
3) 過濾機為立式結(jié)構,占地面積相對較少;
4) 過濾機均為密閉結(jié)構,液體或氣體不外逸,生產(chǎn)環(huán)境比較好;
5) 卸渣與微孔管再生時,不需裝拆,只需開啟閥門,卸渣與再生等輔助時間較少。
6) 易組裝成自控或程序操作。
三 . 高分子精密微孔過濾技術在化工,制藥,食品及廢水等領域的應用 :
經(jīng)過多年不斷的開發(fā),此技術已在化工,制藥,食品等工業(yè)與廢水處理上獲得大量應用。
1. 在含固體很少的液體精密澄清過濾領域應用 :
在化工與制藥生產(chǎn)上,已大量用于氯堿生產(chǎn)的二次鹽水,化肥生產(chǎn)上的銅氨液與脫炭液,粘膠纖維生產(chǎn)上的酸浴,石化催化劑生產(chǎn)上的硫酸鋁溶液,純堿生產(chǎn)的碳酸鈉與碳酸氫鈉溶液,抗生素生產(chǎn)上的發(fā)酵濾液等 ; 還大量用于雙氰胺,山梨醇,氟硅酸,硫酸,鹽酸,磷酸,各種有機酸,各種醇,酮,生產(chǎn)用水等。
在食品生產(chǎn)上,用于各種糖液,各種食用油,各種酒類等等,
此外,化工,制藥,食品等工業(yè)生產(chǎn)上,許多液體在進入電滲析,離子交換,超濾,反滲透,精餾,蒸發(fā)等裝置前采用本技術作為精密預過濾,以提高這些裝置的操作效率與使用壽命。
2. 在含固體較多的液體精密濾餅過濾領域應用:
在這些領域應用很廣,比較普遍的有:
1) 粉末活性碳過濾 : 在制藥,化工與食品等生產(chǎn)上,較普遍采用粉末活性碳脫色,能否將脫色后細至 0.5 微米的碳顆粒全部濾除,已成為影響產(chǎn)品質(zhì)量的關鍵操作之一 . 本技術已大量用于這些生產(chǎn),解決了長期影響的產(chǎn)品質(zhì)量的碳粒易穿漏的弊?。?/span>
2) 發(fā)酵液或酶處理液的過濾 : 已用于一些生物發(fā)酵液與酶處理液的除渣的精密過濾,濾液透明度很高,排渣很方便;
3) 催化劑的過濾 : 在一些催化劑生產(chǎn)或催化劑應用領域,已成功應用本技術,如某些石油催化劑與化肥催化劑的制造中用本技術過濾這些很細的催化劑 ; 在精細化工與制藥等生產(chǎn)上,用于過濾鈀碳催化劑與銅鎳催化劑等;
4) 超細粉末過濾 : 已用于硫酸鋇,硫化鋅,硫化鐵,氫氧化鐵,氫氧化鋁,二氧化鈦,鈦酸鋇等超細產(chǎn)品的過濾;
5) 天然藥物提取液過濾,已成功用于不少中草藥或動物提取液的精密過濾;
6) 果汁的過濾 : 已用于幾種果汁的精密微孔過濾,又開始推廣用于蔬菜汁的精密過濾,這些過濾可作為超濾前的精密預過濾。
7) 廢水過濾 :
i. 重金屬廢水過濾 : 已大規(guī)模用于電鍍,線路板或其他金屬制品廠的重金屬廢水過濾 ( 中和法處理含重金屬離子形成的銅,鉻,鎳,鋅,鉛,鎘等離子的重金屬氫氧化物 ) ,草酸生產(chǎn)上所形成的硫酸鉛與草酸鉛,磁性材料生產(chǎn)上所形成的四氧化三鐵,瓷瓶生產(chǎn)上所形成的四氧化三鉛,以及石灰中和的含重金屬的酸性廢水等。
ii. 非金屬元素廢水 : 已大量用于含氟廢水過濾,水可全部回用;
iii. 煤礦礦井廢水 : 已大規(guī)模用于煤礦礦井水,過濾水中的煤粉與不溶性腐植酸等,水可全部回用;
iv. 大型發(fā)電廠露天堆場煤產(chǎn)生的細煤粉廢水 ; 可使水回用,煤粉全部回收。
四 . 高分子精密微孔過濾在有色金屬生產(chǎn)上的應用 :
1. 液體精密濾餅過濾 : 早在三十年前,本技術還處于早期研制開發(fā)階段,就開始在有色金屬工業(yè)進行開發(fā),前后經(jīng)過六年努力,開發(fā)出用于液體精密濾餅過濾與洗滌的過濾機—翻轉(zhuǎn)式快開精密過濾機,用于氫氧化鉭與氫氧化鈮的過濾與洗滌,過濾機規(guī)格有 5 與 10 平米兩種,全部為液壓傳動,從 1975 年一直用到 1985 年 ( 直至該廠無原料停產(chǎn) ). 這種型號的過濾機后來推廣到超細硫酸鋇的過濾與洗滌,從 1979 年一直連續(xù)用到 1999 年,共應用 20 年。
精密微孔過濾機于 2002 年已用于白鎢結(jié)晶體的過濾,并開始用于仲鎢酸銨結(jié)晶體過濾。
早于 1983 年,本技術已用于一個有色金屬廠從廢水中過濾五氧化二釩。
2. 液體精密澄清過濾 : 2002 年,本技術已成功用于硫酸鎳溶液的精密澄清過濾。
五 . 結(jié)束語 :
高分子精密微孔過濾技術在工業(yè)生產(chǎn)上的推廣應用已有 25 年歷史。大量成功應用表明,這是一種綜合性能相當優(yōu)越,性能價格比很高的新型過濾技術,只要該技術的硬件與軟件與各應用工藝相匹配,它可明顯提高產(chǎn)品質(zhì)量、收率、勞動生產(chǎn)率,可降低物耗、能耗與成本,生產(chǎn)環(huán)境改善,廢水排放減少,廢水回用率提高。
有色金屬工業(yè)的許多生產(chǎn)屬化工操作。高分子精密微孔過濾技術可適用于各種化工生產(chǎn),因此也適用于有色工業(yè)生產(chǎn)的各種物料的精密澄清過濾,精密濾餅過濾及許多廢水的除懸浮物的過濾。只要供需雙方共同密切合作,共同開發(fā),這種新技術完全可以在我國有色金屬生產(chǎn)的技術改造中發(fā)揮一定作用,為提高我國有色金屬生產(chǎn)的技術水平作出一定貢獻。
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