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微孔過濾機的技術(shù)介紹

日期：2020/6/22瀏覽：1124次

1. 概述

廿世紀發(fā)展起來的膜過濾技術(shù)是廿世紀最重要的發(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用。廿一世紀是膜過濾技術(shù)進一步向深度與廣度發(fā)展的世紀，對世界經(jīng)濟必將產(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，應用范圍廣，但其抗拉強度較差，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。金屬類與無機類的誕生與工業(yè)上推廣應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)化應用只有廿多年。從過濾精度，機械強度，再加工性能，抗堵塞性能，抗腐蝕性能，耐熱性能及價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械強度相當理想，但價格與抗腐蝕性能是其劣勢；無機類的耐熱與抗腐蝕是優(yōu)勢，但機械強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)上廣泛應用的還不能超過 120 ℃，但由于加工較易，價格較低，機械性能不差，耐腐蝕性能非常突出，雖然開發(fā)時間最短，自上世紀六十年代末在我國試制成功，技術(shù)上愈來愈趨成熟，應用領(lǐng)域與應用規(guī)模愈來愈大，目前在中國，已超過金屬類與無機類。

為了提高過濾精度，為了能高效過濾更細小的微粒，又要減少過濾過程中的能耗，無論無機類、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孔徑很小，基層的毛細孔徑較大，基層與表層緊密粘結(jié)，表層可承受高壓氣體反吹。多層無機類的無機膜技術(shù)國外發(fā)展很快，國內(nèi)也廣泛進行很有成效開發(fā)，金屬類與高分子類的多層微孔管的研制較晚，但進展也很快，都已開發(fā)出可在工業(yè)生產(chǎn)上成功應用的產(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)過濾機研制成功的基礎上，對該技術(shù)的硬件與軟件進行了連續(xù)三十七年的系統(tǒng)研制、開發(fā)與推廣應用。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 的平板型與平板復合型的尺寸規(guī)格可根據(jù)微孔精密過濾機的結(jié)構(gòu)需要專門進行加工，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

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高，表三給出微孔 PE 管過濾幾種超細無機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。大量試驗與實踐表明，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

過濾效率也可達到 90% 以上。只要微孔管的結(jié)構(gòu)與微孔管的毛細孔徑控制恰當，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 管的平均毛細孔徑 ( μ m )	穿濾情況	濾液濁度 (NTU)	備注
硅酸鋯	粒徑范圍 ≤ 0.1 μ m 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 CaCO3	原為 0.04 μ m ，在自來水中會絮凝為 0.3 ～ 0.5 μ m 。		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

微孔管的平均毛細孔徑（μ m ）	微孔管壁厚（ mm ）	過濾濾速（ m3/m2 · h ）	過濾效果
微孔管的平均毛細孔徑（μ m ）	微孔管壁厚（ mm ）	過濾濾速（ m3/m2 · h ）	濾前水中大腸桿菌個數(shù) （個 / 毫升）	濾后水中大腸桿菌個數(shù) （個 / 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% 進氣壓力： 0.2MPa 每次測定時間：維持 1 小時空氣中塵埃濃度，每立方呎中最多： 16 萬顆，最?。?/span> 600 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，又有一定的抗拉強度與較好的抗沖擊強度。這些較好的機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)過濾機中如真空轉(zhuǎn)鼓式或轉(zhuǎn)盤式過濾機與某些管式濾布過濾機等已采用氣體反吹法卸渣，但由于濾布在氣體反吹時向外膨脹變形，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，這時如果過濾介質(zhì)仍是濾布，濾布在高壓反吹下也同時向外顯著膨脹變形，濾餅與濾布向外同步膨脹變形，導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，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，可采用助濾劑的預涂法于以解決）。

2.2.3 高分子微孔介質(zhì)的化學性能極為優(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，其化學性能極為優(yōu)異，除 95% 以上的濃硫酸之外，可耐任何無機酸與有機酸，耐任何濃度的各種堿與鹽； 80 ℃以下耐任何有機溶劑，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；在任何化學溶液中，無化學物質(zhì)或微粒脫落。這一系列優(yōu)異化學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，一為機械損傷，二為化學損傷，三為熱損傷，四是不可逆的堵塞損傷。

高分子微孔管的機械性能雖比金屬類差，但一般比無機類強，尤其抗拉抗沖擊性能與抗壓強度相當好，使用中通常不易產(chǎn)生機械損傷；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，也同步進行快速反吹再生。

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，使其毛細孔為水充滿，然后再進行壓縮空氣快速反吹，高動能的氣水混合流體可將少量仍堵在表層與表面的微粒進行強制排除。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 95% ，有的可超過 98% 。只要每次再生效率達到 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到正常濾速，或者氣水反吹次數(shù)達到 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再生。高分子微孔過濾管由于化學性能特別優(yōu)越，化學再生很方便。

化學再生就是將已堵塞的微孔管用酸、堿或其他化學液體進行靜止浸泡或動態(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。不管哪種機理，化學再生的效率都大于 98% 至 99% ，可獲得比較完全再生?；瘜W再生畢竟比較麻煩，不宜頻繁使用，只能幾星期或幾個月使用一次。化學再生裝置應與微孔過濾機一起設計，一起安裝，使化學再生能密閉操作，不需人工繁重勞動。

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再生，高分子微孔管的抗堵塞性能相當理想，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，安裝與維護較輕便。

與金屬類及無機類微孔過濾介質(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)的價格相對較便宜

與金屬類及無機類微孔過濾介質(zhì)相比，目前廣泛推廣的微孔 PE 與微孔 PA 兩種介質(zhì)的原料價格不高，加工工藝比較簡單，價格相對較便宜。

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)的性能價格比相當高。

3. 精密微孔過濾機

精密微孔過濾機的特性：

高分子精密微孔過濾機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)異的化學性能及較好的機械性能等等。但應用這種過濾介質(zhì)的精密微孔過濾機的結(jié)構(gòu)極為重要，結(jié)構(gòu)先進，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 精密微孔過濾機的機體均為立式結(jié)構(gòu)，單位體積的過濾機體內(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高；

② 可得到較干濾餅精密微孔過濾機的底部均有氣缸驅(qū)動的大排渣底蓋，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均可組裝成程序控制，可半自動或全自動操作；

④ 各種型號的微孔過濾機內(nèi)部的機械部件很少，甚至只有微孔過濾介質(zhì)，與物料接觸的機體內(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，可長時間用于有化學腐蝕性的物料過濾；

⑤ 除了過濾機內(nèi)部有攪拌裝置，其他各種型號的過濾機內(nèi)部均無傳動部件，過濾時靜止操作，安裝要求低，安裝與維修較方便；

⑥ 精密微孔過濾機的殼體可以外加夾套，使之能恒溫過濾；

⑦ 精密微孔過濾機一般為低壓差（ 0.01 ～ 0.2MPa ）過濾，動力消耗較?。?/span>

⑧ 全部為密閉過濾，過濾時物料不泄漏，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)的推廣應用中，多數(shù)不需作中試放大試驗。只要作嚴格的系統(tǒng)小試驗與嚴密的計算，就可直接進行工程放大設計。

4.1 所需的燒結(jié)微孔過濾介質(zhì)的平均毛細孔徑 dm 的計算：

剛性燒結(jié)微孔過濾管的過濾機理比柔性微孔膜的機理復雜。柔性微孔膜主要依靠膜表面的機械篩濾，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理以及彎曲毛細孔道的障礙截阻等作用，大毛細孔徑微孔介質(zhì)可以過濾住比其毛細孔徑小得多的微粒，微孔管表面的機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)學關(guān)系，有兩個數(shù)學模型可供使用，即：

（ 6 ）

（ 7 ）

國內(nèi)外普遍采用式（ 6 ）計算。作者經(jīng)過長期實踐發(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，濾餅層的毛細孔徑很小，毛細力較大；再由于過濾壓差對濾餅的擠壓作用與濾液在毛細孔內(nèi)的流動導致細顆粒往前位移等作用，使得整個濾餅層的前后毛細孔結(jié)構(gòu)不對稱。由于這兩原因毛細力會產(chǎn)生較大的濾液流動阻力，故式（ 7 ）更接近實驗數(shù)據(jù)。

在國內(nèi)外的各種書籍與文章中，采用式（ 7 ）的很少，這方面的實驗數(shù)據(jù)難得一見。

作者在幾十年的實踐中，測定了大量細顆粒濾餅的平均比阻 α與△ P 之間的實驗數(shù)據(jù)，計算出每一物料的α 0 、λ與 s 等系數(shù)，表六給出部份細顆粒濾餅的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
1	青霉素發(fā)酵液（球狀菌）	菌絲體，培養(yǎng)基殘渣	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)基殘渣	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)基殘渣	α =0.95 × 1015+2.04 × 104 ×△ P2.41
4	紅霉素發(fā)酵液	菌絲體，培養(yǎng)基殘渣	α =1.17 × 1015+1.38 × 1014 ×△ P2.57
5	井崗霉素發(fā)酵液	菌絲體，培養(yǎng)基殘渣	α =1.53 × 1015+9.38 × 103 ×△ P2.47
6	桿菌肽發(fā)酵液	菌絲體，培養(yǎng)基殘渣、珍珠巖	α =9.38 × 1015+2.84 ×△ P3.58
7	檸檬酸發(fā)酵液	菌絲、培養(yǎng)基殘渣	α = -1.46 × 1015+1.66 × 1013 ×△ P0.544
8	肌苷發(fā)酵液	菌絲，培養(yǎng)基殘渣、珍珠巖	α =4.9 × 1015+36862 ×△ P2.44
9	味精發(fā)酵液	菌絲，培養(yǎng)基殘渣	α =1.752 × 1014+8.87 × 108 ×△ P1.44
10	絲裂霉素發(fā)酵液	菌絲，培養(yǎng)基殘渣	α =2.67 × 1014+4.54 × 107 ×△ P1.69
11	酵母發(fā)酵液	酵母菌菌絲培養(yǎng)基殘渣	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	含細陶瓷粉廢水	細陶瓷粉	α =-6.19 × 1014+4.52 × 1013 ×△ P0.39
42	煤礦礦井廢水	細煤粉、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)基殘渣	α =1.1 × 1015+2.96 × 108 ×△ P1.48
44	含聚苯乙烯洗釜廢水	聚苯乙烯細粉	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	氫氧化鋯反應沉淀液	氫氧化鋯	α =1.85 × 1014+1.04 × 108 ×△ P1.88
47	鋯酸鈉反應沉淀液	鋯酸鈉	α =2 × 1015-1.66 × 1027 ×△ P-3.86
48	氧氯化鋯反應沉淀液	氧氯化鋯	α =-8.58 × 1014+2.014 × 1014 ×△ P-0.246
49	硫酸鋯反應沉淀液	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	含超細輕質(zhì) CaCO3 水懸浮液	超細輕質(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	含超細碳化硅水懸浮液	超細碳化硅	α =4.51 × 1014+9.29 × 10-27 ×△ P9.3
57	含超細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)含細微粒的物料，都存在可達到最大生產(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，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 這一項與α相比往往不可忽視，否則會影響計算的正確性。

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△ L 增加不斷調(diào)整。

4.2.3 所需過濾面積 F 的計算：

可按下式：

（ 9 ）

4.2.4 濾餅層的平均厚度△ L 的計算：

（ 10 ）

4.3 液體精密澄清過濾的主要計算：

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，化學再生的使用頻率少。

對表層過濾，其每個周期內(nèi)的平均濾速 W 與過濾時間 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)上某一工程應用能否成功，能否充份展現(xiàn)出該技術(shù)的固有先進性，完全取決于精密微孔過濾技術(shù)的硬件與軟件的設計、制造、使用與管理等一系列環(huán)節(jié)中的人為因素。

精密微孔過濾機的設計人員必須充份了解具體生產(chǎn)工藝對其所選用的過濾機的詳細技術(shù)要求和過濾機的上游裝置與下游裝置對過濾機的區(qū)配要求；對被過濾物料的過濾特性參數(shù)應作認真與系統(tǒng)的測試與計算；對微孔過濾管的型號與規(guī)格，精密微孔過濾機的型號與規(guī)格，輔助裝置的型號與規(guī)格及生產(chǎn)現(xiàn)場的工程設備布置等均應進行正確計算與嚴密設計，在此基礎上按設計要求指導高分子微孔過濾管與精密微孔過濾機的制造與輔助裝置的制造及采購，按設計要求進行安裝與驗收。按設計要求制訂正確的應用該精密微孔過濾機的管理規(guī)程，操作規(guī)程與維修規(guī)程。大量實踐與許多經(jīng)驗及教訓事例證明，上述一系列系統(tǒng)工程的工作，凡是環(huán)環(huán)緊扣，處處認真仔細，最終都可使其在生產(chǎn)上能長期成功運行，為用戶創(chuàng)造顯著經(jīng)濟效益與社會效益；如果有一至幾個環(huán)節(jié)馬虎敷衍，輕則造成整套裝置“病態(tài)運行”，重則全盤失敗。預先不做實驗，不嚴格計算與設計，輕而易舉用得成功的實例也有，但多數(shù)是一些過濾難度不大，要求不高或應用規(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目，必須嚴格按上述程序執(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)已獲得普遍應用。成功應用的產(chǎn)品種類難以統(tǒng)計。本文僅羅列一些主要應用項目。

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)的精密復濾，酶反應液的精密過濾：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、丙烯酰胺酶反應液、低聚糖酶反應液、苯丙胺酸酶反應液等；

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催化劑等；

④ 超細粉體精密過濾：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、超細硅膠、超細鋅粉、超細硫酸鈣、超細二氧化鈦等；

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、復方感冒沖劑提取液、復方舒喉口服液、復方腦心舒口服液等；

⑥ 還原反應后的鐵泥精密過濾：已應用于咖啡因生產(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)上液體進入離子交換、層析、超濾、納濾、反滲透、精餾、蒸發(fā)及干燥等裝置前液體精密預過濾，如α淀粉酶超濾濃縮前的液體精密預過濾等；

12 廢水過濾：已大規(guī)模用于下列廢水：

a. 重金屬廢水類：電鍍液廢水（鉻、鋅、銅、鎳等）；線路版廢水（含銅廢水）；蓄電池廢水（鉛、鎳、鎘等）；磁性材料廢水（四氧化三鐵）；電瓷瓶生產(chǎn)廢水（四氧化三鉛）；草酸生產(chǎn)廢水（鉛）等；

b. 非金屬元素廢水：已大規(guī)模用于含氟廢水、含硫廢水（氣體脫硫洗滌處理后的廢水）等。

c. 從化工或有色金屬廢水中回收產(chǎn)品：已用于回收五氧化二釩、對硝基苯酚鈉、炭黑、硫酸錳、五氧化二錳、聚苯乙烯、鈦白粉等；

d. 其他化工廢水：已用于乳膠漆廢水，顏料廢水，電泳漆廢水與硫化物廢水；

e. 電廠堆煤場廢水：一臺 PGK-150 型微孔過濾機每小時可過濾 100 米 3 廢水，已連續(xù)應用一年以上；

f. 煤礦礦井廢水： 4 臺 PGK-100 型微孔過濾機（三用一備），每小時可過濾廢水 150 米 3 ，已應用二年以上；

g. 酒精生產(chǎn)上的酒糟廢水：已用于玉米酒精的廢水過濾，可回收全部玉米渣，作蛋白飼料。

6. 計算公式中的符號說明：

E ——微孔過濾介質(zhì)的抗壓彈性模量（ MPa ）

E0 ——與微孔過濾介質(zhì)同一原料的熱壓的無孔體的彈性模量（ MPa ）

σ拉、σ壓 ——微孔過濾介質(zhì)的抗拉與抗壓強度（ MPa ）

σ沖 ——微孔過濾介質(zhì)的抗沖擊強度（ MPa · cm ）

σ 0 拉、σ 0 壓 ——與微孔過濾介質(zhì)同一原料的熱壓無孔體的抗拉與抗壓強度（ MPa ）

σ 0 沖 ——與微孔過濾介質(zhì)同一原料的熱壓無孔體的抗沖擊強度（ MPa · cm ）

dm ——微孔過濾介質(zhì)的平均毛細孔徑（μ m ）

ds ——被過濾的固體微粒的平均粒徑（μ m ）

△ L ——微孔過濾介質(zhì)的厚度（ mm ）

μ——濾液粘度（ Pa · s ）

u ——濾液通過微孔過濾介質(zhì)表面的線速度（ m/h ）

t ——累計過濾時間（ s ）

W ——平均過濾速度（ m3/m2 · s ）

Rm ——微孔過濾介質(zhì)的阻力（ 1/m ）

α——濾餅的平均比阻（ 1/m2 ）

△ P ——過濾壓差（ Pa × 105 ）

C ——每單位濾液體積所具有的濾餅體積（—）

α 0 、λ、 s ——與濾餅的過濾性能有關(guān)的系數(shù)。

A 、 B ——與過濾精度有關(guān)的系數(shù)、取決于被過濾顆粒與微孔過濾介質(zhì)界面的相互作用。

W0 ——過濾起動瞬間的過濾速度（ m3/m2 · s ）

K ——系數(shù)，取決于固體微粒對?？走^濾介質(zhì)的毛細孔的堵塞機理。

微孔過濾機

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如何選擇過濾設備 —工況調(diào)查表

常見流體的粘度；

常見顆粒物的大小及設備選型參考；

常見流體化學適應性表；

選擇過濾精度時微米和目數(shù)的關(guān)系；

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