剛性高分子微孔精密過濾技術(shù)及其工業(yè)應(yīng)用樣本

資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除。剛性高分子微孔精密過濾技術(shù)及其工業(yè)應(yīng)用

作者:

1孫斌

,

2宋志勝,

3宋顯洪

【摘要】液體的精密過濾是工業(yè)生產(chǎn)特別是化工生產(chǎn)中普遍應(yīng)用的一種重要的單元操作。研究開發(fā)成功的剛性高分子精密微孔過濾技術(shù)具有過濾效率高、過濾管可反吹再生、耐化學(xué)性能好、操作簡單、使用壽命長等特點,既可用作高效精密濾餅過濾,也可用作高效液體精密澄清過濾,經(jīng)過正確的過濾工程設(shè)計,已獲得廣泛應(yīng)用,并取得了顯著的經(jīng)濟效益?！娟P(guān)鍵詞】高分子,微孔,精密,過濾,濾餅,澄清,再生,設(shè)計,工業(yè),應(yīng)用

1高分子精密微孔過濾技術(shù)概述1.1液體精密過濾及當(dāng)前的應(yīng)用狀況化工生產(chǎn)中液固分離是常見的化工操作單元,包括沉降和過濾分離兩大類。由于前者要求固液兩相必須有一定的密度差,而后者不受限制,因此過濾分離在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較廣。非均相的液固過濾分為粗級過濾(>100μｍ的過濾精度)、亞精密過濾(100～10μｍ的過濾精度)、精密過濾(10～1μｍ過濾精度)與超精密過濾(1～01μｍ過濾精度)。而過濾精度小于01μｍ應(yīng)歸屬于均相分離的超濾、納濾及反滲透。對于大多數(shù)化工液體而言,須要進行精密過濾。當(dāng)前,大于10μｍ的粗級過濾與亞精密過濾,經(jīng)過采用以各種非金屬、金屬濾布或濾網(wǎng)作過濾介質(zhì)的,多種間歇或連續(xù)過濾機基本可滿足要求。精度小于1μｍ的液體采用超精密過濾,如各種有機或無機微孔膜也可獲得較好解決。10～1μｍ液體精密過濾,按形成濾餅與否分為兩種方式,即可形成濾餅層的”液體精密濾餅過濾”和不形成濾餅層的”液體精密澄清過濾”。當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)的精密濾餅過濾其過濾介質(zhì)大多采用整體型的用作亞精密過濾的濾布、濾網(wǎng)或濾氈。過濾前期,一些小于10μm的微粒會穿漏,只有進行重復(fù)循環(huán),待10μm左右的微粒形成一定厚度的濾餅,過濾精度才逐漸提高至精密過濾要求,即存在過濾效率較低的問題。其次,由于濾布或濾網(wǎng)為非剛性,對較黏細(xì)顆粒形成的濾餅難以簡便卸除。作為精密澄清過濾的過濾介質(zhì),包括整體型和分散型兩類。整體型一般是厚度較厚的燭型濾芯、濾氈或濾板等,當(dāng)其內(nèi)部孔隙被微粒堵塞無法繼續(xù)過濾時,常因難以有效再生而丟棄,故這種過濾方法需消耗大量的濾材。分散型濾材有顆粒分散型與長纖維分散型兩種,它們均可再生,并可長期重復(fù)使用。可是當(dāng)其孔隙內(nèi)截留了相當(dāng)量的粘細(xì)微粒后,容易產(chǎn)生板結(jié)或結(jié)塊現(xiàn)象,導(dǎo)致過濾發(fā)生溝流,嚴(yán)重影響過濾效率;同時由過濾介質(zhì)的孔隙率大,細(xì)顆粒很容易穿濾出去,因而過濾精度往往不穩(wěn)定;另外,這些過濾介質(zhì)再生時消耗大量反沖洗水,而處理這些反洗水,另需過濾裝置,否則會嚴(yán)重污染環(huán)境。不難看出,雖然應(yīng)用最廣泛的精密過濾具有結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便的特點,但存在過濾效率不高、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、收率和勞動生產(chǎn)率不高、成本較大、甚至污染環(huán)境的問題,因而成為當(dāng)前較薄弱的過濾分離操作。1.2新型高分子精密微孔過濾技術(shù)為解決液體精密過濾存在的不足,中國科技工作者從20世紀(jì)60年代開始從事以剛性高分子為過濾介質(zhì)的微孔過濾技術(shù)研制與開發(fā)。當(dāng)前,已完成了剛性高分子燒結(jié)管的成型機理、制造工藝與裝備、過濾性能與化學(xué)性能、燒結(jié)管的應(yīng)用技術(shù)等基礎(chǔ)研究,并完成了多種精密濾餅過濾機與多種精密澄清過濾機的結(jié)構(gòu)開發(fā)以及它們在化工生產(chǎn)上幾百種液體的過濾試驗測試,同時過濾成功進行了幾十種工業(yè)生產(chǎn)的高分子精密應(yīng)用,已形成硬件(包括高分子微孔燒結(jié)過濾管與多種微孔精密機的制造)與軟件(物料過濾的性能測試、過濾工程的設(shè)計、計算、應(yīng)用)都比較成熟與完整的新型液體精密過濾技術(shù)。高分子精密微孔過濾的核心元件—過濾介質(zhì),是一種以燒結(jié)聚乙烯為主要原料的微孔管,經(jīng)過活化、改性、復(fù)合等特殊工藝而制成,其形狀主要有管形與板形兩大類。管形的直徑為13～120ｍｍ、厚度2.5-30um,最長為1500ｍｍ;板型直徑最大為1200ｍｍ、最大厚度為40ｍｍ。它們的管(板)壁上充滿了毛細(xì)小孔,平均孔徑為2～140μｍ,最高過濾精度為0.3μｍ,一般為0.5～1μｍ。微孔管具有一定的剛性,耐外壓0.2～0.5ＭＰａ,耐內(nèi)壓0.4～1ＭＰａ。剛性高分子精密微孔過濾的基本原理是:利用微孔管正向過濾,反向沖洗、再生(參見圖1)。工作時,待過濾物輸送到過濾器內(nèi),由于壓力的推動,迫使濾液流向微孔管,其中的固體雜質(zhì)微粒被微孔管捕捉,在管外形成濾渣,由渣料出口定期排出;而過濾液穿越微孔后,匯集到過濾溶液出料口流出,從而實現(xiàn)溶液的過濾分離。當(dāng)微孔管工作一段時間后,微孔堵塞嚴(yán)重時,可暫停過濾,從反向沖洗口或正向沖洗口通入清洗物,將微孔管沖洗(反向沖洗為主),使微孔管再生而繼續(xù)進行溶液過濾,如此循環(huán)……

圖1

剛性高分子精密微孔過濾原理

1.過濾液進口

2.正向沖洗入口

3.過濾液出口(反向沖洗入口)

4.過濾器外殼

5.微孔管

6.渣料出口

1.3高分子精密微孔過濾的主要特點它的主要優(yōu)點是:(1)過濾效率高。用于液固精密過濾,最小可過濾05μｍ,過濾效率可大于99.9%;(2)缷除濾餅簡便。利用壓縮氣體,對微孔過濾管進行快速反吹,可很方便地將缷除微孔管外表面形成的濾餅,勞動強度低;(3)再生效率高。用”氣-水混合流體”快速反吹法,可對微孔管進行高效、簡單的物理再生,微孔管可長期使用;(4)耐腐蝕性能好。微孔過濾管耐酸、堿、鹽及大部分有機溶劑;(5)維護檢修方便。精密微孔過濾機結(jié)構(gòu)較簡單,微孔過濾管相對密度小,維護與檢修均較方便;

(6)動力消耗小。過濾壓差一般不超過0.3ＭＰａ,動力消耗較小;(7)占地面積少。大部分精密微孔過濾機為立式,每單位過濾面積所需的占地面積較少;(8)自動化程度較高。精密微孔過濾機如配以自動閥門與控制裝置,能夠達到全自動或半自動操作;(9)適應(yīng)性廣。精密微孔過濾機已有多種結(jié)構(gòu)和類型,幾乎能夠滿足所有化工生產(chǎn)各種工況的液體精密過濾;(10)工作環(huán)境好。過濾操作為密閉操作,生產(chǎn)場地干凈、衛(wèi)生。這種新型精密過濾技術(shù)的主要缺點有:(1)耐溫不高:微孔ＰＥ過濾管的最高使用溫度不超過80℃,微孔ＰＡ過濾管的最高使用溫度不超過120℃(可是,大多數(shù)工業(yè)過濾應(yīng)用中,其工作溫度都不超過120℃);(2)濾餅干度不高:由于采用壓縮氣體正吹法對濾餅脫水(液),濾餅的干度不及皮膜擠壓的板框式壓濾機與三足式離心機。1.4與剛性陶瓷、金屬微孔過濾技術(shù)的比較20世紀(jì)60年代至今,相繼誕生的陶瓷類粉末燒結(jié)微孔過濾管、金屬類粉末燒結(jié)微孔過濾管與高分子類粉末燒結(jié)微孔過濾管等三類剛性燒結(jié)微孔過濾管,均可作為微米級精密過濾介質(zhì),既可用作精密濾餅過濾,也可用作精密澄清過濾。這幾類過濾管均可重復(fù)再生使用,壽命均較長。陶瓷類的最大特點是耐溫高,耐大多數(shù)化學(xué)物質(zhì)與各種溶劑;主要缺點是重量重,抗拉強度不高,有的還很脆,安裝與維修不方便。另外,反吹再生效率較低。金屬類的最大特點是耐溫高,機械強度高;主要缺點是價格昂貴,耐無機酸等某些化學(xué)物質(zhì)性能不理想。相比之下,高分子類介質(zhì)有以下明顯的優(yōu)點:(1)化學(xué)性能最優(yōu)異。對于各種酸、堿、鹽等溶液非常穩(wěn)定,能耐醇、醛與脂肪烴等溶劑的侵蝕,基本上不與任何溶劑起反應(yīng);(2)無毒、無害、無氣味、無介質(zhì)脫落,非常適宜于生物、醫(yī)藥、食品及生活衛(wèi)生等行業(yè),而燒結(jié)金屬、燒結(jié)陶瓷等過濾介質(zhì)不可能具備這種性能;(3)機械性能較好。特別抗沖擊強度高,再加工性能好(車、刨、鋸、焊等),不易損壞,可安裝在各種設(shè)備上使用;(4)密度小。安裝、使用與維修非常方便,這是陶瓷與燒結(jié)金屬等介質(zhì)不能比擬的;(5)可制成各種形狀與尺寸的管,其毛細(xì)孔的孔徑能夠控制到任何規(guī)格,當(dāng)前做的孔徑為5—120μｍ;(6)可重復(fù)再生。操作簡單,再生效率較高,使用壽命長,最短3年,最長可達六年,這是任何其它過濾介質(zhì)都達不到的;(7)價格比較低。高分子介質(zhì)的主要缺點是耐溫不高,最高不超過120℃。可是,由于許多化工生產(chǎn)其液體過濾時的溫度不超過100℃,因此高分子類燒結(jié)微孔管在化工生產(chǎn)上有很好的應(yīng)用前景。1.5

過濾設(shè)計及選型微孔微米級高分子精密微孔過濾技術(shù)的應(yīng)用包括過濾工程設(shè)計和建立過濾系統(tǒng)。一個完整的過濾系統(tǒng)包括以下三個部分:即高分子精密微孔過濾機(內(nèi)裝高分子微孔過濾管)、輔助裝置(主要指物料輸送泵和用于反吹再生的空壓機、儲氣罐)、過濾系統(tǒng)工藝管道連接及控制裝置。為了在生產(chǎn)應(yīng)用中完全發(fā)揮這種新型液體精密過濾技術(shù)的功效,建立過濾系統(tǒng)前,必須進行正確的過濾工程設(shè)計,它們包括被過濾物料過濾性能的測試,平均濾速計及過濾面積的計算,微孔過濾管與精密微孔過濾機的型號與規(guī)格的選取,工藝管線連接、控制的流程設(shè)計,過濾機的安裝與操作法的制訂等。其中最重要的是過濾物料的過濾性能參數(shù)的測定與物料平均濾速的計算。

高分子微孔過濾專家、國務(wù)院突出貢獻津貼享受者、溫州東甌微孔過濾有限公司、宋顯洪教授1]等提出了新型液體精密過濾物料平均濾速的計算,簡介如下:(一)液體精密濾餅過濾的濾速及有關(guān)參數(shù)物料平均濾速W按下式計算:W==((Rm/αct)2+2ΔP/μαct)0.5-Rm/αct(1)式中,W—物料平均濾速,m/s;Rm—微孔管的阻力,1/m;α—濾餅的平均比阻,1/m2;c—濾餅體積/濾液體積;ΔP—過濾壓差,N/m2;t—每一周期的過濾時間,s;μ—濾液的動力粘度,Pa.s。需要測定在不同壓差下的濾餅平均比阻,然后歸納出比阻α與ΔP之間的關(guān)系式:α=α0+λΔΡs(2)式中α0、λ、s—與濾餅性能有關(guān)的參數(shù)。在濾餅過濾中,特別是微米級的精密過濾,往往存在一個最佳過濾壓差ΔPopt。最佳過濾壓差可按下式計算:ΔPopt=[(α0+Rm/ΔS)/λ(S-1)]1/s(3)式中ΔS——濾餅層厚度,m。計算出ΔPopt后,按式(2)算出最佳壓差下的α值。將ΔP與α值代入式(1),即可算出t時間內(nèi)的平均濾速W,再根據(jù)工程所需過濾液流量,計算出所需的過濾面積。由濾液流量、過濾面積、最大濾餅厚度等參數(shù)即可確定精密微孔過濾機的型號、規(guī)格、排渣口直徑及其它相關(guān)尺寸。(二)液體精密澄清過濾的計算由于基本不形成濾餅或只形成極薄濾餅,故不能按濾餅計算方式計算。精密澄清過濾的平均濾速W按下式計算:W=b/(t-a)(4)式中t—每一周期內(nèi)的過濾時間,s;a、b—與物料內(nèi)微粒性質(zhì)及濃度有關(guān)的參數(shù),可經(jīng)過小型試驗測定。a、b與t值密切相關(guān),因此應(yīng)測定不同t值下的a、b值。同上,得出物料平均濾速后,即由流量計算所需過濾面積,再選取合適的精密微孔過濾機參數(shù)。當(dāng)前,廣泛應(yīng)用的高分子精密微孔過濾機已有10多個系列,材料有不銹鋼(304或316Ｌ)、碳鋼或碳鋼內(nèi)襯防腐層(橡膠、塑料或其它防腐材料),可按需選取。主要品種有:(1)ＰＧＲ系列。過濾面積1～150ｍ2,用于含固體很少的液體精密澄清過濾。結(jié)構(gòu)為圓柱形殼體內(nèi)垂直安裝一系列微孔管,過濾機底部有小直徑氣缸操作的排渣底蓋;(2)ＰＧＫ系列。過濾面積5～300ｍ2,用于含固量較多且需較干濾餅的液體精密濾餅過濾。結(jié)構(gòu)為圓柱形殼體內(nèi)垂直安裝一系列微孔管或由微孔管組裝成的過濾管排,過濾機底部是由氣缸傳動或油缸傳動的直徑400～1200ｍｍ的快開底蓋;

(3)ＰＧＨ系列。過濾面積3～60ｍ2,用于含固量較多,每批物料要全部濾完、無剩料回流、上下批料不混批,需要較干濾餅的液體精密濾餅過濾,也可用于含固量很少、要求上下批不混批的液體精密澄清過濾。結(jié)構(gòu)為圓柱形殼體內(nèi)垂直或水平安裝微孔管,底部為氣缸或油缸操作的大排渣底蓋,底蓋上安裝過濾介質(zhì);(4)ＰＧＰ系列。過濾面積02～5ｍ2,用于液體總量較少而固體濃度很高的液體精密濾餅過濾,如細(xì)結(jié)晶體的過濾及濾餅的洗滌。結(jié)構(gòu)為圓柱形殼體內(nèi)一般不裝過濾介質(zhì),底部安裝微孔過濾板。如上頂蓋為快開蓋,卸濾餅時筒體向下翻轉(zhuǎn),如底蓋為快開底蓋,卸濾餅時筒體不動,底蓋打開從下部卸濾餅;(5)ＰＧＸ系列。內(nèi)裝攪拌葉,主要用于處理量大并對濾餅進行攪拌打漿洗滌,最后排出干濾餅的精密濾餅過濾;(6)ＰＧＷ系列。類似管道過濾器結(jié)構(gòu),主要用于含固量很少,總過濾量也很少的液體精密濾餅過濾或液體精密澄清過濾。2剛性高分子精密過濾技術(shù)在工業(yè)(化工)生產(chǎn)中的應(yīng)用2.1含固體雜質(zhì)較多的精密濾餅過濾在化工生產(chǎn)上,較廣泛應(yīng)用的液體精密濾餅過濾有粉末活性炭脫色液的精密過濾,由于較普遍采用粉末活性炭脫色,能否將脫色后細(xì)至0.5μｍ的炭粒全部濾除,已成為影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵操作之一。高分子精密微孔過濾技術(shù)解決了這些生產(chǎn)中長期影響產(chǎn)品質(zhì)量的炭粒易穿漏問題。除粉末活性炭過濾外,PG系列過濾在濾餅過濾還有很多應(yīng)用實例:(1)發(fā)酵液或酶處理液過濾。已用于一些生物發(fā)酵液與酶處理液的除渣過濾,濾液透明度高,排渣方便;(2)催化劑過濾。催化劑的精密過濾在精細(xì)化工、制藥與石油化工等行業(yè),無論催化劑生產(chǎn)工藝或催化劑應(yīng)用工藝,都必須對催化劑進行過濾(有的還要洗滌),大多數(shù)催化劑為顆粒很細(xì)的貴重金屬,用一般過濾裝置難以達到高效分離,而ＰＧ型精密微孔過濾機能夠做到100%分離,另外,排濾餅與微孔管再生等操作都很簡便。已大量用于各種催化劑的過濾,如某些石油催化劑與化肥催化劑制造中過濾很細(xì)的催化劑,如鈀催化劑,某些石油催化劑及某些化肥催化劑等,精細(xì)化工與制藥等生產(chǎn)中過濾鈀炭催化劑與銅鎳催化劑等,也大規(guī)模用于某催化劑前體—氫氧化鋁的過濾與洗滌;(3)超細(xì)粉末過濾。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(xì)產(chǎn)品的過濾;(4)植物油毛油的精密過濾、天然藥物提取液過濾。已用于各種植物油毛油的精密過濾、多種中草藥或動物提取液的精密過濾;(5)果汁過濾。用于果汁和蔬菜汁的精密過濾,作為超濾前的預(yù)處理;(6)有色金屬過濾。早在高分子精密微孔過濾技術(shù)早期研制開發(fā)階段,就著眼于有色金屬工業(yè)中的應(yīng)用,開發(fā)出翻轉(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,有5與10ｍ2兩種規(guī)格,全部為液壓傳動。這種型號的過濾機后來推廣到超細(xì)硫酸鋇的過濾與洗滌。精密微孔過濾機于用于白鎢結(jié)晶過濾,并開始用于仲鎢酸銨結(jié)晶的過濾。早在1983年某有色金屬廠就用高分子精密微孔過濾技術(shù)從廢水中過濾五氧化二釩;(7)廢水過濾。重金屬廢水過濾:已大規(guī)模用于電鍍、線路板或其它金屬制品廠的含重金屬廢水處理,過濾中和法形成的銅、鉻、鎳、鋅、鉛、鎘等離子的重金屬氫氧化物;還用于分離草酸生產(chǎn)中形成的硫酸鉛與草酸鉛、磁性材料生產(chǎn)中的四氧化三鐵、瓷瓶生產(chǎn)中的四氧化三鉛等。非金屬元素廢水:已大量用于含氟廢水過濾,水可全部回用。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。大型發(fā)電廠露天堆場煤產(chǎn)生的細(xì)煤粉廢水:可使水回用,煤粉全部回收。上述這些含雜質(zhì)微粒較多,能很快形成一定厚度的濾餅,有效克服了整體型濾布、濾網(wǎng)或濾氈在過濾前的微粒穿漏現(xiàn)象,精密過濾機底部均具有氣動快開排渣底蓋,當(dāng)精密過濾機內(nèi)所有微孔過濾管外表面所形成的濾餅依靠氣體正吹法將其平均含水(液)量降到所需的數(shù)值后,應(yīng)先以氣動打開底蓋,然后用壓縮氣體快速反吹法將所有濾餅反吹下來,經(jīng)過排渣口落到精密過濾機外面。排渣后,利用氣體與液體交叉反吹,將微孔過濾管再生。排渣與再生等操作均非常簡便。應(yīng)用證明,高分子精密微孔過濾技術(shù)的應(yīng)用,滿足了高效精密濾餅過濾的工業(yè)要求。2.2含固體雜質(zhì)較少的精密澄清過濾在各種化工生產(chǎn)上,有大量液體原料(包括水)、液體中間體、液體產(chǎn)品及廢水需要精密過濾,這些液體中雜質(zhì)數(shù)量很少,往往形不成濾餅,但其粒度卻非常細(xì),許多微粒粘性還很大。對于這種物料,采用粗級過濾與亞精密過濾的過濾介質(zhì),過濾效率差,過濾精度達不到要求,如采用超精密過濾的過濾介質(zhì),雖精度可達到要求,但使用壽命短,操作費用太高。只有精密過濾的過濾介質(zhì)才適合這類料液。由于高分子類微孔過濾介質(zhì)比陶瓷類、金屬類具有較多優(yōu)勢,比分散類深層介質(zhì)具有更多優(yōu)勢,因此高分子精密微孔過濾技術(shù)已大量用于各種化工液體的精密澄清過濾。如工業(yè)生產(chǎn)用水過濾,工業(yè)冷卻水循環(huán)過濾,氯堿生產(chǎn)上二次鹽水過濾,多種有機酸與無機酸過濾,多種堿類液體過濾,多種糖類、醇類、酮類、胺類和表面活性劑類等液體過濾,多種精制植物油、酒類(包括藥酒)及多種含懸浮物很少的廢水的過濾等。實踐證明,采用這種新型精密過濾技術(shù),不消耗濾材,過濾效率均在95%以上,濾液的澄清度均很高,液體的透光率有的可達到99.8%以上,且過濾質(zhì)量持續(xù)穩(wěn)定,過濾成本低廉,凸顯了高分子精密微孔澄清過濾的高效優(yōu)勢。另外,許多超濾、納濾、反滲透、離子交換、電滲析、精餾、蒸發(fā)和結(jié)晶等化工單元操作之前,已越來越多地采用這一新過濾技術(shù)作預(yù)處理保護裝置,以提高這些單元操作的效率及其設(shè)備的壽命。精密澄清過濾應(yīng)用舉例如下:(1)液體原料的精密過濾許多精細(xì)化工產(chǎn)品的原料為液體,為保證化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)品的質(zhì)量,需對液體原料先進行精密過濾。如制硫酸鋇的原料氯化鋇與硫酸鈉,采用精密微孔過濾后,使硫酸鋇產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高。ＰＧ型精密微孔過濾機還用于許多其它液體原料的過濾,如制氫氧化鋁原料之一的硫酸鋁的精密過濾等;(2)液體產(chǎn)品的精密過濾許多化工產(chǎn)品是液體,如酸、醇及各種溶液等。在產(chǎn)品出廠前需要進行終端精密過濾,以提高產(chǎn)品的澄明度,已用于許多液體產(chǎn)品的精密過濾。如山梨醇、聚丙烯酰胺等的產(chǎn)品精密終端過濾;(3)結(jié)晶前液體的精密過濾結(jié)晶前,如對液體進行精密過濾,去除不溶性雜質(zhì),提高了液體的澄明度,則結(jié)晶產(chǎn)品的純度就可明;(4)生產(chǎn)用水的精密微孔過濾ＰＧ型精密微孔過濾機已大量用于生產(chǎn)用水的精密過濾。如水源是較干凈的江湖水、水庫水、自來水或地下水,直接利用精密微孔過濾機,可使水的濁度降到1ｍｇ/Ｌ左右。這種水可直接用于生產(chǎn),或繼續(xù)經(jīng)過電滲析器、離子交換器、微孔膜濾器、超濾膜濾器或反滲透器,做進一步凈化。由于微孔管去除率高,又易于反吹再生,使用壽命長,這類預(yù)過濾可大大延長電滲析膜、離子交換樹脂、微孔膜、超濾膜及反滲透膜等介質(zhì)的使用壽命。如某一化學(xué)試劑廠制超純水,利用ＰＧ型做預(yù)過濾,處理水量達30ｍ3/ｈ。(5)生活用水的精密微孔過濾江湖原水經(jīng)絮凝與砂濾制成自來水,由于各種原因,進入用戶的自來水的濁度往往較高。采用ＰＧ型微孔過濾機繼續(xù)進行復(fù)濾,可使水的濁度降至1ｍｇＬ左右。如果江湖水的水質(zhì)較好,不必先做絮凝與砂濾,可直接采用微孔精密過濾機制取低濁度的水。微孔精密過濾處理江湖水,其生產(chǎn)能力平均為04～05ｍ3(ｍ2·ｈ)。由于微孔管可用壓縮空氣反吹再生,使用壽命一般可達2年以上。2.3精密過濾在三廢處理上的應(yīng)用(1)重金屬廢水的處理各種形態(tài)的重金屬廢水,如Ｎｉ2+、Ｐｂ2+、Ｃｕ2+、Ｃｄ2+、Ｚｎ2+、Ｃｒ6+及Ｃｒ3+等酸性重金屬離子廢水與ＭｎＳＯ4、ＣｕＯ、ＰｂＳＯ4等重金屬化合物廢水,均可應(yīng)用ＰＧ型精密微孔過濾機進行有效處理。對酸性重金屬離子廢水需預(yù)先進行中和處理,然后進行精密微孔過濾(對Ｃｒ6+需先還原,后中和)。對中性重金屬氧化物廢水,一般只需進行精密微孔過濾即可。這些處理技術(shù)已在國內(nèi)大規(guī)模推廣應(yīng)用,已連續(xù)應(yīng)用以上。(2)非金屬有害元素廢水的處理對氟、硫等元素,先經(jīng)化學(xué)預(yù)處理,使之形成不溶性沉淀,然后采用ＰＧ型精密微孔過濾機,一次過濾就可達到排放要求,已成功用于一些廠含氟與含硫等廢水的處理。(3)除塵洗滌廢水的處理濕法除塵后,一些廠采用自然沉淀池,占地面積大,投資大,由于沉降分離不完全,回用水易堵塞噴頭;采用ＰＧ型精密微孔過濾機,過濾效率高,水質(zhì)清澈透明,回用后不會堵塞噴頭。本方法占地面積小,從ＰＧ型精密微孔過濾機就可直接排出較干的渣,已用于一些廠的煙塵廢水的過濾。(4)化工生產(chǎn)流失產(chǎn)品的回收許多化工生產(chǎn)的結(jié)晶或聚合物產(chǎn)品采用以濾布為過濾介質(zhì)的各種過濾機,過濾許多微米與亞微米級的固體微粒穿漏濾布,無法回收,跟著廢水流走,不但財富損失,也污染環(huán)境。ＰＧ型精密微孔過濾機已用于回收化工產(chǎn)品,如ＴｉＯ2、Ｖ2Ｏ5及炭黑等。(5)其它化工廢水的過濾ＰＧ型精密微孔過濾機還大量用于乳膠漆廢水,硫酸或磷酸廢水,顏料廢水等的過濾。微孔ＰＥ管還可用于曝氣法處理化工等廢水。微孔ＰＥ管是非常理想的氣體鼓泡器,氣泡細(xì)而均勻,溶解氧高,已用于石化生產(chǎn)上含油廢水的曝氣,處理后水中油質(zhì)量濃度只有2～3ｍｇＬ,ＣＯＤ也符合排放標(biāo)準(zhǔn)。(6)氣流消聲處理由于微孔ＰＥ管消聲效果極好,壓縮氣體從儲氣柜直接向大氣排放時,噪音可達100～120ｄＢ,如果經(jīng)過微孔ＰＥ管排放,一般只有20～30ｄＢ。此技術(shù)已大量用于氣動元件排氣時的消聲以及壓縮氣體向大氣排放時的消聲。(7)氣體除塵微孔ＰＥ管除塵效率非常高,如03μｍ的微粒,可超過99%,通氣速度可達4ｍ3(ｍ2·ｈ),壓差只有001ＭＰａ左右,已成功用于一些化工生產(chǎn)上原料氣體的除塵與除油水的過濾,連續(xù)應(yīng)用多。只要氣體溫度不超過120℃,微孔ＰＡ管就可用于這些熱氣體的除塵過濾。2.4合成氨凈化系統(tǒng)的精密澄清過濾應(yīng)用2.4.1應(yīng)用精密微孔過濾技術(shù)改造脫碳液過濾湖南金信公司年產(chǎn)合成氨18萬噸。凈化氣體脫碳工序采用改良DEA循環(huán)脫碳工藝。其脫碳液的主要技術(shù)參數(shù)為:①成份:K2O,210g/L、KVO3,8g/L、DEA,22g/L;②循環(huán)量:520m3/h;③溫度:≤110℃;④雜質(zhì)粒度:＜50um;⑤雜質(zhì)含量:＜5g/L。原裝置對于脫碳液吸收CO2再生后的過濾,采用傳統(tǒng)的活性炭吸附提純,它存在三大不足:①過濾效果不佳、效率較低,且易飽和失效,因而填料更換頻繁(每年必須更換一次);②在新填料使用初期,脫碳系統(tǒng)易出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象;③過濾能力受限,使凈化系統(tǒng)氣體處理量受到制約。為解決脫碳液過濾的問題,該公司經(jīng)過技術(shù)招標(biāo),采用了浙江溫州東甌微孔過濾有限公司提出的改造方案,即以精密微孔過濾工藝取代原活性炭過濾。過濾改造后的工藝流程見圖2。該流程為旁路過濾方式,即逐步完成系統(tǒng)脫碳液清潔的工藝;改造中,根據(jù)脫碳液過濾特性試驗選取了合適的微孔過濾參數(shù);由于介質(zhì)溫度達110℃,為延長微孔管使用壽命選取了合適的微孔過濾參數(shù);由于介質(zhì)溫度達110℃,為延長微孔管使用壽命,采用先冷卻再過濾方案;為克服阻力,并提供過濾液壓差,配置了管道泵;設(shè)計了空氣和軟水接口,當(dāng)微孔管需要再生時,用空氣或軟水分別反吹(洗)或正吹(洗),使其再生。

圖2

脫碳液高分子精密微孔過濾工藝流程示意

微孔過濾改造后效果很好。過濾精度達0.5um,分離效果可達96%以上,能滿足脫碳液澄清過濾的要求;投運后,系統(tǒng)脫碳液能在較短時間達到清徹透明的理想狀態(tài)。其運行情況參見表1。與此同時,操作、再生方便,避免了活性炭過濾的易飽和失效的難題,系統(tǒng)生產(chǎn)穩(wěn)定。由于脫碳液品質(zhì)提高,提高了其工作時的吸收效果,除每年可節(jié)約活性炭6t外,經(jīng)測算,該技術(shù)的應(yīng)用可提高生產(chǎn)能力1%,年新增收益在26萬元以上,不到一年收回投資。

表1

脫碳液過濾效果、效率對比(新、老系統(tǒng)統(tǒng)計平均值)時間

過濾方式

系統(tǒng)、進口雜質(zhì)含量

出口雜質(zhì)含量

過濾效果

30天后系統(tǒng)雜質(zhì)含量

過濾效率

mg/L

mg/L

%

mg/L

mg/d.6.8.

活性炭(改造前)

1982

516

73.4

1598

12.8.6.8.

微孔管(改造后)

2097

82

96.1

786

43.7

2.4.2應(yīng)用微孔過濾器改造銅氨液過濾金信公司合成氨原料氣體中的CO等雜質(zhì),經(jīng)中壓變換、甲醇合成塔反應(yīng)吸收后,余下的約3%的CO在銅氨液洗塔(簡稱銅洗塔)中洗滌、吸收去除。上述銅洗塔內(nèi)的洗滌吸收介質(zhì)稱為醋酸銅氨液(簡稱銅氨液),其工藝技術(shù)參數(shù)如下:①成份:Cu,2.2-2.5mol/L、NH3,10-13mol/L、HAc,2.2-2.5mol/L;②酸堿度:PH=10;③壓力:0.20MPa;④溫度:≤40℃;⑤循環(huán)量:54m3/h;⑥雜質(zhì)粒度:＜50um;⑦雜質(zhì)含量:＜5g/L。銅氨液吸收CO還原、再生后,循環(huán)使用前,原系統(tǒng)在銅氨液循環(huán)使用前,一直沿用絲瓜絡(luò)作為過濾材料以去除其雜質(zhì)。它存在以下弊端:①過濾效果較差、效率較低。進銅洗塔銅氨液的品質(zhì)長期不能達標(biāo),限制了該系統(tǒng)的氣體凈化處理量;②易引發(fā)事故。在絲瓜絡(luò)使用初期,因其中含有較多的灰塵,加劇了銅氨液污染的程度。除降低吸收效果外,易引起銅氨液發(fā)泡,并易引發(fā)出銅洗塔凈化氣帶液的嚴(yán)重事故;③使用壽命較短、更換很不方便。絲瓜絡(luò)使用較久后,容易飽和失效,每年必須更換,不但費力費時,而且檢修現(xiàn)場衛(wèi)生狀況很差;④過濾效果不能適應(yīng)銅洗塔內(nèi)件由散堆填料改造為規(guī)整填料后對銅氨液品質(zhì)更高的要求。

為克服絲瓜絡(luò)過濾工藝的嚴(yán)重不足,金信公司經(jīng)過技術(shù)招標(biāo),采用了溫州東甌微孔過濾有限公司提出的改造方案,即將原絲瓜絡(luò)過濾器更換成微孔管過濾器。其過濾工藝流程見圖3。該工藝也采用了旁路過濾,即逐步完成系統(tǒng)銅氨液清潔的工藝;改造中根據(jù)用戶銅氨液特性試驗選取了合適規(guī)格的微孔管及其過濾器;由于系統(tǒng)待過濾銅氨液位差較小,為提供過濾壓差,配設(shè)了小揚程管道泵;該工藝還配置了空氣和稀氨水接口,當(dāng)微孔管需要再生處理時,可酌情選擇空氣或稀氨水分別反吹(洗)或正吹(洗),達到去污和再生目的。