【摘要】剛性高分子精密微孔過濾技術(shù)是我們自行開發(fā)的新型精密過濾技術(shù)，已獲得廣泛應(yīng)用，本文簡單敘述了該技術(shù)的硬件與軟件兩方面的最新進展概況。
【關(guān)鍵詞】精密濾餅過濾  精密澄清過濾  過濾精度
    自上世紀六十年代中期開始開發(fā)的以高分子聚合物燒結(jié)成型的剛性微孔過濾介質(zhì)為核心技術(shù)的剛性高分子精密微孔過濾技術(shù)至今已有三十八年歷史，經(jīng)過長期連續(xù)的基礎(chǔ)研究，技術(shù)開發(fā)與市場開發(fā)，該技術(shù)的硬件與軟件已愈來愈成熟，技術(shù)優(yōu)勢愈來愈明顯。該技術(shù)是針對傳統(tǒng)過濾技術(shù)與超精密的薄膜過濾技術(shù)這兩大過濾領(lǐng)域還難于有效解決，固體顆粒在1微米左右，含固量較多，或者粘性較大的粘細物料的過濾難題而開發(fā)的。該技術(shù)過濾精度較高，過濾效率高，既可用于含固量較多又需較干濾餅的精密濾餅過濾，又可用于含固量很少，對濾液要非常澄清的液體精密澄清過濾；卸除干濾餅與微孔過濾介質(zhì)的再生等操作都較簡便，耐酸、堿與大部份有機溶劑，操作的能耗與物耗很少，微孔管可長期連續(xù)使用，符合可持續(xù)發(fā)展原則。由于有上述優(yōu)異的綜合性能，已在我國許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域獲得成功應(yīng)用，產(chǎn)品質(zhì)量、收率與勞動生產(chǎn)率均明顯提高，成本下降，環(huán)境保護與勞動保護均獲得改善。
一、 技術(shù)硬件的最新進展概況：
 1、剛性微孔過濾介質(zhì)的最新進展：
① 過濾精度從0.5微米提高至0.2微米：經(jīng)不斷研制，無論用于液固過濾或氣固過濾，剛性微孔過濾介質(zhì)的過濾精度已從上世紀的0.5微米逐步提高至0.3微米，并已開始達到0.2微米，現(xiàn)以過濾細至0.2微米的超細粉末活性碳作說明。表一給出這種超細粉末活性碳的顆粒粒徑分布數(shù)據(jù)。采用一種規(guī)格的微孔PA管過濾該超細活性碳與水的懸浮物（活性碳濃度10%），過濾的平均濾速為0.5米3/米2·小時，濾后取1000毫升濾液，用φ50mm，0.22微米的微孔膜進行檢測過濾，在顯微鏡下觀察濾后的微孔膜，發(fā)現(xiàn)膜上無任何黑點。說明濾液中無任何大于0.22微米的碳黑點。這表明，該微孔PE管的過濾精度已達到0.2微米的數(shù)量級。現(xiàn)在該技術(shù)已在制藥與化工生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用。
表二、表三、表四給出細度0.2至0.5微米各種超細粉體的粒度分布數(shù)據(jù)，表五系過濾空氣中塵埃的實驗數(shù)據(jù)。
表一   超細粉末活性碳的顆粒粒徑分布

粒徑（μm）	分布頻度（%）
<0.188	0
0.188～0.1906	3%
0.1906～0.206	7%
0.206～0.227	21.82%
0.227～0.249	0.157%
0.249～0.274	17.9%
0.274～0.301	2.39%
0.301～0.331	1.32%
0.331～0.364	2.11%

表二    超細氧化鋁粉體的顆粒分布

粒徑（μm）	分布頻度（%）
<0.0345	3%
0.0345～0.1149	7%
0.1149～0.188	6.37%
0.188～0.206	2.39%
0.206～0.227	6.81%
0.227～0.249	9.26%
0.249～0.274	6.48%
0.274～0.301	4.93%
0.301～0.331	8.54%
0.331～0.364	7.94%
0.364～0.400	2.30%
0.40～0.44	3.64%
0.44～0.483	3.77%
0.483～0.531	3.49%
0.531～0.584	3.06%
0.584～0.642	2.66%
0.642～0.706	2.60%
0.706～0.776	2.18%
0.776～0.853	1.71%

平均粒徑：0.524微米
    表二所示的超細氧化鋁粉體與乙醇的懸浮液（重量體積百分數(shù)為2.5%）采用微孔PE介質(zhì)過濾，可100%將超細粉粒濾住，濾液清徹透明。
    表三   鈷酸鋰超細粉體的顆粒分布

粒徑（μm）	分布頻度（%）
<0.173	3%
0.173～0.193	7%
0.193～0.206	20.06%
0.206～0.249	24.77%
0.249～0.274	14.68%
0.274～0.331	2.82%
0.331～0.364	3.57%
0.364～0.400	2.36%
0.400～0.44	1.82%
0.44～0.483	2.17%
0.483～0.531	1.54%
0.531～0.584	1.73%

平均粒徑：0.485微米
表三所列這種超細鈷酸鋰粉體，利用微孔PE過濾介質(zhì)與精密微孔過濾機進行過濾與洗滌，一次過濾就100%過濾住，濾餅厚度達65～105mm，靜止洗滌3～4次，洗滌水總量為原液的3～4倍，總過濾與洗滌時間約2.5小時～3小時就可使洗滌水的PH從14洗至7，最終的濾餅含水率小于10%。
表四    超細二氧化硅粉體顆粒分布

粒徑（μm）	分布頻度（%）
0.046	0%
0.046～0.0471	3%
0.0471～0.051	8.43%
0.051～0.062	0.569%
0.062～0.068	0.587%
0.068～0.075	6.59%
0.075～0.082	3.95%
0.082～0.091	3.44%
0.091～0.100	5.7%
0.100～0.110	6.149%
0.110～0.121	5.69%
0.121～0.134	2.25%
0.134～0.147	5.20%
0.147～0.162	4.86%
0.162～0.179	4.38%
0.179～0.197	3.90%
0.197～0.217	3.55%
0.217～0.239	3.54%
0.239～0.263	3.09%
0.263～0.289	2.94%
0.289～0.319	2.43%
0.319～0.351	2.21%
0.351～0.387	2.03%
0.387～0.426	1.97%

平均粒徑：0.232微米
    表四所列的二氧化硅粉體是細度更細粉體，平均粒徑只有0.232微米，利用微孔PE過濾介質(zhì)與PGP型精密微孔過濾機進行過濾與洗滌，一次過濾就可100%過濾住，無任何粉粒穿濾，濾餅厚度為60～70mm，靜止洗滌3次，洗滌水量是原液1.5～2倍，總過濾與洗滌時間約3小時，就可將洗滌水的PH從1洗至7，最終的濾餅含水率為20%左右。
    表五給出微孔PE管過濾空氣中塵埃的過濾效率的測試數(shù)值。
    表五  一種規(guī)格的微孔PE管過濾空氣中塵埃的過濾效率測定值

測試條件	氣溫	40℃	每一個測試數(shù)據(jù)均持續(xù)維持1小時
	濕度	23～32%
	氣體壓力	0.2MPa
	空氣中塵埃濃度	每呎3最多16萬顆
測試數(shù)據(jù)	空氣濾速 (米3/米2·分)	過濾壓差 (mm水柱)	過濾效率
			0.3μm	0.5μm	1μm
	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	99.85

由表五的數(shù)據(jù)可以看到，微孔PE管過濾大氣中的塵埃，不僅效率高，濾速快，而且壓差也較小，能耗較省。
② 多功能微孔過濾管的研制：已開發(fā)出多種既有過濾又有某種特定吸附功能的吸附過濾管；又開發(fā)出既能過濾，又能將過濾住的菌體殺滅活性的滅菌過濾管。
③ 多層微孔過濾管：為了既能保持很高的過濾精度與高過濾效率，又能減少過濾操作的能耗與超細微孔過濾管原料單耗，研制與開發(fā)了各層微孔孔徑不同的多層復(fù)合微孔過濾管。目前在國內(nèi)廣泛應(yīng)用的能過濾0.2微米與0.5微米的剛性微孔過濾管絕大部份都采用這類多層微孔過濾管。
 2、剛性高分子精密微孔過濾機的最新進展概況：
經(jīng)過三十多年反復(fù)研制，經(jīng)過工業(yè)生產(chǎn)上長期試驗。過濾面積最大已達300米2。這些不同結(jié)構(gòu)的過濾機具有不同的功能。有的適宜于含固量較多，能形成相當(dāng)厚度較干濾餅的過濾，這類微孔過濾機的底部均有氣缸操作的能順利排出大體積干濾餅的大口徑底蓋，目前最大直徑達φ1400毫米；有的結(jié)構(gòu)過濾機適用于含固量很少，基本不形成濾餅，但對濾液澄清度要求非常高的精密澄清過濾；有的可將過濾機內(nèi)的所有物料全部濾完，無剩料留到下一批，可避免批號混批的物料過濾，這種精密微孔過濾機特別適宜制藥工業(yè)與食品工業(yè)；有的過濾機可將機內(nèi)的濾餅進行靜止洗滌與干燥；有的過濾機可將機內(nèi)的濾餅進行攪拌洗滌。上述幾種結(jié)構(gòu)的剛性精密微孔過濾機均在工業(yè)生產(chǎn)上獲得多年連續(xù)應(yīng)用，有的應(yīng)用十年以上。最近我們還開發(fā)成功連續(xù)薄層增稠過濾機。并于今年獲得鑒定。
剛性高分子精密微孔過濾技術(shù)不僅大量用于液體精密澄清過濾與液體精密濾餅過濾，還成功用于氣固精密過濾，成功用于某一淀粉廠的氣體回收淀粉的氣固過濾，已連續(xù)應(yīng)用二年多。
二、 技術(shù)軟件的最新進展概況：
本技術(shù)在硬件開發(fā)的同時，投入相當(dāng)力量進行工程設(shè)計計算的軟件開發(fā)，根據(jù)用戶物料的物性測試數(shù)據(jù)，可以比較正確歸納出微孔過濾管的毛細孔徑與過濾精度及濾速之間關(guān)系，平均濾速的變化規(guī)律及微孔過濾管阻力增加規(guī)律等，利用這些關(guān)系式可計算出微孔管所需的毛細孔徑與所需的過濾面積。
限于篇幅，下面僅簡單提及作者研究出其中幾個主要關(guān)系式。
1、 過濾精度ds，微孔過濾介質(zhì)的平均毛細孔徑dm，微孔過濾介質(zhì)的厚度△S，濾液粘度μ，濾液平均濾速w，微孔過濾介質(zhì)的平均孔隙率ε之間的關(guān)系：
   ……………………………………（1）
2、 平均濾速W隨過濾時間t的變化規(guī)律：
① 精密濾餅過濾過程中W與t的關(guān)系：
   …………（2）
② 基本不形成濾餅的液體精密澄清過濾的W與t的關(guān)系：
   ……………………………………………………（3）
3、 剛性微孔過濾介質(zhì)本體阻力Rm隨過濾次數(shù)N的變化規(guī)律：
由于被過濾物料本身的性能、操作條件及物理再生工藝等不同，Rm與N之間的關(guān)系呈現(xiàn)不同規(guī)律，作者通過系統(tǒng)研究，已歸納出四種典型變化規(guī)律：
① 直線型：
   ………………………………………………（4）
② 指數(shù)曲線型：
   …………………………………………………（5）
③ 拋物線型：
………………………………………（6）
④ 雙曲線型：
  ……………………………………（7）
以上諸式：
dm—— 剛性微孔過濾介質(zhì)的平均毛細孔徑(μm)
ds—— 過濾精度，即所需過濾住的最小固體微粒的粒徑(μm)
△S—— 剛性微孔過濾介質(zhì)的厚度(mm)
μ—— 濾液粘度(Pa·s)
w—— 過濾起動時，或未形成濾餅時，濾液通過微孔過濾介質(zhì)表面的平均線速度(m/s)
ε—— 微孔過濾介質(zhì)的平均孔隙率(—)
A、B—— 系數(shù)，取決于被過濾顆粒與微孔過濾介質(zhì)之間的相互作用，通過有限幾組實驗就測計算出。
W——平均過濾速率( m3/ m2·s)
t——累計過濾時間(s)
α——濾餅的平均比阻(1/ m2)
Rm0——微孔過濾介質(zhì)的原始阻力(1/m)
Rm——微孔過濾介質(zhì)的阻力(1/m)
C——每單位濾液體積所具有的濾餅體積(—)
△P——過濾壓差(Pa)
n——與濾餅壓縮性有關(guān)的指數(shù)，對不可壓縮濾餅，n=2；對可壓縮濾餅，n>2（在測定計算α時，必先測定與計算出n值）
a、b——系數(shù)，取決于濾餅的可壓縮性，在測定濾餅的平均比阻α的等壓縮試驗后只要計算出α、n及小試驗的c等參數(shù)，就可計算a與b數(shù)值，對不可壓縮濾餅，當(dāng)n=2,a=1,b=1。
H、K、G—— 系數(shù)，由等壓精密澄清過濾的小試驗就可測出H、K、G等系數(shù)。
N——過濾次數(shù)、Y—— 系數(shù)，與過濾介質(zhì)的毛細孔被堵塞的操作條件有關(guān)，通過系統(tǒng)小試驗就可計算出。  
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