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自清洗微孔過濾機過濾超細粉體

發(fā)布日期:2020-07-21 13:27:41

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)學模型及過濾生產(chǎn)能力的計算方法。
關鍵詞: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域的一項重要課題,此任務如解決得好,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),這些技術均在工業(yè)生產(chǎn)上獲得長期成功應用。
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)模的應用提供基本設計參數(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,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的毛細孔,過濾介質的堵塞阻力增加較快,如果該過濾介質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)用的過濾介質的選用,過濾介質的再生方法選擇,過濾性能參數(shù)的測定,過濾機結構的設計均有一定的特殊性。作者結合多年實踐經(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:選PE-S1、PE-S2、 PE-S3過濾介質進行試驗。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。
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)學關系式:
α=1.855*1014-3.63*1023*Dp-3.304       (1)
由關系式(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,可選較高壓差進行過濾。
(二) 高嶺土:
1. 物料來源:取自內蒙xx高嶺土開發(fā)公司。
2. 物料粒度:-10μm>90%   d50=3.6μm。
3. 過濾介質: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之間的關系式:
α=4.02*1014-4.92*1027*Dp-3.264       (2)
由關系式(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: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。
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: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: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
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