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刚性高分子精密微孔过滤技术应用分析

2017-03-20 [1016]
 一、技术组成:

    (一)硬件:

    1、刚性高分子精密微孔过滤材质(微孔过滤管,微孔过滤板)

    2、精密微孔过滤机

    3、辅助装置(料液输送、反吹卸渣、反吹再生、自控)

    (二)软件:

    物料的性能测试与计算,过滤机的正确计算与设计及应用技术。

    二、技术应用对象:温度不超过100℃的以下对象

    (一)难滤物料:

    固体颗粒“重量平均粒径”小于1微米

    固体颗粒“个数平均粒径”小于0.2微米

    (二)含固量多的“滤饼过滤”(过滤、洗涤、压干、自动卸饼)

    含固量少的“澄清过滤”

    三、技术应用领域:

    (一)化工(基本化工、精细化工、生物化工等)、制药、冶金、食品、环保等工业生产上超细固体中间体与超细固体产品,液体原料、液体中间体与液体产品等的精密过滤;提高产品质量,收率,减低成本,减低能耗与物耗;

    (二)作化学反应器,生物反应器,离子交换柱,渗析,超滤,纳滤,反渗透,精馏,蒸发,干燥,萃取,结晶等单元操作前作液体精密预过滤,提高产品质量,收率,提高上述单元操作的效率与使用寿命,减低消耗;

    (三)在现已使用,暂时无法更换但分离效率不高的现有各种过滤与分离装置后面作精密复滤,以回收有价值的固体产品,提高液体的澄清度,也可使排放到环境中的废水清澈透明,有害杂质的含量低于排放允许值;

    (四)可大规模用于重金属废水,含氟废水及含细悬浮物废水的液体过滤,有害金属离子等浓度均远小于排放允许值。

    四、技术发展历史:

    (一)个十年(1966.3-1975.12):

    (1)确定技术路线;

    (2)研究出“高分子聚合物烧结成刚性微孔滤材”的基本理论;

    (3)研究出生产成本低,可大规模生产的基本生产工艺;

    (4)试制成功PVC,PE,PC,PF,PAS五种高分子烧结微孔过滤管;

    (5)试制成功PGL与PGR两种可工业生产用的早期精密微孔过滤机,成功用于稀有金属与无机盐生产上的超细粉体的过滤与洗涤,并开始用于重金属悬浮物过滤;

    (6)完成了两个成果鉴定。
(二)第二个十年(1976.1-1986.8):

    (1)完成一项微孔PE滤材的基本性能研究与应用研究课题,完成了一个成果鉴定会与一个全国推广会议;

    (2)研发成功微孔PA与PJF两种复合滤材;

    (3)在制药,重金属废水处理与化纤生产获得广泛推广应用。

    (三)近二十五年(1986.9-现在):

    (1)建立研发、生产与销售为一体的科技型企业——“温州东瓯微孔过滤有限公司”,作为本技术的发展基地;

    (2)组建刚性高分子微孔滤材的性能测试平台,可测滤材的“平均毛细孔径”,“平均孔隙率”,“透气比阻”,“透水比阻”,“抗拉强度”,“弹性模数”六种基本参数;可测不同参数的滤材在不同压差、不同滤速及不同粒度条件下的过滤精度,以确保滤材的质量;

    (3)企业取得二类压力容器制造资质,解决了过滤机内衬防腐层的加工技术,以确保精密微孔过滤机的安全质量;

    (4)企业专门组建三个技术团队:设计与技术研发团队、精密微孔过滤机质检团队及过滤机售后服务团队,以确保过滤机的最终产品质量与服务质量;

    (5)申报20项发明与实用新型,已获准十七项,企业已被批准为“高科技企业”(编号:GR200833001107);

    (6)已有六千多台不同型号精密微孔过滤机在各工业生产上获得成功应用;

    (7)企业已从单一过滤机制造转向以精密微孔过滤机的制造为核心,包括所有辅助装置、仪器仪表及自控操作等整套过滤工程的设计,制造,采购,安装,运输及调试开车等一体化服务。

    五、技术主要特色:

    具有:

    三高(高过滤精度,高过滤效率,高寿命)

    三低(低能耗,低物耗,低成本)

    三方便(卸干滤饼方便,操作方便,再生方便)

    (一)刚性高分子微孔滤材的特色:

    (目前主要推广微孔PE、PA)

    (1)既可用于滤饼过滤,亦可用于澄清过滤;

    0.3微米微粒几可100%滤住,部分小于0.2微米的纳米级微粒也可大部分滤住,滤液清彻透明;     

 


 

东瓯刚性高分子精密过滤介质与其他各种过滤介质应用领域分布图

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    (2)滤材均有相当机械性能(抗冲、抗拉、抗压强度与弹性模数),只要结构与尺寸合适,可耐相当高流体压力的拉伸与冲击,某些尺寸的滤材,可耐不低于0.6MPa气体反吹,可达到快速又地卸除滤饼;

    (3)可利用“少许液体+气体”快速反吹,进行物理再生;

    (4)除强氧化剂(98%硫酸,40%硝酸等,现已开发出耐较强氧化剂的滤材),可耐任何酸、碱、盐及90℃以下的各种有机溶剂;滤材无嗅,无味,无任何异物溶出与脱落,适宜医药,食品及任何溶液的液体过滤;

    (5)重量轻,再加工(车、刨、锯、焊)性能好,安装与检修较容易。

    物理再生与每年一至几次化学处理,滤材的寿命可达五年,最长已达十年。

(二)精密微孔过滤机的特性:

    (1)绝大部分机型为圆筒型,滤材为管型,单位空间内的过滤面积相当大,占地面积相对较小;

    (2)内部机械部件较少,结构较简单;

    (3)所有滤饼过滤机的底部均有气缸传动的快开底盖,卸滤饼时不需人工繁重体力劳动;

    (4)机内凡与有化学腐蚀性物料接触部分均可内衬一定厚度的防腐涂层,能长期在腐蚀条件下操作;

    (5)过滤机一般为静止操作,安装要求较低;

    (6)过滤机一般为低压差过滤(0.1~0.25MPa),动力消耗相当省;

    (7)易全自控操作。

    六、主要产品:

    (一)刚性高分子微孔滤材:

    (1)滤材的毛细微孔型号:

    平均毛细微孔大小从5微米至150微米,共八种型号。

    (2)微孔滤材形状与尺寸:

    1、管型:外径从13mm至160mm,壁厚从2.5mm至20mm,共25种规格,一次成型的管长从1000mm至2000mm。

    2、板型:有普通板型与耐反吹板型两大类。

    普通板不耐压力流动反吹,耐反吹板可耐0.6-1MPa流体反吹。

    板尺寸最大为1700×1700mm或Φ1700mm。

    3、特殊复合板型:根据用户需要特殊设计。

   (二)精密微孔过滤机:三大类

    (1)处理含固量低的一类:

    1、过滤机型号:PGR型

    2、应用目的:使液体达到清澈透明

    3、单台过滤面积:5-300米2

    4、操作方式:

    A.全自控操作:“薄层溶液过滤机”——处理量很大,又节约能耗,不排出干滤饼

    B.手控操作:“非薄层溶液过滤机”——处理量不大,不排出干滤饼     

    (2)处理含固量中等的一类:

    1、过滤机型号:PGK系列

    2、应用目的:液体清澈透明,需得到较干滤饼,但不需洗涤

    3、单台过滤面积:5-300米2

    4、操作方式:手控或全自控     

    (3)处理含固量较多的一类:

    1、应用目的:

    A.液体澄清透明

    B.对滤饼进行洗涤,压干,自动排滤饼

    C.机内每批料液滤完,上下批不混批

    2、过滤机型与单台过滤面积:

    型号单台过滤面积

    PGH型5-100米2

    PGP型0.2-20米2

    PGX型1-100米2

    3、操作方式:手控或全自控 

    七、主要应用:

    (一)超细粉体的精密滤饼过滤、洗涤与压干:

    (1)超细粉末活性炭与脱色液的过滤:

    1、过滤机型号:PGH型

    2、规格:5-100米2

    3、已应用台数:三千多台

    4、主要应用工业:精细化工、生物化工、制药、食品等

    5、典型应用产品:葡萄糖、味精、柠檬酸及各种医药中间体等生产上的粉末活性炭过滤

    (2)超细固体催化剂与化学反应液的过滤:

    1、过滤机型号:PGH型,PGP型

    2、规格:40-200米2

    3、已应用台数:三百多台

    4、主要应用工业:农药化工、精细化工、制药等

    5、典型应用产品:草甘膦、多种维生素、多种氨基酸等生产上的催化剂粉末的过滤

    (3)超细金属或非金属粉体的过滤:

    1、过滤机型号:PGH型,PGP型,PGX型

    2、规格:20-100米2

    3、已应用台数:二百多台

    4、主要应用工业:有色冶金、无机盐

    5、典型应用产品:镍、钴、银、铂、玻璃等粉体生产

    (4)超细结晶体的过滤:

    1、过滤机型号:PGH型、PGP型

    2、规格:5-60米2

    3、已应用台数:50多台

    4、主要应用工业:农药、制药、有色冶金、无机盐

    5、典型应用:草甘膦、钨、钛酸钾晶须等

(二)细固体较少的液体(原料液,中间液,成品液)的精密澄清过滤:

    (1)原料液的大规模澄清过滤

    1、过滤机型号:PGR型,PGK型

    2、规格:100-200米2

    3、已应用台数:二百多台

    4、主要应用工业:基础化工

    5、典型应用:氯碱生产与纯碱生产盐水澄清过滤,生产用水(河水,井水等)的澄清过滤

    (2)生产工艺过程中,中间液体大规模澄清过滤:

    1、过滤机型号:PGR型、PGK型

    2、规格:30-300米2

    3、应用台数:二千多台

    4、主要应用工业:化纤工业,生物化工,有色冶金

    5、典型应用:粘胶纤维生产的凝固酸浴过滤,腈纶生产上硫氰酸钠溶液过滤,镍钴生产上的浸出液等过滤,化肥生产上的铜氨液、脱炭液、脱硫液等过滤,食品生产上菜籽油的毛油过滤;磷酸生产的食品级磷酸与磷酸盐的多道中间液过滤等

    (3)成品液的精密澄清过滤:

    1、过滤机型号:PGR型,PGK型

    2、规格:30-200米2

    3、已应用台数:五百多台

    4、主要应用工业:制药,食品,精细化工,有色冶金等

    5、典型应用:乳酸,草酸,氨基酸,柠檬酸,山梨醇,双氰胺,食品级磷酸与磷酸盐,低聚糖,果糖,甜菊糖;药用碳酸氢钠;花生油,菜籽油,玉米油,大豆油等食用油的精滤或脱蜡;各种酒(葡萄酒,白酒与各种药酒等)的精滤等。

    (三)其他领域的应用:

    (1)工业废水处理工艺中的中间液过滤与终端精滤:

    1、过滤机型号:PGR型,PGK型

    2、规格:30-200米2

    3、已应用台数:一千多台

    4、主要应用工业:冶金,轻工,机械,矿山,化工等

    5、典型应用:重金属废水(电镀废水,线路板废水,热镀锌废水,蓄电池废水,磁性材料废水,化工生产废水等);煤矿矿井废水,堆煤场废水,焦炭生产脱硫液与硫磺过滤,化工生产含悬浮物废水等

    (2)烟气脱硫处理工艺中,脱硫液与超细烟尘的澄清过滤及烟尘细颗粒的过滤,洗涤,压干与自动排渣:

    1、过滤机型号:PGR型,PGP型

    2、规格:PGR型为80-160米2;PGP型为40米2

    3、已应用台数:10台(最近二年刚开发的应用领域)

    4、主要应用工业:有色冶炼工业,钢铁工业

    5、典型应用:铜冶厂的冶炼炉的烟气脱硫胺液与超细烟尘的过滤;炼钢厂的高炉烟尘的脱硫胺液与超细烟尘的过滤。

    (3)为电渗析、离子交换、超滤、纳滤、反渗透、精馏、蒸发、结晶、干燥等化工单元装置作精密预过滤:

    1、过滤机型号:PGK型

    2、规格:30-100米2

    3、已应用台数:100多台

    4、主要应用工业:精细化工、生物化工、制药、废水处理等

    5、典型应用:甜菊糖提取;乳酸提取;阿维菌素提取;酶法制丙烯酰胺的提取;反渗透法海水淡化预过滤;从含镍废水中提取镍以及用废水制超纯水工艺中与两级反渗透串联作精密预过滤等

    (4)在过滤效率不高的各种分离装置后作母液的回收过滤:

    1、过滤机型号:PGK型

    2、规格:100-200米2

    3、已应用台数:50多台

    4、主要应用工业:基础化工、农药化工、制药等

5、典型应用:从板框压滤机,真空转鼓式回转过滤机及离心机后回收对硝基苯酚钠、五氧化二钒、季戊四醇、纯碱等。     

    八、东瓯微孔过滤技术及其产品具有三高、三低、三方便的特性,具有性价比高,应用面广,经济效益、社会效益及环境效益显著的原因分析:

    除了滤材本身固有性能(如耐化学性能优越,比重轻,价格相对较低等)较好,主要是东瓯公司的特殊硬件与软件。

    (一)硬件的质量保证系统:

    (1)微孔滤材的质量管理:

    1、原料进厂前严格预检,几个关键指标不合格,决不进厂;

    2、生产过程每一工序都有严格工艺与记录;

    3、每进一批新原料,或某一生产工序有某些变化,必全面测试产品的六个性能参数与不同条件下的过滤精度。对管状产品,取全长每一段进行测试,如2米长管,从上至下,截18段分别测试;

    4、正常状态时,每天抽查测试。

    (2)精密微孔过滤机的质量管理:

    1、所有金属材料,公司均有自己的金属组份测定仪,可测18种组份,不合格,坚决退货;

    2、不管过滤机是否在压力容器条件下运行,公司的制造工艺均按“压力容器制造规程”执行;

    3、质检人员在生产现场进行监督,随时查出与纠正不合制造工艺要求的行为;

    4、严格终端验收,凡某一指标不合格,决不出厂。

    (二)软件运行:

    对用户的物料均要进行售前试验,计算与选型。

    (1)售前试验:

    1、物料的物性测定:

    A.固体颗粒粒度分布测定(“激光粒度测定仪”测出按重量计算的粒径分布与按个数计算的粒径分布)

    B.固体微粒几何形状(4000倍显微测定,电脑记录)

    C.液体的粘度测定与PH值测定

    D.料液固体浓度测定

    E.料液的透光率或浊度测定

    2、料液的过滤参数测定:

    A.对滤饼过滤,测出不同压差下平均滤饼比阻

    B.对澄清过滤,测出不同压差下平均滤速随时间的变化

    C.测出不同压差下,滤液的透光率与浊度

    D.实验确定最佳滤材的精度规格

    过滤参数测定及粒度分布图     

    

 

过滤参数测定及粒度分布图

3、其他测定:

    对滤饼需进行洗涤与压干要求的物料。

    A.最佳洗涤方式选择;

    B.滤饼洗涤次数测定;

    C.洗涤液耗量的测定;

    D.最终滤饼干度测定。

    需对滤材进行化学再生的物料,另进行化学再生工艺的试验。     

    (2)必须的计算与选型

    1、对滤饼过滤:

    根据不同压差△P下的滤饼平均比阻值α,使之关联成如下公式:

 

    (1)

    其最佳过滤压差△P佳:

     

    (2)

    洗涤实验的结果     

 

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    其平均滤速W:

     

    (3)

    所需过滤面积F:

    

 

    (4)

    滤饼层平均厚度△L:

    

 

2、对澄清过滤:

    归纳出不同压差下的平均滤速W:

    

 

    (6)

    由W值就可计算出所需要的过滤面积F。

    3、确保微孔滤材高精度、率又高寿命的基本核算:     

 

    (7)

    对糖液与粉末活性炭:A=0.302,B=0.127

    对硫酸溶液与硫磺微粒:A=0.775,B=0.488

    4、精密微孔过滤机的结构型号选型,规格确定,主要几何尺寸确定,

    机体材质与密封材料确定

    5、辅助装备(物料输送设备,储气罐,空压机及化学再生罐等)选型

    6、自控方案选定

    7、过滤工程的操作流程及现场设计图设计(略)