高粘度液體的過濾技術及其濾材要求

tags: 液體    時間:2014-03-11 15:12:45
高粘度液體的過濾技術及其濾材要求簡介
     高粘液體在過濾過程中往往表現出與低粘度液體不同的特性。本文在分析了高粘度液體的流變性的基礎上,介紹……
高粘度液體的過濾技術及其濾材要求正文
     高粘液體在過濾過程中往往表現出與低粘度液體不同的特性。本文在分析了高粘度液體的流變性的基礎上,介紹高粘度液體的過濾特性、過濾介質的選擇及常用的過濾元件和過濾設備。

高粘度液體是指粘度遠大於水的流態,它們的粘度很高,例如合成纖維的聚合物溶液的粘度可達幾十泊至上百泊。

分子量是影響物質粘度的主要因素,隨著分子量的增加粘度大幅度升高,而隨著溫度的升高,粘度通常是降低的。高粘度液體常表現出偽塑體特性,即表觀粘度隨著剪切速率的增加而降低。

在合成纖維、薄膜、塑料等的生產中,擠壓機幾配有過濾機,在高溫3000°C下用250 bar高壓處理3000泊以上的高粘度料漿,過濾精度要小於3μm,目的是除去聚合物中的凝膠、加入的凝聚劑和催化劑、聚合物含有的雜質等,保證紡紗等階段的聚合物質量,所以希望過濾機能連續工作,不停止或中斷聚合物流。

高粘度液體過濾的主要目的是除去其中的粒狀雜質,這些顆粒大部分是多種形態的膠粒和半膠粒、非均質性雜質及來自原料的固體顆粒,顆粒粒度為0μm~100μm,大部分小於20μm,極易堵塞過濾介質孔隙。過濾時顆粒在介質上先形成濾餅,之幾逐漸堵塞過濾介質,穿過濾孔或沉積在孔道中。

選擇適合高粘度液體過濾的介質比較困難,必須考慮過濾前幾的堵塞程度、粘度、侵蝕性、時穩性、耐熱性、過濾速率的極限、介質?顆粒?濾液間的荷電和電位差、安全條件、生產規模等。選擇的過濾介質必須滿足過濾精度要求,在過濾相當多的懸浮液體積時不造成電荷積累,具有相當的化學穩定性,易於再生;對高粘度液體首選的是不可壓縮的過濾介質。

過濾介質和過濾元件

過濾介質決定了流速和對聚合物中雜質的截留能力,常用過濾介質有:不鏽鋼絲網,可在很高的壓差下截住可變形的顆粒,如膠體;燒結金屬粉末,過濾精度為3μm ~50μm,屬深層過濾介質,孔徑沒有級別結構,孔隙率低,過濾時導致很高的剪切速率;燒結金屬纖維(無紡介質),孔隙率高達50%~90%,可製成單層或多層,設計成有級別的孔徑,因此其截留能力很高,壽命也長,過濾精度為1μm ~60μm;陶瓷和金屬陶瓷,也可以做成多層或雙層的,但因價格很貴,所以在必須長期工作的情況下才應用。

一般紡織用樹脂採用10μm~20μm的金屬纖維介質;包裝材料用樹脂或瓶裝樹脂採用20μm~40μm的金屬纖維介質。高粘度液體過濾由於污染物逐漸堵塞介質,壓降逐漸增加,若選用深層過濾式介質,過濾壓差可比過濾初期高出55 bar ~ 76 bar。


葉盤式過濾元件圖 燭式元件目前的過濾元件主要是圓筒燭式和葉盤式。這兩種過濾元件都是三明治式的,即上(或外)層是相對較粗的編織網保護過濾介質層,下(或內)層是相對較細的編織網作為支撐,防止纖維過濾介質在高壓下被破壞,而介質和下(內)層編織網又用多孔板支撐。

葉盤元件一般摞起來使用。對於5微米以下的過濾,帶折的過濾介質難以保證介質的確定性,因而最好選用葉盤,但葉盤式過濾機清洗很困難,雖然目前已做成組裝式的,清洗仍困難和費時。

圓筒燭式過濾元件是過濾聚合物液體的新型元件,有包套和帶折兩種形式。包套式比帶折式的便宜,可用於高粘樹脂的高壓過濾,此條件下不宜選用帶折式。

帶折式面積大,比較經濟,而且可再利用。隨著對產品質量要求的提高及應用於更細、更薄、壓力更高等情況,新型的帶折燭過濾器縮小了內容積,外形呈流線形,改善聚合物流動,消除低速面積。這種濾芯的砑光處理很重要,但由於其介質成本高和清洗困難,不適用於高粘物料過濾,發展方向是雙層陶瓷,不僅納污能力高,而且因為緻密而使粗粒污物進不去。

對含有鏈狀、網狀凝膠的聚合物的過濾,James F. Schmitz建議:過濾需高壓或高溫的高粘流體用樹脂粘合的濾芯,屬深層過濾;對壓力和溫度要求都不太高的、粘度較低溶液的過濾用熔融吹制的濾芯,也屬深層過濾;過濾凝膠含量和粘度都較低的溶液,可在較低溫和低壓下工作,可用帶折的過濾濾芯,屬表面過濾。深層過濾時凝膠是截留在結構內部,捕獲機理基本上基於吸附壓緊,表面過濾是直接截攔。
金屬燒結纖維的纖維規格高粘度液體過濾設備

間斷式過濾機

捲筒式過濾機是過濾高粘聚合物的重要過濾機,可使用多種過濾元件,過濾面積可達80m2,為提高過濾機的過濾精度和處理量,可有多種變形。增加過濾面積的方法通常是用帶折式,主要缺點是單位過濾面積所佔空間較大,再生時要用較多的洗滌液。

單捲筒式也稱為燭式過濾機,由於過濾機體積小,可生成比捲筒式大幾倍的壓力,但對特異性的聚合物

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