表層過(guò)濾技術(shù)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】生產(chǎn)上的過(guò)濾技術(shù)基本原理只有“表面過(guò)濾”與“深層過(guò)濾”兩大類(lèi)。兩類(lèi)技術(shù)各有優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)。“表面過(guò)濾”過(guò)濾效率與精度高，但能耗大；“深層過(guò)濾”的能耗低，過(guò)濾能力大，但物耗很大。二百年來(lái)，盡管濾材種類(lèi)與過(guò)濾機(jī)的品種很多，但按過(guò)濾機(jī)理，都沒(méi)有跳出“表面過(guò)濾”與“深層過(guò)濾”兩大框架內(nèi)?！氨韺舆^(guò)濾”的原理與“表面過(guò)濾”與“深層過(guò)濾”不同，既不屬“表面過(guò)濾”，也不屬“深層過(guò)濾”，而是在濾材表面之內(nèi)1～2mm的表層，采用“表層吸附，孔口架橋”原理。它保留“表面過(guò)濾”與“深層過(guò)濾”的固有優(yōu)勢(shì)，又避免了二種過(guò)濾技術(shù)的固有劣勢(shì)，它同時(shí)具備高效、長(zhǎng)效、節(jié)能與節(jié)材的四大優(yōu)勢(shì)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】表層過(guò)濾技術(shù)

【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及一種過(guò)濾技術(shù)，一種可用液固與氣固非均相分離的過(guò)濾技術(shù)，可用于 各種工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)及民用等領(lǐng)域，適用面非常廣泛。

【背景技術(shù)】：
[0002] 在化工、制藥、食品、輕工、冶金、紡織、電子、機(jī)械、環(huán)保及民用等許多部門(mén)液固與 氣固等非均相分離非常普遍，也非常重要，它直接關(guān)系產(chǎn)品質(zhì)量、收率、成本、勞動(dòng)生產(chǎn)率， 直接影響生產(chǎn)環(huán)境安全與生產(chǎn)工人的健康，更關(guān)系企業(yè)對(duì)大氣與江河湖泊的環(huán)境污染，也 關(guān)系我國(guó)不可再生資源與能源是否高效利用，是否浪費(fèi)?？傊?，液固過(guò)濾與氣固過(guò)濾是一項(xiàng) 影響國(guó)計(jì)民生與人民生命安全的重大關(guān)鍵技術(shù)。 自從英國(guó)工業(yè)革命后二百年來(lái)，全世界液固與氣固的非均相過(guò)濾領(lǐng)域的濾材及過(guò)濾機(jī) 種類(lèi)非常多，每、年都有大量發(fā)明專(zhuān)利與實(shí)用專(zhuān)利，盡管品種非常多，按過(guò)濾的宏觀(guān)機(jī)理分 類(lèi)，只有兩大類(lèi)，一類(lèi)稱(chēng)"表面過(guò)濾"技術(shù)，一類(lèi)稱(chēng)為"深層過(guò)濾"技術(shù)。 "表面過(guò)濾"的微觀(guān)機(jī)制是機(jī)械篩濾，是小孔過(guò)濾大顆粒（濾材的最大毛細(xì)孔徑應(yīng)小于 物料最小顆粒粒徑），過(guò)濾過(guò)濾均發(fā)生在濾材外表面。其特點(diǎn)是濾材可以相當(dāng)薄，但濾材毛 細(xì)孔徑必須非常小，才能將物料中的所有細(xì)顆粒全部截留。如部分最細(xì)小顆粒無(wú)法截留， 那這些細(xì)顆粒就全部穿漏到濾液中，造成濾液或?yàn)V氣的干凈度等質(zhì)量指標(biāo)不合格。為了使 濾液或?yàn)V氣質(zhì)量滿(mǎn)足工藝的唯一方法是將濾材的毛細(xì)孔徑盡量減小，如物料中的細(xì)顆粒為 〇. 5微米，甚至0. 2微米，要使濾液或?yàn)V氣的質(zhì)量滿(mǎn)足要求，濾材的最大毛細(xì)孔徑必須小于 〇. 5,或小于0. 2微米，就導(dǎo)致過(guò)濾過(guò)程的阻力大幅增加，因而能耗增加，國(guó)外大量使用最新 的過(guò)濾濾材，如有機(jī)微孔膜、無(wú)機(jī)微孔膜或金屬微孔膜，就是此類(lèi)過(guò)濾技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)在氣 固過(guò)濾方面采用有機(jī)微孔膜很多，但在液固過(guò)濾領(lǐng)域，僅含固量極少的液體澄清過(guò)濾，采用 一次性使用的有機(jī)微孔膜，少量用于無(wú)機(jī)微孔膜。由于孔徑極小，能耗相當(dāng)大，國(guó)內(nèi)對(duì)含大 量細(xì)固體的物料，目前普遍仍使用孔徑相當(dāng)大的濾布或?yàn)V網(wǎng)，這些濾材如用于氣固過(guò)濾，大 于5微米的固體顆粒，效率非常高，如用于小于5微米微粒，效率非常低，穿漏非常嚴(yán)重（只 能改用一次性的深層過(guò)濾濾材）。濾布或?yàn)V網(wǎng)如用于液固過(guò)濾，如用于大于10微米的物料， 過(guò)濾效率很高，但用于小于10微米的物料，穿漏非常嚴(yán)重。目前國(guó)內(nèi)基本采用濾液回流進(jìn) 行長(zhǎng)時(shí)間"循環(huán)過(guò)濾";讓大于10微米的微粒先截留在濾材表面，逐漸形成較厚的濾餅，隨著 濾餅不斷增厚，由于流體對(duì)濾餅的壓縮效應(yīng)，稍細(xì)顆粒的位移效應(yīng)等微觀(guān)作用，濾餅外表面 固體顆粒之間形成的毛細(xì)孔徑會(huì)逐漸減少，穿漏會(huì)逐漸減少，當(dāng)增厚濾餅的表面毛細(xì)孔徑 小于顆粒的最小孔徑，濾液會(huì)逐漸變清。這種"循環(huán)過(guò)濾"的能耗非常大，由于循環(huán)時(shí)間，穿 漏的細(xì)顆粒對(duì)濾液出口大量沾污，易造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。 "深層過(guò)濾"的微觀(guān)機(jī)制是吸附，（濾材與細(xì)顆粒兩固相之間的吸附），是大孔過(guò)濾小顆 粒（濾材的最小孔徑大于物料中的最大顆粒）。過(guò)濾過(guò)程均發(fā)生在濾材的深層毛細(xì)孔道 內(nèi)。"深層過(guò)濾"濾材的厚度相當(dāng)厚，"深層過(guò)濾"的濾材有兩大類(lèi)，一類(lèi)是分散堆積濾材，如 石英砂層，顆粒層無(wú)煙煤，顆粒炭層，硅藻土層，泡沫微球，纖維球?qū)?，纖維束層，這些分散堆 積厚度一般為5001000mm左右，堆積層的毛細(xì)孔徑很大，每次過(guò)濾容渣量很大，處理能力也 很大，但每次過(guò)濾后的反洗水量也很大（反洗出來(lái)水是濃漿水，又需要專(zhuān)門(mén)的過(guò)濾裝置，否 則又造成環(huán)境污染），目前國(guó)內(nèi)外大多數(shù)的自來(lái)水廠(chǎng)基本都采用石英砂過(guò)濾層。"深層過(guò)濾" 的另一類(lèi)是非分散的整體型濾材，品種很多，如聚丙烯噴熔濾芯，無(wú)紡氈折疊濾芯，繞線(xiàn)型 濾芯，各種纖維紙粘結(jié)濾芯，陶瓷濾芯等。這些濾芯的毛細(xì)孔徑較分散型深層過(guò)濾濾芯小。 因此厚度比分散型小得多，但比"表面過(guò)濾"大得多。由于過(guò)濾過(guò)程都發(fā)生在濾材毛細(xì)孔的 深層內(nèi)部。這些毛細(xì)孔都是彎彎曲曲，細(xì)顆粒進(jìn)去，很難出來(lái)。因此這類(lèi)整體型"深層過(guò)濾" 濾材都是一次性，一旦堵塞，無(wú)法再用，就是廢棄物。這類(lèi)"深層過(guò)濾"的能耗雖低，但物耗 很大。 "表面過(guò)濾"的過(guò)濾效率高，屬高效過(guò)濾，但能耗大。"深層過(guò)濾"的能耗低，洗滌液消耗 大，或?yàn)V材是一次性，壽命小，物耗大。 為了克服國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的"表面過(guò)濾"與"深層過(guò)濾"的不足（能耗高與物耗大），保留 "表面過(guò)濾"與"深層過(guò)濾"的優(yōu)勢(shì)（過(guò)濾精度、過(guò)濾效率高與能耗低），特研究出一種新的 過(guò)濾技術(shù)--"表層過(guò)濾"。


【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003] "表層過(guò)濾"的過(guò)濾推動(dòng)力有加壓過(guò)濾，真空過(guò)濾與毛細(xì)過(guò)濾，為了使被過(guò)濾物料 不同環(huán)境發(fā)生互相交叉污染，又為了使過(guò)濾過(guò)程能耗低，過(guò)濾過(guò)程密閉，基本以加壓過(guò)濾為 主。真空過(guò)濾由于能耗高，基本不提倡使用。毛細(xì)力過(guò)濾是一種節(jié)能技術(shù)，但只適宜被過(guò)濾 顆粒是憎水物料，當(dāng)濾材具有強(qiáng)毛細(xì)吸力的條件，可以選用（毛細(xì)吸力過(guò)濾與低真空吸濾 液方法結(jié)合使用）。
[0004] "表層過(guò)濾"的濾材包括剛性或亞剛性的金屬、無(wú)機(jī)或高分子粉末或細(xì)纖維的燒結(jié) 微孔濾材，粘結(jié)微孔濾材，激光成孔的微孔濾材，機(jī)械鉆孔微孔濾材，化學(xué)溶解成孔的微孔 濾材，本發(fā)明以剛需高分子燒結(jié)微孔體作為濾材，濾材有圓管形，有方管形，有平板形，不管 哪種形狀，該濾材在〇. 6?IMPa氣或液反壓下，既能將濾材表面的濾餅快速吹脫，將堵在濾 材表層的細(xì)顆粒絕大部分吹出，又不使濾材產(chǎn)生明顯彈性變形，不破裂。
[0005] 以超細(xì)硫磺，超細(xì)碳酸鎳粉體，超細(xì)藥用活性炭等三種固體作為被過(guò)濾超細(xì)粉體， 以普通自來(lái)水、無(wú)水乙醇、異丙醇水溶液（20% )，碳酸鈉水溶液（15% )等四種液作為液體， 共形成多種超細(xì)粉體懸浮液，以微孔PA管作為濾材，進(jìn)行"表層吸附，孔口架橋"的"表層過(guò) 濾"的測(cè)定。
[0006] 表一三種超細(xì)粉體個(gè)數(shù)顆粒大小（激光粒度儀測(cè)定）與形狀

【權(quán)利要求】
1. "表層過(guò)濾"這是在已有二百年歷史的"表面過(guò)濾"與"深層過(guò)濾"兩大技術(shù)之外的 第三種新的"過(guò)濾技術(shù)"。
2. 按權(quán)利要求1，該技術(shù)的微觀(guān)機(jī)制是：濾材與被過(guò)濾顆粒在濾材表層產(chǎn)生"表層吸 附，孔口架橋"。
3. 要使液固過(guò)濾產(chǎn)生權(quán)利要求2的微觀(guān)機(jī)制，有關(guān)物料與濾材及操作參數(shù)必須符合如 下數(shù)學(xué)模型： 式⑴中： dm--濾材的平均毛細(xì)孔徑（μ m) ds--能被全部濾住的最小固體顆粒粒徑（μ m) Lm-濾材的厚度（mm) μ--濾液的粘度（cp) w--液通過(guò)濾材表面的表觀(guān)線(xiàn)速度（m / h) ε--濾材的平均孔隙率（％ ) Α、Β--與濾材、被過(guò)濾的細(xì)顆粒及濾液三者之間的互相吸附特性有關(guān)的系數(shù)（該Α、Β 可通過(guò)若干小試驗(yàn)確定）。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1，濾材必須是剛性或亞剛性，不能是柔性微孔體，其材料是金屬微孔 體、無(wú)機(jī)類(lèi)微孔體、高分子聚合物微孔體等，微孔體可以是粉末類(lèi)或纖維類(lèi)通過(guò)燒結(jié)方法、 粘結(jié)方法或其他物理方法或化學(xué)方法（激光成孔、機(jī)械成孔、化學(xué)成孔等）形成的剛性或亞 剛性微孔體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1，濾材的厚度以能承受IMPa氣壓反壓，而無(wú)顯著變形（不大于10% 的彈性變形）為原則。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1，不僅過(guò)濾時(shí)滿(mǎn)足要求2與3,洗滌與壓干時(shí)也要滿(mǎn)足權(quán)利要求2與 3〇
7. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3,每一次過(guò)濾、洗滌、壓干、卸濾餅后要用壓力氣體或先液后氣 的混合流體對(duì)濾材進(jìn)行快速反吹可將表層內(nèi)固體微粒絕大部分反吹出去,濾材能迅速達(dá)到 較完全再生，濾材能長(zhǎng)達(dá)一年至三年的長(zhǎng)期使用，該壓力氣體反吹時(shí)，毛細(xì)孔能產(chǎn)生5%? 10 %的彈性變形。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1與2,可用平均毛細(xì)孔為5至10微米的濾材過(guò)濾水溶液中0. 22微 米的細(xì)顆粒，可用平均毛細(xì)孔為10?15微米的濾材過(guò)濾0. 45微米的細(xì)微粒，高于99. 9%， 過(guò)濾壓差不超過(guò)0. 2?0. 25MPa。
【文檔編號(hào)】B01D46/00GK104383750SQ201410110985
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】宋志黎, 宋顯洪 申請(qǐng)人:宋志黎, 宋顯洪