微孔陶瓷主要特点及过滤机理详解.doc

微孔陶瓷过滤 著 / 周勇 参考内容： 本文系统介绍了过滤元件的主要特点及过滤机理陶瓷器的组装结构及其在过滤、分离技术中的应用。1 概述　　是一种以耐火原料为骨料,配以结合剂等经过高温烧结而制成的陶瓷过滤材料,其结构内部具有大量惯通的可控孔径的微细气孔。它除具有耐高温、高压、耐酸、碱腐蚀等特性外还具有孔径均匀透气性高等特点因此可广泛用做过滤、分离、布气和消音材料。国外自五十年代起就开始应用做过滤元件进行上、下水净化矿泉水除菌含油气体净化等。到目前产品已标准化系列化。国内对在过滤技术中的应用研究虽起步较晚但目前以作为过滤元件组成的陶瓷过滤器在各行业的分离净化领域中已得到较全面的推广应用。如石化行业中液一固气一固分离制药、酿造行业中的无菌净化处理环保行业中高温烟气除尘等。目前陶瓷过滤器以其独特的功能特性在各分离净化领域中已成为一种不可替代产品。2 过滤元件。2.1 过滤材料性能。　　材质、规格种类繁多。其中国外生产的材料材质主要有硅酸铝质粘土质、刚玉质、石英质、碳化硅质和硅藻土质等。国内生产的主要有刚玉质、石英质和硅藻土质。其主要性能如表一。 　　孔径表明制品开口气孔大小这里是指制品的最大开口直径。过滤元件孔径可分为1、5、10、20、30、50、80、100、120、150、200、250、300系列。气孔率.制品中开口气孔体积占总体积百分比V开口/V总×100%.透气性K是指1mmH2O压差下在单位时间lh内通过厚度lcm面积1m2的的干式气体量(m3)。耐酸性制品经20%硫酸溶液煮沸1h后其弯曲强度与腐蚀前弯曲强度比。耐碱性制品经20%NaOH溶液煮费1h后其弯曲哟度与腐蚀前弯曲强度百分比。耐温性制品抵抗温度变化而不破坏的能力。2.2　过滤材料主要特点。与其它过滤材质相比作为过滤材料具有如下特点。1) 　过滤材料孔隙率高最高可达60%以上。孔径均匀且易于控制。过滤精度高可达1适用于各种介质精密过滤。2) 　耐酸碱性好。可适用强酸(硫酸硝酸,盐酸)强碱(氢氯化钠等)和各种有机溶剂的过滤。3) 机械强度高工作压力可达6MPa压差可达1MPa。4) 耐高温具有良好的急热急冷性能工作温度最高可达800℃。适用于各种高温气体过滤。5) 过滤元件自身清洁状态好无毒、无味无异物脱落可适用于无菌处理操作。6) 过滤元件使用寿命长长期使用微孔形貌不发生变化便于清洗再生。2.3　过滤元件过滤原理　　的过滤是集吸附表面过滤和深层过滤相结合的一种过滤方式。坚于液一固气一固系统的过滤与分离来讲其过滤机理主要为惯性冲撞、扩散和截留。 如图一所示。惯性冲撞流经过滤元件微孔孔道的流体中的杂质颗粒由于惯性而与微孔孔道壁接触而被捕捉。惯性冲撞与杂质颗粒直径的平方成正比与流速及流体粘度成反比。 扩散杂质颗粒由于布朗运动而离开流线和微孔孔道壁接触从而被捕捉。扩散捕捉和流速及流体粘度成反比。 截留杂质颗粒由于比微孔孔道大而被捕捉属表面过滤。截留只与杂质颗粒的大小有关而与流速流体粘度没有关系。　 　当流体流经过滤元件时大于过滤元件微孔径的颗粒被截留在表面形成滤饼层小于陶瓷孔径的颗粒由于惯性和受布朗运动影响而离开流线和微孔道壁接触,仍有部份颗粒被截留在表面或沉积在孔道内。由于微孔通道迂回曲折加上流体介质在表面形成的架桥效应及惯性冲撞和布朗运动影响因此其过滤精度要比本身孔径高的多。如10孔径过滤元件当过滤介质为液体时其过滤精度为1当过滤介质为气体时其过滤精度达0.5。　　陶瓷过滤器运行一定周期后由于过滤元件内部通可能被流体介质中颗粒杂质堵塞表面滤饼层增厚导致过滤阻力增大流速降低时可以通过气体反吹液体反洗或气一液混洗的方式再生而使具基本恢愎到初始状态水平如图二所示因此定时反吹、反洗能大大延长过滤元件的使用寿命。 3 过滤器3.1　陶瓷过滤器的组装结构。　　陶瓷滤器主要由过滤元件拉杆、花板和壳体组成。根据过滤元件的规格形状不同和过滤方式不同过滤器的组装结构主要有板式单管式和多管式等种其中多管式陶瓷过滤器应用较广。下图所示为多管式陶瓷过滤器中最常用的两种组装结构。 　图三所示的烛形陶瓷过滤器安装较方便密封性好适用于安装小口径的陶瓷过滤元件过滤面积大可以达到20m2。3.2　陶瓷过滤器过滤效率主要影响因素。1) 过滤精度是指能够滤除流体介质中最小固体杂质颗粒的粒径大小单位前面已经提过对于陶瓷过滤器来讲其过滤精度可达到0.1μm。影响陶瓷过滤器过滤精度主要因素是过滤元件的最大微孔直径。对于同一流体介质来讲孔径愈小则过滤精度愈高反之愈低。其次工作压力对过滤精度也有微弱影响。一般来讲对液体介质其能过滤掉的杂质颗粒大小约为陶瓷过滤元件孔径的1/5—1/10。对气体介质由于布朗运动在气体中比液体中活泼扩散捕捉