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（原创科技论文欣赏）刚性高分子微孔精密过滤及其工业应用

（湖南金信化工公司--现湖南宜化公司孙斌；浙江温州东瓯微孔过滤公司宋志胜 ）

{dy}作者简介：孙斌，男，汉族，湖南双峰人，1989年6月毕业于湘潭大学，（副教授级）高级工程师 ，焊工技能鉴定高级考评员，压力容器设计审批员，历任技术开发处长、化工机械制造分厂副厂长、设备动力部副部长、化工机械制造安装分公司副总工程师，已在中国科技杂志发表大量论文。

（{dy}作者联系方式：）

摘要：液体的精密过滤是工业生产特别是化工生产中普遍应用的一种重要的单元操作。研究开发成功的刚性高分子精密微孔过滤技术具有过滤效率高、过滤管可反吹再生、耐化学性能好、操作简单、使用寿命长等特点，既可用作高效精密滤饼过滤，也可用作高效液体精密澄清过滤，通过正确的过滤工程设计，已获得广泛应用，并取得了显著的经济效益。

关键词：高分子，微孔，精密，过滤，滤饼，澄清，再生，设计，工业，应用

1　高分子精密微孔过滤技术概述

1.1 液体精密过滤及目前的应用状况

化工生产中液固分离是常见的化工操作单元,包括沉降和过滤分离两大类。由于前者要求固液两相必须有一定的密度差,而后者不受限制，因此过滤分离在工业生产中应用较广。非均相的液固过滤分为粗级过滤(>100μｍ的过滤精度)、亚精密过滤(100～10μｍ的过滤精度)、精密过滤(10～1μｍ过滤精度)与超精密过滤(1～0 1μｍ过滤精度)。而过滤精度小于0 1μｍ应归属于均相分离的超滤、纳滤及反渗透。对于大多数化工液体而言，须要进行精密过滤。

目前,大于10μｍ的粗级过滤与亚精密过滤，通过采用以各种非金属、金属滤布或滤网作过滤介质的，多种间歇或连续过滤机基本可满足要求。精度小于1μｍ的液体采用超精密过滤,如各种有机或无机微孔膜也可获得较好解决。

10～1μｍ液体精密过滤，按形成滤饼与否分为两种方式，即可形成滤饼层的 “液体精密滤饼过滤”和不形成滤饼层的 “液体精密澄清过滤”。目前工业生产的精密滤饼过滤其过滤介质大多采用整体型的用作亚精密过滤的滤布、滤网或滤毡。过滤前期,一些小于10μm的微粒会穿漏,只有进行反复循环,待10μm左右的微粒形成一定厚度的滤饼,过滤精度才逐渐提高至精密过滤要求，即存在过滤效率较低的问题。其次，由于滤布或滤网为非刚性,对较黏细颗粒形成的滤饼难以简便卸除。

作为精密澄清过滤的过滤介质,包括整体型和分散型两类。整体型一般是厚度较厚的烛型滤芯、滤毡或滤板等，当其内部孔隙被微粒堵塞无法继续过滤时, 常因难以有效再生而丢弃，故这种过滤方法需消耗大量的滤材。分散型滤材有颗粒分散型与长纤维分散型两种，它们均可再生,并可长期反复使用。但是当其孔隙内截留了相当量的粘细微粒后,容易产生板结或结块现象,导致过滤发生沟流,严重影响过滤效率；同时由过滤介质的孔隙率大,细颗粒很容易穿滤出去,因而过滤精度往往不稳定；此外,这些过滤介质再生时消耗大量反冲洗水,而处理这些反洗水,另需过滤装置,否则会严重污染环境。

不难看出，虽然应用最广泛的精密过滤具有结构简单、操作简便的特点，但存在过滤效率不高、产品质量不稳定、收率和劳动生产率不高、成本较大、甚至污染环境的问题，因而成为当前较薄弱的过滤分离操作。

1.2　新型高分子精密微孔过滤技术

为解决液体精密过滤存在的不足，我国科技工作者从20世纪 60年xx始从事以刚性高分子为过滤介质的微孔过滤技术研制与开发。目前，已完成了刚性高分子烧结管的成型机理、制造工艺与装备、过滤性能与化学性能、烧结管的应用技术等基础研究,并完成了多种精密滤饼过滤机与多种精密澄清过滤机的结构开发以及它们在化工生产上几百种液体的过滤试验测试，同时过滤成功进行了几十种工业生产的高分子精密应用,已形成硬件(包括高分子微孔烧结过滤管与多种微孔精密机的制造)与软件(物料过滤的性能测试、过滤工程的设计、计算、应用)都比较成熟与完整的新型液体精密过滤技术。　

高分子精密微孔过滤的核心元件—过滤介质，是一种以烧结聚乙烯为主要原料的微孔管, 经过活化、改性、复合等特殊工艺而制成，其形状主要有管形与板形两大类。管形的直径为13～120ｍｍ、厚度2.5-30um，最长为1500ｍｍ；板型直径{zd0}为1200ｍｍ、{zd0}厚度为40ｍｍ。它们的管（板）壁上充满了毛细小孔，平均孔径为2～140μｍ，{zg}过滤精度为0.3μｍ,通常为0.5～1μｍ。微孔管具有一定的刚性，耐外压0.2～0.5ＭＰａ,耐内压0.4～1ＭＰａ。

刚性高分子精密微孔过滤的基本原理是:利用微孔管正向过滤，反向冲洗、再生（参见图1）。工作时，待过滤物输送到过滤器内，由于压力的推动，迫使滤液流向微孔管，其中的固体杂质微粒被微孔管捕捉，在管外形成滤渣，由渣料出口定期排出；而过滤液穿越微孔后，汇集到过滤溶液出料口流出，从而实现溶液的过滤分离。当微孔管工作一段时间后，微孔堵塞严重时，可暂停过滤,从反向冲洗口或正向冲洗口通入清洗物,将微孔管冲洗（反向冲洗为主），使微孔管再生而继续进行溶液过滤，如此循环……

                                          图1  刚性高分子精密微孔过滤原理

                        1. 过滤液进口    2. 正向冲洗入口    3. 过滤液出口(反向冲洗入口)

                                             4. 过滤器外壳    5. 微孔管    6. 渣料出口

1.3　高分子精密微孔过滤的主要特点

它的主要优点是：

(1)过滤效率高。用于液固精密过滤,最小可过滤0 5μｍ，过滤效率可大于99.9%;　

(2)缷除滤饼简便。利用压缩气体,对微孔过滤管进行快速反吹,可很方便地将缷除微孔管外表面形成的滤饼，劳动强度低;　

(3)再生效率高。用“气-水混合流体”快速反吹法，可对微孔管进行高效、简单的物理再生，微孔管可长期使用；

(4)耐腐蚀性能好。微孔过滤管耐酸、碱、盐及大部分有机溶剂；

(5)维护检修方便。精密微孔过滤机结构较简单,微孔过滤管相对密度小,维护与检修均较方便;

 (6)动力消耗小。过滤压差一般不超过0.3ＭＰａ,动力消耗较小；

(7)占地面积少。大部分精密微孔过滤机为立式,每单位过滤面积所需的占地面积较少；

(8)自动化程度较高。精密微孔过滤机如配以自动阀门与控制装置,可以达到全自动或半自动操作；　（9）适应性广。精密微孔过滤机已有多种结构和类型，几乎可以满足所有化工生产各种工况的液体精密过滤；

（10）工作环境好。过滤操作为密闭操作，生产场地干净、卫生。

　这种新型精密过滤技术的主要缺点有:　

(1)耐温不高: 微孔ＰＥ过滤管的{zg}使用温度不超过80℃,微孔ＰＡ过滤管的{zg}使用温度不超过120℃（但是，大多数工业过滤应用中，其工作温度都不超过120℃）;　

(2)滤饼干度不高:由于采用压缩气体正吹法对滤饼脱水(液),滤饼的干度不及皮膜挤压的板框式压滤机与三足式离心机。

1.4　与刚性陶瓷、金属微孔过滤技术的比较

20世纪60年代至今，相继诞生的陶瓷类粉末烧结微孔过滤管、金属类粉末烧结微孔过滤管与高分子类粉末烧结微孔过滤管等三类刚性烧结微孔过滤管，均可作为微米级精密过滤介质,既可用作精密滤饼过滤,也可用作精密澄清过滤。这几类过滤管均可反复再生使用,寿命均较长。

陶瓷类的{zd0}特点是耐温高,耐大多数化学物质与各种溶剂;主要缺点是重量重,抗拉强度不高,有的还很脆,安装与维修不方便。此外，反吹再生效率较低。

金属类的{zd0}特点是耐温高,机械强度高;主要缺点是价格昂贵,耐无机酸等某些化学物质性能不理想。

相比之下，高分子类介质有以下明显的优点：

（1）化学性能{zy}异。对于各种酸、碱、盐等溶液非常稳定,能耐醇、醛与脂肪烃等溶剂的侵蚀，基本上不与任何溶剂起反应；

（2）xx、无害、无气味、无介质脱落,非常适宜于生物、医药、食品及生活卫生等行业,而烧结金属、烧结陶瓷等过滤介质不可能具备这种性能；

（3）机械性能较好。尤其抗冲击强度高,再加工性能好(车、刨、锯、焊等),不易损坏,可安装在各种设备上使用；

(4) 密度小。安装、使用与维修非常方便,这是陶瓷与烧结金属等介质不能比拟的；

(5) 可制成各种形状与尺寸的管,其毛细孔的孔径可以控制到任何规格,目前做的孔径为5—120μｍ；

(6) 可反复再生。操作简单,再生效率较高,使用寿命长,最短3年，最长可达六年,这是任何其他过滤介质都达不到的；

(7)价格比较低。

高分子介质的主要缺点是耐温不高,{zg}不超过120℃。但是,由于许多化工生产其液体过滤时的温度不超过100℃,因此高分子类烧结微孔管在化工生产上有很好的应用前景。

1.5   过滤设计及选型

微孔微米级高分子精密微孔过滤技术的应用包括过滤工程设计和建立过滤系统。一个完整的过滤系统包括以下三个部分：即高分子精密微孔过滤机（内装高分子微孔过滤管）、辅助装置（主要指物料输送泵和用于反吹再生的空压机、储气罐）、过滤系统工艺管道连接及控制装置。为了在生产应用中xx发挥这种新型液体精密过滤技术的功效,建立过滤系统前，必须进行正确的过滤工程设计，它们包括被过滤物料过滤性能的测试，平均滤速计及过滤面积的计算,微孔过滤管与精密微孔过滤机的型号与规格的选取,工艺管线连接、控制的流程设计，过滤机的安装与操作法的制订等。其中最重要的是过滤物料的过滤性能参数的测定与物料平均滤速的计算。

宋显洪1]等提出了新型液体精密过滤物料平均滤速的计算，简介如下：

(一)液体精密滤饼过滤的滤速及有关参数　　

物料平均滤速W按下式计算:

W= =((Rm/αct)2+2ΔP/μαct)0.5-Rm/αct　　(1)　

式中，　W—物料平均滤速,m/s； Rm—微孔管的阻力,1/m；α—滤饼的平均比阻,1/m2；c—滤饼体积/滤液体积；ΔP—过滤压差,N/m2；t—每一周期的过滤时间,s；μ—滤液的动力粘度,Pa.s。　

　需要测定在不同压差下的滤饼平均比阻,然后归纳出比阻α与ΔP之间的关系式:

α=α0+λΔΡs　　(2)

式中　α0、λ、s—与滤饼性能有关的参数。　

　在滤饼过滤中,尤其是微米级的精密过滤,往往存在一个{zj0}过滤压差ΔPopt。{zj0}过滤压差可按下式计算:

ΔPopt=[(α0+Rm/ΔS)/λ(S-1)]1/s　(3)

式中　ΔS——滤饼层厚度,m。

　　计算出ΔPopt后,按式(2)算出{zj0}压差下的α值。将ΔP与α值代入式(1),即可算出t时间内的平均滤速W,再根据工程所需过滤液流量,计算出所需的过滤面积。由滤液流量、过滤面积、{zd0}滤饼厚度等参数即可确定精密微孔过滤机的型号、规格、排渣口直径及其他相关尺寸。　

　　(二)液体精密澄清过滤的计算　

　　由于基本不形成滤饼或只形成极薄滤饼,故不能按滤饼计算方式计算。　

　　精密澄清过滤的平均滤速W按下式计算:

W=b/(t-a)　　(4)

式中　t—每一周期内的过滤时间,s；a、b—与物料内微粒性质及浓度有关的参数，可通过小型试验测定。a、b与t值密切相关,因此应测定不同t值下的a、b值。　

同上，得出物料平均滤速后，即由流量计算所需过滤面积，再选取合适的精密微孔过滤机参数。

目前，广泛应用的高分子精密微孔过滤机已有10多个系列，材料有不锈钢(304或316Ｌ)、碳钢或碳钢内衬防腐层(橡胶、塑料或其他防腐材料)，可按需选取。主要品种有：

（1）ＰＧＲ系列。过滤面积1～150ｍ2,用于含固体很少的液体精密澄清过滤。结构为圆柱形壳体内垂直安装一系列微孔管,过滤机底部有小直径气缸操作的排渣底盖；

（2）ＰＧＫ系列。过滤面积5～300ｍ2,用于含固量较多且需较干滤饼的液体精密滤饼过滤。结构为圆柱形壳体内垂直安装一系列微孔管或由微孔管组装成的过滤管排,过滤机底部是由气缸传动或油缸传动的直径400～1200ｍｍ的快开底盖；

（3）　ＰＧＨ系列。过滤面积3～60ｍ2,用于含固量较多,每批物料要全部滤完、无剩料回流、上下批料不混批,需要较干滤饼的液体精密滤饼过滤,也可用于含固量很少、要求上下批不混批的液体精密澄清过滤。结构为圆柱形壳体内垂直或水平安装微孔管,底部为气缸或油缸操作的大排渣底盖,底盖上安装过滤介质；

（4）ＰＧＰ系列。过滤面积0 2～5ｍ2,用于液体总量较少而固体浓度很高的液体精密滤饼过滤,如细结晶体的过滤及滤饼的洗涤。结构为圆柱形壳体内一般不装过滤介质,底部安装微孔过滤板。如上顶盖为快开盖,卸滤饼时筒体向下翻转,如底盖为快开底盖,卸滤饼时筒体不动,底盖打开从下部卸滤饼；

（5）ＰＧＸ系列。内装搅拌叶,主要用于处理量大并对滤饼进行搅拌打浆洗涤,{zh1}排出干滤饼的精密滤饼过滤；

（6）　ＰＧＷ系列。类似管道过滤器结构,主要用于含固量很少,总过滤量也很少的液体精密滤饼过滤或液体精密澄清过滤。

2　刚性高分子精密过滤技术在工业（化工）生产中的应用

2.1　含固体杂质较多的精密滤饼过滤

在化工生产上,较广泛应用的液体精密滤饼过滤有粉末活性炭脱色液的精密过滤, 由于较普遍采用粉末活性炭脱色,能否将脱色后细至0.5μｍ的炭粒全部滤除,已成为影响产品质量的关键操作之一。高分子精密微孔过滤技术解决了这些生产中长期影响产品质量的炭粒易穿漏问题。

除粉末活性炭过滤外，PG系列过滤在滤饼过滤还有很多应用实例：

(1)发酵液或酶处理液过滤。已用于一些生物发酵液与酶处理液的除渣过滤,滤液透明度高,排渣方便；

(2)催化剂过滤。催化剂的精密过滤在精细化工、制药与石油化工等行业,无论催化剂生产工艺或催化剂应用工艺,都必须对催化剂进行过滤(有的还要洗涤),大多数催化剂为颗粒很细的贵重金属,用一般过滤装置难以达到高效分离,而ＰＧ型精密微孔过滤机可以做到{bfb}分离,此外,排滤饼与微孔管再生等操作都很简便。已大量用于各种催化剂的过滤, 如某些石油催化剂与化肥催化剂制造中过滤很细的催化剂,如钯催化剂，某些石油催化剂及某些化肥催化剂等, 精细化工与制药等生产中过滤钯炭催化剂与铜镍催化剂等，也大规模用于某催化剂前体—氢氧化铝的过滤与洗涤；

(3)超细粉末过滤。用于硫酸钡、硫化锌、硫化铁、氢氧化铁、氢氧化铝、二氧化钛、钛酸钡等超细产品的过滤；

(4)植物油毛油的精密过滤、xxxx提取液过滤。已用于各种植物油毛油的精密过滤、多种xxx或动物提取液的精密过滤；

(5)果汁过滤。用于果汁和蔬菜汁的精密过滤,作为超滤前的预处理；

（6）有色金属过滤。早在高分子精密微孔过滤技术早期研制开发阶段,就着眼于有色金属工业中的应用,开发出翻转式快开精密过滤机,用于氢氧化钽与氢氧化铌的过滤与洗涤,有5与10ｍ2两种规格,全部为液压传动。这种型号的过滤机后来推广到超细硫酸钡的过滤与洗涤。精密微孔过滤机于2002年用于白钨结晶过滤,并开始用于仲钨酸铵结晶的过滤。早在1983年某有色金属厂就用高分子精密微孔过滤技术从废水中过滤五氧化二钒；

(7)废水过滤。重金属废水过滤:已大规模用于电镀、线路板或其他金属制品厂的含重金属废水处理,过滤中和法形成的铜、铬、镍、锌、铅、镉等离子的重金属氢氧化物;还用于分离草酸生产中形成的硫酸铅与草酸铅、磁性材料生产中的四氧化三铁、瓷瓶生产中的四氧化三铅等。非金属元素废水:已大量用于含氟废水过滤,水可全部回用。煤矿矿井废水:已大规模用于煤矿矿井水,过滤水中的煤粉与不溶性腐植酸等,水可全部回用。大型发电厂露天堆场煤产生的细煤粉废水:可使水回用,煤粉全部回收。

上述这些含杂质微粒较多,能很快形成一定厚度的滤饼, 有效克服了整体型滤布、滤网或滤毡在过滤前的微粒穿漏现象，精密过滤机底部均具有气动快开排渣底盖,当精密过滤机内所有微孔过滤管外表面所形成的滤饼依靠气体正吹法将其平均含水(液)量降到所需的数值后,应先以气动打开底盖,然后用压缩气体快速反吹法将所有滤饼反吹下来,通过排渣口落到精密过滤机外面。排渣后,利用气体与液体交叉反吹,将微孔过滤管再生。排渣与再生等操作均非常简便。应用证明，高分子精密微孔过滤技术的应用，满足了高效精密滤饼过滤的工业要求。　

2.2　含固体杂质较少的精密澄清过滤

在各种化工生产上,有大量液体原料(包括水)、液体中间体、液体产品及废水需要精密过滤,这些液体中杂质数量很少,往往形不成滤饼,但其粒度却非常细,许多微粒粘性还很大。对于这种物料,采用粗级过滤与亚精密过滤的过滤介质,过滤效率差,过滤精度达不到要求,如采用超精密过滤的过滤介质,虽精度可达到要求,但使用寿命短,操作费用太高。只有精密过滤的过滤介质才适合这类料液。由于高分子类微孔过滤介质比陶瓷类、金属类具有较多优势,比分散类深层介质具有更多优势,因此高分子精密微孔过滤技术已大量用于各种化工液体的精密澄清过滤。如工业生产用水过滤,工业冷却水循环过滤,氯碱生产上二次盐水过滤，多种有机酸与无机酸过滤,多种碱类液体过滤,多种糖类、醇类、酮类、胺类和表面活性剂类等液体过滤,多种精制植物油、酒类(包括药酒)及多种含悬浮物很少的废水的过滤等。实践证明，采用这种新型精密过滤技术,不消耗滤材，过滤效率均在95%以上，滤液的澄清度均很高,液体的透光率有的可达到99.8%以上，且过滤质量持续稳定，过滤成本低廉，凸显了高分子精密微孔澄清过滤的高效优势。此外,许多超滤、纳滤、反渗透、离子交换、电渗析、精馏、蒸发和结晶等化工单元操作之前,已越来越多地采用这一新过滤技术作预处理保护装置,以提高这些单元操作的效率及其设备的寿命。　

精密澄清过滤应用举例如下：

（1）液体原料的精密过滤许多精细化工产品的原料为液体,为保证化学反应产品的质量,需对液体原料先进行精密过滤。如制硫酸钡的原料氯化钡与硫酸钠,采用精密微孔过滤后,使硫酸钡产品质量明显提高。ＰＧ型精密微孔过滤机还用于许多其他液体原料的过滤,如制氢氧化铝原料之一的硫酸铝的精密过滤等；

（2）液体产品的精密过滤许多化工产品是液体,如酸、醇及各种溶液等。在产品出厂前需要进行终端精密过滤,以提高产品的澄明度,已用于许多液体产品的精密过滤。如山梨醇、聚丙烯酰胺等的产品精密终端过滤；

（3）结晶前液体的精密过滤结晶前,如对液体进行精密过滤,去除不溶性杂质,提高了液体的澄明度,则结晶产品的纯度就可明；

（4）生产用水的精密微孔过滤ＰＧ型精密微孔过滤机已大量用于生产用水的精密过滤。如水源是较干净的江湖水、水库水、自来水或地下水,直接利用精密微孔过滤机,可使水的浊度降到1ｍｇ/ Ｌ左右。这种水可直接用于生产,或继续通过电渗析器、离子交换器、微孔膜滤器、超滤膜滤器或反渗透器,做进一步净化。由于微孔管去除率高,又易于反吹再生,使用寿命长,这类预过滤可大大延长电渗析膜、离子交换树脂、微孔膜、超滤膜及反渗透膜等介质的使用寿命。如某一化学试剂厂制超纯水,利用ＰＧ型做预过滤,处理水量达30ｍ3 /ｈ。

（5）生活用水的精密微孔过滤江湖原水经絮凝与砂滤制成自来水,由于各种原因,进入用户的自来水的浊度往往较高。采用ＰＧ型微孔过滤机继续进行复滤,可使水的浊度降至1ｍｇ Ｌ左右。如果江湖水的水质较好,不必先做絮凝与砂滤,可直接采用微孔精密过滤机制取低浊度的水。微孔精密过滤处理江湖水,其生产能力平均为0 4～0 5ｍ3 (ｍ2·ｈ)。由于微孔管可用压缩空气反吹再生,使用寿命一般可达2年以上。

2.3　精密过滤在三废处理上的应用

（1）重金属废水的处理各种形态的重金属废水,如Ｎｉ2+、Ｐｂ2+、Ｃｕ2+、Ｃｄ2+、Ｚｎ2+、Ｃｒ6+及Ｃｒ3+等酸性重金属离子废水与ＭｎＳＯ4、ＣｕＯ、ＰｂＳＯ4等重金属化合物废水,均可应用ＰＧ型精密微孔过滤机进行有效处理。对酸性重金属离子废水需预先进行中和处理,然后进行精密微孔过滤(对Ｃｒ6+需先还原,后中和)。对中性重金属氧化物废水,一般只需进行精密微孔过滤即可。这些处理技术已在国内大规模推广应用,已连续应用10年以上。

（2）非金属有害元素废水的处理对氟、硫等元素,先经化学预处理,使之形成不溶性沉淀,然后采用ＰＧ型精密微孔过滤机,一次过滤就可达到排放要求,已成功用于一些厂含氟与含硫等废水的处理。

（3）除尘洗涤废水的处理湿法除尘后,一些厂采用自然沉淀池,占地面积大,投资大,由于沉降分离不xx,回用水易堵塞喷头;采用ＰＧ型精密微孔过滤机,过滤效率高,水质清澈透明,回用后不会堵塞喷头。本方法占地面积小,从ＰＧ型精密微孔过滤机就可直接排出较干的渣,已用于一些厂的烟尘废水的过滤。

（4）化工生产流失产品的回收许多化工生产的结晶或聚合物产品采用以滤布为过滤介质的各种过滤机,过滤许多微米与亚微米级的固体微粒穿漏滤布,无法回收,跟着废水流走,不仅财富损失,也污染环境。ＰＧ型精密微孔过滤机已用于回收化工产品,如ＴｉＯ2、Ｖ2Ｏ5及炭黑等。

（5）其他化工废水的过滤ＰＧ型精密微孔过滤机还大量用于乳胶漆废水,硫酸或磷酸废水,颜料废水等的过滤。微孔ＰＥ管还可用于曝气法处理化工等废水。微孔ＰＥ管是非常理想的气体鼓泡器,气泡细而均匀,溶解氧高,已用于石化生产上含油废水的曝气,处理后水中油质量浓度只有2～3ｍｇＬ,ＣＯＤ也符合排放标准。

（6）气流消声处理由于微孔ＰＥ管消声效果极好,压缩气体从储气柜直接向大气排放时,噪音可达100～120ｄＢ,如果通过微孔ＰＥ管排放,一般只有20～30ｄＢ。此技术已大量用于气动元件排气时的消声以及压缩气体向大气排放时的消声。

（7）气体除尘微孔ＰＥ管除尘效率非常高,如0 3μｍ的微粒,可超过99%,通气速度可达4ｍ3 (ｍ2·ｈ),压差只有0 01ＭＰａ左右,已成功用于一些化工生产上原料气体的除尘与除油水的过滤,连续应用10年多。只要气体温度不超过120℃,微孔ＰＡ管就可用于这些热气体的除尘过滤。

2.4　合成氨净化系统的精密澄清过滤应用

2.4.1　应用精密微孔过滤技术改造脱碳液过滤

湖南金信公司年产合成氨18万吨。净化气体脱碳工序采用改良DEA循环脱碳工艺。其脱碳液的主要技术参数为：①成份：K2O，210g/L、KVO3，8g/L、DEA，22g/L；②循环量：520m3/h；③温度：≤110℃；④杂质粒度：＜50um；⑤杂质含量：＜5g/L。

原装置对于脱碳液吸收CO2再生后的过滤，采用传统的活性炭吸附提纯，它存在三大不足：①过滤效果不佳、效率较低，且易饱和失效，因而填料更换频繁（每年必须更换一次）；②在新填料使用初期，脱碳系统易出现不稳定现象；③过滤能力受限，使净化系统气体处理量受到制约。

为解决脱碳液过滤的问题，该公司经过技术招标，采用了浙江温州东瓯微孔过滤有限公司提出的改造方案，即以精密微孔过滤工艺取代原活性炭过滤。过滤改造后的工艺流程见图2。该流程为旁路过滤方式，即逐步完成系统脱碳液清洁的工艺；改造中，根据脱碳液过滤特性试验选取了合适的微孔过滤参数；由于介质温度达110℃，为延长微孔管使用寿命选取了合适的微孔过滤参数；由于介质温度达110℃，为延长微孔管使用寿命，采用先冷却再过滤方案；为克服阻力，并提供过滤液压差，配置了管道泵；设计了空气和软水接口，当微孔管需要再生时，用空气或软水分别反吹（洗）或正吹（洗），使其再生。 

                          图2  脱碳液高分子精密微孔过滤工艺流程示意 

微孔过滤改造后效果很好。过滤精度达0.5um，分离效果可达96%以上，能满足脱碳液澄清过滤的要求；投运后，系统脱碳液能在较短时间达到清彻透明的理想状态。其运行情况参见表1。与此同时，操作、再生方便，避免了活性炭过滤的易饱和失效的难题，系统生产稳定。由于脱碳液品质提高，提高了其工作时的吸收效果，除每年可节约活性炭6t外，经测算，该技术的应用可提高生产能力1%，年新增收益在26万元以上，不到一年收回投资。

                       表1  脱碳液过滤效果、效率对比（新、老系统统计平均值）

2.4.2　 应用微孔过滤器改造铜氨液过滤

金信公司合成氨原料气体中的CO等杂质，经中压变换、甲醇合成塔反应吸收后，余下的约3%的CO在铜氨液洗塔（简称铜洗塔）中洗涤、吸收去除。上述铜洗塔内的洗涤吸收介质称为醋酸铜氨液（简称铜氨液），其工艺技术参数如下：①成份：Cu，2.2-2.5mol/L、NH3，10-13mol/L、HAc，2.2-2.5mol/L；②酸碱度：PH=10；③压力：0.20MPa；④温度：≤40℃；⑤循环量：54m3/h；⑥杂质粒度：＜50um；⑦杂质含量：＜5g/L。

铜氨液吸收CO还原、再生后，循环使用前，原系统在铜氨液循环使用前，一直沿用丝瓜络作为过滤材料以去除其杂质。它存在以下弊端：①过滤效果较差、效率较低。进铜洗塔铜氨液的品质长期不能达标，限制了该系统的气体净化处理量；②易引发事故。在丝瓜络使用初期，因其中含有较多的灰尘，加剧了铜氨液污染的程度。除降低吸收效果外，易引起铜氨液发泡，并易引发出铜洗塔净化气带液的严重事故；③使用寿命较短、更换很不方便。丝瓜络使用较久后，容易饱和失效，每年必须更换，不仅费力费时，而且检修现场卫生状况很差；④过滤效果不能适应铜洗塔内件由散堆填料改造为规整填料后对铜氨液品质更高的要求。
        为克服丝瓜络过滤工艺的严重不足，金信公司经过技术招标，采用了温州东瓯微孔过滤有限公司提出的改造方案，即将原丝瓜络过滤器更换成微孔管过滤器。其过滤工艺流程见图3。该工艺也采用了旁路过滤，即逐步完成系统铜氨液清洁的工艺；改造中根据用户铜氨液特性试验选取了合适规格的微孔管及其过滤器；由于系统待过滤铜氨液位差较小，为提供过滤压差，配设了小扬程管道泵；该工艺还配置了空气和稀氨水接口，当微孔管需要再生处理时，可酌情选择空气或稀氨水分别反吹（洗）或正吹（洗），达到去污和再生目的。 

                    图3 铜氨液高分子精密微孔过滤工艺流程示意 

铜氨液过滤器与铜洗塔改造同步配套完成，改造效果显著。主要包括：①过滤效果好，效率高(参见表12])。微孔管过滤粒度可达0.5um，分离效果可达97%以上，系统杂质含量下降明显加快，满足了铜洗塔规整填料改造后对铜氨液更高的品质要求，为提高铜洗塔的吸收效果、增加其气体净化能力创造了重要的条件；②出口铜氨液不发泡。由于微孔过滤后铜氨液非常清洁，未再因此而引发铜洗塔带液和再生系统运行不正常的事故，xx了安全隐患；③操作方便、再生简揵；④使用寿命较长。微孔管已运行3年多尚不必更换；⑤经济效益好。该改造与铜洗塔规整填料改造同步峻工后,由于进铜洗塔铜氨液质量和铜洗塔传质效率的大步提高,致使铜氨液吸收CO效率显著提高（参见表2），在提高了铜洗系统生产能力的同时，取得了显著的节能降耗效益，每年直接效益达220万元3],不到3个月即收回了改造投资。 

                            表2  铜氨液过滤效果、效率对比（1、2#系统平均值）

3　总结

　  新型刚性高分子液体精密过滤技术既可用作高效液体精密滤饼过滤,也可用作高效液体精密澄清过滤。由于其过滤效率高,卸除干滤饼与过滤管再生效率高,操作简单,耐化学性能好,使用寿命长,与陶瓷、金属过滤介质相比，具有明显的综合优势，是对传统的精密过滤技术的重大革新，在各种工业特别是化工生产中具有很好的应用前景。只要选型（包括供应商）适当、设计合理、操作规范，可取得良好的经济效益。

                                              参考文献

1. 宋显洪、宋志黎， 化工生产上的液体精密过滤与{zx1}过滤技术，化工装备技术，2003，第3期。

2. 孙斌、何杰、宋志胜，合成氨铜洗系统的综合改造，化肥设计，2004，第1期。

3. 孙斌，规整填料在铜洗塔改造中的应用，化工装备技术，2003，第4期。