熔体过滤器被广泛运用在聚酯和纺丝生产中, 其主要目的是除去熔体中的固体杂质, 提高产品质量, 为下游工序提供合格的原料, 保证下游工序的正常生产。正确选用熔体过滤器, 不但可以提高聚酯熔体的质量, 同时也为纺丝的正常生产创造条件。本文着重介绍过滤材料的选择和过滤单元的设计。

1　过滤器的选择

熔体过滤器主要的被过滤物是二氧化钛、凝胶及其他固体残余物。聚酯和纺丝生产中的熔体过滤器应具备下列特性:

①双腔夹套滤室, 一备一用, 带内连换向阀,保证连续操作; ②切换时熔体输送平稳(最小压力波动) , 保证纺丝位不断头; ③过滤材料应与熔体过滤器的设计参数相匹配, 并且保证有一个长的使用寿命; ④过滤单元的设计和结构能使流量分配均匀, 一旦合适的过滤材料选定(过滤精度、过滤材质) , 就必须考虑过滤单元的结构。用户在选择过滤器时有很大的风险, 如果过滤材料和过滤单元结构选择不当, 将引起纺丝工序中丝束断头和组件更换频率的增加, 造成损失。所以在选择过滤器内件时, 必须考虑以下4 点:

①过滤材料的特性(例如: 孔隙率、透气率、除杂能力等。) ; ②过滤材料的来源; ③过滤单元的制造组装质量; ④过滤单元的布置。

上述4 点是互相联系的, 在选择过滤器时必须统一考虑, 以保证纺丝生产的质量, 减少停车时间和操作成本。

2　过滤材料的选择

过滤效果是选择过滤材料的{wy}依据。它将影响产品质量、过滤器在线使用寿命和操作成本。所以, 在选择过滤器时, 首先必须选择合适的过滤材料。

聚酯及纺丝工艺中, 所选择的过滤材料还必须满足生产工艺要求, 能够承受高温、高压差和高粘度, 保证过滤材料不与熔体及今后清洗时使用的化学品进行化学反应, 另外, 还要易清洗、可重复使用。根据上述特点, 不锈钢(OCr19N i9 或OCr17N i12Mo2)成为熔体过滤器制造商最常用的材质。

金属过滤材料的特性通常有4 方面: 孔隙率,透气率, 除杂能力, 在线使用寿命。金属过滤材料一般有3 种: 钢丝网布(Ⅰ ) , 烧结粉末金属(Ⅱ) ,烧结金属纤维(Ⅲ)。其特性比较见表1, 使用寿命

比较见图1。

通过对3 种过滤材料的特性比较[ 1 ] , 可以发现, 在相同过滤精度下, 烧结金属纤维是熔体过滤器过滤材料{zj0}的选择。因为它具有深层过滤特点, 能够提供较长的在线使用寿命, 过滤精度很高而产生的压力降又较小, 除杂效果好。最近几年在实际生产使用中也表明: 烧结金属纤维与其它两种过滤材料相比, 能够显著减少纺丝断头, 提供超长在线使用寿命。

 表1　3 种过滤材料特性的比较

过滤材料       孔隙率(%)                                    透气率                         除杂能力                                            

                                                            (dm·m in- 1@200Pa)           (mg·cm- 2)

  Ⅰ                   52                                              36                                    2.5

  Ⅱ                   45                                              19                                   5. 4

  Ⅲ                   74                                             138                                  12. 5

注: 过滤精度15Lm。

 图1　3 种过滤材料使用寿命的比较

3　过滤单元的设计

过滤材料选定以后, 考虑相应的过滤单元的。在过滤单元的设计中还必须满足聚酯生产工艺要求, 包括压差超过20 M Pa、温度超过330℃、增加过滤面积、延长在线使用寿命和整体使用时间、耐生产和清洗中相应试剂的腐蚀性。当前聚酯生产中广泛运用的过滤单元结构是烛芯式(见图2)。

图2　烛芯式过滤单元结构图

1. 金属护套; 3. 锥形接头; 4. 多孔中心圆柱;

烧结金属纤 维夹在钢丝网之间

　 烛芯式是一种比较新型的过滤单元结构, 把过滤材料夹在精密钢丝网之间, 主要是为了保护过滤材料, 防止它在清洗或运输过程中遭到损坏,然后包围并固定在多孔的中心圆柱上, 两端有刚性接头, 一端是有螺纹出口接头, 另一端是封闭的锥形接头。多孔中心圆柱用来防止在操作压力超过10M Pa 时过滤材料的结构不被毁坏。组装时,出口接头与安装板连接, 锥形接头与定位板连接,使滤芯按一定的要求布置, 同时避免有侧向力时滤芯发生弯曲。多个滤芯在安装板和定位板之间组装完毕后, 就形成一个“滤芯束”, 组装好的“滤芯束”放在相应大小的过滤腔体内供下道工序使用。

烛芯的结构又可分为缠绕式和打褶式。缠绕式烛芯由一片带有上下游支撑网的过滤材料缠绕在多孔的中心柱上。这种型式的滤芯比打褶式要便宜, 但过滤效果要差一些。相同大小的滤芯, 打褶式的过滤面积要比缠绕式的过滤面积大三倍,但投资仅增加20%～ 25% , 很显然, 相同过滤面积的过滤器, 缠绕式的投资要高得多。每根滤芯的过滤面积少, 需要更多的滤芯, 其结果是过滤器的体积大、投资高。同时, 滤芯的增加势必加大清洗的工作量, 操作费用也将大大提高。

由于单位体积过滤面积大、综合经济效益好,打褶式烛芯得到广泛推广。所谓打褶式的烛芯, 就是把平整的过滤材料(包括内外表层钢丝支撑网)通过特殊设计的打褶设备打褶。打褶设备在打褶时, 对金属纤维过滤材料所产生的应力要控制到最小, 过大的应力会导致过滤材料的疲劳和磨损。打完褶后要进行挤压, 使褶与褶之间尽可能的靠近, 以获得{zd0}的过滤面积, 提高打褶处的轴向强度, 使之能承受大于17. 5M Pa 的压差。挤压完后, 整个滤网呈圆柱状地抱住中心圆柱, 通过焊接

把滤网固定在中心圆柱上。两端焊上出口接头和锥形接头, 一个滤芯制作完成。由于打褶式滤芯在各个领域的广泛使用, 制造商根据用户的要求不断的改进自己的设计, 消灭了低流速区域, 逐渐形成了今天的标准设计。

4　过滤单元的布置和安装

过滤单元(滤芯) 的结构选定后, 必须进行滤芯布置的设计。通过计算机模拟确定安装板上开孔的排布和滤芯布置可以优化整个被过滤熔体的流量分配, 保证流入每个过滤单元的被过滤介质的流量分配均匀。这是一个复杂的函数, 分别与容器的内径、滤芯的数量, 滤芯的几何结构, 工艺流程和流体的特性有关[ 2 ]。通过计算机模拟设计, 可以降低压力降, 延长在线使用寿命, 减少停留时间, {zd0}程度地利用好过滤材料, 让杂质沿着每个滤芯均匀分布, 使滤芯清洗更容易。

5　结语

a. 为了对众多的过滤材料进行有效比较, 选择{zj0}的过滤材料, 要熟悉过滤材料的基本结构和操作特性(如除杂率、渗透率和在线使用寿命等)。

b. 过滤单元的结构初步由所选过滤材料的

过滤精度来决定。对于聚酯装置中的熔体过滤器,推荐使用烛芯式过滤器, 如果要增加过滤面积, 可采用打褶式滤芯。另外, 焊接技术的好坏将直接影响过滤材料的使用性能和过滤单元的使用寿命。

c. 滤芯布置是否优化将影响过滤系统的使

用性能, 通过计算机模拟技术, 可以优化滤芯的布置, 确保最小的压力降, 最短的停留时间, 最长的在线使用寿命。