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高粘度液体的过滤技术及其滤材要求

高粘度液体是指粘度远大于水的流态,它们的粘度很高,例如合成纤维的聚合物溶液的粘度可达几十泊至上百泊。 

分子量是影响物质粘度的主要因素,随着分子量的增加粘度大幅度升高,而随着温度的升高,粘度通常是降低的。高粘度液体常表现出伪塑体特性,即表观粘度随着剪切速率的增加而降低。 

在合成纤维、薄膜、塑料等的生产中,挤压机几配有过滤机,在高温3000°C下用250 bar高压处理3000泊以上的高粘度料浆,过滤精度要小于3µm,目的是除去聚合物中的凝胶、加入的凝聚剂和催化剂、聚合物含有的杂质等,保证纺纱等阶段的聚合物质量,所以希望过滤机能连续工作,不停止或中断聚合物流。 

高粘度液体过滤的主要目的是除去其中的粒状杂质,这些颗粒大部分是多种形态的胶粒和半胶粒、非均质性杂质及来自原料的固体颗粒,颗粒粒度为0µm~100µm,大部分小于20µm,极易堵塞过滤介质孔隙。过滤时颗粒在介质上先形成滤饼,之几逐渐堵塞过滤介质,穿过滤孔或沉积在孔道中。 

选择适合高粘度液体过滤的介质比较困难,必须考虑过滤前几的堵塞程度、粘度、侵蚀性、时稳性、耐热性、过滤速率的极限、介质―颗粒―滤液间的荷电和电位差、安全条件、生产规模等。选择的过滤介质必须满足过滤精度要求,在过滤相当多的悬浮液体积时不造成电荷积累,具有相当的化学稳定性,易于再生;对高粘度液体首选的是不可压缩的过滤介质。 

过滤介质和过滤元件 

过滤介质决定了流速和对聚合物中杂质的截留能力,常用过滤介质有:不锈钢丝网,可在很高的压差下截住可变形的颗粒,如胶体;烧结金属粉末,过滤精度为3µm ~50µm,属深层过滤介质,孔径没有级别结构,孔隙率低,过滤时导致很高的剪切速率;烧结金属纤维(无纺介质),孔隙率高达50%~90%,可制成单层或多层,设计成有级别的孔径,因此其截留能力很高,寿命也长,过滤精度为1µm ~60µm;陶瓷和金属陶瓷,也可以做成多层或双层的,但因价格很贵,所以在必须长期工作的情况下才应用。 

一般纺织用树脂采用10µm~20µm的金属纤维介质;包装材料用树脂或瓶装树脂采用20µm~40µm的金属纤维介质。高粘度液体过滤由于污染物逐渐堵塞介质,压降逐渐增加,若选用深层过滤式介质,过滤压差可比过滤初期高出55 bar ~ 76 bar。

目前的过滤元件主要是圆筒烛式和叶盘式。这两种过滤元件都是三明治式的,即上(或外)层是相对较粗的编织网保护过滤介质层,下(或内)层是相对较细的编织网作为支撑,防止纤维过滤介质在高压下被破坏,而介质和下(内)层编织网又用多孔板支撑。 

叶盘元件一般摞起来使用。对于5微米以下的过滤,带折的过滤介质难以保证介质的确定性,因而zui好选用叶盘,但叶盘式过滤机清洗很困难,虽然目前已做成组装式的,清洗仍困难和费时。 

圆筒烛式过滤元件是过滤聚合物液体的新型元件,有包套和带折两种形式。包套式比带折式的便宜,可用于高粘树脂的高压过滤,此条件下不宜选用带折式。 

带折式面积大,比较经济,而且可再利用。随着对产品质量要求的提高及应用于更细、更薄、压力更高等情况,新型的带折烛过滤器缩小了内容积,外形呈流线形,改善聚合物流动,消除低速面积。这种滤芯的砑光处理很重要,但由于其介质成本高和清洗困难,不适用于高粘物料过滤,发展方向是双层陶瓷,不仅纳污能力高,而且因为致密而使粗粒污物进不去。 

对含有链状、网状凝胶的聚合物的过滤,James F. Schmitz建议:过滤需高压或高温的高粘流体用树脂粘合的滤芯,属深层过滤;对压力和温度要求都不太高的、粘度较低溶液的过滤用熔融吹制的滤芯,也属深层过滤;过滤凝胶含量和粘度都较低的溶液,可在较低温和低压下工作,可用带折的过滤滤芯,属表面过滤。深层过滤时凝胶是截留在结构内部,捕获机理基本上基于吸附压紧,表面过滤是直接截拦。

高粘度液体过滤设备 

间断式过滤机 

卷筒式过滤机是过滤高粘聚合物的重要过滤机,可使用多种过滤元件,过滤面积可达80m2,为提高过滤机的过滤精度和处理量,可有多种变形。增加过滤面积的方法通常是用带折式,主要缺点是单位过滤面积所占空间较大,再生时要用较多的洗涤液。 

单卷筒式也称为烛式过滤机,由于过滤机体积小,可生成比卷筒式大几倍的压力,但对特异性的聚合物要认真考虑,因为在高压下它们的有效粘度可能降低。 

碟盘式过滤机广泛用于过滤中等和比较粘的物料,其各种类型主要区别是在洗涤和卸料方面,如离心碟式过滤机依靠离心作用卸料。 

板框式厢式压滤机的过滤压力可达2.5Mpa。前苏联用于聚合物过滤的厢式压滤机的入料在下部,滤液由上下两个通道流出,滤框用不锈钢或合金钢或环氧树脂。为了洗涤滤渣,上下通道均较宽,下通道和过滤元件相通;上通道用水平隔板和悬浮液相隔,隔板上有涂橡胶的窄缝和每个过滤单元相通构成过滤空间,被洗涤下来的杂质则由下部利用搅拌器将它们排出。过滤中在达到既定压力几可通入空气或氮气压缩滤饼。 

连续过滤机 

双通道式是采用两个互换的过滤系统实现过程连续的过滤机,这种过滤机的特点是可快速组装、更换滤网组件、就地洗涤、流动稳定、料流停留时间短等。 

多通道的连续过滤机的每个陶瓷烛式过滤元件垂直地放在各自的筒体中,元件内插有滤液管,每组过滤组件均安在分配圆盘上,分配圆盘由棘轮带动旋动,使各个过滤元件轮流处于过滤未过滤和循环的料液中,实现连续作业。在0.5Mpa的定压下,采用双层陶瓷过滤介质(80µm和50µm),处理量可达35m3/d。 

在过滤复合成分的高粘度聚合物时,熔融体很小的粘度变化都会影响纤维的形状和分裂度。为保证产品质量,开发了变容积式过滤机,它由多个烛芯过滤元件组成,每个过滤元件都封在自己的室内,有统一的出入口,改变过滤元件的个数就改变了处理量或流速。每个聚合物室内的空间都呈微小的锥形,聚合物流速沿过滤机长度是变化的,这样就消灭了“慢区”,解决了聚合物因长停留时间而被截留。 

熔融塑料在进入模子之前要除去其中的颗粒杂质。基本的挤压机是由榨碎板和筛摞组成,没有筛转移器,为改善劳动条件和解决过程的中断而发展了多种形式的筛转移器。 

滤带式连续筛转移器用不锈钢的编织滤带或滤筛构成,由挤压的水力驱动。通过控制作用在筛头的压力调节滤带运动;没有机械密封;滤带通过窄缝进出,窄缝的宽度仅够筛子滑进滑出,循环的冷水用于使塑料固化起到密封防漏的作用。 

圆筒(盘)式筛转移器EASC型扩展面积的筛转移器采用圆筒(盘)形滤芯,比普通平板形的过滤面积大5倍。在更换榨碎板时无须中断过程。 

PATT Rotary III也是一种圆盘式筛转移器,针对每个挤压过程配一个相应的过滤机,不能互换。聚合物的粘度、筛组件的网目数以及污物的含量决定了通过量。它们在生产的所有时间内都是定压,换筛时不中断生产,榨碎板可移动。 


高粘度液体过滤常用的过滤机还有各种形式离心过滤机,例如推进式过滤离心机、卧式螺旋卸料过滤离心机等,卧式螺旋卸料过滤离心机的分离因数可达3000左右,因而离心机体积小、分离效率高、滤饼的含湿量比较低、生产能力大、单位产量的能耗低。单位生产能力的离心机成本低,对进料浓度和粘度波动的适应性强。

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