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1、化工部西北化工研究院李惠仁介绍了难过滤性物料过滤中常用助滤剂的类型、 性能、 使用方法以及助滤剂的选择依据, 并列举了工业实例。关键词助滤剂、 过滤是一种帮助过滤的物质, 它只起强化过滤的作用, 过滤过程中不发生任何化学变化。 随着工业的不断发展, 需要进行过滤的物料日益增多。 据有关资料报导, 经过滤分离的 物料可达 1800 余种, 其中不少属难过滤物料。 解决难过滤的问题, 主要是靠助滤剂来强化过1概述过滤是利用介质 (多孔物质) 将悬浮液中 固形物截留形成滤饼, 而液体则穿过介质被澄 清, 由此达到液固分离的目的。 该过程为机械分离操作,是一个物理过程。 助滤剂顾名思意u m F 正向
2、(uF 增大) 操作时“最小流化速度”, m sum S最小喷动速度, m su 0 0F uF = uF um Fu 0 0SuS= uSum Fxeq、xex 方程计算值与实验值P 颗粒真密度, k gm 3g 气体密度, k gm 3气体粘度, P as( 0) 床层( 静止) 空隙率颗粒球形度参考文献童景山, 张 克. 流态化干燥技术. 北京: 中国建筑工业 出版社, 1985.H e il C , T e ls M . C an J C h em E ngng, 1983, 61 ( 3) : 331Su tau to W , Ep ste in N , G race J R. Po
3、w de r T ech , 1985, 44 ( 2) : 205L im C J , G race J R. C an J C h em E ngng, 1987, 65 ( 3) : 366F illa M , M a ssim illa L , V acca ro S. C an J C h em E ngng,1983, 61 ( 6) : 370O laza r M , San Jo se M J , A guayo A T e t a l. C h em E n2gng J , 1993, 51 ( 1) : 45O laza r M , San Jo se M J , A gu
4、ayo A T e t a l. C h em E n2gng J , 1993, 51 ( 1) : 53Ya te s J G. F undam en ta ls o f F lu id ized - bed C h em ica lP ro ce sse s. Sc r ibe D e sign, G r illingh am , Ken t, 1983 (p 10)J Y D ay, H L it tm an and M H M o rgan e t a l. A n ax2 isymm e t r ic m o de l fo r f lu id f low in th e annu
5、 lu s o f a spo u t - f lu id bed. C h em ica l E ng inee r ing Sc ience, 1991,46 ( 3)图 12 喷动-流化操作与流化操作时 PB L 0 与 uF 关系曲线11、2喷动- 流化操作3流化操作23符号说明D C 床内径, md0喷嘴内径, m45dp (d 颗粒 平均 粒径, mp )( )6dSV dSV = dp , m5ln PB L 0()d ln PB L 0()KP KP =75 nuFld lnuFuSL (L 0) 物料层( 静止) 高度, mQ F、Q S环形区、喷动区气流流率, m 3s u
6、F、uS环形区、喷动区表观气速, m suT uT = uF + uS, m 3sum F 最小流化速度, m s89滤, 另外是开发新型过滤装置。 助滤剂中用量最多的是硅藻土助滤剂, 占助滤剂总量的 50% 以上, 而且使用十分广泛。 我国用量最多的是 轻工业系统, 如啤酒、 饮料、 制糖等行业, 年 耗量万吨左右, 日本硅藻土助滤剂年耗量约 8万吨, 可见对助滤剂需求量之大。 由于助滤剂的品种和规格较多, 在使用时必须进行适当的选择。2助滤剂的分类及使用211 助滤剂的分类 把常用的助滤剂按其材质分类如下:表 1助滤剂的分类及其特点小, 是较理想的助滤剂。藻土相同。212助滤剂的使用对粘性
7、和固形物分散度高的悬浮液, 过滤 时往往在介质表面形成一层糊状物, 使过滤速度很快下降, 过滤周期非常短, 给过滤操作造 成困难。 在这种情况下, 使用助滤剂来强化过 滤是一种行之有效的方法。21211 助滤剂在过滤过程中的主要作用(1) 由简单表面过滤变为深床过滤, 可得 到高质量的滤液。(2) 可防止过滤介质被污染。由于助滤剂 把介质与过滤原液隔开, 可阻止原液中的固形物的细微粒子与介质表面接触, 这样既减少介 质污染, 又能防止固形物进入介质孔隙, 由此 避免了介质孔隙的堵塞现象, 这样可延长过滤周期和介质使用寿命。(3) 可增加滤速。因过滤原液中渗入助滤 剂, 使形成的滤饼疏松; 又因
8、助滤剂是多孔性 物质, 可加大滤液通道, 这样降低了过滤阻力, 使过滤速度增大。21212助滤剂的使用方法2121211预涂法液管道, 待助滤剂浆加完后循环至滤液澄清即预涂完毕。混涂法: 将助滤剂加入母液槽进行循环直 到滤液澄清, 即完成预涂。2121212掺混法 这种方法与混涂法相似。 系将助滤剂掺入悬浮液中混匀后直接过滤。 通常在悬浮液浓度较稀, 而且夹带的固形物粒子较粗的情况下采 用此法。2121213综合法 综合法是将预涂法与掺混法综合起来进行的。 先进行预涂, 然后再掺混过滤, 是使用助 滤剂进行过滤最常用的方法, 它既能使过滤过 程有较长的过滤周期, 又能得到澄清的滤液, 可确保过
9、滤的精度。在工业中使用助滤剂时, 硅藻土和珍珠岩 二种助滤剂对上述三种方法都适用, 而其它助 滤剂一般都采用掺混法进行过滤。213几种常用助滤剂的物理性质 日本硅藻土助滤剂分粗、 中、 细三级, 美国、 联邦德国、 中国只分粗、 细二级。 粗的呈类 别主要成分 %滤饼堆比重 gcm 3粒度 特点硅藻土S iO 2 809501250135240为形状复杂的多孔物质, 非压缩性, 化学稳定性高, 溶解度极珍珠岩S iO 2 约 7001150129240堆比重比硅藻土小, 溶解度与硅藻土相同。纤维素含纤维素9915% 以上01140132直径 1520长 50100具有可挠性和压缩性, 形状细长
10、, 可完全燃烧, 溶于强碱。石棉硅酸镁01220132( 与硅藻土混合)长 1000 左右可挠性和压缩性与纤维素相同, 呈细长粒状物, 可溶性与硅炭素炭素01250132150 目 16% 20%200 目 45% 50%320 目 50% 70%耐强碱, 可完全燃烧。助滤剂厂,江苏常州武进助滤剂厂、 吉林长白表 2硅藻土助滤剂的性质(日本)表 3珍珠岩助滤剂的性质 (日本)表 4纤维素助滤剂的性质 (日本)5 以下012031525174115131 以下0196表 5国内硅藻土助滤剂状况随县片状产地山东 临朐县浙江 嵊县吉林 海龙县吉林 长白县四川米易县 新民村四川米易县 四汉沟吉林 桦甸
11、县吉林 抚松县湖北色泽、质地白色 片状灰白色 片状灰、灰褐色 块状白灰色 块状灰白色灰白色白色 块状灰色S iO 2 % F e2O 3%烧 失 重 %堆 密 度 gcm 3孔 体积 cm 3 g比表面积 m 3g原土精土原土精土原土精土原土精土原土精土原土精土原土原土原土7415431945166014301486419861531110012911406511641802191015701604614861960193311014511355712751931130192013401984610881470134014501239217501502108013201451011931960
12、117313110021186716811945123016401603310851580100201500179431070180213551980163371178190010641550152017657157310751155175015458109013016231692117711701710173212主要孔半径5005000500080005000800050050005007000100080005004000500500050040005005000500_70003000性 质助滤剂5- A10- A20- A10- B颜色水分%堆 密 度 gcm 3滤饼堆密度 gcm
13、3白色5 以下01150122白色5 以下01250124白色5 以下013 以下0128褐色0125粒 度 分 布目, %250250200200150150100100505090% 以上通过介质孔隙3016101111161315281950301213142918261710044152518100100pH 值 灰分%滤饼毛细管孔径 过滤速度系数7013 以下7112147013 以下5131157013 以下41811468417项目分类t 31#t 34#粒 度 分 布, %50504040_ 3030202010105522216215414101940152619418114
14、212311315211237152814016真 比 重 滤饼堆密度 gcm 3 过滤速度系数 滤饼毛细直径 21201221104152120116112611pH 值 颜色89白色化 学 组 分%灼烧减量S iO 2F e2O 3A l2O 3C aO M gO11177160191413017015品 种分类化学组分 %粒度分布 , %pH过滤速 度系数滤饼毛细 管直径 粒度灼烧减量 S iO 2 A l2O 3F e2O 3 C aO M gO50 50 40 40 30 30 20 20 10 10 5 5S U S J t 900#S U S J t 800# S U S J t
15、 1100# S U S J t 700#S U S J t 600#S U S J t 500S#S U S J t 500#S U S J t 200#S U S J t 100#最粗 粗 粗 粗中粗中粗 细 最细 最细012 8910 415 113 018 015012 8915 714 113 019 018012 9317 318 110 014 015012 8912 512 117 019 016012 8915 715 110 014 015012 8915 714 113 019 018012 8915 714 113 019 018012 8915 714 113 019
16、 018013 9110 513 112 019 0182318 716 1419 1919 3113 115 1101017 417 715 2218 4110 1019 214911 816 1117 1718 3313 1218 6171811 317 910 1319 3214 1714 5151717 617 916 1317 2614 1714 815916 413 516 1414 4019 2011 5110 012 118 515 4617 4012 516212 917 4017 47141419 1112 1712 5717812710818816818710710710
17、61251021521421311811501901250107915615610519414510319117018表 6原料及产品的主要化学指标 (表 67 为云南腾冲助滤剂)%表 7物理性能助滤剂。亦可选用硅藻土的代用品珍珠岩,它具备硅藻土的过滤性能, 但来源没有硅藻土 充足。如果过滤所需要的有价物是滤饼, 最终还必须从滤饼中把助滤剂除掉才能得到纯净的固 形物, 这种场合若采用硅藻土或珍珠岩, 则将其 从滤饼中分离出来较困难, 故一般不被采用。若选用纤维素或活性炭粉作助滤剂较适合, 因这 二种助滤剂可通过加热燃烧的方法从滤饼中全 部清除, 因此可得到单一纯净的固形物。在有色 金属冶炼和废
18、触媒的金属回收中常被采用。有时为了改善滤饼的强度, 防止滤饼开裂造成滤液通道短路而影响过滤精度, 往往在硅 藻土或珍珠岩助滤剂中混加 13% 的纤维素 或石棉纤维, 可大大改善滤饼的性能。 但食品 饮料行业严禁使用带有石棉的助滤剂, 这一点 在食品饮料行业选用时必须引起高度重视。对于酸性物料过滤, 因硅藻土和珍珠岩助 滤剂中含有微量的氧化铁和铝, 如果对滤液要 求较高, 不允许含有微溶组分存在的话, 可选 用酸洗处理过的硅藻土助滤剂, 这样可避免微 溶组分进入滤液, 以提高滤液的纯度。对碱性物料的过滤, 由于硅藻或珍珠岩在N aO H、KO H 和所有强碱中有一定的溶解性, 即使预先对助滤剂进
19、行碱洗处理, 也是无效的, 这种情况下一般不采用硅藻土和珍珠岩二种助滤剂, 而是以碱性盐类的结晶代替上述二种助 滤剂的方法进行过滤, 如果要采用助滤剂, 只 能选用纤维素。312依据悬浮液的特性来选择表 7-粒度分布1表 7-有害元素243助滤剂的选择助滤剂的选择,主要依据过滤目的、 待滤物料的特性以及使用的过滤介质等来确定助滤剂的种类、 粒径及添加量, 以达到理想的助滤 效果。311依据过滤目的选择 过滤的目的是将悬浮液中的固相与液相分开, 有的是为了得到澄清的滤液, 有的是需要固形物形成的滤饼, 或者滤液和滤饼都回收。 工业过滤的很多场合是舍去滤饼而净化液 体的。 如果是为了得到澄清的滤液
20、而且需要较 大的过滤速度, 可选用硅藻土助滤剂, 它本身元素 助滤剂P b ppmA s ppmH g ppmC d ppmB a加 SO - 2国外标准 M h 助滤剂 M m 助滤剂 50 50 50 211 20101501032 201000100无混浊 无混浊 无混浊百 分 比 粒级 型号 40M h - 1M m - 1101141516914150841042214601003415010038140100项目 型号真比重gcm 3比表面积m 2g相对 流率堆密度gcm 3M h - 1M m - 121511981185710347025001390115项目 型号颜色白度相对
21、 澄清度150 目筛 余物%M h - 1M m - 1白色 粉红 857050 9053化学指标产品或原料S iO 2%F e2O 3%A l2O 3%C aO%M gO%pH盐酸可 溶物%水溶物%干燥失重国外参考标准 日本硅藻土原矿 云南腾冲原矿M h 助滤剂M m 助滤剂 85861086109615386197911229010094178 2116011611000151019101620188 651801534172217241932161314601701701010150112015101160128 01601290015901120130012101315_ 861671
22、56147 211271148 101310127 301060125 1进入纤维缝隙后, 大大降低了过滤速度, 即使度,将更有利于过滤。增大压力也无济于事; 更主要的是造成介质污染, 使介质再生困难, 严重影响介质的使用寿 命。 在这种情况下采用助滤剂可解决其难过滤 性, 预涂可防止介质污染; 掺混可增大滤液通 道, 加快滤液流速。313不同物料对助滤剂的规格及添加量的选择 工业中使用助滤剂进行过滤的物料是多种多样的, 现将常见的工业应用实例列于表 8, 但 实际使用中, 物料的性质有很大差别, 表中例 子仅供参考。 最好在选用时通过小试以确保工业应用的效果。表 8助滤剂添加量实例 (硅藻土
23、助滤剂)4结语助滤剂在解决工业中难过滤物料的过滤问 题起着很重要的作用, 针对物料特性, 在使用 中对助滤剂品种、 规格及用量作适当的选择是 非常必要的, 以便使过滤操作更为经济、合理, 达到满意的效果。 由于国内对助滤剂的研究工 作做得不多, 至使目前助滤剂的品种较少。 开 展助滤剂的研究将是一项很有意义的课题。0101016参考文献1 别册化学工业, 1984,2 尤兆玮等. 流体工程,28 ( 1)1988, 16 ( 1)3 李惠仁等. SYG 型硅藻土过滤机技术鉴定报告, 19904 别册化学工业, 1992, 35 ( 3)5 李惠仁. 流体机械, 1994, 22 ( 6)对于固形物少而细小的场合可选用规格较工业部门过滤物料所用助滤剂使用量%粗中粗细精制糖洗糖液( 低浓度) 洗糖液 再溶解糖012018015115011012石油从润滑油中脱除白土 油水乳浊液分离012210012210啤酒麦汁 发酵啤酒 精滤011012011011501020104油脂加氢后滤除镍触媒012014油漆调合清漆中除去胶质 从溶剂中除去胶质011018310510水处理游泳池水 造纸厂白水 废水再利用 自来水010010110102501101006012干洗溶剂回收10k g 衣服加 73g金属电镀电镀液回收通常只进行预涂医药抗生物质011210食品除去各种杂质011210