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工艺过滤机的新进展

作者: Ken Sutherland    来源: Ringer

Ken Sutherland介绍了固体回收领域所用的工艺过滤机的发展情况。

有些过滤设备能够去除液体中的少量悬浮固体, 还有一些能够去除高浓度的悬浮固体。这一过程被称作固体回收, 这种过滤设备被称作”工艺过滤机”。

固体回收一般是指从上一个处理过程的载体溶液中分离出有用的固体。可是, 不要忘记许多生产过程产生的废物多为污泥或泥浆, 首先必须将固体从中去除, 才能进行回收或处理。

回收一般是指从悬浮液中尽可能多的回收有用的材料, 并尽可能减少滤出液中的微细颗粒的损失——因为这相当于产量的损失。

[本文所用名词”工艺过滤机( process filter) 相对于”通用过滤机( utility filter) ”而言, 是一种比较狭义的定义。在后面的案例中, 它指工艺生产过程所使用的所有重要的过滤机”, 也就是说, 许多净化用过滤机将被包括进这一广泛的定义内。]

固体回收过程所采用的过滤机类型比其它领域多得多, 主要原因是从过滤机内部去除回收的固体非常困难——固体的处理总是比液体更难。尽管过滤机类型多样, 可是用于固体回收的设备总量只占过滤和分离市场的一小部分, 稍稍超过30%, 而用作净化的过滤机几乎占70%。

在饮料行业, 压滤机一直用于液体产品的最终净化
几乎所有的回收过程都是在液相进行的, 它是工艺过程的一部分。

这涉及到大多数过滤行业最重要的一个特征: 应用技术的重要性。流程工业所采用的设备都要有性能保证, 因此设备供应商必须具有一定的技术能力, 以保证其设备具有良好的性能。过滤行业能够分为拥有先进技术的供应商和提供标准产品的供应商。从极端角度讲, 一方面是为特殊应用制造大型压滤机的制造商, 另一方面是在线过滤器( 其运行性能当然重要, 但成功与否多取决于买方而非卖方) 供应商。

设备类型

过滤设备的类型包括:

◆ 过滤网, 用于脱水和分类;
◆ 重力和真空驱动的平床过滤机;
◆ 间歇式和连续式真空过滤机;
◆ 压力容器过滤机( 即包含一系列过滤组件或密封在压力容器内的过滤设备) ;
◆ 压滤机, 指各种简单的板框式压滤机, 包括塔式压滤机;
◆ 变量过滤机, 例如管式压滤机。

这些过滤机中有很多已经应用了很长时间, 工程师可能不难辨别出它们之间的差别。生产这些设备的公司与其它设备制造商都经历了同样的经济周期, 必然也面临过兼并和收购的压力。许多公司发展到了今天, 虽然所有者有所变化, 但依然完整延用了原来的名称。

最近几年所发生的一些变化有:

◆ Mahle集团收购Amafilter;
◆ FLSmidth收购Dorr Oliver和Eimco;
◆ Clarcor收购Niagara Screen Products;
◆ 威立雅向西门子出售USFilter;
◆ Larox收购Outokumpu的过滤业务;
◆ Andritz收购Baker Hughes的Bird/KHD过滤机和离心机业务;
◆ Dover Resources收购Groupe Aoustin;
◆ de Dietrich收购Rosenmund。

滤饼过滤

早已有人指出, 工艺过滤的复杂性很大程度上是因为要去除累积的固体。流体中的固体一般会在过滤材料的上游表面聚集形成滤饼。实际上, 滤饼是大多数过滤循环中的有效过滤材料。大多数净化用过滤机的滤饼非常薄, 因此它们的性能一般能够由过滤材料的特性来决定。而回收用过滤机则需要解决滤饼问题。

过滤过程中, 滤饼的形成、 聚集和去除方式决定了过滤器的结构及其运行效率。运行过程可能包括滤饼的冲洗和滤液的排出, 然后是滤饼的彻底脱水。

许多生产过程产生的废物多为污泥或污水, 必须从中去除固体, 才能进行回收或处理。
滤饼充分清洗并脱水之后, 必须从过滤器上去除, 同时尽量不要破坏积聚的材料和过滤器内部( 包括过滤材料) 。板框式压滤机、 塔式压滤机、 带式压滤机、 转鼓压滤机等所有类型的过滤设备的改进就是为了解决滤饼问题。

最新进展

各种类型的工艺过滤机都有改进, 但并没有完全改变设备的结构, 这些改进很少是机械方面的。

变化最明显的是过滤材料的类型。从最早的工艺过滤机开始, 随着金属丝网、 无纺布和简单的纤维毡的出现, 过滤效率和过滤材料的寿命已有所增加。

首先是针刺毡、 然后是简单的聚合物基非织物( 例如纺粘织物) , 接下来是更复杂的织物, 甚至是现在的微滤薄膜。很早之前出现的复合材料最初是作为涂层材料的, 现在已发展出多层复合滤材。每种新型滤材的出现都给工艺过滤机带来新的性能——从某种程度来说, 这却减慢了机械的革新速度。

”工艺过滤机虽有改进, 但并没有完全改变设备的结构, 这些改进很少是机械方面的。

变化最明显的是过滤材料的类型。从最早的工艺过滤机开始, 随着金属丝网、 无纺布和简单的纤维毡的出现, 过滤效率和过滤材料的寿命已有所增加。”

因此, 不要认为老的过滤材料就不能再用。西门子公司最近向水处理行业推出的Forty-X碟片式过滤机就采用了打褶的无纺织物作为过滤材料, 并取得了相当大的成功。

除了过滤材料带来的过滤性能的提高, 大型过滤设备( 例如带式过滤机和压滤机) 的能效也有了提高。

前面列出的工艺过滤机类型中, 有些在过去几十年几乎没有改进, 但还是有些值得提及的变化。例如, 平床过滤机是机械工具冷却循环系统最常见的净化设备, 基本结构变化不大, 但变得更加紧密, 也更多地采用真空驱动, 而不但仅是重力。过滤材料也正从滤纸很快地转变为合成材料, 例如纺粘织物。

用于饮料行业液体产品最终净化的压滤机依然采用其基本的结构形式。现在, 压滤机的主要变化包括: 从简单的板框式结构变为单模块的凹板结构和隔膜板结构( 经常与薄膜板混淆) 。隔膜板式压滤机采用不渗透的弹性隔膜将多余的液体挤出滤饼。尽管发展缓慢, 制造商依然找到了改进的空间。例如, Larox公司最近推出的新型Hoesch系列压滤机, 采用了模块化结构, 具有一套标准选项, 并采用了快速开启模式和高标准的密封。

两台Forty-X碟片式过滤机用于新西兰一家污水厂的翻新, 以增加其污水处理能力。
( 图片提供: 西门子水务技术集团)
考虑到压滤机的历史, 难以置信其最初设计中的问题当前依然或多或少的存在着。这些问题包括: 滤板表面密封不严导致的泄露和滤饼难以充分清洗和脱水, 以及填充不足的问题。滤饼移除不当还会导致下一批产品的填充不均和输送困难。另外, 当需要更大的压力时, 一般要使用更过的滤板, 从而使支撑梁承重过大, 而塑料材料的使用缓解了这一问题。这些不足必须得到适度的解决, 即在相对较小的结构空间内增大压滤机的过滤面积。

压力容器过滤机一般为多滤芯结构, 带有管式过滤组件或平板滤叶或水平滤板, 而转鼓式压滤机是密封在压力容器中的。这是一种非常复杂的设计, 特别是要将分离出的固体经过外壳连续输送出去。

带式压滤机是一种连续运转的设备, 用于去除滤浆中的水分。经过最初的脱水过程之后, 能够将悬浮液中的固体含量从1%转变为滤饼中的35%。这种过滤机相当耗能, 新的设计中已将提高能效作为主要目标。

间歇式真空过滤机是分离设备中最传统的机型之一, 基本上没有变化; 但化工和医药行业所用的间歇式吸滤器精密性有所提高。现在常见的叶片式过滤机和板式过滤机基本结构没有变化, 但过滤材料的变化帮其改进了性能。

就连续式真空过滤机来说, 有两大类型: 转鼓式或碟片式过滤机和带式过滤机。转鼓式真空过滤机在过去几十年变化很小, 虽然西门子表示, 其Forty-X碟片式过滤机由于采用褶式过滤材料, 增加了大约40%的过滤面积而使性能显著提升。Larox公司的Ceramec虹吸式碟片过滤机则采用了完全不同的过滤机制。

水平带式真空过滤机最近几年在设计和性能上有显著改进。这源于制造商能够生产出更宽更长的过滤带( 替换也更方便) 。真空带式过滤机的一个重要发展是其不透气性, 因此可用于溶剂基悬浮液的处理, 不会向大气中释放VOC。