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国外过滤与分离技术的进展
对第八届世界过滤大会和ＡＣＨＥＭＡ2000展览会上交流与展出的过滤与分离技术的研究成果及展品概况作以简介。分析了国外过滤与分离技术的发展趋势,对我国存在的差距与值得思考的问题提出了看法。
　　随着世界各国能源短缺、资源贫化、水资源及环保问题的日益突出,如何节省能源,有效利用资源,重视水资源的科学合理使用,加强环境保护,仍是当务之急;同时随着科学技术水平的不断提高,生物化工新材料、精细化工、制药、食品等行业的迅速崛起,要求过滤与分离向高纯度、高分离精度发展,这些现实都为当今过滤与分离技术的发展提供了极大的机遇。
　　1第八届世界过滤大会概况
　　第八届世界过滤大会2000年在英国召开,有42个国家近600人参加,英、德、美、意大利、日本、芬兰和比利时等发达国家的参加人数为342人,占全体的57%,中国(包括香港、台湾)共计30人,仅次于英、德、美、法,居第5位。会议共宣读与张贴论文274篇。
　　表1为第八届世界过滤大会论文主题的统计。
　　从论文的具体内容来分析:ａ.应用基础的研究仍占相当重要的地位,共47篇,占论文总数的17%;ｂ.研究强调了工业应用,共47篇,占论文总数的18%;ｃ.环保得到充分,重视共55篇,占论文总数的20%;ｄ.过滤介质的研究与开发尤为重视,共43篇,占论文总数的16%;ｅ.膜分离技术,共47篇,占论文总数的17%。
　　表1　第八届世界过滤大会论文主题分析
　　主题论文数 占论文比例/%
　　固液分离228
　　深层过滤114
　　过滤特性测定7 3
　　预处理技术6 2
　　固液分离工业应用49 18
　　环境保护55 20
　　过滤介质43 16
　　沉降与浮选6 2
　　离心及相近的分离技术6 2
　　液液分离5 2
　　新过滤技术———磁、声、电方法的应用6 2
　　膜分离47 17
　　气固分离　　　　　114
　　合　　计 274 100
　　以应用基础的研究为例,从两相流体力学,特别是宏观与微观流体流动相结合,研究过滤与分离中流体流动的本质,研究颗粒粒度分布、滤饼结构、孔隙率、流体流动阻力对过滤和洗涤等不同阶段的影响,如:
　　ａ.细小颗粒滤饼孔隙率与流体阻力的研究,颗粒粒径分布对滤饼渗透性的研究,双组分物料滤饼特性对滤饼渗透性的影响,滤饼洗涤过程的数学物理模型等从颗粒特性、滤饼结构等入手研究其对过滤速率及洗涤效果的影响。
　　ｂ.离心过滤滤饼脱水机理,螺旋离心机分离机理的理论研究。
　　ｃ.深层过滤此次的重点是:深层床中粒径分散性的影响,重力过滤中的流体流动,深层床中压力损失趋势等。
　　过滤介质的研究是本届世界过滤大会论文数增长最快的领域,即从上届的12篇到本届的43篇,占总数的16%,其中介绍织造、非织造滤布的8篇,涂层与刚性过滤介质的6篇,特殊用途的滤芯与过滤介质7篇,过滤介质性能测定与标准7篇。织造与非织造介质的论文集中于对过滤介质结构的研究;刚性过滤介质重点介绍其应用,特殊用途的滤芯和其它过滤介质介绍了采用活性碳介质及其他,如硅藻土接枝材料制成的过滤介质的特殊性能与用途。除环境保护越来越受重视以外,目前国际上过滤与分离领域对膜分离技术和过滤介质的研究仍是重点。
　　2　ＡＣＨＥＭＡ2000展览会概况
　　2000年在德国法兰克福举行的三年一次的ＡＣＨＥＭＡ2000展览会,是世界上工业发达国家的一次化工机械、化工设备、化学工程、生物化工及与之相关的测试技术、仪器、仪表的展览会是当今这个领域规模最大、水平最高的展览会。各国著名厂商都竞相参展,也是显示其实力与技术水平、宣传产品的好机会。此次参展共有1190家厂商。展品包括:
　　ａ.各化工单元设备,如蒸馏、吸收、萃取、结晶、蒸发、过滤、分离、混合、冷冻、干燥、气固分离、搅拌、反应、浓缩、流态化、气体输送、制药机械;
　　ｂ.同时还有环境工程、生物工程、食品加工、制药工程、膜技术、膜过滤单元(包括超滤、反渗透、纳米过滤)、微生物技术、废水处理、无菌技术、气体净化技术;
　　ｃ.泵、管道、阀门、自动控制、全自动分析系统、粒度分析仪、在线流变仪等各种自动检测仪器仪表及系统。此次展览会共有10个馆,由于展品有的按样机展出,有的按工程展出,所以布展有所重叠,其中5个馆有过滤与分离技术与设备展出,4个馆有膜技术与设备展出,5个馆有生化技术展出。参加过滤与分离技术实物、样机展出的有480家厂商,占40.3%。一些生产过滤与分离设备的著名厂商均有参展,如Ａｌｆａ Ｌａｖａｆ、Ｅｓｃｈｅｒ Ｗｙｓｓ、Ｄｏｒｒ Ｏｌｉｖｅｒ、Ｂｉｒｄ、ＫＨＤ、Ｋｒａｕｓｓ Ｍａｆｆｉ、ＢＨＳ、Ｈｏｅｓｃｈ、Ｅｉｍｃｏ、Ｍａｓｃｏ、Ｂｅｌｏｉｔ、ＷｅｓｔｅｒｎＳｔａｔｅｓ、Ｉｎｇｅｒｓｏｌｌ、Ｎｅｔｚｓｃｈ、ＦｌｏｔｗｅｇＷｅｒｋ、Ｈｅｉｎｋｅｌ、Ｗｅｓｔｆａｌｉａ、Ｌｅｎｓｅｒ、Ａｍａｆｉｌｔａｒ、Ｔｉｔａｍ、Ｉｎｄｕｓｔｒｉ ｆｉｌｔｅｒ、Ｌａｒｏｘ、Ｒｏｓｅｎｍｕｎｄ、ＪＶＫ、ＴＳＫ、Ｋｌ ｎｉｃｏ、Ｒｏｂｏｔｅｌ等公司。展览形式有:
　　ａ.大部分是实物展出,并且有现场表演;
　　ｂ.整个工艺流程有示范、电脑动画或图片。以整个工程展示其技术水平与设备的先进性是此次展会的一大特点,如生物工程、环境工程、水处理系统、净化工程等,均以设备为中心展出其整个工程的集成工艺系统,如Ａｌｆａ Ｌａｖａｆ、Ｅｓｃｈｅｒ Ｗｙｓｓ、Ｗｅｓｔｆａｉｌａ等公司。欧洲有关过滤与分离机械厂均有实验室、化验室、工程实验室及中间实验厂开展基础与应用研究,帮助用户改进与发展过滤分离工艺,以拓宽本公司产品的应用领域。过滤介质方面,滤布主要有ＺＢＦ、Ｓａｉｆａ等公司参展,此外,美国ＰＡＬＬ、ＣＵＮＯ、德国ＳＥＩＴＥ、英国ＰＣＩ膜技术有限公司、意大利康博公司也展出了新型过滤介质。此次参展的过滤与分离机械反映了当今世界先进水平。展品中过滤设备远多于离心机,而过滤机中以加压厢式(带式压榨隔膜)的居多。全自动压滤机最多,分布在4个馆中的10多个展位上,而且绝大多数都在自动操作演示,这类压滤机当其实现了机械化、操作自动化,克服了劳动强度大、操作条件差的不足以后,更进一步发挥其适应能力强、滤饼干、节能等优点,拓宽了应用领域,必然受到客户青睐,备受各国重视。
　　3发展趋势
　　由于世界工业的发展面临如何节省能源,有效利用资源,加强环境保护,因此从展出的技术产品看,过滤与分离机械方向正朝着以下几个方向发展。
　　3.1大型化、高参数由于能源、资源、环保等工业的发展都是需要单机能力大,所以大型化、高参数的设备主要表现为:
　　ａ.占整个过滤与分离机械用量40%以上的板框、厢式与带压榨隔膜的加压过滤机,以聚丙烯为材料的加压过滤机为例,2000ｍｍ×2000ｍｍ及2000ｍｍ×2500ｍｍ的滤板,以及过滤面积大于2000ｍ2的单机有10多个厂家展出。
　　ｂ.卧式螺旋卸料离心机,出现直径为1～1.2ｍ及分离因数为10000的螺旋离心机,碟片离心机直径为1500ｍｍ。
　　ｃ.刮刀离心机。Ａｌｆａ Ｌａｖａｌ、Ｋｒａｕｓｓ Ｍａｆｆｉ公司的普通型与虹吸型刮刀离心机均有2ｍ左右的产品。Ｒｏｂｏｔａｌ公司生产的刮刀卸料离心机转鼓直径Ｄ=2100ｍｍ、功率110ｋＷ。
　　ｄ.三足离心机直径达3ｍ。大直径、自动卸料、密闭液压刮刀、自动清洗,虹吸三足离心机。
　　ｅ.带式压榨过滤机产品的带宽达6ｍ。
　　ｆ.回转型的过滤机,过滤面积有120ｍ2。Ｅｉｍｃｏ公司展览了一台50ｍ2的。
　　3.2节能型与复合型随着分离机械向大型化发展,如何降低单位处理量的能耗是当务之急。因此,离心机、过滤机如何用最小的能耗提高其滤饼的脱水效果得到最干的滤饼,或为后续的干燥工艺节能。因此,有大量节能型的过滤与分离设备出现:
　　ａ.厢式压滤机带压榨隔膜,采用机械压榨力脱液,可以使加压过滤后的滤饼更干,比干燥脱液大大节能;
　　ｂ.螺旋离心机增加挤压段;
　　c.真空过滤机外加蒸汽加压过滤;
　　ｄ.带压榨隔膜的厢式压滤机增加干燥单元;
　　ｅ.各种离心机普遍采用变频(双变频)或液力传动,比干燥脱液大大节能,有适宜的分离因数,启动阶段的功耗合理;
　　ｆ.过滤加干燥(蒸发),即二合一(釜式);
　　ｇ.结晶、过滤加干燥,即三合一;
　　ｈ.过滤、洗涤加干燥的带式三合一。
　　3.3增加过滤分离推动力刮刀卸料离心机、三足离心机增加虹吸作用。增加虹吸作用后可以增加推动力,提高过滤速度、处理量,调节生产周期,滤布正反面均可洗涤。带式真空过滤机在过滤带的卸渣端增加简易的压榨装置,使滤饼可以更干。回转真空过滤机增加蒸汽加压装置,使过滤推动力为真空与加压,同时有蒸汽可以强化对滤饼中水分的蒸发作用。
　　3.4机械化、自动化与智能化最典型是板框及厢式加压过滤机,其优点是能适应多种操作工艺,缺点是劳动强度大。从它改进为厢式到增加压榨隔膜,同时在自动拉板、自动振打、自动洗涤,刮去残余滤饼、自动压紧、自动补偿装置等全面自动化、机械化及改善劳动条件等方面有了长足的进步,实现了无人操作。在设计上,完美设计型、模块化设计等十分普及。
　　3.5新型过滤介质发展迅速在织造过滤介质方面,近几年出现的有单丝滤布、双层复合滤布、涂膜滤布。为适应不同特殊要求,由改造纤维编织成功能性滤布,孔径为0.5～15μｍ的涂膜膜布相继出现,对于织造滤布的热定型、砑光、精整工艺在加工设备及工艺技术上都十分先进,ＺＢＦ公司、Ｓａｉｆａ公司尤为领先。替代被淘汰的石棉板材为原料的滤板材,如ＣＵＮＯ公司研究开发的ＺＥＴＡＰＬＵＳ过滤板使带电荷高分子物质通过化学官能团加入基体,形成稳定的化学键,产生带静电荷的正电位,构成强化的迷宫式通道。采用极细纤维+硅藻土+电荷载荷,使之具有电、化学吸附与机械截留多重作用;Ｄｉｌｉｐｉｄ类滤板是在总材料中加入了可脱脂吸附剂,在硅藻土(或活性碳)表面接枝有机电荷修饰剂构成:除脂类物质+表面活性剂+生物制品疏水性物质的深层过滤滤材,它是突破传统、单纯、仅有机械截留功能的过滤介质,前者用于除去细胞碎片、细菌、内毒素、热原、病毒以及制药行业等,后者用于食品、药品除菌、除热原、植物油、洗涤剂、化妆品、果汁、透平油等精制。
　　4差距与思考
　　面对近年来国外过滤与分离技术的发展,我国的差别十分明显。
　　4.1我国过滤与分离机械的技术进步,不论是大型化、高参数新产品的开发,节能型、多功能设备的研制,还是传统设备的机械化、自动化、智能化水平的提高与完善等方面,都存在着十分明显的差距。制约发展的原因很多:计划经济向社会主义市场经济过渡过程中不可避免的一些因素干扰,不规范、不成熟的市场竞争的结果,以及前几年国际金融危机大环境的影响等,使得新产品的开发,老产品的升级换代,以及在引进设备基础上的创新与提高的势头,比前期有所减缓。短期内经济利益上的竞争,不可能使企业拿出更多的人力、财力与物力来从事这些工作,甚至个别出现产品质量下降。
　　4.2对于过滤介质,无论是织造滤布、滤带、不锈钢、钛材料等金属粉末、金属纤维烧结的刚性过滤介质,新兴的陶瓷过滤介质,还是目前国外迅速发展,并已推广应用的改性纤维制成的功能性过滤介质,从制造或烧结所用的滤材质量和制(织)造技术及设备,精整技术与工艺都与国外相差甚远。特别是孔隙率高、阻力小,并具有机械截留加化学与静电吸附作用的选择性过滤介质在工业发达国家用于生物化工、制药食品等行业发展十分快。这些具有特殊选择性功能的过滤介质的研制,不论是ＺＥＴＡＰＬＵＳ过滤板,还是Ｄｉｌｉｐｉｄ类脱脂用滤板,国内尚未真正开始。有的知之甚少,也更未采用。
　　4.3过滤与分离机械制造行业及设计选用部门和用户,普遍存在对分离效果的好坏与对分离工艺技术的全面认识密切有关的知识不足。主要表现为:
　　ａ.对于要求分离物料缺乏全面认识,如固液两相的物理、化学性质,浓度,特别是与过滤分离相关的一些性质了解不深,不利于正确选择过滤、分离设备的类型,往往盲目承袭一些老厂的不尽合理的设备选型,而不敢越雷池一步;
　　ｂ.有的是未能正确确定合理的操作条件,如对于过滤机如何选择操作压力、真空度、温度、过滤时间;离心机如何选择好分离因数、分离时间、进料浓度、加料量;以及根据要求的截留精度及处理能力,正确选择过滤介质;对于要采用絮凝与凝聚的悬浮液,如何正确选择絮凝剂(电性、分子量、用量及浓度等)及合理使用加入方式等重视不够或知识缺乏;
　　ｃ.有些物料不能直接进行过滤与分离,而必须采用预处理技术。用户往往企图采用一个设备解决大颗粒、微小颗粒、刚性颗粒或胶状物、无定形固体物的分离。如何采用辅以预处理(如絮凝、凝聚、预增浓等)技术,然后再行过滤与分离。分离机械制造行业的人员往往也不甚懂得集成工艺技术,合理、科学配套使用,而寄希望于一个设备打天下,达不到要求就认为是某一个设备不行。
　　ｄ.不熟悉新技术、新工艺、新设备。如有的增浓还停留在老式的重力沉降;又如可采用提高滤饼脱水程度的带压榨隔膜的厢式压榨机或带式压榨过滤机;为改善滤饼结构、降低过滤与分离阻力,可以采用助过滤(即采用预敷过滤、掺浆过滤或预敷加掺浆过滤),或添加表面活性剂;对于胶体、动植物蛋白、淀粉类、糖类等物类采用有选择性、带电荷及化学吸附的过滤介质;对粘度高、颗粒细小、高分散性的难过滤物料可采用动态过滤(或交叉流过滤)技术等。因此,应尽快掌握新技术、新知识,不断更新,不断提高,高瞻远瞩,敢于投入,以技术与知识的优势、人才的优势,努力抓住过滤与分离机械发展的大好机遇。
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