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PE管微孔过滤机在硫酸钡的过滤应用

发布日期:2019-11-14 08:27

高纯度的硫酸钡微粒的体积分布与个数分布的粒径测定值:
累积百比%分布方式 0.53% 3%               6% 10% 16% 25% 50% 75% 84% 90% 98% 平均粒径μm
按体积分布的粒径值(μm) ≤0.1 ≤0.17 ≤0.23 ≤0.29 ≤0.37 ≤0.48 ≤0.82 ≤1.33 ≤1.69 ≤2.09 ≤3.61 1.1
按个数分布的粒径值(μm) ≤0.02 ≤0.025 ≤0.046 ≤0.049 ≤0.055 ≤0.069 ≤0.11 ≤0.19 ≤0.25 ≤0.32 ≤0.62 0.17
 
精密微孔过滤介质的选择:
能过滤住0.2μm以下的微粒,只有两种过滤介质。一种是以机械筛滤为过滤原理的无机微孔膜,其最大毛细孔径应小于0.2μm。此类膜孔径非常小,本体毛细阻力非常大,如要进行滤饼过滤,在滤材表面形成较厚滤饼,其所需的过滤压差更大,其平均滤速非常低,因此这种滤材只能进行增稠的无滤层动态过滤(实际上,总有一层极薄滤饼存在),依靠减少滤饼层阻力达到较高滤速。此种过滤必须在滤材表面形成很高液体线速度,因而动力消耗很大;另外无机膜的价格很贵,总投资也很大。另一类过滤介质是选用其平均毛细孔径大于所过滤的微粒粒径的刚性高分子微孔过滤介质。只要该介质的平均孔径小于固体微粒的波朗扩散的平均自由程,只要过滤起动阶段保持较低压差与较低速过滤,就能在过滤介质表面的毛细孔孔口很快形成表层吸附与孔口架桥,使介质的表层的毛细孔径逐渐减少,依靠吸附作用,将最小微粒截留住,于是该过滤介质就成为能高效过滤最细微粒的滤材。虽然孔口与表层的毛细孔径变小,但整个过滤介质层大部分仍具有较大毛细孔径,因此总毛细阻力还是不太大。这种过滤方式在起动阶段可能有部份小于0.1μm的纳米级微粒穿漏,但只要穿漏滤液回流,循环过滤一次至几次,依靠小孔径的吸附、架桥与阻截等作用,就可将所有极细微粒全部截留,使滤液成为非常澄清的液体。这种表层吸附与孔口架桥的过滤原理使介质表层毛细孔发生非永久性堵塞,只要用液流或气流快速反吹,很容易使毛细孔径恢复,不会发生永久性堵塞而过早失效。
利用这种过滤介质进行超细微粒的滤饼过滤,滤饼层厚度可达5毫米以上,可对滤饼进行静止洗涤与脱水压干,最后得到干度约70~80%的滤饼,利用压缩气体快速反吹法可很简便地将干滤饼自动卸下。
如果超细粉体中极细的纳米级微粒比例较高,形成一定厚度的干滤饼的比阻就非常大,以致平均滤速相当小,选用的过滤面积就偏大,但由于是低压差过滤,动力消耗仍较低;刚性高分子精密微孔过滤的价格比无机膜低得多,使用寿命又相当长,得到又是较干的滤饼,后期干燥操作能耗比无机膜小,因此总投资与总成本还是相当低的。
 
精密微孔过滤试验:
对表一的超纯的硫酸钡进行四批试验,试验目的是将料浆中小于0.1μm的纳米级微粒全部截留,使滤液清澈透明,并对形成一定厚度的滤饼进行洗涤,洗出滤液中NaCL(以AgNO3滴定,直到滤液无AgCL沉淀为止)。
表二列出所有实验测定值。分析表二数据,发现如下现象:
四批试验的硫酸钡料浆是同一种物料。实验1与2的料浆中固体的体积浓度比实验3与4只增加60~70%,实验测定出滤饼的平均体积比阻也只增加1~2倍,但1~2的平均滤速只有实验3~4的1/10~1/20倍,这种现象用传统的滤饼过滤理论无法解释,只有依靠表层吸附与孔口架桥为主要过滤原理的过滤介质过滤纳米等超细微粒时才会出现。
超纯的硫酸钡的高分子精密微孔过滤试验数据:
 
 
 
过滤介质的精度规格:0.3μm
最小可过滤住的微粒粒径:<0.1μm
过滤介质厚度:9mm
过滤温度:20℃
过滤面积:70.85cm2
每次过滤的总料浆量:1000ml
洗涤水:无离子蒸馏水
洗涤要求:洗至AgNO3滴定,滤液无白色沉淀
洗涤后气压压力:0.2MPa
序号 料浆中硫酸钡体积浓度(%) 过滤压差(MPa) 过滤速度测定 最终滤饼层厚度(mm) 洗涤试验 滤饼压干 滤饼平均体积比阻(1/m2) 备注
过滤时间
(分)
滤饼层厚(mm) 平均过滤滤速(L/m2·h)
(—)
总洗涤时间(分) 压干时间(分) 滤饼干度(%)
1 4.7% 0.05~0.1 40.8 1 31.1 6.0 4.5 247.3 10 82.4% (5.1~5.3)×1015 过滤起动后回流过滤量很少
99.8 2 25.5
169.4 3 22.5
258.2 4 19.7
340.7 5 18.6
414.6 6 18.4
2 4.9% 0.03~0.05 35.3 1.05 36.0 6.0 4.5 186.1 7 81.2% (2.2~3)×1015 过滤起动后回流过滤量少
87.1 2.1 29.2
145.4 3.2 26.2
202.8 4.2 25.1
261.2 5.3 24.3
319.5 6 23.9
3 2.9% 0.03~0.05 5.9 0.61 257.7 3.5 4.5 120.5 5 81% (1.2~1.6)×1015 过滤起动后回流过滤量900ml
9.8 1.22 309.3
13.8 1.83 327
18 2.44 336
22.1 3.05 340.6
—
4 2.8% 0.05~0.07 4.5 0.6 333.8 3.8 4.5 142.5 7 82% (1.3~1.7)×1015 过滤起动后回流过滤量3100ml
7.5 1.2 404.8
10.7 1.8 424.1
14.2 2.4 424.2
17.6 3.0 427.9
21.2 3.6 426.4
 
 
实验1与2的料浆中固体微粒浓度高,过滤起动后,过滤介质孔口表层内的浅层很快发生表层吸附与孔口架桥,使孔口的毛细孔径很快变细,滤液很快就达到清澈透明,小于0.1μm的纳米级微粒全部被截滤下来,由于孔口毛细孔径约减少至原来1/3~1/4,因而总过滤阻力与总过滤时间也成10多倍增加。
实验3与4的料浆浓度小,过滤起动后,由于滤液滤速比较快,表层吸附与孔口架桥的纵向距离比实验1与2深,也由于起动滤速较快,表层的毛细孔径不可能很快变得很小,因而穿漏与循环量大量增加,直到孔口的平均孔径小于微粒的平均自由程之值,使这些最细微粒全部被吸附或阻截住,才使滤液变得清澈透明;由于表层吸附与孔口架桥的深度较深,截滤全部最细纳米级微粒的毛细孔径不必特别小,其架桥层的平均孔径仍然比较大;虽然起动后穿漏总量与循环次数比实验1与2增加几倍到10几倍,但总过滤时间仍然只有前者十分之一左右。