过滤分离技术

过滤分离技术（共5篇）

过滤分离技术 篇1

长期以来, 气体中夹带的微小液滴和油雾难以分离是天然气生产、输送过程中的一个突出难题, 严重影响到输气工艺以及大型压缩机组、管道内涂层的运行寿命。国内外研究者对气固过滤分离进行了持续、深入的研究, 对气液过滤分离, 研究者则相对较少, 所用的过滤试样主要为平面结构[1,2,3,4,5,6]。李奎对大型天然气过滤工艺和装置的应用进行了概述, 对一些技术改进进行了总结[7]。当天然气含液量较高时, 目前还缺乏可靠的理论对滤芯材料的选用以及滤芯结构的改进等方面进行指导。

1 常用的气/液分离设备比较[8]

目前, 生产中常见的气/液分离设备有分液罐、旋风分离器、挡板式分离器、除沫网和高效聚结过滤分离器等。为了准确地比较各种气/液分离设备的性能, 介绍一个被称为调节比的设备性能参数。调节比的定义为:在保证额定的分离效率条件下, 气/液分离设备的设计流量与允许的最小操作流量的比值。该值越大, 说明该设备可以在较小的流量下有效工作, 既操作弹性大。

1.1 分液罐

分液罐, 也称沉降罐, 由一个直径和体积很大的立式或卧式容器组成。气流通过分液罐时, 体积膨胀, 流速降低, 依靠液滴的重力, 实现气/液分离。该设备通常可以分离大于300μm的液滴, 当气体流量减少时, 分离效率上升。其优点是调节比大, 压力降小, 不易堵塞;其缺点是分离效果差, 占地面积大, 设备投资较大。由于分液罐的分离效果差, 故不推荐单独使用, 通常与其它气/液分离设备 (如高效聚结过滤分离器等) 配合使用, 作为多级气/液分离系统的第一级。

1.2 旋风分离器

旋风分离器是通过气体在分离器内高速旋转而产生的离心力将液滴从气流中分离出来, 分离出的液滴汇集在设备内表面靠重力排出。该设备分离效果比分液罐好, 通常可以有效分离大于10μm的液滴。其优点是压力降小, 不易堵塞;其缺点是调节比小, 气体流量减小时, 分离效率显著下降。

1.3 挡板式分离器

该设备外形同分液罐类似, 通常为卧式结构, 内部装有许多挡板用来不断改变气体流动方向。当气流通过时, 由于液滴具有质量和速度惯性, 因此偏离气流方向并撞击到挡板表面, 与其它液滴汇集在一起, 依靠重力从挡板流下, 实现气/液分离, 这种分离机理称为惯性碰撞拦截。惯性碰撞拦截与气体流量有关, 气体流量减小时, 分离效率降低。该设备通常可以有效分离大于10μm的液滴, 其优点是可以处理液含量较高的气体、压力降小、不易堵塞;其缺点是调节比小, 流量小时分离效率会降低, 设备投资较大。

1.4 除沫网

除沫网, 也叫破沫网, 由一个多层的纤维或金属丝网组成, 通常安装在立式设备的顶部。气流通过时, 液滴被拦截到纤维或除沫网表面, 同其他液滴聚结成大液滴, 当除沫网被液体饱和后, 液滴依靠重力从除沫网落下, 与挡板式分离器相比, 拦截液滴的表面积更大。该设备的分离机理同挡板式分离器一样, 均为惯性碰撞拦截, 通常可以有效分离大于10μm的液滴。其优点是可以处理液含量较高的气体, 设备投资低;其缺点是调节比小, 当气体流量减小时, 分离效率会下降。

1.5 高效聚结过滤分离器

高效聚结过滤分离器的滤芯通常由不锈钢骨架和打褶的玻璃纤维介质制成, 同除沫网和挡板式分离器相比, 具有更大的表面积。由于采用了直径仅有几微米的玻璃纤维为滤材, 滤孔直径可以做得很小, 能拦截更微小的液滴, 所以, 高效聚结过滤分离器的分离机理同除沫网和挡板式分离器不同, 除了惯性碰撞拦截外, 还有直接拦截和扩散拦截。直接拦截, 即利用滤材的微孔将气流中的液滴拦截到滤材表面;扩散拦截, 即利用微小液滴在气流中的不规则运动 (布朗运动) , 增加与滤材碰撞拦截的几率。直接拦截和扩散拦截与惯性碰撞拦截不同, 当气体流量减小时, 分离效率会上升。设计选型合理的高效聚结过滤分离器, 通常可以有效分离大于0.1μm的液滴。其优点是分离效果最好, 调节比大, 操作弹性大, 设备投资低、占地面积小;其缺点是当处理液含量大于0.1%的气体时, 不宜单独使用, 需要与除沫网配合使用。

2 高效聚结过滤分离器的结构和原理

2.1 设备结构

高效聚结过滤分离器为立式结构。聚结器被管板分为上下两个部分, 上部为聚结区, 下部为沉降区。气体首先进入聚结器下部的沉降区, 通过沉降分离掉气体中携带的液沫和直径大于300μm的大液滴后, 向上穿过管板进入聚结区, 气体由内向外通过聚结滤芯, 分离掉小液滴和固体杂质, 从设备顶部出口排出。在聚结区, 气体中携带的直径为0.1~300μm的小液滴被转化为直径为0.5~2.2 mm的大液滴, 并从滤芯底部排出。聚结器上下部分各有一个集液包, 分别收集聚结区和沉降区分离出的液体, 并根据高低液位仪表控制可以实现自动或手动排液。

2.2 滤芯结构及工作原理

高效聚结过滤分离器滤芯主要分为三层, 最里层为不锈钢骨架支持层, 中间层为打褶的超细玻璃纤维聚结层, 最外层为高分子材料排液层, 如图1所示。聚结层由滤孔直径逐渐放大的多层玻璃纤维介质组成, 使得聚结层的滤孔直径随着介质厚度增加而逐渐变大。高效聚结过滤分离器的工作原理如图2所示:气体首先进入滤孔直径较小的聚结层, 携带的小液滴在聚结层表面被纤维拦截并吸附, 随着气体向前流动, 小液滴被送入深层纤维, 同另外一个小液滴碰撞后聚结成一个大液滴, 随着液滴向前流动, 聚结过程不断重复, 聚结层的滤孔直径不断增大, 液滴的直径也越来越大。当液滴的重力大于气体的浮力时, 液滴从最外面的排液层脱落下来, 气体则通过滤芯的外表面排出。

3 高效聚结过滤分离器在埕岛油田中心三号平台天然气处理橇块中的应用

该装置由1台天然气洗涤器、2台天然气聚结过滤分离器组成。其中, 立式天然气聚结过滤分离器结构主要分三部分一段在分离器下部, 由多组列管式旋流管元件组成, 天然气由下部进入旋流管进行液滴气相初分离, 大液滴由旋流管下部进入分离器罐底, 小液滴气相由旋流管上部出来后进入中部聚结滤芯, 滤芯将天然气中粒径≥0.5μm的液雾聚结成大粒液滴沉降下来最终进入分离器罐底, 过滤后直径<0.5μm的液滴气相进入上部缓冲沉降区, 缓冲后的天然气进入后续流程。

天然气处理橇块中的天然气聚结过滤分离器入口采用旋流式入口设计, 使大部分液滴由于离心作用而脱除, 降低分离器负荷, 气相在立式分离器内相对停留时间延长, 为气液聚结、沉降分离扩大了空间, 提升了设备的处理能力, 并且避免了因冲击引起的液滴雾化。

聚结技术是天然气处理橇块提高分离效率的重要措施。可抽芯更换的滤芯采用已获专利的化学处理技术对滤芯进行表面处理。通常, 采用氟化物的乳化液为处理剂对整个滤芯进行表面处理, 在滤芯介质表面形成一个很薄的氟化物涂层, 使其具有疏油和疏水的双重特性, 有效地降低了聚结介质的表面能量, 防止液体浸湿整个聚结介质纤维, 保证聚结效果;同时加快排液速度, 使液体仅在滤芯底部排出, 而未经化学处理的滤芯, 液体在整个滤芯上排出。化学处理的滤芯与未经化学处理的滤芯相比, 具有以下优点:聚结效果好, 流通量大, 设备体积小, 寿命长, 压力降小。通常情况下, 经过化学处理的滤芯由于具有抗污染能力, 使用寿命长达1~2年, 而未经化学处理的滤芯的使用寿命一般不超过0.5年。

4 结论

(1) 埕岛中心三号平台现场测试结果说明采用高效聚结过滤分离器可以将气体中的液体和固体污染物脱除到检测不出来的水平。

(2) 高效聚结过滤分离器的滤芯经过表面化学处理, 同传统的聚结过滤分离器相比, 分离效果更佳, 寿命更长。

(3) 高效聚结过滤分离器结构设计合理, 体积小, 投资低, 操作简便。

摘要：气体中夹带的微小液滴和油雾难以分离是天然气生产、输送过程中的一个突出难题, 本文对国内外常用的几种气液分离技术进行了比较, 着重介绍高效聚结过滤分离器的结构特点、工作原理, 以及在埕岛中心三号平台天然气处理橇块中的应用。现场应用结果说明采用高效聚结过滤分离器可以将气体中的液体和固体污染物脱除到检测不出来的水平。

关键词：天然气处理,聚结分离器,旋风管,滤芯

参考文献

[1]FRISING T, THOMASA D, BéMERB D, et al.Clogging of fibrous filters by liquid aerosol particles:Experimental and phenomenological modeling study[J].Chemical Engineering Science, 2005 (50) :2751-2762.

[2]RAYOR P C, LEITH D.The influence of accumulated liquid on fibrous filter performance[J].Journal of Aerosol Science, 2000, 31 (1) :19-34.

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[4]LETTS G M, RAYOR P C, Schumann R L.Selecting fiber materials to improve mist filters[J].Journal of Aerosol Science, 2003 (34) :1481-1492.

[5]FRISING T, GUJISAITE V, THOMAS D, et al.Filtration of solid and liquid aerosol mixtures:Pressure drop evolution and influence of solid/liquid ratio[J].Filtration&Separation, 2004 (41) :37-39.

[6]AGRANOVSKI I E, BRADDOCK R D.Filtration of mists on wettable fibrous filters[J].AIChE, 1998, 4 (12) :2775-2783.

[7]李奎.大型天然气过滤器的现状与改进措施[J].石油矿场机械, 2004, 33 (增刊) :124-126.

[8]张晓东.高效气/液聚结器的原理及应用[J].炼油技术与工程, 2003, 33 (1) :40-43.

过滤分离技术 篇2

关键词：过滤分离技术,生态滤沟,复合生态系统,净化水体

1引言

随着我国经济的飞速发展, 水资源的需求不断加大。据研究表明, 城镇化率每提高1%, 总用水量将提高0.58%, 预测2020年城镇化率到60%时, 全国用水总量将突破红线控制要求[1]。与此同时, 我国的水资源污染不断加剧, 据研究我国的80% 的河流被不同程度的污染, 因此加强水资源保护和对污染水体治理的研究是水资源保护的当务之急。生态滤沟技术是广泛应用于水体污水净化的处理方式, 具有结构简单、工程适用性强、处理效果好等优点[2]。但是如何提高生态滤沟技术对水体的净化能力依然是水污染治理的研究热点。 过滤分离技术广泛的应用在各工业领域和环保工程等中, 其在生态滤沟技术中的应用是提高生态滤沟技术对污染水体净化效率的重要途径。

2生态滤沟技术研究现状

生态滤沟技术采用“基质—微生物—植物”的复合生态系统来实现水体的净化[2]。在污水生物处理系统中, 人工设计组合的微生态系统的应用是提高生态滤沟技术处理效率、改善工艺运行条件的有效措施, 其应用的融合研究技术也是近年来环境保护领域的研究热点之一[3]。作为一种新型的污水处理技术, 生态滤沟技术是生态技术在城市污水处理工艺中的成功应用。其通过植物和微生物的协同作用对污水中各种形态污染物进行最为经济的处理和转化。因此, 通过合理设计, 生态滤池既可高效、低能耗地去除污水中的污染物质, 又可减少剩余污泥的产量, 是一种全新概念的污水处理工艺[4]。生态滤沟通过雨水收集、植物净化、过滤、贮存等工序, 在传统砂石过滤床的顶部增加种植层, 处理城市雨水, 得到更好的出水水质, 满足回用要求, 并对水进行贮存, 对城市水环境的和谐稳定有重要意义[5]。在其工序中, 植物净化和过滤对雨水的净化至关重要, 而过滤分离是该工序发挥作用的重要原理。

3过滤和分离技术在生态滤沟中的应用

过滤和分离技术在生态滤沟中的应用主要体现在生态滤沟的基质应用上。通过滤饼过滤和深床过滤实现对污水的净化上。

3.1滤饼在生态滤沟中的运用

在滤饼过滤中, 过滤介质是织物、多孔固体或多孔膜。在过滤操作的开始阶段, 会有部分小颗粒进入介质孔道内, 并可能穿过孔道而不被截留, 使滤液仍然是浑浊的。随着过滤的进行, 颗粒经过微孔时互相“架桥”, 滤渣在过滤介质的一侧逐渐形成滤饼, 使流道更狭窄, 使小于流道直径的颗粒也能被拦截, 滤液逐渐清澈。当滤饼形成后, 滤液便逐渐澄清了[6]。这时, 将初始浊液重新过滤即可得澄清溶液。可见, 在滤饼形成之后, 它便成为对之后的颗粒起主要截留作用的介质, 不断增厚的滤饼才是真正有效的过滤介质。

3.2深床过滤在生态滤沟中的运用

在深床过滤中, 过滤介质是由砂子、木炭或其他堆积介质混合而成。介质层较厚, 里面形成长而曲折的流道, 通常处理颗粒直径小于流道直径的悬浮液;过滤时, 颗粒随流体进入介质孔道, 靠拦截、惯性碰撞、扩散沉积、重力沉积及静电效应等使颗粒细小且含量甚微的物料被过滤, 如自来水厂的净化、烟气除尘或合气除雾等[7]。当使用时间较长, 介质中累积的颗粒增多, 流道变窄, 流阻增大, 出现颗粒“穿透”现象, 滤液中颗粒含量增大, 此时要对介质进行清洁再生[7]。因此, 深床过滤时并不在介质上形成滤饼, 固体颗粒沉积于过滤介质的内部。这种过滤适合于处理固体颗粒含量极小的悬浮液。

4展望

我国过滤与分离技术在生态滤沟的应用研究, 主要集中在过滤器和过滤装置方面, 而对过滤分离技术本身的研究却进展甚微, 因此对过滤分离技术再生态滤沟中的应用现状, 对其结合使用的发展作以下展望。

(1) 加强过滤分离技术本身的研究拓展。制定生态滤沟技术中过滤分离技术的技术标准、测试设备和质量控制标准, 使二者的融合使用标准化。

(2) 加强过滤材料的研究。过滤是处理含油污水的最后一个环节, 也是最为关键的一个环节, 它决定着水质能否达标。过滤能否发挥应有的作用, 主要由过滤材料的性能决定。所以, 在过滤分离技术发展应用中, 要把滤材研究作为一项重大任务进行。在发达的工业国家, 十分重视过滤材料的供应, 鼓励建设更多的滤材生产厂家, 用来生产各种滤材。

(3) 加强过滤器结构设计的研究。多年来, 我国过滤器结构设计几乎全部是照搬国外的。我国应该在借鉴国外先进技术设计的同时, 依托现代信息技术, 不断创新, 不断更新过滤分离技术, 为其在生态滤沟中的应用提供更先进的技术支持。

参考文献

[1]马海良, 徐佳, 王普查.中国城镇化进程中的水资源利用研究[J].资源科学, 2014, 36 (2) :334~341.

[2]胡欢, 周明涛, 杨平.基质粒径和沿程变化对生态滤床净化效果的影响[J].中国水土保持, 2013 (6) :55~57.

[3]杨健, 陆雍森, 王树乾.绿色生态滤池处理城镇污水的中试研究[J].环境工程, 2001, 19 (2) :20~22.

[4]韩润平.新型生物滤池污水处理过程中氮形态转化研究[D].上海:同济大学, 2002:12~25.

[5]赵佳.利用生态滤沟收集城市雨水的研究与探讨[J].科技与生活, 2011 (17) .

[6]赵扬.滤饼微观结构与压榨过滤理论的研究[D].杭州:浙江大学博士论文, 2006:3~15.

橡胶促进剂M过滤分离工艺的改进 篇3

本文采用表面活性剂[3]对橡胶促表进剂M混悬剂进行表面改性来增大固体颗粒的粒径,降低其水化作用,从而起到助滤和降低滤饼含水率的作用。

1实验部分

将500m L烧杯中加入某厂生产的200g橡胶促进剂M混悬剂,开启磁力搅拌和恒温加热装置,待温度恒定至40℃后往烧杯中加入一定量表面活性剂。搅拌30分钟后,用真空泵抽率固体,并测试该滤饼含水量。

2结果与讨论

2.1聚氧乙烯型表面活性剂添加量对含水量的影响

聚氧乙烯型表面活性剂是一种非离子表面活性剂,图1是加入一种聚氧乙烯型表面活性剂后采用真空泵抽率固体颗粒后滤饼的含水率变化情况。从图中可以看出,随着聚氧乙烯型表面活性剂的加入,固体产品的含水率有少量降低;且当表面活性剂的加入量超过0.25%后,含水量不再降低。

2.2多元醇型表面活性剂添加量对含水量的影响

多元醇型表面活性剂也是一种非离子型表面活性剂,图2是加入一种多元醇型表面活性剂后滤饼的含水量变化情况。 从图中可以看出,随着多元醇型表面活性剂的加入,滤饼含水率明显降低;但当表面活性剂的加入量从0.5%增加到2.5%,含水量降低值变化不大,仅从15%降低到10%。

2.3季铵盐型表面活性剂添加量对含水量的影响

季铵盐型表面活性剂是一种阳离子型表面活性剂,图3是加入一种季铵盐型表面活性剂后滤饼的含水量变化情况。从图中可以看出,随着表面活性剂的加入,橡胶促进剂M产品的含水率明显降低,但是当表面活性剂的加入量超过1.25%后,含水量却不再降低,反而轻微升高。

由于季铵盐型表面活性剂与橡胶促进剂M颗粒带相反电荷,前者带正电,而后者带负电。因此,季铵盐型表面活性剂加入混悬液体系后会立即与固体颗粒相吸附,并且明显降低体系的表面张力和粘稠度,其降低固体颗粒含水率机理类似于多元醇型非离子表面活性剂。另一方面,当固体颗粒吸表面活性剂分子达到饱满的一层直立状态后,多余的表面活性剂可以继续被吸附,即疏水基与最先吸附的第一层活性剂疏水基相吸引, 成为双分子层。此时,导致的结果是固体颗粒的外层被一层亲水基团包裹住,因此反而使得固体颗粒的亲水性增加,从而造成随着表面活性剂的不断加入,反而固体产品的含水量会轻微的上升。

2.4阴离子表面活性剂对含水量的影响

实验分别尝试了脂肪酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐三种类型的阴离子表面活性剂的加入对橡胶促进剂M含水率的影响。发现三种阴离子表面活性剂加入后,混悬液体系均出现变黄的现象,说明其与固体颗粒发生了反应。

可能是表面活性剂解离出的阴离子与橡胶促进剂M的巯基发生了反应,因此阴离子表面活性剂不宜用于橡胶促进剂M过滤分离的工艺改进。

3结语

经过对三种类型不同表面活性剂的实验结果进行分析,可以得知非离子型表面活性剂和阳离子表面活性剂的加入能够降低橡胶促进剂M过滤分离后的含水率,且后者降低含水率的效果更高。综合考虑成本以及操作工艺的便捷性,可优先选用多元醇型非离子表面活性剂对混悬剂进行表面改性。其加入量以0.5~1.25%为宜。

参考文献

[1]李薇,吴凯涛,正交试验研究生产促进剂M的主反应条件,内蒙古石油化工,2005,31(9):12~13.

[2]奚国辉,王晓华,2-巯基苯并噻唑合成反应工艺研究,石化技术与应用,2003,21(4):259~261.

过滤分离技术 篇4

随着科技的进步, 具有滤除油中水分功能的燃油滤清器已广泛应用到各个行业, 对于燃油滤清器的油水分离试验方法也日益成熟。但是, 目前燃油滤清器所使用的过滤材料油水分离试验方法在国内尚属空白, 国外也处于研究阶段, 但是众多滤清器生产厂家急于了解除水用过滤材料的滤水性能, 目前对于除水用过滤材料油水分离的试验方法尚无统一标准, 一般是采用燃油滤清器油水分离试验方法进行试验, 但是过滤材料对于油水分离试验有其自身的要求, 这是过滤材料本身的特点决定的, 相对于燃油滤清器, 过滤材料按照燃油滤清器的油水分离试验方法进行试验极易出现过滤材料中途破裂、滤水效率很差、数据重复性差等现象, 这给除水用过滤材料的研制带来了很大的困难, 也成为目前燃油滤清器选材方面出现的比较突出的问题。

因此, 为了使除水用过滤材料油水分离试验的结果有意义, 有必要制定除水用过滤材料油水分离的试验方法, 这方面我们进行了认真的研究, 在一些技术细节方面获得了可靠的数据, 在试验工装夹具的制作、试验流量的选用、注水浓度的选用、水在油中形态、放水时间的控制、试验结果的表示等方面都进行了深入的研究。

2 现行试验方法的研究

目前, 国内外对于除水用过滤材料油水分离的试验方法多采用燃油滤清器的油水分离试验方法进行, 如:SAE J 1488-1997、SAE J 1839-1997、ISO4020:2001、JIS D 1617-1998等, 这些试验标准在试验过程中均存在差异, 按照上述标准我们选取了一些除水用过滤材料分别进行了试验比较, 对于一些突出的问题进行了研究分析, 下面我们对这些试验进行一些简单论述。

2.1 试验工装夹具的研制

以往在进行燃油滤清器的油水分离试验时, 直接将燃油滤清器进出口接入试验位置进行试验即可, 但是过滤材料无法直接安装在试验位置上, 这就需要研制专用的试验夹具, 在此方面我们吸取过滤材料多次通过试验夹具的成功经验, 研制了适合燃油滤清器油水分离试验用的工装夹具, 此夹具有上下端盖及支撑盘组成, 过滤材料安装在夹具中由支撑盘支撑, 使过滤材料在试验过程中不会变形, 不易破损, 过滤材料的进流面面向夹具的进口, 出流面面向夹具的出口安装, 过滤材料与上端盖下部之间留有积水位置, 可收集试验中被过滤材料分离拦截的水份, 并可通过上端盖下部安装的放水阀将水即时排出。考虑到过滤材料在燃油滤清器中的实际工作状态, 试验时应将过滤材料垂直安装于试验位置, 而不是水平放置, 这样的设定更符合过滤材料的实际工作状态, 更有利于被拦截水份的沉积与排除, 同时也避免了被拦截水二次作用于被试过滤材料表面造成数据失实现象的发生。

2.2 试验流量对于试验的影响

试验流量是试验的基本参数, 试验流量对于除水用过滤材料的油水分离效率有着很大的影响, 对此我们进行了深入的研究。我们对某型号除水用过滤材料采用SAE J 1488-1997标准进行试验, 试验分别采用两种不同试验流量进行试验 (结果见表1) 。结表1某型号过滤材料不同流量下SAE J 1488-1997

果发现在两种流量下过滤材料在试验前期都能够保证较好的滤水效率, 但试验中后期过滤材料的滤水效率持续下滑, 直至效率为零, 特别是大流量试验条件下过滤材料的滤水效率下降的更为明显, 小流量试验条件下过滤材料的滤水效率直到100分钟时情况才发生变化, 由此可见过滤材料的试验流量应尽可能的低, 这样才能保证试验数据的稳定, 否则试验后期过滤材料超出承受范围所得到的试验结果将会对过滤材料的评定产生误导。

按照ISO 4020:2001标准我们对某型号除水用过滤材料进行试验, 试验分别采用3.8L/min试验流量和7.6L/min试验流量进行试验 (结果见图4) 。从按照ISO4020:2001标准进行的试验数据可以看出, 试验的后半段过滤材料的过滤效率下降的很快, 试验的数据失去了意义, 小流量试验的数据在40分钟之后的变化很大, 而大流量试验数据的整体呈上升趋势, 没有明显的分水岭, 从以上SAE J 1488-1997标准和ISO4020:2001标准做的试验数据可以看出, 试验流量的变化对于过滤材料滤水效率的影响很大, 但是由于过滤材料自身条件的影响使得试验无法达到满意的效果, 试验的后半段总是出现数据异常, 相对来说, 小流量试验得到的稳定数据更多。

2.3 注水浓度对于试验的影响

注水浓度是油水分离效率试验的重要参数, 各个燃油滤清器的油水分离试验标准对于注水浓度的大小都有详细的规定, 目前, 过滤材料的油水分离试验也按照燃油滤清器油水分离试验的标准规定执行, 但是各标准规定的注水浓度不尽相同, 这就对过滤材料的滤水效率产生影响。

对某型号除水用过滤材料的试验数据中可以看出 (见表2) , 在相同的试验流量下由于注水浓度的不同, 试验最终结果也有很大的差异。JIS D1617-1998的注水浓度为试验流量的1%, 而ISO4020:2001的注水浓度是前者的2倍, 从数据中可以看出注水浓度小的试验数据相对稳定, 而注水浓度大的试验数据变化很大, 到了后期几乎没有效率, 但是这两个试验后期由于注水浓度超出过滤材料承受范围而使得试验数据很大, 使得试验结果缺乏准确性。

2.4 水在油中的形态对于试验的影响

按照燃油滤清器油水分离试验的要求, 水的形态分为乳化水和游离水两种, 这两种水形态对于过滤材料也存在不同的影响, 在这方面的试验中我们采用离心泵通过泵前加水的方式获得乳化水对过滤材料进行试验, 采用隔膜泵通过泵后加水的方式获得游离水对过滤材料进行试验。

通过对某型号过滤材料在乳化水和游离水状态下的试验看出 (见表3) , 过滤材料过滤游离水的性能好于过滤乳化水, 但两者之间差别不大, 对于一般过滤材料, 过滤游离水的效率一般均好于过滤乳化水效率。

2.5 放水时间间隔对于试验的影响

在试验过程中, 由于过滤材料具有的疏水性使得被拦截的水被阻挡在过滤材料进油一侧, 由于水的比重部油高, 使得被拦截水沉积在夹具下部, 这就需要通过安装在夹具底部的防水阀门将拦截的水排出, 否则一旦沉积的水太多会影响试验数据的准确性, 现行的标准对于试验中放水的时间间隔都有规定, 对于过滤材料放水时间间隔的界定我们进行了研究。

对某型号除水用过滤材料按照SAE J 1839-1997标准进行两次试验 (见表4) , 试验放水时间间隔分别为10分钟和5分钟, 通过试验数据可以看出, 试验的差异不是很大, 但总体来说放水时间间隔短的滤水效率要略好于放水时间间隔长的。

2.6 试验结果的表示方法

对于燃油滤清器油水分离试验各标准之间对于试验结果的表示方法都是详细的规定, 但是个标准之间也存在较大不同, 有的采用图示法, 有多采用时间加权平均法, 有的采用最大值法表示等等 (见表5) 。

除水用过滤材料试验结果的判定应该充分考虑其自身的特殊性, 作为制造滤清器的重要部件, 它并非终端产品, 生产厂家和用户方更想了解的是过滤材料一定时间、流量下单位面积的滤水能力。为此, 我们采用按一定时间间隔在下游取样分析得出各时间段过滤材料未滤除水的含量, 按照时间加权平均得出其平均不溶水含量, 再用平均不溶水含量除以过滤材料的有效滤水面积得出过滤材料单位面积的平均不溶水含量, 即为此除水用过滤材料的最终试验结果。此方法简单易行, 可以避免因为过滤材料试验有效面积大小不一给试验带来的差异, 同时也给产生厂家在滤清器生产过程中合理选用过滤材料, 确定过滤面积等方面提供了准确的参考依据。

式中:Ei为ti分钟时流出的油中未滤除水含量 (μg/g) ,

ti-ti-1为相邻两次取样的时间间隔,

ttotal为试验总时间,

Eav为其平均不溶水含量 (μg/g)

式中:Eav为其平均不溶水含量 (μg/g) ,

M为过滤材料试验面积 (cm2)

3 结束语

通过以上研究分析可以看出目前使用的试验方法在很多方面都无法满足除水用过滤材料水分离效率试验的要求, 对于试验过程的控制还是试验结果的稳定性都不能令人满意, 只有尽快建立起此方面较权威的公认标准并加以推广才能使大家对过滤除水用过滤材料水分离效率试验有一个统一的认识, 才能保证试验结果的准确度和一致性。

目前在某些方面我们已经取得了一些进展, 得到了一些相关的结论, 如:试验流量、注水浓度应尽可能的缩小, 缩小比例可以按照过滤材料试验面积与其生产出的滤清器实际工作面积的比例来选定;放水时间间隔应尽可能的短, 这是因为过滤材料本身试验寿命较短的缘故;过滤材料滤水效率以过滤材料单位面积的平均不溶水含量来表示, 这样可以使生产厂家在生产滤清器时可根据此参数选定过滤材料的面积大小等等。但是还有很多方面, 如:试验温度对于试验结果的影响、试验液表面张力对于试验结果的影响等很多方面我们还未明了, 这还需要我们持续的研究下去。本文是笔者根据个人长期试验经验所做的一些初步探索, 文中难免疏漏和不当之处, 敬请批评指正。

参考文献

[1]中国内燃机工业协会滤清器分会.汽车柴油机燃油滤清器的试验方法 (GB/T5923-86) .滤清器技术标准选编.2002.

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[3]中国内燃机工业协会滤清器分会.游离水/燃油分离试验方法 (SAE J1839-1997) .滤清器技术标准选编.2002.

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过滤分离技术 篇5

通过酸解方法制作的黑钛液是一种成分非常繁杂的液体, 其中不仅含有没有经过分解的钛铁物质、白石、石英砂的微小粒子, 同时还有硅铝等元素的胶体粒子, 以及一些硫酸盐杂质。就国内的钛白产业来说, 由于钛铁矿石的供应主要受市场关系的影响, 所以黑钛液的质量成分非常的差, 某些胶体杂质大量的存在于黑钛液中。由于各种杂质很难通过沉降完全消除, 溶液中的钛就含有很强的粘性, 从而造成有关溶液的分离效果下降, 使得钛白生产中使用的硫酸亚铁中含有大量的钛, 最终降低了产品的使用率。为了解决以上问题, 钛白产业在发展的过程中逐渐加入了热过滤这道工作环节, 热过滤环节所使用的也是经常被用来进行固液分离的压滤机, 笔者在此不作过多叙述。近些年来市场上有出现了一种新式的管式过滤机, 通过对管式过滤机的使用调查发现, 这种过滤机有着非常理想的过滤效果。管式过滤机内部组成较为复杂, 其工作环节主要包括过滤和按时清洗两个环节。

通过对管式过滤机和传统压滤机的对比比较发现, 二者的购买费用相差不大但电能的消耗却比较明显, 传统的板框式压力机的单位能耗大约是管式压滤机能耗的二倍还多。与此同时, 新型管式过滤机的过滤精度有10的负五次方, 它大约等于传统办事压滤机热过滤与经过滤两个步骤的过滤效果。另外, 年运行费用低、操作强度小等也是管式过滤机的优点。由此可见, 与传统板式压滤机相比, 管式压滤机有着相当明显的优势。

2 硫酸亚铁分离

结晶后的黑钛液体通常以七水硫酸酸亚铁的状态体现, 与冷冻式结晶法相比, 真空式结晶法在当前的钛白工程生产中使用的更为广泛。由于真空式结晶法具有温度下降迅速、结晶期间短以及需要强搅拌的特点, 工作中产生的硫酸亚铁一般颗粒都非常的小, 这就要求提高过滤装置对溶液的过滤能力, 同时带来了过滤装置选择的难题。固液分离是硫酸亚铁的主要分离方式, 针对这点, 可以选择的过滤机主要有真空驱动型的真空式抽滤机、圆盘式真空过滤机, 以及主要以离心例为驱动方式的离心机。在实际钛白生产的过程中, 真空式抽滤机仅适合于产量低于一万吨的小型生产企业, 所以笔者这里主要介绍圆盘式真空过滤机与离心机。

圆盘式真空过滤机主要有8 m2、14 m2、18m2、20m2以及25m2等不同类型。其每个及其每年的生产量大约为1~3万t, 驱动器属于无极调速型。

离心机主要是根据离心作用来进行固液分离的工作。我国在整个钛白产业发展的过程中曾经大量应用过各式各样的离心机, 其中还包括进口国外的优秀离心机。就目前使用的离心机种类来看, 卧式的活塞推料型与双支撑卧式的刮刀卸料型这两类离心机是最为广泛的, 因此笔者主要介绍这两种离心机。

卧式活塞推料离心机对溶液中固体的质量分数有不小于百分之二十四的标准, 所以在实际工作中, 还必须另外添加一部增加稠度的设备来增加钛液中固体的质量分数。该种离心机的型号字母表示为HR。

双支撑卧式刮刀卸料离心机是一种生产能力较大的离心机, 国内应用于生产都不多, 大多为引进德国的进口设备。该类离心机的主要代表就是Φ2050型离心机, 经它分离的黑钛液其硫酸亚铁能够达到百分之六左右的含水量, 效果较为突出。该离心机在结构构成上与我国自产的虹吸式离心机有着诸多相似之处, 其主要差别在于它没有设置相应的虹吸口, 其钛液是经机壳归集以后自动流出。

通过对德国生产的Φ2050型离心机与圆盘式真空过滤机的对比比较发现, 前者的主要特点就是过滤效果较理想, 电能消耗较低, 但同时价格较高, 维修与更换零件也较为繁琐, 所以在我国的使用范围并不广。目前在我国钛白生产过程中, 主要是通过设置两层的分离装置来达到硫酸亚铁的低含水量, 第一层是通过圆盘式真空过滤机进行分离, 第二层则使用RH630—N型离心机进行分离, 这样就能在达到硫酸亚铁低水分 (其含水量大约为百分之五到百分之七) 的同时, 增加分离的经济性。

3 偏钛酸的过滤洗涤

3.1 水洗规定

偏钛酸液体经过水解以后的化学组成较为复杂, 对这种液体的分离却比较好进行。但需要说明的是, 液体中水合二氧化钛的存在使得其它的外表极易布满母液, 而母液中存在的众多的硫酸亚铁和各种硫酸盐, 这些物质的能够对产出品的光学颜料等性能产生极大的不良影响。所以为了避免这些杂质对产品的影响, 通常利用水洗的方法进行液体去杂, 当偏钛酸溶液中的铁含量小于万分之一时即视为符合标准。

一般情况下, 经过一次的水洗基本不可能将偏钛酸溶液中的杂质去除到规定的标准, 另外诸如亚铁粒子等金属粒子很容易在水洗的途中因为溶液的酸度下降而变为三价铁离子, 然后形成氢氧化铁并融合在滤饼内不能进行彻底的消除, 这就最终导致滤饼内铁的比例不能达到标准。为此, 必须在一次的水洗之后增加一个环节, 即增加漂白的环节, 将第一次水洗中形成的沉淀物质再次转变为离子的形式, 此时高价的金属离子就会变成低价的氧化物, 然后再对其进行第二次的水洗过程, 使得偏钛酸的浓度达到规定的标准。第二次水洗以后的铁含量必须保持在十万分之三以下。

3.2 水洗设备

对于偏钛酸的洗涤和过滤, 一般是通过真空式叶滤机、离心机以及真空式转鼓过滤机等装置进行固液分离操作。笔者在此介绍几种在实际生产中使用较为广泛的种类真空式叶滤机在实际生产中大都为180m2规格, 有的生产商也生产规格较大的200、268m2型机组, 但我国国内较少出现。

隔膜式压滤机是一种最先在国外使用的水洗设备, 后来经过国内生产商的设计生产, 以及在钛白生产领域得到了大量的使用, 其使用规模与叶滤机差不多等同。

通过对压滤机和叶滤机的对比比较发现, 在对偏钛酸的两次水洗过程中使用压滤机能够节省更多的投资资金、工作成本以及水量消耗。但实际钛白生产中就二者的使用效果还不能得出一致的意见, 过去有很多人认为使用压滤机进行洗涤的效果较差, 叶滤机具有更好的使用效果, 但根据多年的技术完善, 如今的压滤机已经拥有了和叶滤机差不多的性能, 所以压滤机的适用范围也在不断增大。水洗设备可以根据使用者自己的特点进行选取。

4 偏钛酸浆液的脱水

一般来说, 在经历过盐处理以后, 偏钛酸溶液会仍旧处于一种粘稠状, 所以对其进行回转窑的煅烧处理之前, 必须通过提供足够的热量使偏钛酸浆液进行充分蒸发处理, 之后再进行脱硫以及晶型的转化等。通常来说, 水含量越低的偏钛酸溶液, 在进行窑内煅烧时就越能减少能源的消耗。与此同时, 水含量低的偏钛酸溶液还能更快的在回转窑内进行脱水处理, 也能更早的进行脱硫处理, 从而能够增大回转窑的使用效率。由于以上因素, 当今钛白生产企业对于偏钛酸回转窑前的水分降低, 投入了越来越多的注意力, 其主要方法是通过离心机、叶滤机、真空式转鼓过滤机以及隔膜压滤机等来实现。

利用离心机的脱水处理, 此方法通常是在三足离心机的转鼓里边设置一张滤布, 然后把经过盐处理的偏钛酸浆液放进三足离心机内, 当三足离心机开始运转时, 浆液中的水分就会在离心力的作用下分离出来, 分离完成后, 再取出偏钛酸进行后续工作处理。利用叶滤机的脱水处理, 该环节使用的叶滤机与前述水洗环节所使用的叶滤机相同, 这里的工作只是相当于再次进行叶滤机水洗的上片步骤。叶滤机在上片厚度合适的时候就会被抬起, 置于回转窑槽上, 待经过一定的抽干再把其中的滤饼拿出来, 利用本装置把它传送到回转窑的里边。

利用真空式转鼓过滤机进行脱水处理, 一般用在稠度不大并且比较容易进行过滤操作的溶液中, 使用该种过滤机能够不间断进行大规模处理, 且方便对滤布与滤饼进行再次使用和清理, 因此该方法使用的较为普遍。具体处理过程是, 通过设置在浆料槽上转鼓的旋转作用, 使各个隔室都能沉入到滤液, 再在真空状态下经滤布吸离滤液, 留下滤饼在滤布上, 随着转鼓角度的变换, 滤饼就会被刮刀进行刮离, 此时刮离的滤饼就可以被传送装置等传入到回转窑里。

利用隔膜式压滤机进脱水, 这种方法必须要求隔膜式压榨机的脱水压力超过一个兆帕, 在实际生产中使用进口的先进压滤机有时甚至能达到1.6个兆帕的压力, 在这种高压状态下, 偏钛酸溶液中的水分很容易就能被压出去。

以上各种脱水设备在实际钛白过程中均被广泛的应用过, 但当前我国使用较多的还是真空式的转鼓过滤机以及隔膜式的压滤机。通过对这二者的对比比较可以发现, 与国内的隔膜式压滤机比较, 进口的真空式转鼓过滤机由于其高昂的价格和使用费, 较差的以及脱水效果等特点, 已经被逐渐取代。

5 包膜后再次水洗

进行该环节主要是出于以下两个原因。第一个即是该环节可以对附着在钛氧化物上的可溶性金属盐进行再次处理, 第二个原因是它可以降低滤饼中的水分, 便于后续的干燥。包膜后的再水洗一般使用叶滤机或者是压滤机进行, 通过对二者的比较可以发现, 虽然压滤机的电能消耗略大一点, 但由于其造价和水耗较低, 滤饼中的水分也较少, 所以在钛白行业使用的更为广泛。

6 结束语

钛白工程设计中的分离和过滤对于最终产品的质量有着重要的影响, 它的分离过滤过程也包含着众多的工序。如果能够合理的对各个环节的设备进行选型, 就能够在保证分离过滤效果的同时, 为钛白生产企业节省大量的资金能源消耗。由于笔者能力和文章篇幅的限制, 文中出现的很多问题都未能深入展开, 笔者希望通过以上分析论述能为广大钛白行业从业人员提供一定的借鉴和帮助。

参考文献

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