动态过滤技术研究及分析

概述

动态过滤是以液体压力和离心力为固液分离的推动力，料浆在过滤过程中始终与过滤介质平行流动，滤液穿过过滤介质时，在过滤介质上不积存或仅积有薄层滤饼的动态薄层滤饼或无滤饼层的过滤。而薄层滤饼或无滤饼层主要是由高速剪切流动的流体所产生剪切力抑制了滤饼层的增长所造成。采用动态过滤原理的旋叶压滤机是一种新型的过滤设备，国内外对在滤室内流体流动的机理进行了大量的研究。因为流体流动的切向速度直接影响到抑止滤饼的剪切力和过滤速率的大小，所以对流体切向速度进行了很多分析研究。

日本学者Shirato1986年首先对没有过滤过程、没有流体流入条件下的封闭滤室内流体切向速度在层流状态时进行了研究；

1991年Yamaznki等人又假设了上述相同条件下湍流状态时流体切向速度的表达式，并分别采用符合幂函数规律的牛顿型流体和非牛顿型流体进行了实验研究团。随着对旋叶压滤机研究的深人，注重对与实际工况相似的旋叶压滤机内部动态规律进行研究。我国台湾大学学者卢维明1988年在有单面过滤、有流量条件下，对层流状态(雷诺数Re<104)滤室内的流体研究了过滤作用与流体的流速、剪应力和过滤速率的关系。

天津大学从80年代以来，也对旋叶压滤机滤室内的流体流动规律进行了大量的实验研究，并模拟了实际工作条件下的双面过滤，得到了一些实验结论。但研究仍然是在理论上进行了一定的假设和简化，实验与测试方法比较简单，难以达到较高的测试精度。国内外学者对动态旋叶压滤机滤室内流体的流动进行了大量的研究，但由于滤室内结构及流动状态比较复杂，在理论上只进行了层流的初步探讨，所做的简化及实验条件大都与实际工作条件有较大的差别，无法真实描述流体的流动状况。而动态旋叶压滤机不同于传统过滤装置的主要特点是它可使滤室内的流体平行于过滤介质流动，高速剪切流产生的剪切力抑制滤饼的增长，从而降低过滤阻力，提高过滤速率。因此，经过实际的工业应用实验，用适当的方法分析整个滤室内流动状况，控制滤饼厚度，计算出过滤流量，具有很大的工程应用价值。

实验流程及装置过滤机的实验流程

此流程是根据华曙制药厂生产工艺设计的，过滤系统能够在压滤机内同步完成物料过滤和两种低单位液体洗涤滤饼过滤，综合了两步生产流程。系统的核心为动态旋叶压滤机，其过滤部分结构，叶轮与五层金属过滤面的间距为5mm，叶轮直径是为500mm，滤板直径@600mm，装有7个叶轮和6块双面滤板。通过变频调节，实验机在不同的转速下工作，控制进料泵的阀门调节进口压力和洗涤液进口压力，达到物料压力和流量平衡。实验物料分别为土霉素稀释液和结晶液，过滤稀释液时，滤速很快，两小时内的平均滤速达到了0.27m3／m2~h，为普通板框压滤机的7倍；滤液的品质好于板框压滤机，透光度高达92，不需要进行脱色工艺就可以直接进行结晶，普通板框压滤机滤液透光度仅为82～85。压滤机在过滤超粘的染菌滤液物料状态下能工作，但过滤速率只能达到0.103m3／m2·h，此时板框压滤机不能过滤。过滤机在进口压力为0.2～0.4MPa工作情况良好，过高的压力会导致滤饼压实，滤速下降，甚至会将滤板压坏。过滤结晶液时压滤机滤速平稳，进口压力保持在0.25～0.32MPa之间时，平均滤速为0.23m3hnh，浓缩结晶物含水率稳定，干度为50％，低于吊袋离心过滤机。实验情况说明动态过滤机具有很好的过滤性能，表现在滤液品质高，滤饼控制方便和过滤速度快等方面。

动态过滤技术理论

动态旋叶压滤机主要采用了动态滤饼和十字流过滤技术。滤液经过过滤介质表面形成薄滤饼层，在叶轮不断的转动下，滤饼得到抑止和削减来保持过滤的稳定。同时滤饼层不在过滤介质表面停留，而是不断向滤板边缘运动，再沿轴向转移到最后的排放口，实现了动态滤饼层的厚度抑止和滤渣流动。

动态过滤机发展前景

根据对过滤与分离机械行业现状发展趋势的相关报道，国内在技术领域的研究和国外大体相当，重点产品整机性能已经接近发达国家20世纪90年代初水平，近年来，在产品设计上采用计算机辅助分析和设计，制造中采用了新的技术大大提高了产品的质量。动态过滤技术在三大化工(石油、天然气、煤)、医药、环保等行业大有用武之地，动态过滤技术在开发石油化工行业使用的大型压力离心机和城市污水处理急需的大型压滤机上的应用具有大的优势。

结论

将动态压滤与离心分离相结合的方式，克服实验出现的过滤压差难控制、滤液品质不稳定和滤饼排出湿度高等不利因素，改进实验用的动态过滤机将会促进动态技术在行业中的应用。在企业研究人员的努力下，动态过滤技术在国内工业中的应用一定可以很快实现。