几种过滤方法能耗分析

所有的过滤技术通过特定的过滤机来执行。所有的过滤机由特殊的机体结构与过滤滤材两部分组成。工业生产上的过滤机的机体结构很多，过滤滤材的种类也不少。这些机体结构与滤材的应用历史都相当久，因此现在所使用的各种过滤技术都属于实用技术。但是如用低炭与绿色经济来评判，用节能减排，节能减耗与节能增效来对照，就可发现，现在许多被认为是正常的，可行的，实用的过滤技术应尽速革新，不然，当前的不少过滤技术就成为能源与资源的“败家子技术”。“循环过滤”，“多级过滤”，“真空过滤”及“错流过滤”就是典型的多能耗技术。

1.  循环过滤：现在工业生产上大多数过滤机，当过滤操作启动后，并不能立即得到澄清度合格的滤液，往往需将滤液全部返回重新过滤。如果这种循环过滤一次至二次，这也许属正常操作，因为不少过滤机的滤液出口管道上常会残留少许悬浮物，利用滤液循环过滤一二次，可将这些残留固体去除。但是目前大量企业选用滤材前，未作科学试验与计算，仅作粗浅估算，甚至盲目选择，导致过滤滤液的澄清度低，无法满足生产工艺要求。为了提高澄清度，几乎所有企业都采用循环过滤这一方法，循环一至二小时已成为正常操作，有的甚至循环三至四小时。不计能耗，不计劳动生产率，用长时间的循环过滤的方法来提高滤液的澄清度已成为大多企业一个常规手段。
2. 多级过滤：

对一些质量要求很高的工业部门，如药品，食品，微电子等，为了确保产品质量万无一失，在液体过滤工序中，需设多道防线，即使前一级的液体的澄清度已满足，往往后面再加一至二级精度更高的精过滤，目的使产品出现纰漏的概率消失至零。但是许多企业将这一特殊产品的特殊处理方法移植到含固量多的滤饼过滤操作中。先用一至二级粗级过滤或其他分离方法将绝大多数较粗固体先去除。剩下只剩极少量的细颗粒再用效率很高的精过滤。以为这样多级串联过滤既确保好的滤液质量，又能以较小的过滤面积获得大量的固体滤饼。这种不了解液固过滤基本知识的方法，往往并不能达到希望者的初衷，甚至适得其反，弄巧成拙。作者遇到相当多的案例，本来一台原设计的过滤机，其滤液的澄清度与处理能力都能胜任，只是由于原料液含固量较多，每天需几次卸除滤饼，几乎操作稍麻烦些。为了减少卸滤饼的次数，就在该过滤机之前，增加一级预处理机，有的采用重力沉降，有的用离心机（如卧式螺旋离心机），有的用加压过滤机或真空过滤，前级去除95%以上甚至99%的固体，剩下5%，甚至1%的固体再用原来的过滤机，以为原料液固体已大幅减少，再用这一台过滤机，就轻而易举地完成剩下的固体的过滤任务。结果却是，别说一台过滤机，再把过滤面积放大几倍，也往往难以胜任。

（3）真空过滤：

真空过滤在工业生产上应用很广泛，尤其连续鼓式，连续转盘式与连续带式的真空过滤机应用非常普遍。除非某些易挥发性物料或有严重腐蚀性物料不适宜，对大多数颗粒大于10微米的物料，连续真空过滤机很实用，很方便。连续真空过滤需要三种能耗，一是液固过滤本身能耗，二是过滤机连续转动时的机械传动能耗，三是产生真空系统的能耗。第一与第二项能耗都很小，只有第三项能耗很高，但是很少有人关注真空过滤的能耗为什么相当高？

真空系统的能耗除了少量用于液固过滤本身的能耗外，主要消耗于产生真空与维持真空这两方面。产生真空的能耗即是将欲承受滤液的真空容器在过滤起动前从常压状况抽至真空状态所需能耗；维持真空的能耗是在正常过滤时，为了维持真空容器所需的真空，并使过滤滤液顺利进入真空容器，要将与滤液等体积的真空容器内残余气体抽出并压缩与排至大气所消耗的能耗。

（4）错流过滤：

如果物料中固体颗粒非常细，都小于0.1微米，形成滤饼，其比阻非常大，以致滤饼过滤时的平均滤速非常小；由于颗粒细，颗粒表面能大，颗粒与滤材之间的粘合力也相当大。对于这类物料，为了使其能获得较满意的平均滤速，无滤层的错流过滤方法就为许多人选用。料浆在滤材表面高速流动，可将过滤时形成的滤饼层及时冲刷掉，可使平均滤速大幅提高。料浆在滤材表面的线速度必须很高，一般要超过5-10米/秒。颗粒愈细，线速度愈大。料浆高速流动要耗很大的能量。其实只有在滤材表面附近一层的高速流动的能耗是有效能耗，离表面稍远的高速流动的能耗均是无效能耗。

错流方法最先用于超滤，纳滤，反渗透等均相分离的操作中，为减少均相膜表面附近的浓差极化而采取的措施。由于料液中没有固体颗粒，两相邻膜之间的间隙可以非常小，因而无效能耗也非常少。此方法如用于含有一定量细颗粒的非均相过滤，两滤材之间的空间不可能非常小，否则该空间会被浓缩后的细颗粒堵塞，因此非均相分离的错流过滤器很少制成易堵塞的卷膜式，绝大多数制成不易堵塞的管束式。

错流管束过滤器只能起增稠左右，不能产生较干滤饼。过滤管直径必须很小，其无效能耗才较少。这类过滤器的单位体积内可获得很大的过滤面积。但无论直径多小，其无效能耗比过滤本身能耗都要大很多倍。

（4）精密微孔过滤机

特点是过滤精度与过滤效率非常高，水溶液类液体中，0.3微米微粒几可100%滤住；采用压力气体快速反吹法可很快卸除滤材表面较干滤饼，时间短，又很方便。可用气液快速反吹法对被堵塞滤材进行高效物理再生，简单又便捷；滤材的化学性能非常优越，可耐大多数酸、碱、盐及大多数有机溶剂，滤材寿命二至五年以上，属于长效滤材。过滤机的结构有多种，既可过滤含固量多的滤饼过滤，洗涤，压干，并可自动快速卸除滤饼，也可用于含固量少，液体量大的液体澄清过滤；既可用于有腐蚀性物料过滤，也可用于医药、食品等高要求物料的精密过滤。已大规模用于化工、制药、冶金、食品、机械、环保等工业部门，全国已有六千多台各种规格过滤机在各工业部门使用，最长应用历史也有三十多年。这种过滤机是高效长效，节能减排液固过滤机。