1. 概述
廿世纪发展起来的膜过滤技术是廿世纪最重要的发明之一，它能明显地提高产品质量，收率与劳动生产率，能减少能耗、物耗与生产成本，能减少废物与废水排放，因而获得愈来愈广泛应用。廿一世纪是膜过滤技术进一步向深度与广度发展的世纪，对世界经济必将产生不可估量的影响。
膜过滤可分为均相膜过滤与非均相膜过滤两种。反渗透、纳滤与大部份超滤属均相膜过滤，微孔膜与部份超滤属非均相膜过滤。非均相膜过滤又可分为两大分支，一是其过滤介质为柔性薄膜，另一是其过滤介质为刚性或亚刚性微孔管。柔性薄膜的厚度一般只有几十微米，原料成本较少，制造难度相对较低，因此发展快，应用范围广，但其抗拉强度较差，不能用简单的物理方法（即高压气体反吹法）卸除滤饼与高效再生，难以应用到能形成较干滤饼的精密滤饼过滤，目前绝大部份微孔膜仅用于含固量很少的液体精密澄清过滤，只有很少部份用于无滤层的动态增稠过滤。刚性或亚刚性的微孔管，其壁厚一般不小于2至3毫米，抗拉与抗压强度相对较高，可用物理方法反吹排渣与再生，不仅可大规模用于含固量很少的液体精密澄清过滤，用于无滤层或薄层的动态增稠过滤，还大量用于含固量多，能排出较干滤饼的液体精密滤饼过滤。
刚性或亚刚性微孔过滤管有金属类烧结微孔管，无机类烧结微孔管与高分子类烧结微孔管等三大类。金属类与无机类的诞生与工业上推广应用已有五十至六十多年；高分子类的诞生只有三十多年，工业化应用只有廿多年。从过滤精度，机械强度，再加工性能，抗堵塞性能，抗腐蚀性能，耐热性能及价格等几方面全面对比，三类微孔过滤管各有优劣。金属类耐热性能与机械强度相当理想，但价格与抗腐蚀性能是其劣势；无机类的耐热与抗腐蚀是优势，但机械强度与再加工性能是其劣势；高分子类的耐热性能是其劣势，目前工业生产上广泛应用的还不能超过120℃，但由于加工较易，价格较低，机械性能不差，耐腐蚀性能非常突出，虽然开发时间最短，自上世纪六十年代末在我国试制成功，技术上愈来愈趋成熟，应用领域与应用规模愈来愈大，目前在中国，已超过金属类与无机类。
为了提高过滤精度，为了能高效过滤更细小的微粒，又要减少过滤过程中的能耗，无论无机类、金属类或高分子类，都在研制与开发多层微孔管，这类过滤管的表层的毛细孔径很小，基层的毛细孔径较大，基层与表层紧密粘结，表层可承受高压气体反吹。多层无机类的无机膜技术国外发展很快，国内也广泛进行很有成效开发，金属类与高分子类的多层微孔管的研制较晚，但进展也很快，都已开发出可在工业生产上成功应用的产品。
作者从1966年初开始在国内从事高分子类精密微孔过滤技术的研制，在多种高分子烧结微孔过滤管及各种结构过滤机研制成功的基础上，对该技术的硬件与软件进行了连续三十七年的系统研制、开发与推广应用。限于篇幅，本文仅介绍该技术某些主要概况。
2. 高分子烧结微孔过滤介质
2.1 高分子烧结微孔过滤介质的型号与尺寸规格
高分子烧结微孔过滤介质及其多种衍生物已开发成功8种，目前广泛推广应用的主要为微孔PE与微孔PA两种。外形结构有多种，主要有管形、平板形、平板复合形三大类。
表一 高分子烧结微孔管尺寸规格
|
外径mm |
150 |
120 |
120 |
106 |
97 |
80 |
80 |
80 |
65 |
65 |
65 |
50 |
50 |
50 |
50 |
50 |
38 |
38 |
38 |
31 |
31 |
24 |
24 |
20 |
13 |
|
内径mm |
116 |
100 |
80 |
86 |
72 |
44 |
34 |
50 |
55 |
44 |
34 |
34 |
30 |
26 |
20 |
15 |
26 |
20 |
15 |
20 |
15 |
15 |
8 |
14 |
8 |
|
长度mm |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
1000 1500 |
微孔PE和微孔PA的平板型与平板复合型的尺寸规格可根据微孔精密过滤机的结构需要专门进行加工，目前最大直径已做到1200毫米。
无论管形、平板形或平板复合形，均可制成不同的微孔孔径。表二 高分子烧结微孔过滤介质的毛细微孔孔径型号
|
微孔PE、PA管 |
PE～1型 |
PE～2型 |
PE～3型 |
PEPA～4型 |
PEPA～5型 |
PEPA～6型 |
PEPA～7型 |
PEPA～8型 |
PEPA～9型 |
|
A |
B |
A |
B |
A |
B |
平均微孔孔径
（mm） |
140～111 |
110～81 |
80～64 |
63～46 |
45～39 |
38～31 |
30～26 |
25～21 |
20～16 |
15～11 |
10～5 |
5～1 |
对超细微粒的过滤，已大量采用多层微孔过滤介质，其过滤精度由表层的微孔孔径控制。目前表层的微孔孔径最小为0.3微米。
2.2 高分子烧结微孔过滤介质的主要特性
2.2.1 高分子烧结微孔过滤的过滤效率高
高分子微孔过滤的过滤精度相当高，表三给出微孔PE管过滤几种超细无机粉体的过滤效果的测定值，表四给出微孔PA过滤管过滤水中大肠杆菌的过滤效果测定值。由表三与表四可以看出，微孔PE与微孔PA过滤液体中微米与亚微米级的微粒等杂质的过滤效率相当高。不仅过滤液体微粒的效率高，过滤气体中的微粒其过滤效率也非常高，表五给出微孔PE与微孔PA过滤管过滤空气中尘埃的过滤效率测定值。
由表三、四、五所列数据可以看出，这种过滤介质的过滤效率很高，过滤精度也很高。大量试验与实践表明，水溶液中0.5微米的微粒一次就可以100%滤住，0.3～0.4微米的微粒一次
过滤效率也可达到90%以上。只要微孔管的结构与微孔管的毛细孔径控制恰当，可以将0.2微米的微粒绝大部份滤住。
表三 微孔PE管过滤细微粒的过滤效果
|
被过滤微粒的名称 |
微粒粒径 |
液体
名称 |
过滤
压差
(MPa) |
微孔PE管壁厚
(mm) |
微孔PE管的平均毛细孔径
(μm ) |
穿滤
情况 |
滤液
浊度
(NTU) |
备注 |
|
硅酸锆 |
粒径范围
≤0.1μm
0.1～0.2
0.2～0.3
0.3～0.4
0.4～0.5
0.5～1
1～3
3～6 |
比例
11%
10%
9%
6.2%
5.8%
21.2%
31.8%
5% |
无离子水
（不产生絮凝） |
0.02 |
5.5 |
10～15 |
微穿滤 |
8 |
滤液
微浊 |
|
5～10 |
不穿滤 |
≤3 |
滤液清彻透明 |
|
AL2O3 |
0.3～0.5
0.5～1
1～5
>5 |
30%
40%
20%
5% |
无离子水
（不产生絮凝） |
0.02 |
5.5 |
10～15 |
微穿滤 |
10 |
滤液
微浊 |
|
5～10 |
不穿滤 |
≤3 |
滤液清彻透明 |
|
绢云母 |
0.4～0.5
0.5～1
1～5
>5 |
10%
30%
40%
20% |
无离子水
（不产生絮凝） |
0.02 |
5.5 |
15～20 |
微穿滤 |
8 |
滤液
微浊 |
|
10～15 |
不穿滤 |
≤3 |
滤液清彻透明 |
|
超细CaCO3 |
原为0.04μm ，在自来水中会絮凝为0.3～0.5μm。 |
自来水 |
0.02 |
5.5 |
15～20 |
微穿滤 |
8 |
滤液
微浊 |
|
10～15 |
不穿滤 |
≤3 |
滤液清彻透明 |
表四 微孔PA管过滤水中大肠杆菌过滤的效果
微孔管的平均毛细孔径
（μm） |
微孔管壁厚
（mm） |
过滤滤速
（m3/m2·h） |
过滤效果 |
滤前水中大肠杆菌个数
（个/毫升） |
滤后水中大肠杆菌个数
（个/毫升） |
去除
效率
（%） |
|
6.55 |
15 |
0.5 |
3630000 |
28 |
99.99 |
|
8 |
15 |
0.5 |
4700 |
0 |
100 |
|
10.1 |
15 |
0.5 |
4100 |
0 |
100 |
|
10.22 |
15 |
0.5 |
3630000 |
3 |
99.99 |
|
10.8 |
15 |
0.5 |
6800 |
0 |
100 |
|
12.5 |
15 |
0.5 |
6800 |
0 |
100 |
|
12.7 |
15 |
0.5 |
4100 |
0 |
100 |
|
12.9 |
15 |
0.5 |
4100 |
0 |
100 |
|
13.05 |
15 |
0.5 |
2200 |
17 |
99.23 |
|
14.0 |
15 |
0.5 |
1950 |
0 |
100 |
|
14.7 |
15 |
0.5 |
5100 |
0 |
100 |
|
15.0 |
15 |
0.5 |
1950 |
0 |
100 |
|
15.0 |
15 |
0.5 |
470 |
0 |
100 |
|
17.38 |
15 |
0.5 |
2480 |
1 |
99.96 |
|
17.56 |
15 |
0.5 |
2470 |
11 |
99.55 |
|
18.13 |
15 |
0.5 |
2480 |
2 |
99.92 |
|
18.67 |
15 |
0.5 |
2470 |
1 |
99.96 |
|
19.88 |
15 |
0.5 |
2470 |
0 |
100 |
|
21.06 |
15 |
0.5 |
46000 |
54 |
99.88 |
|
22.44 |
15 |
0.5 |
46000 |
27 |
99.94 |
|
22.60 |
15 |
0.5 |
46000 |
32 |
99.93 |
|
22.82 |
15 |
0.5 |
46000 |
37 |
99.92 |
表五 高分子微孔管过滤压缩空气中尘埃的过滤效果
气温：40℃
空气湿度：
23～32%
进气压力：
0.2MPa
每次测定时间：
维持1小时
空气中尘埃浓度，每立方呎中最多：16万颗，最小：600颗 |
PE管
15～20 |
5.5 |
1.74 |
106 |
100 |
100 |
100 |
|
3.42 |
192 |
99.78 |
99.69 |
99.69 |
|
6.84 |
467 |
99.93 |
99.90 |
99.92 |
|
8.58 |
550 |
99.99 |
99.98 |
99.68 |
PE管
20～25 |
5.5 |
1.74 |
61 |
99.97 |
99.98 |
100 |
|
3.42 |
124 |
99.07 |
99.34 |
99.33 |
|
6.84 |
264 |
99.11 |
99.15 |
98.48 |
|
8.58 |
419 |
99.97 |
99.94 |
99.39 |
PE管
20～25 |
9 |
1.38 |
77 |
100 |
100 |
100 |
|
2.82 |
166 |
99.94 |
99.92 |
99.38 |
|
5.58 |
360 |
99.99 |
99.83 |
99.31 |
|
6.96 |
479 |
99.95 |
99.91 |
99.14 |
PA管
15～20 |
9 |
1.38 |
124 |
100 |
100 |
100 |
|
2.82 |
264 |
99.99 |
99.99 |
100 |
|
5.58 |
453 |
99.96 |
99.98 |
99.89 |
|
6.98 |
575 |
99.97 |
99.95 |
99.86 |
PA管
20～25 |
9 |
1.38 |
28 |
100 |
100 |
100 |
|
2.82 |
81 |
99.89 |
99.90 |
99.84 |
|
5.58 |
196 |
99.58 |
99.89 |
99.98 |
|
6.96 |
261 |
99.96 |
99.94 |
89.85 |
2.2.2 高分子微孔过滤介质卸除滤饼很简便
高分子微孔过滤管由于具有一定刚性，在0.6Mpa内压作用下，过滤管基本不膨胀、不变形，又有一定的抗拉强度与较好的抗冲击强度。这些较好的机械性能使高分子微孔管可以经受0.6MPa的气体从微孔管内向管外进行高速反吹而不破裂。
从过滤介质表面卸除滤饼有多种方法，如自重落饼法、刮刀刮饼法、刮线刮饼法、推渣板推饼法、振动法、液体反吹法及气体反吹法等。诸多方法中只有气体反吹法最简便，又不破坏滤饼的干度。传统过滤机中如真空转鼓式或转盘式过滤机与某些管式滤布过滤机等已采用气体反吹法卸渣，但由于滤布在气体反吹时向外膨胀变形，一般只得采用很低压力（小于0.1MPa）的气体，使滤布向外膨胀变形小。这方法仅用于卸除颗粒较粗又无粘性的滤饼；对又细又粘的滤饼，低压气体反吹无法使滤饼脱离过滤介质，必须采用压力较高的气体反吹，方可将滤饼向外膨胀变形，这时如果过滤介质仍是滤布，滤布在高压反吹下也同时向外显著膨胀变形，滤饼与滤布向外同步膨胀变形，导致两者仍粘连在一起，滤饼从滤布上仍难以脱离。因此，对粘细滤饼，如用滤布或其他柔性过滤介质，较高压力的气体反吹法无法卸滤饼。
刚性的高分子微孔过滤管与其他刚性微孔管一样，只要直径与壁厚恰当，在较高压力的压缩气体反吹下，不膨胀变形，不破裂，因此就适用于粘细滤饼的反吹卸除。一般采用容易得到的0.6Mpa的压缩空气，在1至2秒时间，将该空气压送至所有高分子微孔管的管内，压缩气体通过微孔管壁的毛细孔，从管内向管外绝热膨胀，形成声速或超声速的高速气流冲向管外，将粘附在微孔管外表面上有一定厚度的干滤饼迅速推开，使之自重脱落。除非滤饼与微孔管外壁的粘附性非常大（如动植物蛋白质类等胶状物），一般较粘的滤饼采用本方法均可快速有效地卸除。（对粘性很大的滤饼，可采用助滤剂的预涂法于以解决）。
2.2.3 高分子微孔介质的化学性能极为优异
目前广泛推广的高分子微孔过滤介质以超高分子聚乙烯为主体原料，其化学性能极为优异，除95%以上的浓硫酸之外，可耐任何无机酸与有机酸，耐任何浓度的各种碱与盐；80℃以下耐任何有机溶剂，即使某些溶剂80℃以上使微孔管有少许溶胀，但仍保持刚性形状，不影响正常操作；在任何化学溶液中，无化学物质或微粒脱落。这一系列优异化学性能使高分子微孔管在工业生产上有广泛用途。
2.2.4 再生简便、使用寿命长
任何过滤介质的使用寿命取决于使用中的四方面损伤程度，一为机械损伤，二为化学损伤，三为热损伤，四是不可逆的堵塞损伤。
高分子微孔管的机械性能虽比金属类差，但一般比无机类强，尤其抗拉抗冲击性能与抗压强度相当好，使用中通常不易产生机械损伤；其耐腐蚀性能更理想，因腐蚀损坏而无法使用的事例很少；虽然耐温不高（微孔PE不超过80℃，微孔PA不超过110℃）如在耐温的区域内使用，就不会发生热损坏。对高分子微孔管，决定使用寿命的主要原因是堵塞。
堵塞是任何过滤过程的固有本性。堵塞现象可分为表面堵塞、表层堵塞与深层堵塞三种。采用压缩气体反吹法，就可将表面与表层堵塞微粒向毛细孔外排出，将深层堵塞的微粒向表层或表面推移。利用压缩气体快速反吹法卸滤饼时，也同步进行快速反吹再生。
再生效率决定了高分子微孔管的使用寿命，为了使微孔管的快速再生的效率更高，反吹卸除干滤饼后，往微孔管内加一些水，使其毛细孔为水充满，然后再进行压缩空气快速反吹，高动能的气水混合流体可将少量仍堵在表层与表面的微粒进行强制排除。这种气水混合流体的高速反吹法的再生效率非常高，一般可达95%，有的可超过98%。只要每次再生效率达到95%，高分子微孔管就可连续使用200次至300次。
由于操作原因，或由于物料原因，如单用气水混合流反吹已无法恢复到正常滤速，或者气水反吹次数达到200至300次后，微孔过滤管已无法继续使用，对此类微孔过滤管可采用化学再生。高分子微孔过滤管由于化学性能特别优越，化学再生很方便。
化学再生就是将已堵塞的微孔管用酸、碱或其他化学液体进行静止浸泡或动态循环，使堵塞微粒完全溶解，或降解，或减弱微粒与过滤介质接触界面的分子间结合力。不管哪种机理，化学再生的效率都大于98%至99%，可获得比较完全再生。化学再生毕竟比较麻烦，不宜频繁使用，只能几星期或几个月使用一次。化学再生装置应与微孔过滤机一起设计，一起安装，使化学再生能密闭操作，不需人工繁重劳动。
由于可用简便的气水混合流快速反吹再生，也可用简易密闭的化学再生，高分子微孔管的抗堵塞性能相当理想，使用寿命很长，一般可用一年至三年，有的超过五年。
2.2.5 高分子微孔过滤管的机械性能较好
微孔过滤管必须具有较好抗拉、抗压、抗冲击的强度与一定的弹性模量，否则
易发生反吹破裂，正压压偏与安装时断裂等弊病。
高分子微孔过滤介质的抗拉、抗压、抗冲及弹性模量等机械性能参数与该高分子原料的性能有关，也与微孔介质的孔隙率有关。作者通过系统的研究，得出如下微孔PE介质的有关机械性能参数的关系式：
（1）
（2）
（3）
（4）
2.2.6 高分子微孔过滤介质的比重轻，再加工容易，安装与维护较轻便。
与金属类及无机类微孔过滤介质相比，高分子微孔过滤介质的比重小于1或接近1，重量轻。另外，高分子微孔过滤介质可以很容易进行刨、锯、车、焊等再加工，安装与维修较轻松方便。
2.2.7 高分子微孔过滤介质的价格相对较便宜
与金属类及无机类微孔过滤介质相比，目前广泛推广的微孔PE与微孔PA两种介质的原料价格不高，加工工艺比较简单，价格相对较便宜。
高分子微孔过滤介质的过滤精度与过滤效率较高，卸干滤饼与再生既简便，耐化学性能非常优异，使用寿命长，与现在工业生产使用的各类过滤介质相比较，高分子微孔过滤介质的性能价格比相当高。
3. 精密微孔过滤机
精密微孔过滤机的特性：
高分子精密微孔过滤机的特性主要由高分子微孔过滤介质的固有特性表现出来，如高过滤效率，简便的压缩气体反吹法排滤饼，高效又简易的气水反吹法再生，优异的化学性能及较好的机械性能等等。但应用这种过滤介质的精密微孔过滤机的结构极为重要，结构先进，就确保高分子微孔过滤介质的优势充份展现出来，反之，会减弱，扭曲甚至完全破坏过滤介质的特色。
目前的结构已具备如下特色：
① 精密微孔过滤机的机体均为立式结构，单位体积的过滤机体内所具有的过滤面积与单位占地面积所具有的过滤面积等值均相当高；
② 可得到较干滤饼精密微孔过滤机的底部均有气缸驱动的大排渣底盖，每次可较方便地排除大体积的较干滤饼；
③ 所有各种型号的精密微孔过滤机均可组装成程序控制，可半自动或全自动操作；
④ 各种型号的微孔过滤机内部的机械部件很少，甚至只有微孔过滤介质，与物料接触的机体内部材质可用各种不锈钢、合金钢，也可内衬5毫米以上的塑料层或橡胶层，大排渣底盖也可内衬塑料层或橡胶层，因此，可长时间用于有化学腐蚀性的物料过滤；
⑤ 除了过滤机内部有搅拌装置，其他各种型号的过滤机内部均无传动部件，过滤时静止操作，安装要求低，安装与维修较方便；
⑥ 精密微孔过滤机的壳体可以外加夹套，使之能恒温过滤；
⑦ 精密微孔过滤机一般为低压差（0.01～0.2MPa）过滤，动力消耗较省；
⑧ 全部为密闭过滤，过滤时物料不泄漏，气味不外逸。
4. 高分子精密微孔过滤技术的主要计算
高分子精密微孔过滤技术的硬件与软件日趋成熟，在大多数工业生产的推广应用中，多数不需作中试放大试验。只要作严格的系统小试验与严密的计算，就可直接进行工程放大设计。
4.1 所需的烧结微孔过滤介质的平均毛细孔径dm的计算：
刚性烧结微孔过滤管的过滤机理比柔性微孔膜的机理复杂。柔性微孔膜主要依靠膜表面的机械筛滤，膜厚度很薄，深层的作用微不足道；刚性烧结微孔管由于有一定的壁厚，毛细孔道的深层也可起明显的过滤作用。利用孔道壁的吸附与微粒架桥等机理以及弯曲毛细孔道的障碍截阻等作用，大毛细孔径微孔介质可以过滤住比其毛细孔径小得多的微粒，微孔管表面的机械筛滤仅起次要作用。
对于小于10微米的微粒，所需的过滤介质的平均毛细孔径dm与被过滤微粒的最小粒径ds，微孔过滤介质的平均孔隙率ε，壁厚△L，滤液粘度μ以及平均滤速u之间存在如下关系式：
（5）
4.2 液体精密滤饼过滤的主要计算：
4.2.1 液体精密滤饼过滤中滤饼平均比阻α与过滤压差△P之间的相互关系：
对所有的滤饼过滤，必须测定不同压差△P下的平均比阻α，然后归纳出α与△P之间的数学关系，有两个数学模型可供使用，即：
（6）
（7）
国内外普遍采用式（6）计算。作者经过长期实践发现，对于10微米以下，尤其5微米以下的微米与亚微米级微粒组成的滤饼，式（7）较式（6）正确些。这可能由于固体微粒很细，滤饼层的毛细孔径很小，毛细力较大；再由于过滤压差对滤饼的挤压作用与滤液在毛细孔内的流动导致细颗粒往前位移等作用，使得整个滤饼层的前后毛细孔结构不对称。由于这两原因毛细力会产生较大的滤液流动阻力，故式（7）更接近实验数据。
在国内外的各种书籍与文章中，采用式（7）的很少，这方面的实验数据难得一见。
作者在几十年的实践中，测定了大量细颗粒滤饼的平均比阻α与△P之间的实验数据，计算出每一物料的α0、λ与s等系数，表六给出部份细颗粒滤饼的α与△P的关系式。
表六的数据有局限性，一是压差范围不大，一般只在0.05～0.3MPa之间，并没有将压差区间扩大到0.4MPa以上；二是所测的物料均是某些企业生产现场直接取得，不一定是很纯的物料。如果压力范围不同，物料浓度与物料性状不同，α与△P的关系式也会变化，因此表六仅供参考，不一定能被无条件使用。
表六 某些物料的平均比阻α与过滤压差△P之间的关系式
|
序号 |
料液名称 |
被过滤固体名称 |
滤饼平均比阻α与过滤压差△P之间关系式 |
|
1 |
青霉素发酵液（球状菌） |
菌丝体，培养基残渣 |
α=2.97×1014+3.31×10-2×△P3.49 |
|
2 |
表霉素发酵液（丝状菌） |
菌丝体，培养基残渣 |
α=1.39×1014+2.7×10-1×△P4.86 |
|
3 |
四环素发酵液 |
菌丝体，培养基残渣 |
α=0.95×1015+2.04×104×△P2.41 |
|
4 |
红霉素发酵液 |
菌丝体，培养基残渣 |
α=1.17×1015+1.38×1014×△P2.57 |
|
5 |
井岗霉素发酵液 |
菌丝体，培养基残渣 |
α=1.53×1015+9.38×103×△P2.47 |
|
6 |
杆菌肽发酵液 |
菌丝体，培养基残渣、珍珠岩 |
α=9.38×1015+2.84×△P3.58 |
|
7 |
柠檬酸发酵液 |
菌丝、培养基残渣 |
α= -1.46×1015+1.66×1013×△P0.544 |
|
8 |
肌苷发酵液 |
菌丝，培养基残渣、珍珠岩 |
α=4.9×1015+36862×△P2.44 |
|
9 |
味精发酵液 |
菌丝，培养基残渣 |
α=1.752×1014+8.87×108×△P1.44 |
|
10 |
丝裂霉素发酵液 |
菌丝，培养基残渣 |
α=2.67×1014+4.54×107×△P1.69 |
|
11 |
酵母发酵液 |
酵母菌菌丝培养基残渣 |
α=7.13×1013+2.28×10-5×△P4.64 |
|
12 |
安乃近脱色液 |
粉末活性炭 |
α=-2.4×1013+3.4×1011×△P0.622 |
|
13 |
味精脱色液 |
粉末活性炭 |
α=6×1014+6.18×108×△P1.13 |
|
14 |
肌苷脱色液 |
粉末活性炭 |
α=2.57×1013+1.22×108×△P1.46 |
|
15 |
对苯二酚脱色液 |
粉末活性炭 |
α=2.05×1014-1.92×10-25×△P9.7 |
|
16 |
利福平结晶液 |
细结晶体 |
α=7.84×1013-3.95×1020×△P-2.23 |
|
17 |
硫酸钡沉淀液 |
硫酸钡 |
α=1×1015+5.01×108×△P1.65 |
|
18 |
含五氧化二钒料液 |
五氧化二钒 |
α=5.97×1012-2.69×1024×△P-3.28 |
|
19 |
含硫酸铝料液 |
硫酸铝 |
α=9.72×1013+5.25×10-15×△P6.28 |
|
20 |
铬酸铅沉淀物 |
铬酸铅 |
α=2.08×1013+5.36×105×△P1.93 |
|
21 |
碱式碳酸铜沉淀液 |
碱式炭酸铜 |
α=1.4×1014+1.63×10-20×△P9.1 |
|
22 |
碱式碳酸铁沉淀液 |
碱式碳酸铁 |
α=-1.55×1014+2.9×1012×△P0.54 |
|
23 |
含硫化钡料液 |
硫化钡 |
α=1.59×1013+1.41×10-7×△P5.4 |
|
24 |
含硫化锌料液 |
硫化锌 |
α=6.34×1014-3.8×1016×△P-0.46 |
|
25 |
含硫化镉料液 |
硫化镉 |
α=5.25×1014+7.15×1010×△P1.01 |
|
26 |
含铬废水 |
Cr(OH)3 |
α=8.33×1014+20091×△P2.4 |
|
27 |
含锌废水 |
Zn(OH)2 |
α=1.32×1015+1026×△P-2.92 |
|
28 |
含铅废水 |
Pb(OH)2 |
α=1.39×1014+4.53×108×△P1.38 |
|
29 |
含镉废水 |
Cd(OH)2 |
α=1.27×1016+1.19×10-4×△P4.74 |
|
30 |
含铜废水 |
Cu(OH)2 |
α=2.47×1014+6.19×10-2×△P6.66 |
|
31 |
含镍废水 |
Ni(OH)2 |
α=-1.7×1013+6.29×1010×△P0.943 |
|
32 |
含氢氧化铁废水 |
Fe(OH)3 |
α=1.177×1015+3.62×△P3.59 |
|
33 |
含锌、铁废水 |
Zn(OH)2 Fe(OH)3 |
α=-2.51×1015+1.43×1014×△P0.636 |
|
34 |
含铜、锌废水 |
Cu(OH)2 Fe(OH)3 |
α=1.58×1014+9.12×102×△P2.56 |
|
35 |
含炭黑与石脑油废水 |
碳黑 |
α=5.14×1014+5.8×106×△P1.77 |
|
36 |
造纸废水（白水） |
纸纤维 滑石粉 |
α=4.46×1013+9.7×107×△P1.54 |
|
37 |
含炭黑的烟道气洗涤废水 |
碳黑 烟尘 |
α=1.61×1016-1.63×1024×△P2.33 |
|
38 |
制革含铬废水 |
Cr(OH)3，含油污物 |
α=1.78×1015+2.62×105×△P2.52 |
|
39 |
电泳漆废水 |
絮状电泳漆沉淀物 |
α=1.18×1014+4.94×109×△P1.25 |
|
40 |
含钛白粉废水 |
钛白粉 |
α=1.5×1015-7.89×1013×△P0.37 |
|
41 |
含细陶瓷粉废水 |
细陶瓷粉 |
α=-6.19×1014+4.52×1013×△P0.39 |
|
42 |
煤矿矿井废水 |
细煤粉、泥土、腐植酸等 |
α=7.07×1013+2.85×107×△P1.85 |
|
43 |
玉米酒糟废水 |
菌丝体，培养基残渣 |
α=1.1×1015+2.96×108×△P1.48 |
|
44 |
含聚苯乙烯洗釜废水 |
聚苯乙烯细粉 |
α=2.41×1013+7.04×10-7×△P5.13 |
|
45 |
含氟废水 |
CaF2 |
α=2.6×1015-5.36×1024×△P-2.6 |
|
46 |
氢氧化锆反应沉淀液 |
氢氧化锆 |
α=1.85×1014+1.04×108×△P1.88 |
|
47 |
锆酸钠反应沉淀液 |
锆酸钠 |
α=2×1015-1.66×1027×△P-3.86 |
|
48 |
氧氯化锆反应沉淀液 |
氧氯化锆 |
α=-8.58×1014+2.014×1014×△P-0.246 |
|
49 |
硫酸锆反应沉淀液 |
硫酸锆 |
α=-2.24×1014+1.08×1013×△P0.484 |
|
50 |
硫酸铅沉淀液 |
硫酸铅 |
α=9.59×109+3.63×108×△P1.01 |
|
51 |
硫酸锰沉淀液 |
硫酸锰 |
α=1.73×1013+4.16×108×△P1.2 |
|
52 |
含四氧化三铅料液 |
四氧化三铅 |
α=8.19×1016+1.017×10-75×△P24.15 |
|
53 |
含超细轻质CaCO3水悬浮液 |
超细轻质CaCO3 |
α=1.86×1014-3.63×1023×△P-3.3 |
|
54 |
含高岭土水悬浮液 |
高岑土 |
α=4.02×1014-4.92×1027×△P-3.26 |
|
55 |
含娟云母水悬浮液 |
娟云母 |
α=1.82×1014-2.65×1038×△P5.77 |
|
56 |
含超细碳化硅水悬浮液 |
超细碳化硅 |
α=4.51×1014+9.29×10-27×△P9.3 |
|
57 |
含超细磁性氧化铁水悬浮液 |
Fe3O4 |
α=-8.27×1014+1.51×1013×△P0.52 |
4.4.2 最佳过滤压差△P佳：
对绝大多数含细微粒的物料，都存在可达到最大生产能力的最佳过滤压差△P佳，该压差可按下式计算：
（8）
或
（8`）
由微米与亚微米微粒组成的物料，其滤饼过滤的过滤介质的毛细孔径均比较小，因而过滤介质的阻力Rm均较大；由于微粒细，所形成的滤饼的平均比阻较大，其滤饼厚度△L不可能大；于是Rm/△L这一项与α相比往往不可忽视，否则会影响计算的正确性。
由式（8）或（8`）可知，△P佳随△L变化，为了真正取得最大生产能力，操作压差应△L增加不断调整。
4.2.3 所需过滤面积F的计算：
可按下式：
（9）
4.2.4 滤饼层的平均厚度△L的计算：
（10）
4.3 液体精密澄清过滤的主要计算：
液体精密澄清过滤是指在过滤介质表面基本不形成滤饼，或只形成极薄滤饼的过滤。这类过滤属深层过滤或表层过滤。无法测定滤饼比阻，更不能用滤饼过滤方法计算。
对有一定壁厚的刚性烧结微孔过滤管，在过滤操作中，为了使气水混合流的反吹再生效率高，应控制使其堵塞基本发生在表层，而不是基本发生在深层。表层过滤，过滤介质使用寿命长，化学再生的使用频率少。
对表层过滤，其每个周期内的平均滤速W与过滤时间t符合如下关系式：
（11）
5. 高分子精密微孔过滤技术在工业生产上的应用
高分子精密微孔过滤技术是一种高效、长效与低成本的新型过滤技术，但在各种工业生产上某一工程应用能否成功，能否充份展现出该技术的固有先进性，完全取决于精密微孔过滤技术的硬件与软件的设计、制造、使用与管理等一系列环节中的人为因素。
精密微孔过滤机的设计人员必须充份了解具体生产工艺对其所选用的过滤机的详细技术要求和过滤机的上游装置与下游装置对过滤机的区配要求；对被过滤物料的过滤特性参数应作认真与系统的测试与计算；对微孔过滤管的型号与规格，精密微孔过滤机的型号与规格，辅助装置的型号与规格及生产现场的工程设备布置等均应进行正确计算与严密设计，在此基础上按设计要求指导高分子微孔过滤管与精密微孔过滤机的制造与辅助装置的制造及采购，按设计要求进行安装与验收。按设计要求制订正确的应用该精密微孔过滤机的管理规程，操作规程与维修规程。大量实践与许多经验及教训事例证明，上述一系列系统工程的工作，凡是环环紧扣，处处认真仔细，最终都可使其在生产上能长期成功运行，为用户创造显著经济效益与社会效益；如果有一至几个环节马虎敷衍，轻则造成整套装置“病态运行”，重则全盘失败。预先不做实验，不严格计算与设计，轻而易举用得成功的实例也有，但多数是一些过滤难度不大，要求不高或应用规模较小的场合。凡是难度高，处理规模大的难滤物料的精密微孔过滤项目，必须严格按上述程序执行。
经过三十多年的研究，开发与广泛推广，高分子精密微孔过滤技术已获得普遍应用。成功应用的产品种类难以统计。本文仅罗列一些主要应用项目。
① 多种脱色液的粉末活性炭的精密过滤：已用于咖啡因、多种氨基酸、葡萄糖、果糖、木糖醇、多种维生素、味精、肌苷、柠檬酸、依康酸、J酸、植酸、乳酸等。
② 发酵液的精密过滤，发酵液初过滤液再除蛋白等杂质的精密复滤，酶反应液的精密过滤：已大规模用于盐霉素发酵液、柔红霉素发酵液、葡萄糖酸钙发酵淮、阿维菌素发酵液初过滤液、丙烯酰胺酶反应液、低聚糖酶反应液、苯丙胺酸酶反应液等；
③ 固体催化剂的精密过滤：已用于钯炭催化剂、铜镍催化剂、二氧化锰催化剂、多种石化催化剂、多种化肥催化剂及其他多种超细催化剂等；
④ 超细粉体精密过滤：已用于硫酸钡、硫化钡、钛酸钡、硫化锌、硫化铁、氢氧化钽、氢氧化铌、氢氧化锆、氢氧化铁、氢氧化铝、超细硅胶、超细锌粉、超细硫酸钙、超细二氧化钛等；
⑤ 天然药汁的精密过滤：已用于银杏提取液、甜菊糖提取液、大蒜素提取液、紫杉醇提取液、海蛇提取液、蚂蚁提取液、黄芪提取液、复方感冒冲剂提取液、复方舒喉口服液、复方脑心舒口服液等；
⑥ 还原反应后的铁泥精密过滤：已应用于咖啡因生产上的铁泥过滤，苯胺生产上的铁泥过滤等；
⑦ 液体原料的精密过滤：已大量用于硫酸、盐酸、磷酸、醋酸、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、氯仿、双氧水、水玻璃、硫酸铝、硫酸钠、氯化钡等；
⑧ 化纤与化肥生产上循环液的精密过滤：已长期大规模用于粘胶纤维生产与食品玻璃低生产上的硫酸酸溶的循环过滤；化肥生产上的铜氨液与脱炭液循环过滤及腈纶生产上的硫腈酸钠液循环过滤等；
⑨ 液体产品的精密澄清过滤（包括液体结晶前或干燥前的精密澄清过滤）；
已大量用于下列产品的液体产品的过滤：
a. 化工类液体产品：双氰胺、山梨醇、塑料安定剂、氢氧化钠（除结晶盐）、双氧水、L乳酸、碳酸钠、碳酸氢钠、硫酸镍、磷酸五钠、糖精、J酸、柠檬酸、聚合氯化铝、氟硅酸、草酸等；
食品类液体产品：各种糖液（甜菊糖、低聚糖、果糖、蔗糖、甜菜糖等），各种食
a. 用油（菜籽油、大豆油、花生油、葵花油、茶油、芝麻油、葡萄籽油、沙棘油等）、多种酒类（白酒、啤酒、葡萄酒、多种药酒等）与多种果汁（苹果汁、草莓汁、山渣汁等）；
b. 医药类产品：多种维生素、多种氨基酸、多种磺胺类等；
① 水与水溶液类的精密澄清过滤：
② 已大规模用于氯碱生产上的二次盐水的精密过滤；从河水、湖水或井水中制取工业用水的精密过滤；蒸汽冷凝水的循环过滤，冷却水的循环过滤；离子交换或电渗析前的原水精密预过滤；超滤、纳滤与反渗透前水质精密予过滤等；
11 化工与制药等生产上液体进入离子交换、层析、超滤、纳滤、反渗透、精馏、蒸发及干燥等装置前液体精密预过滤，如α淀粉酶超滤浓缩前的液体精密预过滤等；
12 废水过滤：已大规模用于下列废水：
a. 重金属废水类：电镀液废水（铬、锌、铜、镍等）；线路版废水（含铜废水）；蓄电池废水（铅、镍、镉等）；磁性材料废水（四氧化三铁）；电瓷瓶生产废水（四氧化三铅）；草酸生产废水（铅）等；
b. 非金属元素废水：已大规模用于含氟废水、含硫废水（气体脱硫洗涤处理后的废水）等。
c. 从化工或有色金属废水中回收产品：已用于回收五氧化二钒、对硝基苯酚钠、炭黑、硫酸锰、五氧化二锰、聚苯乙烯、钛白粉等；
d. 其他化工废水：已用于乳胶漆废水，颜料废水，电泳漆废水与硫化物废水；
e. 电厂堆煤场废水：一台PGK-150型微孔过滤机每小时可过滤100米3废水，已连续应用一年以上；
f. 煤矿矿井废水：4台PGK-100型微孔过滤机（三用一备），每小时可过滤废水150米3，已应用二年以上；
g. 酒精生产上的酒糟废水：已用于玉米酒精的废水过滤，可回收全部玉米渣，作蛋白饲料。
6. 计算公式中的符号说明：
E——微孔过滤介质的抗压弹性模量（MPa）
E0——与微孔过滤介质同一原料的热压的无孔体的弹性模量（MPa）
σ拉、σ压 ——微孔过滤介质的抗拉与抗压强度（MPa）
σ冲 ——微孔过滤介质的抗冲击强度（MPa·cm）
σ0拉、σ0压 ——与微孔过滤介质同一原料的热压无孔体的抗拉与抗压强度（MPa）
σ0冲 ——与微孔过滤介质同一原料的热压无孔体的抗冲击强度（MPa·cm）
dm——微孔过滤介质的平均毛细孔径（μm）
ds——被过滤的固体微粒的平均粒径（μm）
△L——微孔过滤介质的厚度（mm）
μ——滤液粘度（Pa·s）
u——滤液通过微孔过滤介质表面的线速度（m/h）
t ——累计过滤时间（s）
W——平均过滤速度（m3/m2·s）
Rm——微孔过滤介质的阻力（1/m）
α——滤饼的平均比阻（1/m2）
△P——过滤压差（Pa×105）
C——每单位滤液体积所具有的滤饼体积（—）
α0、λ、s——与滤饼的过滤性能有关的系数。
A、B——与过滤精度有关的系数、取决于被过滤颗粒与微孔过滤介质界面的相互作用。
W0——过滤起动瞬间的过滤速度（m3/m2·s）
K——系数，取决于固体微粒对粒孔过滤介质的毛细孔的堵塞机理。
微孔过滤机
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