过滤器运行期间压差增长规律的探讨
      李晓文　吴卫东
        (唐山市冀东化工集团有限责任公司,063021)
        摘　要　从理论上对过滤器运行期间压差的增长规律及影响压差的因素进行了讨论。
        关键词　过滤器　滤饼　压差
        我厂离子膜烧碱装置的盐水二次过滤采用两台日本Schumacher公司提供的碳素烧结管式过滤器,过滤器在使用前需要预涂敷,使碳素烧结管外面形成一层滤饼层,从而起到过滤作用,同时,盐水进入过滤器以前需加入一定量的α-纤维素作为助滤剂。当运行中盐水过滤器的过滤压差增加到设定值时(一般要求≤0.20  MPa),需要进行盐水过滤器的切换。
        1　过滤操作的基本概念
        过滤是以某种多孔物质作为介质来处理悬浮液的操作,在外力的作用下悬浮液中的液体通过介质的孔道而固体颗粒被截留下来,从而实现固液分离。过滤操作所处理的悬浮液称为滤浆,所用的多孔物质称为过滤介质,通过介质孔道的液体称为滤液,被截留的物质称为滤饼或滤渣。一般实现过滤操作的外力是多孔物质上、下游两侧的压差,过滤操作可分为两大类:一类为饼层过滤;另一类为深床过滤。饼层过滤的特点是固体颗粒呈饼层状沉积于过滤介质的上游一侧,碳素烧结管式盐水过滤器的过滤属于饼层过滤。
        凡能使悬浮液中的液体通过又将其中固体颗粒截留以达到固液分离的多孔物质统称为过滤介质。过滤介质是滤饼的支承物,它有足够的机械强度和尽可能小的流动阻力,过滤介质中微细孔道的直径往往稍大于一部分悬浮颗粒的直径。所以,过滤之初会有一些细小颗粒穿过介质而使滤液浑浊,此种滤液应送回滤浆槽重新处理。过滤开始后颗粒会在孔道中迅速地发生“架桥现象”,因而使得尺寸小于孔道直径的细小颗粒也能被拦住,滤饼开始生成,滤液也变得澄清,此后过滤才能有效地进行。可见,在饼层过滤中,真正发挥分离作用的主要是滤饼层,而不是过滤介质,这也就是为什么切换后进行过滤循环的真正原因。我厂盐水二次过滤采用的过滤介质为多孔固体物质———纯碳素烧结管。
        滤饼是由被截留下来的颗粒垒积而成的固定床层,随着操作的进行,滤饼的厚度与流动阻力都逐渐增加。构成滤饼的颗粒如果是不易变形的坚硬固体,如硅藻土、CaCO3等,则当滤饼两侧的压差增大时,颗粒的形状和颗粒间的空隙都没有显著变化,故单位厚度床层的流动阻力可以认为恒定,这种滤饼称为不可压缩性滤饼。反之,如果滤饼是由某层氢氧化物之类的胶体物质所构成,则当两侧压强差增大时,颗粒的形状和颗粒间的空隙便有显著的改变,单位厚度滤饼的流动阻力增大,这种滤饼称为可压缩性滤饼。
        对于可压缩性滤饼,当过滤压差增大时颗粒间的孔道变窄,也有时因颗粒过于细密而将通道堵塞。逢此情况,可将某种质地坚硬而能形成疏松床层的另一种固体颗粒预先涂于过滤介质上,或者混入悬浮液中,以形成较为疏松的滤饼,该滤饼层孔隙相对大,渗透性好,不可压缩,因而能扩大被分离固体的形式和粒度、浓度范围,防止介质堵塞,缓和压力上升,使滤液得以畅流,这种预涂或预混的粒状物质称为助滤剂。
        我厂在盐水过滤时,采用的助滤剂为α-纤维素,它能形成结构疏松,开放而且几乎是不可压缩性的滤饼,并可形成较坚硬的骨架,因其纤维强韧,故形成的助滤剂层不易剥落和龟裂,并且还有一定的静电吸附作用,故可以提高过滤效率。另外,它还能防止碳素烧结管的堵塞,而且在过滤结束时该预涂敷层容易剥落。
        2　过滤的压强差
        滤饼与过滤介质两侧的总压降称为过滤压差。对于不可压缩性滤饼,过滤速率与各因素间的关系如下:
        
        式(1)是过滤速率与各因素间的一般关系式,它适用于饼层过滤。
        而对于可压缩性滤饼,情况比较复杂,它的比阻是两侧压强差的函数,考虑滤饼的压缩性,通常可借用下面的经验公式来粗略估算,压差增大时比阻的变化为:
        
        上式称为过滤基本方程式,表示过滤过程中任一瞬间的过滤速率与各因素间的关系,是进行过滤计算的基本依据,该式适用于可压缩性滤饼及不可压缩性滤饼。
        3　恒速过滤基本方程式
        过滤设备内部空间的容积是一定的,当料浆充满此空间后,供料的体积流量就等于滤液流出的体积流量,即过滤速率,这种速率维持恒定的过滤方式称为恒速过滤。即: