摘要：液固過濾過程中能耗與物耗相當可觀，對我國節(jié)能減排任務的負面影響不可忽視。本文特地分析了四種常見的過濾方法（循環(huán)過濾，多級過濾，真空過濾與錯流過濾）的高能耗與三種常見的過濾裝置與方法（手動板框壓濾機，分散的深層過濾器與助濾過濾）的高物耗的概況，并簡單敘述了改造的大致方向。

關鍵詞：循環(huán)過濾、多級過濾、助濾過濾、澄清度、濾餅過濾、澄清過濾

不可再生的能源與資源日益枯竭，氣候與環(huán)境日益惡化，人口數(shù)量日益增加，如果我們還不認真，還不堅決執(zhí)行節(jié)能減排，節(jié)能減耗，節(jié)能增效的國策，不把低炭綠色經(jīng)濟作為各行各業(yè)的最高準則，那我們是在加速自挖墳墓，加速地球早日毀滅。為了能貫徹節(jié)能減排的要求，各行各業(yè)必須摸清本行業(yè)的能耗與物耗的現(xiàn)狀，在此基礎上，能否找到節(jié)能減排的途徑。

液固過濾是各工業(yè)生產(chǎn)，尤其化工，制藥，食品，冶金，能源，電子，礦山，機械及環(huán)保等工業(yè)部門不可缺少甚至量大面廣的單元操作，有的還是關鍵操作，因此，工業(yè)生產(chǎn)上的液固過濾操作中的能源消耗與資源消耗相當大。長期的不嚴密設計與粗放操作，長期的企業(yè)管理中，能耗指標與物耗指標不重視，不考核，養(yǎng)成大家對高能耗與高物耗的現(xiàn)狀熟視無睹，習以為常。尚未看到有人對各種過濾裝置的能耗與物耗作系統(tǒng)與詳細技術經(jīng)濟分析，找出哪些能耗與物耗是必須的消耗，哪些是額外的或多余的消耗。現(xiàn)在，殘酷的現(xiàn)實迫使我們要作這方面的統(tǒng)計與分析。這需要專門的人才與研究課題。作者只是精密微孔過濾技術的研發(fā)者，由于從事研究、開發(fā)及推廣應用已有四十多年，與各種企業(yè)接觸多了，對各企業(yè)已經(jīng)應用的各種過濾裝置有一定了解，為了響應節(jié)能減排的要求，特對幾種常見的過濾技術的能耗與物耗的狀況作一初步分析，目的是引起管理部門與廣大過濾技術工作者關心這些問題，研究這些問題，使工業(yè)生產(chǎn)上過濾操作中高能耗與高物耗的現(xiàn)狀有所改善，有較大幅度的下降。

一、   幾種常見的過濾技術的能耗分析：

所有的過濾技術通過特定的過濾機來執(zhí)行。所有的過濾機由特殊的機體結(jié)構與過濾濾材兩部分組成。工業(yè)生產(chǎn)上的過濾機的機體結(jié)構很多，過濾濾材的種類也不少。這些機體結(jié)構與濾材的應用歷史都相當久，因此現(xiàn)在所使用的各種過濾技術都屬于實用技術。但是如用低炭與綠色經(jīng)濟來評判，用節(jié)能減排，節(jié)能減耗與節(jié)能增效來對照，就可發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在許多被認為是正常的，可行的，實用的過濾技術應盡速革新，不然，當前的不少過濾技術就成為能源與資源的 “敗家子技術”。“循環(huán)過濾”，“多級過濾”，“真空過濾”及“錯流過濾”就是典型的多能耗技術。

（ 1 ）   循環(huán)過濾：現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)上大多數(shù)過濾機，當過濾操作啟動后，并不能立即得到澄清度合格的濾液，往往需將濾液全部返回重新過濾。如果這種循環(huán)過濾一次至二次，這也許屬正常操作，因為不少過濾機的濾液出口管道上常會殘留少許懸浮物，利用濾液循環(huán)過濾一二次，可將這些殘留固體去除。但是目前大量企業(yè)選用濾材前，未作科學試驗與計算，僅作粗淺估算，甚至盲目選擇，導致過濾濾液的澄清度低，無法滿足生產(chǎn)工藝要求。為了提高澄清度，幾乎所有企業(yè)都采用循環(huán)過濾這一方法，循環(huán)一至二小時已成為正常操作，有的甚至循環(huán)三至四小時。不計能耗，不計勞動生產(chǎn)率，用長時間的循環(huán)過濾的方法來提高濾液的澄清度已成為大多企業(yè)一個常規(guī)手段。

如果某種物料中固體顆粒極細，沒有一個較好辦法能一次高效過濾，而長時間的循環(huán)過濾能解決其澄清度，這是不得已而采用的辦法。對絕大多數(shù)物料，只要放棄粗放設計與粗放操作，完全可以做到 “不循環(huán)”或“極短時間循環(huán)”。

全國工業(yè)企業(yè)每天過濾的液體量極大，每天究竟循環(huán)多少液體？循環(huán)多少時間？根本沒有統(tǒng)計數(shù)據(jù)，但其數(shù)量必定是天文數(shù)字。單舉全國氯堿工業(yè)，據(jù)說今年產(chǎn)量可達三千萬噸，每產(chǎn) 1 噸燒堿，電解所需的鹽水每小時為十多噸，三千萬噸燒堿，每小時所需的鹽水為三億噸，這些鹽水電解前需作一至二次精過濾。因此單氯堿的鹽水每小時至少需精濾三億噸。全國化工，制藥，食品，冶金，礦山，環(huán)保等部門，產(chǎn)品非常多，有的產(chǎn)量非常大，每小時需過濾的液體總量至少為幾千億米  3 以上。由于大多數(shù)企業(yè)液體過濾的濾材至今絕大多數(shù)仍用很傳統(tǒng)甚至很落后的濾材，都需要長時間的循環(huán)過濾，其濾液質(zhì)量才能達到工藝要求。大多企業(yè)每天循環(huán)時間至少為 1 小時，有的超過 2 小時。

液體過濾的動力有加壓與真空兩大類。加壓操作有氣壓與泵壓兩種，泵壓中采用離心泵最普遍，從中進行循環(huán)過濾也最簡便。因而凡是采用離心泵進行加壓過濾的幾乎都進行循環(huán)過濾。離心泵加壓過濾時，其能耗可按下式計算：

(KW)  ………………………………………（ 1 ）

式 (1) 中：

Q ——液體流量（米  3/ 秒）

H ——泵的揚程（米）

——液體的密度（公斤 / 米  3 ）

——離心泵的效率，對大型離心泵， =0.8

    如果每小時過濾一億米  3 ，則 Q=27777.8 米  3/ 秒。當循環(huán)過濾時，其起動揚程一般為 5 米，最后為 25 米，平均 H=15 米，對大多數(shù)液料，其密度為 1000 至 1100 公斤 / 米 3 ，一般可取 =1050 公斤 / 米  3 ，對大型離心泵， =0.8 。將以上數(shù)據(jù)代入式（ 1 ），得出 1 億米  3 料液，每天循環(huán) 1 小時，其所耗功率 N=5361533.4KW ，即每天循環(huán) 1 小時，多耗功率 536 萬千瓦，每天循環(huán) 2 小時，則多耗功 1072 萬千瓦。如果全國有 1 千億米  3 料每天循環(huán) 1 小時，每天多耗 53.6 億千瓦電力，如果每天循環(huán) 2 小時，每天多耗 107.2 億千瓦電力。上面只是初步估算。實際情況是國內(nèi)企業(yè)長時間循環(huán)過濾非常普遍，許多企業(yè)將此作為經(jīng)典操作手段，其能耗的浪費可能遠遠超過我們的估算。

（ 2 ）   多級過濾：

    對一些質(zhì)量要求很高的工業(yè)部門，如藥品，食品，微電子等，為了確保產(chǎn)品質(zhì)量萬無一失，在液體過濾工序中，需設多道防線，即使前一級的液體的澄清度已滿足，往往后面再加一至二級精度更高的精過濾，目的使產(chǎn)品出現(xiàn)紕漏的概率消失至零。但是許多企業(yè)將這一特殊產(chǎn)品的特殊處理方法移植到含固量多的濾餅過濾操作中。先用一至二級粗級過濾或其他分離方法將絕大多數(shù)較粗固體先去除。剩下只剩極少量的細顆粒再用效率很高的精過濾。以為這樣多級串聯(lián)過濾既確保好的濾液質(zhì)量，又能以較小的過濾面積獲得大量的固體濾餅。這種不了解液固過濾基本知識的方法，往往并不能達到希望者的初衷，甚至適得其反，弄巧成拙。作者遇到相當多的案例，本來一臺原設計的過濾機，其濾液的澄清度與處理能力都能勝任，只是由于原料液含固量較多，每天需幾次卸除濾餅，幾乎操作稍麻煩些。為了減少卸濾餅的次數(shù)，就在該過濾機之前，增加一級預處理機，有的采用重力沉降，有的用離心機（如臥式螺旋離心機），有的用加壓過濾機或真空過濾，前級去除 95% 以上甚至 99% 的固體，剩下 5% ，甚至 1% 的固體再用原來的過濾機，以為原料液固體已大幅減少，再用這一臺過濾機，就輕而易舉地完成剩下的固體的過濾任務。結(jié)果卻是，別說一臺過濾機，再把過濾面積放大幾倍，也往往難以勝任。

    為什么會發(fā)生這種“不可思議”的“怪事”呢，只要用“濾餅過濾”的基本理論，就可一目了然。

    假設料漿中固體顆粒為不可壓縮固體，按不可壓縮濾餅過濾的基本理論，濾餅過濾的平均濾速可按下式計算：

………………………………（ 2 ）

式（ 2 ）中：

W ——濾液的平均濾速   （米  3/ 米  2 ·小時）

Rm ——濾材的阻力   （ 1/ 米）

△ P ——過濾壓差   （公斤 / 米  2 ）

μ——濾液粘度 （公斤 / 米·秒）

t ——過濾時間   （秒）

α——濾餅層的平均比阻 （ 1/ 米  2 ）

c ——濾餅體積與濾液體積之比（——）

當 Rm ，△ P ，μ， t 不變時， W 僅與（α· c ）有關。

    如采用二級過濾，經(jīng)第一級過濾后， c 可大幅減少，第二級過濾時，如形成的濾餅的α仍等同于第一級過濾的α，則第二級（α· c ）會大幅減小，按式（ 2 ）計算，第二級的 W 會大幅增加。實際上，希望第二級的α等同于第一級的α，這是不可能的，因為第一級過濾后，料液中的粗的或較粗的顆粒都被濾除，剩下的都是細的，這些細顆粒組成的濾餅，其α會大幅增加。

根據(jù) Kozeny-carman 公式，各種顆粒堆積層的比阻的計算式為：

…………………………（ 3 ）

式（ 3 ）中：

J ——與顆粒層固體顆粒形狀有關的系數(shù)（——）

S0 ——顆粒層的比表面積   （米  2/ 米  3 ）

ε——顆粒層的孔隙率 （——）

顆粒堆積層中的孔隙率 ε可用下式計算：

…………………………（ 4 ）

式（ 4 ）中：

B ——顆粒層的堆積密度   （克 / 公分 3 ）

Y ——固體顆粒的真密度   （克 / 公分 3 ）

顆粒堆積層的比表面積 S0 與平均顆粒粒徑 d0 存在以下關系：

………………………（ 5 ）

式 (5) 中  :

d0 ——顆粒堆積層中固體顆粒的平均粒徑   （米）

Ω——顆粒的球形度 （——）

將式（ 4 ）與（ 5 ）代入式（ 3 ），則α的計算式成為：

………………………（ 6 ）

令 ………………………………與顆粒形狀有關的系數(shù)，

則式（ 6 ）成為：

………………………（ 7 ）

    顆粒層的平均粒徑有多種，有按重量分布的平均粒徑，有按面積分布的平均粒徑，有按直徑分布的平均粒徑，有按個數(shù)分布平均粒徑。作為濾餅比阻計算，應是按個數(shù)分布的平均粒徑。

    顆粒層的堆積密度 B 也與 d0 有關， d0 愈小， B 愈大。 B 與 d0 成何種定量關系，目前尚無人研究，但至少成一次反比關系。分析式（ 7 ），可以看出，α與 B 已成為五次方正比關系。如果 B 與 d0 至少為一次方反比關系，那α與 d0 至少成七次方反比關系。

    假如二級過濾中前一級已將固體顆粒去除 90% ，則第二級的 c 幾乎只有原來的 10% ，但顆粒中 d0 一般會減少 1/3 （假如第一級的 d0=2 微米，至第二級 d0=0.67 微米），如果比阻與 d0 成七次方反比，則α增加 37=2187 倍，α· c 增加 218.7 倍。根據(jù)式（ 2 ）計算，平均濾速減少了 1/14.8 ，即濾速只有原來 6.76% 。采用二級過濾，第一級將固體去除了 90% ，固體只剩下 10% ，但濾液體積減少不多，仍有 90% 以上的濾液需通過第二級過濾，而第二級的平均濾速已降至原來的 6.75% ，需第二級過濾面積增加 15 倍，否則無法過濾。

    因此，采用二級或更多級的多級過濾，徒增加能耗與物耗，徒增加成本，對改善過濾操作毫無好處。

（ 3 ）   真空過濾：

    真空過濾在工業(yè)生產(chǎn)上應用很廣泛，尤其連續(xù)鼓式，連續(xù)轉(zhuǎn)盤式與連續(xù)帶式的真空過濾機應用非常普遍。除非某些易揮發(fā)性物料或有嚴重腐蝕性物料不適宜，對大多數(shù)顆粒大于 10 微米的物料，連續(xù)真空過濾機很實用，很方便。連續(xù)真空過濾需要三種能耗，一是液固過濾本身能耗，二是過濾機連續(xù)轉(zhuǎn)動時的機械傳動能耗，三是產(chǎn)生真空系統(tǒng)的能耗。第一與第二項能耗都很小，只有第三項能耗很高，但是很少有人關注真空過濾的能耗為什么相當高？

    真空系統(tǒng)的能耗除了少量用于液固過濾本身的能耗外，主要消耗于產(chǎn)生真空與維持真空這兩方面。產(chǎn)生真空的能耗即是將欲承受濾液的真空容器在過濾起動前從常壓狀況抽至真空狀態(tài)所需能耗；維持真空的能耗是在正常過濾時，為了維持真空容器所需的真空，并使過濾濾液順利進入真空容器，要將與濾液等體積的真空容器內(nèi)殘余氣體抽出并壓縮與排至大氣所消耗的能耗。

抽真空所需的能耗應按氣體單級絕熱壓縮功率計算：

（千瓦） …………………………（ 8 ）

式（ 8 ）中：

P1 ——吸入氣體的壓力   （公斤 / 公分  2 ）（絕對壓）

V ——吸入狀態(tài)下氣體的體積流量   （米  3/ 分）

P2/P1 ——氣體壓縮比

K ——氣體絕熱指數(shù)   對空氣  K=1.4

將真空容器從大氣狀態(tài)抽至真空狀態(tài)， P1 是不斷變化的，，從大氣壓（ P2 ）逐漸減少至最后達到真空狀態(tài)（ P1 ），應將式（ 9 ）以變量 P1 進行積分，最后得到產(chǎn)生真空的能耗公式為：

（千瓦） …………（ 9 ）

維持真空的能耗按式（ 8 ）計算。

假如某一連續(xù)真空過濾機，每小時過濾濾液量為 60 米  3/ 時，則 V=1 米  3/ 分，真空過濾時， P1=0.05 公斤 / 公分  2 （絕對壓為 1.05 公斤 / 公分  2 ），大氣壓力 P2=1 公斤 / 公分  2 ，壓縮比 P2/P1=1/0.05=20 ， K=1.4 ，假如真空泵效率為 0.75.

按式（ 8 ）計算，其維持真空能耗為 10.8 千瓦。

按式（ 9 ）計算，其產(chǎn)生真空能耗為 10.9 千瓦。

    液固過濾本身能耗不高（按 H=9.5 來算， Q=60 米  3/ 時 =0.017 米  3/ 秒，η =0.75 ），以離心泵功率計算，其過濾本身能耗只有 2.1 千瓦。

    如不考慮連續(xù)真空過濾機機械運動能耗，其過濾本身能耗與真空系統(tǒng)能耗總計為 23.8 千瓦，過濾本身能耗只占 8.8% ， 91.2% 能耗都是真空系統(tǒng)的能耗。真空系統(tǒng)能耗共為 21.7 千瓦，如果每天過濾 20 小時，每天真空系統(tǒng)能耗為 434 千瓦，全年（按 330 天計）消耗 14.33 萬千瓦。如果每年這種真空過濾機有一萬臺，則全年多耗電為 14 億度電。如果全國這類過濾機有十萬臺，全年就多耗電為 140 億度電。

（ 4 ）   錯流過濾：

    如果物料中固體顆粒非常細，都小于 0.1 微米，形成濾餅，其比阻非常大，以致濾餅過濾時的平均濾速非常??；由于顆粒細，顆粒表面能大，顆粒與濾材之間的粘合力也相當大。對于這類物料，為了使其能獲得較滿意的平均濾速，無濾層的錯流過濾方法就為許多人選用。料漿在濾材表面高速流動，可將過濾時形成的濾餅層及時沖刷掉，可使平均濾速大幅提高。料漿在濾材表面的線速度必須很高，一般要超過 5-10 米 / 秒。顆粒愈細，線速度愈大。料漿高速流動要耗很大的能量。其實只有在濾材表面附近一層的高速流動的能耗是有效能耗，離表面稍遠的高速流動的能耗均是無效能耗。

    錯流方法最先用于超濾，納濾，反滲透等均相分離的操作中，為減少均相膜表面附近的濃差極化而采取的措施。由于料液中沒有固體顆粒，兩相鄰膜之間的間隙可以非常小，因而無效能耗也非常少。此方法如用于含有一定量細顆粒的非均相過濾，兩濾材之間的空間不可能非常小，否則該空間會被濃縮后的細顆粒堵塞，因此非均相分離的錯流過濾器很少制成易堵塞的卷膜式，絕大多數(shù)制成不易堵塞的管束式。

    錯流管束過濾器只能起增稠左右，不能產(chǎn)生較干濾餅。過濾管直徑必須很小，其無效能耗才較少。這類過濾器的單位體積內(nèi)可獲得很大的過濾面積。但無論直徑多小，其無效能耗比過濾本身能耗都要大很多倍。

    例如一臺過濾面積為 50 米  2 的錯流管束過濾器，如果過濾管內(nèi)徑為Φ 4 毫米，長為 1 米，過濾機內(nèi)管數(shù)為 3979 根，如要保持料漿在過濾管內(nèi)的平均流速為 6 米 / 秒，料漿的循環(huán)流量必為 1080 米  3/ 時。如果料漿在過濾管進出口壓差為 0.1Mpa ，假如循環(huán)離心泵的效率為 0.8 ，按公式（ 1 ）計算，其循環(huán)泵每小時的功率為 36.8 千瓦，每天 882 千瓦，全年（按 330 天計）需耗功率 29 萬千瓦；如果將過濾管內(nèi)徑制為Φ 2 毫米，這么細難制成 1 米，只能制成 0.5 米，一臺 50 米  2 的錯流過濾器需安裝 7958 根過濾管。由于過濾管內(nèi)孔太細，需將料漿在過濾管的平均濾速提至 10 米 / 秒，循環(huán)流量為 900 米  3/ 時，如過濾管進出口壓差需為 0.13Mpa ，其每小時能耗近 40 千瓦，每天 960 千瓦，全年近 32 萬千瓦。

    一臺 50 米  2 的管束型錯流過濾器，如過濾超細的小顆粒，其平均過濾濾速最多只有約 1 （米  3/ 米  2 ·小時），總的濾液量也只有約 50 米  3/ 時。過濾時過濾管內(nèi)外壓差約 0.1Mpa ，其過濾本身能耗也只有 1.36 千瓦。如果泵效率為 0.8 ，實際過濾本身能耗只有 1.7KW 。全年只有 1.35 萬千瓦電耗，而采用錯流方式，雖提高了平均濾速，而循環(huán)能耗卻比過濾本身能耗高 20 多倍。

    從減排效果看，高精度的錯流過濾器是一種很高效的過濾器?？蛇z憾的是它的高效與減排是建立在高耗能的基礎上。除非細顆粒 100% 是小于 0.1 微米的微粒，暫時還找不到更好的方法而不得不采用錯流過濾。如果顆粒稍微大些，應盡可能用更節(jié)能的過濾方法。

二、   幾種常用的過濾裝置與過濾方法的物耗分析：

    某些常見的過濾裝置與過濾方法，其直接能耗雖不高，但間接能耗卻不低。這就是一些高物耗的過濾裝置與過濾方法。

（ 1 ）   低效又多耗材的手動板框壓濾機或廂式壓濾機：

    板框壓濾機（包括廂式壓濾機）是一類有一百五十年歷史的古老過濾機，結(jié)構簡單，操作容易，占地面積小，過濾面積大。自采用增強聚丙烯作基礎材料，防腐性能明顯提高，價格又相對較低，因而在我們這類發(fā)展中國家獲得大規(guī)模推廣應用；自增用彈性皮膜擠壓濾餅的技術后，明顯降低能耗，又進一步擴大其應用領域。

    目前板框壓濾機，尤其大量手動板框壓濾機存在的突出問題是其濾材均選用編制的柔性濾布或非編織的柔性濾氈。由于濾布的孔徑比較大，過濾效率較低，過濾起動后需要長時間的循環(huán)過濾，即使是毛細孔徑較小的非編制的濾氈，如遇到平均粒徑為 1 微米的細顆粒，仍需相當長時間的循環(huán)，只是循環(huán)時間比編制濾布要短一些。嚴重的弊病是這些濾布或濾氈使用壽命很短。連續(xù)壽命絕大多數(shù)不超過半年，還有不少企業(yè)，壽命不超過三個月。短壽命的原因除部分是機械損壞，大多是由于濾布或濾氈被細顆粒堵塞后無法用物理再生，而循環(huán)過濾液最易導致嚴重堵塞。濾布或濾氈目前價格雖不太貴，但卻需大量化工原料與能耗加工而成，加工過程又易伴生環(huán)境污染問題。全國手動板框或廂式壓濾機至少有十多萬臺在使用。每年易耗的濾布或濾氈肯定是個天文數(shù)字，只是目前還無人作這方面統(tǒng)計。每年大批的廢棄濾布或濾氈，雖可部分回收這些廢物，但其資源成本，能源成本與環(huán)境成本是觸目驚心的。

    除了板框壓濾機等過濾機所用的濾布與濾氈是短壽命的易耗品，某些澄清過濾濾材，如噴融濾芯，濾紙或濾膜折疊濾芯等濾材都是一次性使用的易耗品。雖然每個過濾器內(nèi)濾芯不多，但這種濾芯的應用面極廣。由于均無法再生，每年消耗量也是天文數(shù)字。

（ 2 ）   分散型濾材的深層澄清過濾器：

    分散型濾材有分散顆粒型（如石英砂，無煙煤粒，泡沫微球等）與分散纖維型（如纖維球與纖維束等）兩大類。這些分散濾材主要用于澄清過濾。濾材層厚度相當厚，一般達 1 米左右。這些過濾器是傳統(tǒng)古老的裝置，尤其顆粒型，從古代就已存在。分散型濾材的深層澄清過濾器結(jié)構簡單，造價低，操作容易。濾層內(nèi)容渣量很大，料液經(jīng)過過濾層，其液體線速度也很大，因而這類過濾器的處理能力均很大。這些深層過濾器的濾材基本均可長期使用，壽命相當長，每年消耗量相當少。

    分散型濾材的深層澄清過濾器雖有這么多優(yōu)點，卻不屬節(jié)能減排型，因為這些濾器有兩大致命傷。第一，由于深層濾器內(nèi)濾材相當厚，層中孔隙中積留大量細顆粒，這些細顆粒大多與濾材粘吸在一起。物理再生時，需用相當動力的清洗液對過濾器內(nèi)的濾材層進行劇烈攪動與翻騰，才能將濾材層內(nèi)的細顆粒與濾材分開，隨清洗液流走。翻動時須劇烈，時間要長，不僅這翻動的動力消耗大，清洗液消耗量更大。一般再生清洗液的耗量可達過濾液的 10-20% 。如果回用這清洗液，需另設置高效精密濾餅過濾器，其所能過濾的濾餅量就是深層過濾層內(nèi)全部截留的細顆粒。由于顆粒相當細，此清洗液過濾器投資費與動力費都不小。如果清洗液不回收，直接排放，將造成嚴重環(huán)境污染。尤其當分散濾材的的深層過濾器過濾的料液不是中性液體，而是酸性，堿性或其他有毒有害液體，將會對環(huán)境造成嚴重破壞。第二個致命傷是此類過濾器過濾效率不穩(wěn)，尤其當固體顆粒是較粘性物料，或者經(jīng)較長時間過濾，濾層內(nèi)會產(chǎn)生一些粘附性物質(zhì)，就會在分散濾材中局部發(fā)生“板結(jié)”現(xiàn)象。濾層內(nèi)多處產(chǎn)生板結(jié)就會導致整個濾層產(chǎn)生“局部溝流”，以致整體過濾效率大幅惡化。

（ 3 ）   助濾過濾：

    對難濾物料，投加固體助濾劑助濾，是一種很普遍很傳統(tǒng)的方法。助濾分為“表面預涂助濾”與“本體助濾”兩種。前者為提高過濾精度與過濾效率，又可改善濾餅的卸除效率；后者為改善濾餅層的孔隙率，提高平均濾速。前者的操作相對麻煩；后者操作簡便。對許多難濾物料，兩種助濾方法均同時使用。

    固體助濾劑有兩大類。一類是地礦產(chǎn)品，如硅藻土，珍珠巖（石棉、滑石粉也可被用作助濾劑），另一類是植物加工產(chǎn)品，如纖維素、炭粉等。助濾劑是一次性使用的易耗品，很少有人使用后進行再生與復用。地礦產(chǎn)品是不可再生資源，只會愈來愈少；植物加工產(chǎn)品是可再生資源，但加工過程的能耗、物耗及對環(huán)境的破壞要比地礦產(chǎn)品高。

    固體助濾劑只能用于只要濾液，不回收固體濾餅的那類物料。如固體顆粒非常細，非常粘，濾餅的壓縮性很大，對這類難濾物料，加固體助濾劑，是一種比較簡便又有效的方法，因而這技術在工業(yè)生產(chǎn)上應用很普遍，助濾劑的消耗量相當大。但從節(jié)能減排，低炭經(jīng)濟，保護地球等要求來評判，采用助濾劑助濾卻是耗能耗材的技術。根據(jù)大量應用研究，助濾劑的最佳投加量應與被過濾的固體重量相等。按這一指標去使用，每年使用的助濾劑必是天文數(shù)字。制取地礦產(chǎn)品的助濾劑需消耗大量能源與化學原料；制取有機助濾劑，能耗與物耗往往更多，價格更貴。如果在助濾劑的制造、應用及回收再生上不作研究，仍按目前的習慣與方法發(fā)展下去，那對我國節(jié)能減排的阻礙，對環(huán)境的破壞也是相當殘酷的。

三、   如何改變當前工業(yè)生產(chǎn)上液固過濾操作中耗能又耗材的落后面貌：

    目前生產(chǎn)上既節(jié)能又減排的液固過濾技術已出現(xiàn)幾個，大多是既不節(jié)能，又不減排；還有的雖然減排，卻不節(jié)能；有的表面看雖屬節(jié)能，卻不減排。本文特重點列出四種耗能型與三種耗材型的，都是現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)上已普遍使用并為后來者繼續(xù)使用的，但其能耗與物耗至今并不被重視的過濾技術，目的是拋磚引玉，能引發(fā)更多人關心與重視。

（ 1 ）   應積極推廣現(xiàn)有的既節(jié)能又減排的過濾裝置：

1 、   連續(xù)陶瓷真空過濾機：這是由芬蘭 Valmetoy 公司與 Auto Kumpomintec 等研究試制成功，并獲廣泛應用。它的過濾推動力不是流體壓差，而是毛細效應。真空作用只是將已吸入陶瓷板毛細孔內(nèi)的濾液拉引出來，不需多大功率，因而屬節(jié)能型過濾裝置。

我國已有幾家制造廠仿制，并已在國內(nèi)不少企業(yè)獲得成功應用。

    由于過濾原理是毛細效應，只要固體顆粒為憎液型，其毛細效應非常顯著，可以過濾很細小的顆粒，對親液型顆粒，它只適宜較粗顆粒，即只能過濾大于 10 微米的顆粒。如顆粒小于 10 微米，其濾餅層中毛細孔的毛細吸引就相當大。陶瓷盤上的毛細吸力難于吸引濾餅層內(nèi)的濾液，因而，對親液型顆粒，該機只適宜過濾較粗顆粒，這是該過濾機的主要缺陷。此外，陶瓷濾盤的機械性能有待提高，因為目前發(fā)現(xiàn)某些陶瓷盤易損壞，壽命較短

2 、   剛性高分子精密微孔過濾機

這是我們獨立自主研發(fā)成功，國外至今還沒有完整技術的新型液固過濾裝置。

    該過濾技術最大特點是過濾精度與過濾效率非常高，水溶液類液體中， 0.3 微米微粒幾可 100% 濾??；采用壓力氣體快速反吹法可很快卸除濾材表面較干濾餅，時間短，又很方便。可用氣液快速反吹法對被堵塞濾材進行高效物理再生，簡單又便捷；濾材的化學性能非常優(yōu)越，可耐大多數(shù)酸、堿、鹽及大多數(shù)有機溶劑，濾材壽命二至五年以上，屬于長效濾材。過濾機的結(jié)構有多種，既可過濾含固量多的濾餅過濾，洗滌，壓干，并可自動快速卸除濾餅，也可用于含固量少，液體量大的液體澄清過濾；既可用于有腐蝕性物料過濾，也可用于醫(yī)藥、食品等高要求物料的精密過濾。已大規(guī)模用于化工、制藥、冶金、食品、機械、環(huán)保等工業(yè)部門，全國已有六千多臺各種規(guī)格過濾機在各工業(yè)部門使用，最長應用歷史也有三十多年。這種過濾機是高效長效，節(jié)能減排，完全具有自主知識產(chǎn)權的液固過濾機。

（ 2 ）   大力改造高耗能或高耗材的過濾裝置：

    在四種高耗能與三種高耗材的過濾裝置與過濾方法中，循環(huán)過濾與真空過濾耗能數(shù)額巨大，板框壓濾機（或廂式壓濾機）的耗材也極為驚人。

1 、   造成循環(huán)過濾廣泛采用，其原因不單純是由于濾材規(guī)格選擇不合理，也與整個過濾工程的設計有關。即使濾材選擇正確，過濾工程設計業(yè)比較合理，可使循環(huán)時間明顯減少，能耗可顯著降下來。但由于濾布（或濾氈）都是難高效物理再生的柔性材質(zhì)。循環(huán)時間的明顯減少往往會導致其堵塞速度大幅上升，使用壽命更短。耗能型成為耗材型。最近二十多年，許多板框或廂式壓濾機增加皮膜擠壓裝置，使許多濾餅壓干操作中節(jié)能顯著，但高耗材的弊病并沒多少改觀。

    研制能高效簡易物理再生的柔性濾布，是解決柔性濾布短壽命的唯一途徑。預計這是一項需長期努力的艱難任務，短時間內(nèi)難有快速突破的希望。對一些新設計的用戶企業(yè)或需重點改造的用戶企業(yè)，欲盡快減少過濾操作中的高耗能與高物耗，只能用已成熟的節(jié)能又減排的過濾技術與裝置，在原來的老裝置上進行小修小改，很難取得較大改觀。

2 、   真空過濾是耗能非常高的傳統(tǒng)過濾裝置，全國應用臺數(shù)又非常多，如要減低能耗，不必花大代價改造過濾機本身結(jié)構，最佳途徑是改造其真空系統(tǒng)，應該會找到解決途徑。

3 、   分散型深層澄清過濾器再生時耗液（或水）非常大，占地面積也大，過濾效率又不穩(wěn)定。如要解決處理規(guī)模大，料液含有毒有害成分，盡量不要選用這類過濾裝置，可改用大過濾面積的“剛性濾材的自動薄層過濾”，既保證高過濾精度與高過濾效率，又不需大量再生液（包括再生水），節(jié)約土地面積，又對環(huán)境不污染，能耗又不明顯增加。

4 、   錯流過濾是種耗能相當大的過濾技術，不應提倡選用。其高過濾精度與高過濾效率完全可用“剛性濾材的自動薄層過濾”取代，雖然平均濾速可比錯流過濾低些，但一般只有 20-40% 的降低，而能耗卻成十倍下降。

5 、   現(xiàn)在許多工業(yè)生產(chǎn)廣泛使用一些非過濾的分離裝置。如自然沉降（如濃密機等）、斜板、斜管等，雖屬節(jié)能型，操作也很簡便，但分離效率卻很差，占地面積大，一次性投資往往也不低。自然沉降型的分離裝置對 1 微米以下的微粒幾乎無法回收，會造成大量寶貴資源流失，資源成為環(huán)境的污染源。這類落后的非過濾分離裝置完全可以用“剛性自動薄層過濾”取代，雖然動力消耗比重力沉降大些，但卻完全解決細顆粒等資源回收，占地面積可大幅減少，又不會對環(huán)境產(chǎn)生污染。

6 、   多級過濾一般不宜使用。但如遇到處理量很大，料液中含固濃度非常高，在此特殊條件下，可采用二級過濾，但第一級過濾效率不能高，只能將料液中 60-70% 固體過濾掉，要留下 30-40% 固體供第二級過濾，如能達到這一條件，第二級過濾機不必增加很多過濾面積。但實際操作中這往往比較困難，因為第一級過濾時，一旦形成較厚的濾餅，其過濾效率與過濾精度會明顯提高，很難會留下 30-40% 的固體供第二級過濾。

7 、   助濾過濾雖是解決某些難濾物料過濾的好方法，但不宜廣泛采用，盡量少用，使用后盡可能以較低代價進行再生與回用。其實在不少應用中，是可以讓相當大比例的無機   助濾劑達到回用要求的。

四、結(jié)束語：本文只是按照現(xiàn)存的一些過濾技術的一些現(xiàn)象去分析工業(yè)生產(chǎn)上現(xiàn)有的過濾機的能耗與物耗概況，完全缺乏統(tǒng)計數(shù)據(jù)的支持，因此某些結(jié)論不一定正確，只希望以此拋磚引玉，能引起各有關領導與廣大過濾行業(yè)科技人員關心能耗與物耗問題，為落實我國節(jié)能減排的戰(zhàn)略任務作一些貢獻。

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