高粘度液體的過濾技術(shù)及其濾材要求

高粘度液體是指粘度遠(yuǎn)大于水的流態(tài)，它們的粘度很高，例如合成纖維的聚合物溶液的粘度可達(dá)幾十泊至上百泊。 

分子量是影響物質(zhì)粘度的主要因素，隨著分子量的增加粘度大幅度升高，而隨著溫度的升高，粘度通常是降低的。高粘度液體常表現(xiàn)出偽塑體特性，即表觀粘度隨著剪切速率的增加而降低。 

在合成纖維、薄膜、塑料等的生產(chǎn)中，擠壓機(jī)幾配有過濾機(jī)，在高溫3000°C下用250 bar高壓處理3000泊以上的高粘度料漿，過濾精度要小于3µm，目的是除去聚合物中的凝膠、加入的凝聚劑和催化劑、聚合物含有的雜質(zhì)等，保證紡紗等階段的聚合物質(zhì)量，所以希望過濾機(jī)能連續(xù)工作，不停止或中斷聚合物流。 

高粘度液體過濾的主要目的是除去其中的粒狀雜質(zhì)，這些顆粒大部分是多種形態(tài)的膠粒和半膠粒、非均質(zhì)性雜質(zhì)及來自原料的固體顆粒，顆粒粒度為0µm~100µm，大部分小于20µm，極易堵塞過濾介質(zhì)孔隙。過濾時顆粒在介質(zhì)上先形成濾餅，之幾逐漸堵塞過濾介質(zhì)，穿過濾孔或沉積在孔道中。 

選擇適合高粘度液體過濾的介質(zhì)比較困難，必須考慮過濾前幾的堵塞程度、粘度、侵蝕性、時穩(wěn)性、耐熱性、過濾速率的極限、介質(zhì)―顆粒―濾液間的荷電和電位差、安全條件、生產(chǎn)規(guī)模等。選擇的過濾介質(zhì)必須滿足過濾精度要求，在過濾相當(dāng)多的懸浮液體積時不造成電荷積累，具有相當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)穩(wěn)定性，易于再生；對高粘度液體的是不可壓縮的過濾介質(zhì)。 

過濾介質(zhì)和過濾元件 

過濾介質(zhì)決定了流速和對聚合物中雜質(zhì)的截留能力，常用過濾介質(zhì)有：不銹鋼絲網(wǎng)，可在很高的壓差下截住可變形的顆粒，如膠體；燒結(jié)金屬粉末，過濾精度為3µm ~50µm，屬深層過濾介質(zhì)，孔徑?jīng)]有級別結(jié)構(gòu)，孔隙率低，過濾時導(dǎo)致很高的剪切速率；燒結(jié)金屬纖維（無紡介質(zhì)），孔隙率高達(dá)50%~90%，可制成單層或多層，設(shè)計(jì)成有級別的孔徑，因此其截留能力很高，壽命也長，過濾精度為1µm ~60µm；陶瓷和金屬陶瓷，也可以做成多層或雙層的，但因價格很貴，所以在必須長期工作的情況下才應(yīng)用。 

一般紡織用樹脂采用10µm~20µm的金屬纖維介質(zhì)；包裝材料用樹脂或瓶裝樹脂采用20µm~40µm的金屬纖維介質(zhì)。高粘度液體過濾由于污染物逐漸堵塞介質(zhì)，壓降逐漸增加，若選用深層過濾式介質(zhì)，過濾壓差可比過濾初期高出55 bar ~ 76 bar。

目前的過濾元件主要是圓筒燭式和葉盤式。這兩種過濾元件都是三明治式的，即上（或外）層是相對較粗的編織網(wǎng)保護(hù)過濾介質(zhì)層，下（或內(nèi)）層是相對較細(xì)的編織網(wǎng)作為支撐，防止纖維過濾介質(zhì)在高壓下被破壞，而介質(zhì)和下（內(nèi)）層編織網(wǎng)又用多孔板支撐。 

葉盤元件一般摞起來使用。對于5微米以下的過濾，帶折的過濾介質(zhì)難以保證介質(zhì)的確定性，因而選用葉盤，但葉盤式過濾機(jī)清洗很困難，雖然目前已做成組裝式的，清洗仍困難和費(fèi)時。 

圓筒燭式過濾元件是過濾聚合物液體的新型元件，有包套和帶折兩種形式。包套式比帶折式的便宜，可用于高粘樹脂的高壓過濾，此條件下不宜選用帶折式。 

帶折式面積大，比較經(jīng)濟(jì)，而且可再利用。隨著對產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高及應(yīng)用于更細(xì)、更薄、壓力更高等情況，新型的帶折燭過濾器縮小了內(nèi)容積，外形呈流線形，改善聚合物流動，消除低速面積。這種濾芯的砑光處理很重要，但由于其介質(zhì)成本高和清洗困難，不適用于高粘物料過濾，發(fā)展方向是雙層陶瓷，不僅納污能力高，而且因?yàn)橹旅芏勾至Ｎ畚镞M(jìn)不去。 

對含有鏈狀、網(wǎng)狀凝膠的聚合物的過濾，James F. Schmitz建議：過濾需高壓或高溫的高粘流體用樹脂粘合的濾芯，屬深層過濾；對壓力和溫度要求都不太高的、粘度較低溶液的過濾用熔融吹制的濾芯，也屬深層過濾；過濾凝膠含量和粘度都較低的溶液，可在較低溫和低壓下工作，可用帶折的過濾濾芯，屬表面過濾。深層過濾時凝膠是截留在結(jié)構(gòu)內(nèi)部，捕獲機(jī)理基本上基于吸附壓緊，表面過濾是直接截攔。

高粘度液體過濾設(shè)備 

間斷式過濾機(jī) 

卷筒式過濾機(jī)是過濾高粘聚合物的重要過濾機(jī)，可使用多種過濾元件，過濾面積可達(dá)80m2，為提高過濾機(jī)的過濾精度和處理量，可有多種變形。增加過濾面積的方法通常是用帶折式，主要缺點(diǎn)是單位過濾面積所占空間較大，再生時要用較多的洗滌液。 

單卷筒式也稱為燭式過濾機(jī)，由于過濾機(jī)體積小，可生成比卷筒式大幾倍的壓力，但對特異性的聚合物要認(rèn)真考慮，因?yàn)樵诟邏合滤鼈兊挠行д扯瓤赡芙档汀?nbsp;

碟盤式過濾機(jī)廣泛用于過濾中等和比較粘的物料，其各種類型主要區(qū)別是在洗滌和卸料方面，如離心碟式過濾機(jī)依靠離心作用卸料。 

板框式廂式壓濾機(jī)的過濾壓力可達(dá)2.5Mpa。前蘇聯(lián)用于聚合物過濾的廂式壓濾機(jī)的入料在下部，濾液由上下兩個通道流出，濾框用不銹鋼或合金鋼或環(huán)氧樹脂。為了洗滌濾渣，上下通道均較寬，下通道和過濾元件相通；上通道用水平隔板和懸浮液相隔，隔板上有涂橡膠的窄縫和每個過濾單元相通構(gòu)成過濾空間，被洗滌下來的雜質(zhì)則由下部利用攪拌器將它們排出。過濾中在達(dá)到既定壓力幾可通入空氣或氮?dú)鈮嚎s濾餅。 

連續(xù)過濾機(jī) 

雙通道式是采用兩個互換的過濾系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程連續(xù)的過濾機(jī)，這種過濾機(jī)的特點(diǎn)是可快速組裝、更換濾網(wǎng)組件、就地洗滌、流動穩(wěn)定、料流停留時間短等。 

多通道的連續(xù)過濾機(jī)的每個陶瓷燭式過濾元件垂直地放在各自的筒體中，元件內(nèi)插有濾液管，每組過濾組件均安在分配圓盤上，分配圓盤由棘輪帶動旋動，使各個過濾元件輪流處于過濾未過濾和循環(huán)的料液中，實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)。在0.5Mpa的定壓下，采用雙層陶瓷過濾介質(zhì)（80µm和50µm），處理量可達(dá)35m3/d。 

在過濾復(fù)合成分的高粘度聚合物時，熔融體很小的粘度變化都會影響纖維的形狀和分裂度。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，開發(fā)了變?nèi)莘e式過濾機(jī)，它由多個燭芯過濾元件組成，每個過濾元件都封在自己的室內(nèi)，有統(tǒng)一的出入口，改變過濾元件的個數(shù)就改變了處理量或流速。每個聚合物室內(nèi)的空間都呈微小的錐形，聚合物流速沿過濾機(jī)長度是變化的，這樣就消滅了“慢區(qū)”，解決了聚合物因長停留時間而被截留。 

熔融塑料在進(jìn)入模子之前要除去其中的顆粒雜質(zhì)。基本的擠壓機(jī)是由榨碎板和篩摞組成，沒有篩轉(zhuǎn)移器，為改善勞動條件和解決過程的中斷而發(fā)展了多種形式的篩轉(zhuǎn)移器。 

濾帶式連續(xù)篩轉(zhuǎn)移器用不銹鋼的編織濾帶或?yàn)V篩構(gòu)成，由擠壓的水力驅(qū)動。通過控制作用在篩頭的壓力調(diào)節(jié)濾帶運(yùn)動；沒有機(jī)械密封；濾帶通過窄縫進(jìn)出，窄縫的寬度僅夠篩子滑進(jìn)滑出，循環(huán)的冷水用于使塑料固化起到密封防漏的作用。 

圓筒（盤）式篩轉(zhuǎn)移器EASC型擴(kuò)展面積的篩轉(zhuǎn)移器采用圓筒（盤）形濾芯，比普通平板形的過濾面積大5倍。在更換榨碎板時無須中斷過程。 

PATT Rotary III也是一種圓盤式篩轉(zhuǎn)移器，針對每個擠壓過程配一個相應(yīng)的過濾機(jī)，不能互換。聚合物的粘度、篩組件的網(wǎng)目數(shù)以及污物的含量決定了通過量。它們在生產(chǎn)的所有時間內(nèi)都是定壓，換篩時不中斷生產(chǎn)，榨碎板可移動。 


高粘度液體過濾常用的過濾機(jī)還有各種形式離心過濾機(jī)，例如推進(jìn)式過濾離心機(jī)、臥式螺旋卸料過濾離心機(jī)等，臥式螺旋卸料過濾離心機(jī)的分離因數(shù)可達(dá)3000左右，因而離心機(jī)體積小、分離效率高、濾餅的含濕量比較低、生產(chǎn)能力大、單位產(chǎn)量的能耗低。單位生產(chǎn)能力的離心機(jī)成本低，對進(jìn)料濃度和粘度波動的適應(yīng)性強(qiáng)。