过滤介质课件

助滤剂助滤剂，指能提高过滤效率或强化过滤过程的物质。分类：介质型助滤剂和化学助滤剂两大类型。介质型助滤剂是一些分散的颗粒物质，如硅藻土，膨胀珍珠岩等。在过滤过程中，它们实际上起着过滤介质的作用，其主要应用在固体颗粒极小且对滤液有较高要求的场合，譬如水处理、化工及食品等工业的过滤作业。化学助滤剂(又称预处理剂)又分两种类型：一种是表面活性剂型助滤剂；另一种是高分子絮凝剂型助滤剂。它们主要用于提高过滤机的生产能力和希望降低滤饼水分的场合。如：冶金、矿物加工业用得较为普遍。介质型助滤剂是一种颗粒均匀、质坚硬、不可压缩的粒状物质，因可以直接用作过滤介质，故称其为介质型助滤剂，作为助滤剂，其作用在于防止胶状微粒对滤孔的堵塞，亦即充当实际的过滤介质。这时，由于助滤剂表面往往有吸附胶体的能力，而且由这种细小坚硬的颗粒形成的滤饼具有格子型结构，不可压缩，滤孔不致于全部堵塞，可以保持良好的渗透性，既能使滤液中的细小颗粒式胶状物质被截留在格子骨架上，又能使清液有畅流的沟道。因此使用助滤剂，往往能大大提高过滤能力、改善滤液澄清度、提高生产效率、降低过滤成本。

助滤剂的使用方法，通常是在滤布面上预涂一层助滤剂层，此时，它是作为真正的过滤介质。待过滤完毕后，助滤剂本身可与滤饼一道除去。除预涂外，助滤剂也可按一定比例均匀地混于滤浆中，然后一道加入过滤机，使其形成较疏松的滤饼，降低其可压缩性，使滤液可以顺畅流通。介质型助滤剂的种类

可作为介质型助滤剂的物质种类较多，如：硅藻土、珍珠岩、纤维素、石棉、活性炭、纸粕、锯屑及炉渣等，表13．1列出了几种常用助滤剂的主要性质。下面较详细地讨论各种常见的介质型助滤剂及其应用选择。硅藻土助滤剂的性质，取决于其原料性质和制造方法。硅藻土化学性质稳定，所含成分主要为非结晶质的无定形SiO2(至少占80％以上)，通过加热烧成可将非结晶质的原料SiO2转化为结晶质，较纯的硅藻土助滤荆除了热碱溶液外，几乎在所有的液体中都不溶解，其他的可溶成分也极少。与其他类型的助滤剂，如珍珠岩和纤维素等相比，硅藻土的渗透率和孔径尺寸范围较宽，就一定的渗透率而言，其平均孔径比珍珠岩等助滤剂的要小，因而它具有较好的澄清效果。

影响硅藻土过滤性能的另一个重要因素是其粒度特性。三类硅藻土中，干燥制品粒度最细，融剂烧成制品粒度最粗，故其过滤速率也最高。从世界范围看，硅藻土助滤剂应用得最为普遍，尤其是对希望得到液体澄清度较高的场合和要求有较高滤液流速的情况下，例如，从石油工业的润滑油到化学工业的聚乙烯；从食品工业的果汁、啤酒到药品工业的抗菌素、维生素的过滤等等，都有硅藻土助滤剂的应用。2、膨胀珍珠岩珍珠岩是指由火山喷发的酸性熔岩经急速冷却而成的玻璃质岩石。为使珍珠岩成为助滤剂，需要经过一系列加工：破碎、磨矿、筛分和焙烧。破碎成一定的粒度珍珠岩，在快速加热(800～1200℃)条件下，体积可膨胀4～20倍，这种膨胀的珍珠岩是一种多孔疏松调料，再经磨矿和分级，便可得到膨胀珍珠岩助滤剂。膨胀珍珠岩的化学成分主要是SiO2和Al2O3，二者总计约占85％左右，此外还有少量的K2O和Na2O以及少量的Fe、Mg、Ca等氧化物。其化学性质稳定，与硅藻土类似，除在热的浓碱和氢氟酸中外，均不易溶解。3、纤维素纤维素为直径15～20pm，长50～100pm的短纤维，由木材纤维经特殊处理制得，常作为纸浆过滤的介质。纤维素助滤剂可以由经漂白或未漂白的木浆制得，为了得到粒级较细的纤维素助滤剂则要研磨。木屑也是一种助滤剂。作为助滤剂使用，纤维素比硅藻土和珍珠岩少得多，其主要原因是助滤剂成本较高和过滤效果不佳。因为纤维素滤饼的孔径极大，对微细颗粒拦截能力差，以至于用最细粒度的纤维素助滤剂过滤原糖溶液，其澄清效果还不如最粗粒度的硅藻土和珍珠岩。纤维素助滤剂主要用于那些不宜使用硅藻土和珍珠岩的场合，如，热碱溶液过滤和滤饼需要焙烧的场合，有时为了避免硅藻土和珍珠岩的可溶成分混入，在锅炉补充水和金属电镀液的过滤过程中也常使用纤维紊助滤剂。此外，纤维素助滤剂还经常与硅藻土和珍珠岩混合使用，或者纤维素作为最初的预敷层使用。4、石棉石棉是最早被应用的助滤剂之一，长期以来与纤维素混合使用作啤酒过滤的助滤剂。由于石棉纤维直径很细，故所得滤液澄清度较高，所以常常作为最初的预敷层与硅藻土和珍珠岩混合使用，过滤效果比纤维素更好。此外石棉的比表面积大，吸附性较强，所以常用于各种酒类过滤以除去细菌。石棉的可压缩性强，单独使用时，过滤速度受到限制。许多发达国家认为石棉对健康有害，所以近年来石棉在过滤中的应用有减少的趋势。膜过滤

膜过滤是利用薄膜分离混合物的一种方法。不同组分构成的均一的或非均一的混合物系，可利用薄膜的选择透过性，使某些组分透过膜，而另一些组分被截留，从而实现了不同组分的分离。这种过程统称为膜分离。根据分离的机理和推动力的不同，可区分为不同的膜分离方法，膜过滤就是其中的一种。它是利用流体压力差作为推动力的筛分分离。此外还有利用浓度差、分压差、电位差以及透过速率差等作为推动力的其他膜分离过程。膜过滤分类通常根据滤膜孔径或被截留微粒的最小粒径的大小，膜过滤可分为微孔过滤及超滤两大类。严格讲两大类之间并没有明显的界限，而且它们相对常规过滤和反渗透之间也是没有严格分界的。常规过滤能截留大于0.5µm的颗粒。它是靠滤饼层内颗粒的架桥作用，才能截留如此小的颗粒，而不是直接靠过滤介质孔隙筛分截留的，因为纤维编织的过滤介质的孔隙通常有几十微米大小。微孔过滤截留微粒范围大约是0.05～10µm。多用于滤除细菌和细小的悬浮颗粒。从粒子的大小看，它是常规过滤操作的延伸。超滤截留粒径范围大约是1～20nm，相当于分子量是500～300000的各种蛋白质分手或相当粒径的胶体微粒。这种液体的渗超虹很小，在透过溶剂的同时，也会透过小分子溶质，而将大分子溶质截留。它和微孔过滤之间没有明确分界。反渗透截留粒径大约在0.1～1nm。即可截留无机离子和分子量小予500的低分子量有机分子。膜过滤的特点和常规滤饼过滤不同，微孔过滤和超滤所截留的微粒和溶质大分子，并不在膜面形成滤饼，而仍悬浮子料浆中或以溶质形式保留于料浆中，所以常将膜前的物质总体称为增浓液。透过滤膜的部分称做滤液或渗透液等。反渗透的透过机理与膜过滤的区别在于，它所施加的压力必须大予溶液的渗透压，才能使溶液中的溶剂透过膜面分离出来。反渗透也是以压力差作推动力的膜分离过程：但它要求的压力差稂大，一般在2～10MPa，因而设备结构要求也高。膜过滤与其他分离方法比较，具有如下特点：(1)和常规过滤过程相同，膜过滤中，特别是浓缩分离中，没有相变过程，也没有相变化的化学反应，所以不消耗相变能，故能耗低；(2)用常规脱水方法处理微细物料时，常需添加絮凝物等，而膜过滤则无此必要，这既降低了成本，又减少了其他物质可能引起的二次污染。(3)膜过滤没有特别的温度要求，所以可进行热敏感或热不稳定物质的常温膜过滤。如用于药品、酶制剂、食品、饮料的分离、分级、浓缩、富集等。(4)膜过滤可用于浓缩过程，对回收微量有价值物质十分有益。膜过滤的原理1、微孔过滤原理微孔过滤的介质为均质多孔结构的滤膜，它类似多层叠置的筛网，其截留微粒的作用局限于膜的表面，能将液体中大于额定孔径的微粒全部阻拦，且不会因压力差升高而导致大于孔径的微粒穿过滤膜。截留微粒的方式有：机械截留、架桥及吸附。与深层过滤相比，由于滤膜极薄，对滤液及滤液中有效成份的吸附量极小，贵重物料一般不会因吸附在过滤介质上而损失。在除菌过程中，被截留在膜表面的菌体也不会像深层过滤那样，由于滞留在孔道中的细菌的双向繁殖而污染滤出系统。2、超滤原理超滤对大分子溶质的截留分离包含以下三个过程：(1)膜面的机械截留(筛分)；(2)膜面及微孔内的吸附(一次吸附)；(3)在微孔中持留而被去除(阻塞)。超滤膜的机械截留效果是由溶质粒子的大小、形状与膜孔径的大小、形状之间的关系决定的。吸附和阻塞过程则是膜与溶质粒子物化性质之间的相互作用结果。这三个过程相结合的统一效应构成了超滤的物质分离机理。过滤介质种类极多，且难有一种好的分类法。编织类过滤介质通常分滤布、滤网两大类；前者的原料为各种天然纤维和合成纤维；后者的材质多为不锈钢、青铜、蒙乃尔合金、镍及其合金，钛、钽、银及其合金等。

1滤布滤布是过滤领域应用最为广泛、品种最多的一类过滤介质。其原料特性、编织方案和加工过程，是影响滤布性能的重要因素。1、滤布的材质及原料性能滤布的化学稳定性，吸水等物理性能及机械强度等是它的基本性能。而这些基本性能则取砖于介质的原材料性质。(2)复丝纤维纱复丝纱由单丝捻成。由复丝纱制成的滤布比单丝滤布结实，柔韧性更大，但较易堵塞。滤布规格为100～1000gsm(化纤织品)。垂直自动压滤机须用较高gsm值的滤布，而水平式压滤机则适宜应用较低gsm值的介质。(3)短纤维纱(纺织纱)由天然纤维(棉、毛)和长合成短纤维切割而成，切割长度一般为40～100mm织成的滤布截留能力强。有时为充分发挥各种纱的优势，常编织成混合型的滤布，如用单丝为经线，复丝为纬线；或与之相反。3、编织法和精整A织法与一般布相同，滤布的织法基本上有平纹、斜纹和缎纹三种；在此基础上，可衍生出的织法达300种以上。B滤布的精整为进一步改善滤布的工艺性能，应对编织成的滤布进行砑光、起绒和热处理等精整加工工艺。砑光为增强滤布的截留性能和剥离性能，常用热压滚滚压滤布，使布面平整光滑，缩小了滤布的孔隙率，谓之砑光。但此工艺可使滤布变薄、强度降低。起绒用梳齿细密的钢梳使滤布表面产生柔软的细绒毛，以便改善滤布对微细颗粒的截留性能。热处理热处理主要用于合成纤维类滤布。其目的是使滤布性质稳定，同时能适用于较高的工作温度。2滤网性能及应用由多种金属丝编织成的滤网，具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温性能，使用中不会出现收缩、延伸现象、因而寿命很长。此外，滤网表面很光滑，不易堵塞。正由于滤网具有上述优点，故尽管价格很高，但应用仍很广泛。编织金属网极适宜于制作过滤器的滤叶和离心过滤机、圆筒过滤机的转鼓；另一重要的用途是制作可清洗的滤芯，一其额定截留值(滤网最大孔径)一般为300-1µm。由于能用化学方法清洗。这种滤芯能反复使用，航空、宇航是这类滤芯的最大用户。除此之外，滤网还常用作助滤剂预敷层过滤的底衬介质及其他易损挠性介质(如滤布、滤纸等)的支持体。滤网的材料除金属丝外，有时还用塑料单丝。金属丝网发展较快，由于丝径可小至0.02mm，故网孔径可小至1µm。如斜纹荷兰网可截留1µm的颗粒，平纹荷兰网也可截留8pm的粒子，很适宜装备转鼓真空过滤机。双经线平纹荷兰纹网的强度比同孔径的普通平纹荷兰纹网高，孔径小，但易被细粒堵塞，斜纹荷兰纹网则更结实。过滤速率较高、易清洗、抗堵塞性能好的当属反荷兰纹网，其截留粒径小至10µm；还有一种β纹荷兰纹网，截留粒子的能力特别强，且耐用、易清洗，截留粒径为80～10µm。3非编织过滤介质非编织过滤介质有时亦称为无纺过滤介质，其种类多，制作方法各异。大部分是将纤维稍加整理，压制成片状或板状的过滤介质，也有针刺制作的、加热粘结制作的。在这类介质中，由于纤维是最小结构单位，它们之间的孔隙都被用于过滤，所以有效过滤面积最大，而介质孔隙很小，适宜于高澄清度的过滤。但易堵塞，且大多强度不高。1、滤毡

滤毡很早就应用于过滤操作。其原料早年多为羊毛，现今则基本为人工合成材料，如尼龙、聚酯，oletin，aerylic等。由于合成材料价格低廉，用之制成的滤毡又有较好的颗粒截留性能，良好的防霉菌、防腐和较好的抗堵塞等性能，因而在较多的过滤场合(甚至包括压滤机、转鼓真空过滤机)被认可和应用。滤毡由三维均匀的纤维团制成，可以用一定的结构和选定的纤维旦值来控制滤孔尺寸，达到所要求的微米级颗粒截留率。用滤毡过滤时压力降小、过滤精度高，可作为极细物料和胶体物料的过滤介质。

针刺毡是一种较新型的无纺过滤介质，是把数层纤维(通常为聚丙烯、尼龙等)絮片用特殊的针上、下穿行轧制成毡，再经精整(热压、砑光)成型。为提高强度，常常在针刺毡底部加置一层粗纺布。改变絮片层数和针的排列模式可以调整滤毡的渗透率和孔眼尺寸。还可以通过选配不同原料改变滤布表面性质。用于固液分离的针刺毡的规格通常为500-700gsm。用于过滤粗粒磁铁精矿时，寿命可达7～12个月，而过滤微细物料时则易堵塞。近期发展起来的由不锈钢、铌、钽、铜等金属纤维制成的滤毡，纤维直径4～25µm；特别适合在高温和易腐蚀环境下工作。2、滤纸滤纸为片状纤维制品，应用非常广泛，按用途可分为分析滤纸，层析滤纸和工业滤纸。滤纸的主要原料是纤维素，如棉、禾木科植物及木材等。近几十年来，其用料范围更扩至无机纤维(如玻璃纤维、陶瓷纤维)、金属纤维、合成纤维等，为进一步改善滤纸性能、降低滤纸成本开辟了更为广阔的前景。滤纸的孔径主要取决于制作的压力，通常分为标准滤纸、皱纹状滤纸、湿强度滤纸、精密过滤用滤纸等五类，每类又有若干个型号。滤纸常用的性能参数为厚度、重量(gsm)、滤水速度(mL／min)、湿强度、截留颗粒尺寸(µm)、表面光滑度等，应用时，应查阅有关技术资料。

孔隙率是滤纸的重要参数，取决于原料和加工工艺。纤维越细的滤纸孔隙率越大，过滤速度越小，而截留能力越高。通常，纤维素纤维较粗，而玻璃纤维较细，故而以前者为基体的滤纸截留性能较差，但因价格较低、机械性能尚好而应用广泛。玻璃纤维滤纸价格较高，故主要在实验室应用。由于其使用温度可达500℃，超过多种其他介质的耐温性能，且寿命长，通过能力大，故可与石棉、金属材料的介质相竞争。滤纸遇水膨胀，强度减弱，可以用三聚氰酰胺树脂、氯丁橡胶等粘结剂浸渍，以增加过滤强度和改进过滤性能。

滤纸广泛应用于自动车辆和工业中的褶叠式滤芯，分离粒度范围为0.5～500µm。也可用于板框式压滤机、板式过滤机、管式过滤机、精密型过滤机上。薄的滤纸(0.2～0.3mm)用于重力或真空为动力的小型过滤器；而厚的滤纸(0.5～lmm)则用于加压式大规模过滤。有时，滤纸和滤布还可以组合使用。此时，滤布不仅是第二介质，而且是滤纸的支持物；而滤纸则截留下微细颗粒和胶体颗粒，延长了滤布的寿命。3、过滤衬垫过滤衬垫(纤维板和纤维垫)是精密过滤介质之一，是由石棉和纤维素制成的抄造型过滤介质，厚度2～5mm。其中，石棉为主要原料，纤维直径为20-～25nm；而直径为20～30µm的纤维素纤维则作为支撑体，所以石棉能在其中构成致密的空隙，适宜于通过内部过滤来除掉微量的细微颗粒，工作稳定性也很好，特别适用于液体净化，故主要用于深层过滤，有时也用在压滤机上。过滤衬垫填加不同填料可起到不同的强化过滤性能的作用，如：添加硅藻土颗粒，可增加介质的孔隙率；加入活性炭，则有吸附活性。在过滤衬垫产品中，也有孔隙大小不同的两层乃至多层产品。4、非织造滤布非织造滤布属干法制造的片状过滤介质，是用粘结剂和溶剂以及加热的方法将棉、人造纤维等粘结加热制成的非织布。这类滤布重量低于滤毡，厚度较薄，为0.2-2mm，渗透率较高，与纸介质相比，颗粒截留率较低，而强度却高出许多。非织造滤布主要用于净化低浓度悬浮液，也可用以净化乳浆、饮料、清漆及润滑油。其机理在于，由该介质的表面或表面附近部分来截100µm以上的低分散颗粒，由其内层截留高分散的颗粒。非织造滤布有时也用于滤饼过滤，如过滤植物树胶。有时为提高强度，可用稀疏的布贴于非织造布的两面；而欲提高其热稳定性，则须涂一薄层镍等热稳定性物质，在200℃时，可保持稳定。4刚性多孔介质刚性多孔介质是用陶瓷、塑料、金属粉末等烧结制成的。控制粉末粒度和烧结温度、时间等工艺条件，可得到孔隙均匀、渗透性各异的刚性介质。当增大强度，刚性过滤介质的厚度可高达20µm以上。介质的不挠性，使得过滤时的压力波动对滤饼影响很小，适合精密过滤。通常，这类介质具有耐腐蚀、寿命长、易卸料等优点，但渗入其中的颗粒则很难排出。刚性多孔介质的另一优点是可按工艺要求，制成所需要的形状。1、陶瓷

陶瓷由粉末状陶土在1400℃窑温下烧制而成，虽然易碎多损，但价格低廉，高耐腐蚀，且孔隙范围尺寸极宽，为0.1～2500µm。因此，广泛应用于气体分离，气体除尘和从气体中捕集液体。随着压滤机的发展，尤其是高压吹气技术的应用，气耗(能耗)的比重加大。为降低气耗量，已开发出仅允许滤液，而不让空气通过的亲水过滤介质，而亲水陶瓷是其中最为成功者。由于可把亲水过滤介质的孔隙假设为无数根毛细管因而只要过滤机的工作压力小于陶瓷过滤介质毛细孔的临界压力，则可实现上述的不耗气过滤。亲水陶瓷由强亲水性的氧化铝基材料烧结而成，其孔隙直径为1．5～2µm。过滤时，这种过滤介质的阻力将远大于滤饼的阻力，因而在设计微孔陶瓷介质时，在满足其强度、刚度前提下，应尽量减小过滤介质的厚度。微孔陶瓷过滤介质气耗极低，用于