微孔陶瓷主要特点及过滤机理.docx

微孔陶瓷过滤著/周勇 参考内容：本文系统介绍了微孔陶瓷过滤元件的主要特点及过滤机理，陶瓷器的组 装结构及其在过滤、分离技术中的应用1概述微孔陶瓷是一种以耐火原料为骨料，配以结合剂等经过高温烧结而制成 的陶瓷过滤材料，其结构内部具有大量惯通的可控孔径的微细气孔它除具 有耐高温、高压、耐酸、碱腐蚀等特性外，还具有孔径均匀，透气性高等 特点，因此可广泛用做过滤、分离、布气和消音材料国外自五十年代起, 就开始应用微孔陶瓷做过滤元件进行上、下水净化，矿泉水除菌，含油气 体净化等到目前，产品已标准化，系列化国内对微孔陶瓷在过滤技术 中的应用研究虽起步较晚，但目前以微孔陶瓷作为过滤元件组成的陶瓷过 滤器，在各行业的分离，净化领域中已得到较全面的推广应用如石化行 业中液一固，气一固分离，制药、酿造行业中的无菌净化处理，环保行业 中高温烟气除尘等目前，陶瓷过滤器以其独特的功能特性，在各分离， 净化领域中已成为一种不可替代产品2微孔陶瓷过滤元件2.1微孔陶瓷过滤材料性能微孔陶瓷材质、规格种类繁多其中国外生产的微孔陶瓷材料材质主 要有硅酸铝质，粘土质、刚玉质、石英质、碳化硅质和硅藻土质等国内 生产的主要有刚玉质、石英质和硅藻土质。

其主要性能如表一\性\能 材\ 质\讓Mu述9.%透气性M 3ctnm Th nun抗压 强度 MPa耐酸 性唏耐碱 性％耐温■:fc"呆大 工件 压力M Pa刚玉质泮状极2—30028—500. 02--2C20—100鹽8006石英质存状极2—30030—550.05-2010—4099952004壮藻土管狀1—1060—680.02-0.21099952000. 5孔径：表明制品开口气孔大小，这里是指制品的最大开口直径微孔 陶瓷过滤元件孔径可分为 1、5、10、20、30、50、80、100、120、150、200、 250、300p m 系列气孔率.：制品中开口气孔体积占总体积百分比V开口/V总X100%.透气性K：是指1mmH2O压差下，在单位时间lh内通过厚度1cm,面积1m2 的微孔陶瓷的干式气体量(m3)耐酸性：微孔陶瓷制品经20%硫酸溶液煮沸1h后其弯曲强度与腐蚀前弯曲 强度比耐碱性：微孔陶瓷制品经20%NaOH溶液煮费1h后，其弯曲哟度与腐蚀前 弯曲强度百分比耐温性：微孔陶瓷制品抵抗温度变化而不破坏的能力2.2微孔陶瓷过滤材料主要特点与其它过滤材质相比，微孔陶瓷作为过滤材料具有如下特点。

1) 微孔陶瓷过滤材料孔隙率咼，最咼可达60%以上孔径均匀且易于控 制过滤精度高，可达1p m,适用于各种介质精密过滤2) 耐酸碱性好可适用强酸(硫酸，硝酸，盐酸)，强碱(氢氯化钠等)和各种有机溶剂的过滤3） 机械强度高，工作压力可达6MPa,压差可达IMPa4） 耐高温，具有良好的急热急冷性能，工作温度最高可达800°C适用于 各种高温气体过滤5） 过滤元件自身清洁状态好，无毒、无味，无异物脱落，可适用于无菌处 理操作6） 过滤元件使用寿命长，长期使用，微孔形貌不发生变化，便于清洗再生 2.3微孔陶瓷过滤元件过滤原理微孔陶瓷的过滤是集吸附，表面过滤和深层过滤相结合的一种过滤方 式坚于液一固，气一固系统的过滤与分离来讲，其过滤机理主要为惯性 冲撞、扩散和截留念戡罔捕捉* 愼性神捶捕捉扩堆捕提图一多孔陶瓷过滤机理如图一所示惯性冲撞：流经微孔陶瓷过滤元件微孔孔道的流体中的 杂质颗粒，由于惯性而与微孔孔道壁接触而被捕捉惯性冲撞与杂质颗粒 直径的平方成正比，与流速及流体粘度成反比扩散：杂质颗粒由于布朗运动而离开流线和微孔孔道壁接触，从而被 捕捉扩散捕捉和流速及流体粘度成反比截留：杂质颗粒由于比微孔孔道大而被捕捉，属表面过滤。

截留只与 杂质颗粒的大小有关，而与流速，流体粘度没有关系当流体流经微孔陶瓷过滤元件时，大于过滤元件微孔径的颗粒被截留 在表面形成滤饼层，小于微孔陶瓷陶瓷孔径的颗粒由于惯性和受布朗运动 影响而离开流线和微孔道壁接触,仍有部份颗粒被截留在表面或沉积在微孔 陶瓷孔道内由于微孔陶瓷微孔通道迂回曲折，加上流体介质在微孔陶瓷 表面形成的架桥效应及惯性冲撞和布朗运动影响，因此其过滤精度要比本 身孔径高的多如10p m孔径微孔陶瓷过滤元件，当过滤介质为液体时， 其过滤精度为lp m当过滤介质为气体时，其过滤精度达0.5微米陶瓷过滤器运行一定周期后，由于过滤元件内部通可能被流体介质中 颗粒杂质堵塞，表面滤饼层增厚，导致过滤阻力增大，流速降低时，可以 通过气体反吹，液体反洗或气一液混洗的方式再生，而使具基本恢愎到初 始状态水平如图二所示，因此定时反吹、反洗，能大大延长微孔陶瓷过滤元件的 使用寿命»-再生廳殛3微孔陶瓷过滤器3.1陶瓷过滤器的组装结构陶瓷滤器主要由微孔陶瓷过滤元件，拉杆、花板和売体组成根据过 滤元件的规格，形状不同和过滤方式不同，过滤器的组装结构主要有板式, 单管式和多管式等种，其中多管式陶瓷过滤器应用较广。

下图所示为多管 式陶瓷过滤器中最常用的两种组装结构进料口图三烛虑陶瓷过進器图三所示的烛形陶瓷过滤器安装较方便，密封性好，适用于安装小口径的陶瓷过滤元件，过滤面积大，可以达到20m23.2陶瓷过滤器过滤效率主要影响因素1) 过滤精度：是指能够滤除流体介质中最小固体杂质颗粒的粒径大小， 单位p m,前面已经提过，对于陶瓷过滤器来讲，其过滤精度可达到0.1p m影响陶瓷过滤器过滤精度主要因素是微孔陶瓷过滤元件的最大微 孔直径对于同一流体介质来讲，孔径愈小，则过滤精度愈高，反之愈低 其次，工作压力对过滤精度也有微弱影响一般来讲，对液体介质，其能 过滤掉的杂质颗粒大小约为陶瓷过滤元件孔径的1/5 — 1/10对气体介质， 由于布朗运动在气体中比液体中活泼，扩散捕捉作用增大，其截留杂质颗 粒大小约为过滤元件孔径的1/15—1/252) 过滤速率Q：既单位时间内通过陶瓷过滤器的流体介质质量，单位 m3/h由于微孔陶瓷的过滤是一种集惯性冲撞，扩散和截留相结合的过滤 方式，因此流体介质的粘度、介质工作压力，过滤本身的微孔性能等对其 过滤速率都有较大影响理论上讲微孔陶瓷孔径愈大，孔隙率愈高，工作 压差愈大，则流量愈大，而随着微孔陶瓷壁厚增加，粘度增大，流量迅速 减小。

A—过滤器过滤面积，△—过滤器进出口工作压差，E—过滤元件孔隙率 n—指数(2—4)，K—透气系数,D—过滤元件微孔直径,L—过滤元件厚度， G—流体介质粘度图五多孔陶瓷过滤器纯水透过虫4陶瓷过滤器的主要应用4.1液体过滤1) 化工液体过滤主要用于化学工业中酸、碱性液体过滤，石化行业中航空煤油，柴油过滤，各种有机液体过滤等如化纤行业中丙烯晴(N2)團六 陶瓷过滤器的气体透过it凶’)2€>EJCJ单位过滤，合成橡胶工业中丁基铝催化剂过滤,制药行业中的青霉素，链霉 素等针剂过滤某石油化工总厂油品车间采用20—30p m的陶瓷过滤管进 行航空煤油过滤，其过滤精度0.8p m，滤速达到10m3/h以上，运行三年来, 效果一直很好碱厂采用刚玉质陶瓷过滤管进行碳酸镁液过滤，滤速也达 到lm3/h长期运行，效果很好采用陶瓷过滤器进行液体过滤与相同介质 过滤的极框压滤机相比，投资可减少40%以上，效率提高2—4倍2) 水过滤：主要用于工业废水处理，生活用水、矿泉水，超纯水的制备 等如采用孔径80—100M m微孔陶瓷过滤器进行工业废水处理，处理能力 为10—20m3/m2/h，过滤精度5p m悬浮物去除率＞95%。

4.2气体过滤主要用于各种压缩气体的含油，杂质处理化工催化气体精滤，制药、 酿造行业中无菌空气净化以及高温烟气除尘等如采用陶瓷过滤器进行风 机,压缩机含油气体处理，净化后气体含油量小于15ppm，去除效率99.5% 以上采用孔径60—80u m陶恣过滤器可以进行石化行业中干气过滤采 用孔径20p m的陶瓷过滤器可以进行制药、啤酒等酿造行业发酵用无菌空 气处理，采用40—60p m的陶瓷过滤器则可以进行高温烟气，如化铁炉， PFBC燃煤锅炉排放烟气除尘净化，工作温度可达800U 3p m以上尘埃粒 子去除效率＞99%，而阻力降＜500mmH2O,同样，采用陶瓷过滤器还可以进 行水雾分离，气体分离等此外，微孔陶瓷过滤元件还可用作布气材料如发酵工业中利用嗜气 性细菌时，采用微孔陶瓷管（或板）吹入空气污水处理中，采用微孔陶瓷曝 气板进行充氧曝气上、下水杀菌时，吹入氯气、臭氧等微孔陶瓷过滤 元件还可以做各种电解液的气体发散元件，以及用做流化床和粘料输送板 等5结束语微孔陶瓷及过滤器以其自身具有的诸多优点，使其在相当广地范围内 能有效地替代传统的过滤材料，如尼龙筛网、纤维滤布、多孔塑料和粉未 冶金多孔材料等，并开拓了这些材料所不能应用的领域。

可以预见，随着 微孔陶瓷材性及过滤技术的不断提高，微孔陶瓷过滤器将会自成体系，在 我国的气体分离，净化和液体精滤方面起非常重要作用人们可以发现， 陶瓷过滤技术在我国的分离，净化领域中将会起到举足轻重的作用。