高效节能过滤分离机械与技术的发展

赵思全

（甘肃瓮福化工有限责任公司，甘肃 金昌 737202）

在经济全球化背景下，高效、循环利用资源已经成为我国环境保护和持续性发展的重要目标，特别是在低碳生活的浪潮下，越来越多国家认识到过滤分离机械与技术的作用。就目前发展情况来看，过滤分离机械与技术已经成为衡量国家市场竞争力的重要内容。由于过滤分离机械设备能清洁不同资源，因此过滤分离技术在资源的循环利用中具有重要作用。在可持续发展战略的影响下，有关液体和固体分离技术的研究持续推进，固液分离技术得到了广阔的发展空间。在过滤分离技术创新发展的过程中，固液分离技术标准也发生了明显变化。就目前发展情况来看，工业发展需要更高效的固液分离技术。因此，我国应持续创新研发固液分离技术，应用高效节能的固液分离技术提取高纯度物质。

1 过滤分离机械与技术的发展现状

过滤分离机械归属于化工过程和控制机械的范畴。我国过滤分离机械种类多种多样，而且相关技术也呈现出了前所未有的发展空间；然而，从国际发展形势来看，我国并没有对过滤分离机械与技术制定统一的标准，各个厂家都是结合实际情况对其定位。

1.1 我国过滤分离机械的发展历程

我国第一台过滤器诞生于18 世纪，其主要功能在于过滤豆浆。然后在技术创新演变的背景下，过滤分离机械中开始融入离心作用的内容，在离心作用下可以实现蜂蜜的分离。自此之后，过滤分离技术并没有得到明显的发展，直到20 世纪，我国过滤分离技术才得到了前所未有的发展速度，并且在技术融合发展的背景下，过滤分离机械中开始广泛融合超导分离、纳滤等其他过滤分离技术。

1.2 过滤分离技术发展现状

就目前过滤分离技术的发展和研究情况来看，其作用主要体现在以下5 个方面：一是在工业革命的推动下，世界呈现出了前所未有的发展速度，但是过去粗放的工业发展方式对资源造成了巨大浪费，为了践行可持续发展战略的相关要求，持续完善和创新过滤分离技术已经成为重要发展趋势，利用创新型过滤分离技术提升资源利用率已经成为满足社会可持续发展的重要内容；二是工业发展对推动国家整体发展建设具有重要意义，但是由于工业污水和废弃物对环境具有重要影响，因此在工业污水和废弃物处理中应该合理应用过滤分离技术满足废水排放标准，同时对矿山尾矿的过滤分离操作制定较高标准；三是在工业产业创新发展中，工业生产对高纯度物质的需求持续增加，例如在医药生产过程中，食品和水的高纯度已经成为推动医药行业快速发展的迫切需求，因此在医药生产中应该积极引入高精度的过滤分离机械与技术；四是在未来能源发展和应用中，能源多元化应用必然会成为社会发展的重要趋势，因此在社会能源多元化发展中也应该科学应用高效的过滤分离机械与技术；五是就目前工业发展情况来看，传统工业发展方式已经难以满足现代化工业发展需求，因此在科学技术持续创新演变的背景下，工业技术也应该在先进科学技术的支撑下创新研发应用，因此过滤分离技术也应该积极投入到工业应用中。

1.3 过滤分离机械与技术的发展趋势探讨

过滤分离技术在未来发展中应当做到以下4 点：一是从资源环保方面来看，过滤分离技术应当形成规模化和自动化过滤分离流程，因此专业研究人员应该结合不同的过滤分离需求，有针对性地优化过滤分离功能；二是在生物化工应用方面，过滤分离技术应该持续提升精度，将污染物精准分离；三是在化学过滤分离中，部分化学物质难以被有效分离开来，因此在化学应用中应该针对难分离的化学物质研究特殊设备，同时研发人员应该突破传统滤饼过滤方式，采用动态滤饼层过滤方式对化学物质进行特殊处理；四是过滤分离技术的主要功能在于提取有价值的物质，同时在过滤分离中应尽可能减少干燥过程对能源的损害，因此过滤分离研发人员应将高效节能作为技术创新的重要方向。

2 我国过滤分离机械与技术存在的问题

2.1 过滤分离技术的问题

就目前过滤分离技术的应用情况来看，我国过滤分离技术主要应用于液液分离和固液分离中。其中，以液体为介质的物理状态习惯被称为液相非均相物系，这类物质的过滤分离在我国被广泛应用，例如我国化工和机械等行业的生产都需要过滤分离技术的支持。在我国过滤分离技术的应用中，与传统的干燥和蒸发等分离技术方式相比，过滤分离技术可以高效分离固液混合状态的固体，而且在实际应用中可以明显减少能源损耗，因此过滤分离技术在学界已经得到了深入研究。

2.2 过滤分离技术机械选型方面的问题

过滤分离技术的选择对固液提取效果和质量具有明显的影响，在过滤分离中应该结合实际情况合理选择机械设备，同时不同过滤分离机械设备的应用成本也具有明显差异，这是因为不同机械设备所呈现出来的过滤分离效果存在较大差异，而且不同机械设备的适用范围也存在较大不同。目前我国在过滤分离机械设备应用中主要表现的问题在于缺乏对分离物质性质的深入了解，导致物质在过滤分离中难以保障上下工艺之间的有效衔接，因此技术人员在过滤分离机械设备的选择中难以保障功能的针对性；而且在过滤分离操作中，其环境因素的不确定性对过滤分离效果和质量也有明显的影响。

3 高效节能过滤分离技术的应用方式

3.1 厢式压榨过滤机

图1 为厢式压榨过滤机。

图1 厢式压榨过滤机

厢式压榨过滤机在物体加工中能够表现出极强的适应能力，而且在过滤时具有广阔的选择空间，简单的操作结构和流程可以明显提升固体的回收率，从而可以实现节约能源的目的。由于这些特点，厢式压榨过滤机被广泛应用。

厢式压榨过滤机与传统板框式压榨过滤机相比能够体现出更大的压强，最高可达到1.7 MPa，但是高压不仅能优化压榨和分离效果，同时还很容易对滤板造成严重破坏[1]。为了解决这一问题，进一步发展出了厢式隔膜压榨过滤机，在过滤分离应用中不需要利用高压优化分离效果，从而可以有效降低滤板遭受破坏的概率，而且厢式隔膜压榨过滤机在滤饼安装时消耗的时间较少，过滤之后产物的质量明显提高。

3.2 带式压榨过滤机

图2 为带式压榨过滤机的装置结构示意图。带式压榨过滤机主要应用环绕的滤带实现过滤效果，其主要特点在于以下3 个方面：一是结构简单，操作人员可以很快熟悉该过滤机的基本操作；二是能源损耗较少，在过滤工作中也不会产生过多噪音，可以有效满足现代化节能降噪的需求；三是可以满足工业和医药等行业长时间工作的需求。

图2 带式压榨过滤机的装置结构示意图

就目前过滤分离技术发展情况来看，带式压榨过滤机的结构多种多样，但是不同结构的带式压榨过滤机的工作原理和工作流程基本一致，其压榨辊一般有相对辊式和水平辊式两种。相对辊式与物体接触面积较小，但是这类辊式的压强较大，在过滤分离中可以明显缩短时间；而水平辊式主要利用滤带的张力对棍子的曲面进行压榨处理，而且与相对辊式相比，水平辊式与物体的接触面积较大，因此水平辊式在过滤分离过程中可以实现充分压榨，目前在带式压榨过滤机中水平辊式的应用范围较广。

3.3 陶瓷过滤机

3.3.1 陶瓷过滤机的特点

图3 为陶瓷过滤机的装置结构示意图。就目前过滤分离技术的发展情况来看，陶瓷过滤机在化工和煤炭等行业得到了广泛应用，在工业应用中主要表现出以下4 个方面的特点：一是陶瓷过滤机应用氧化铝作为滤片，改善了传统滤布过滤存在的弊端，使得陶瓷过滤机突破了传统加压压榨过滤机的弊端；二是陶瓷过滤机的铝片具有60%～80%的开孔率，在过滤分离过程中能够有效提取所需物质，同时也可以明显提升物质的纯度[2]；三是由于陶瓷过滤机一般应用自然力进行脱水操作，因此陶瓷过滤机一般应用真空泵便可以完成过滤分离的所有操作，同时在物料处理中也可以表现出极强的处理能力，最终的陶瓷过滤机滤饼的含水量较少，因此在过滤分离过程中可以避免对物质造成污染；四是因为陶瓷过滤机在过滤分离过程中仅靠真空泵便可以完成过滤分离的所有操作，因此陶瓷过滤机可以表现出能源消耗少的特点，从而满足我国对节能节流的要求。

图3 陶瓷过滤机的装置结构示意图

3.3.2 陶瓷过滤机对介质过滤的效果分析

一是陶瓷过滤机的过滤分离效果明显，而且陶瓷过滤机一般应用于含水量较少的介质，甚至部分介质可以直接进行冶炼；二是与传统过滤机相比，陶瓷过滤机的节能效果可以提升到80%～90%，最大程度满足我国节能的要求；三是陶瓷过滤机因为滤饼的特点从而能够表现出极强的处理能力，提升介质提取效率；四是陶瓷过滤机在物料处理方面可以体现出较高精度，满足现代化医学和工业介质提取的需求；五是当过滤分离中遭遇堵塞或分离结束后，陶瓷过滤机因为具有便于清洗的特点从而可以有效延长陶瓷过滤机的使用寿命。

3.4 动态过滤设备

首先，动态过滤设备的滤饼在过滤分离中可以减小阻力影响；其次，在喂料过程中可以明显减少物料本身的粘度，确保过滤分离过程可以持续添加物料；最后，操作人员还可以结合实际需求处理物料形成的残渣。总的来说，在过滤面积相同的条件下，动态过滤设备可以呈现出过滤分离速度较快的特点。

传统过滤方式一般将物料直接导入到过滤介质中，这样的过滤方式很容易导致固体因为体积的堆积而被吸附在介质的表面，最终形成一层滤饼。而且，在过滤持续进行的条件下，滤饼的厚度也会持续增加，从而使得过滤的阻力持续增加、过滤速度明显减慢，在严重情况下甚至将导致过滤分离无法有效进行。

而动态过滤设备主要适用于非牛顿流体物料的过滤，因此动态过滤设备主要可以表现出以下4 个方面的特性。首先，将分批过滤方式改变为动态过滤方式可以有效延长过滤时间，满足工业过滤设备的长时间运作需求，同时应用动态过滤方式可以明显提升物料的质量浓度。其次，应用动态过滤方式可以有效解决具有可压缩性特点的物料的过滤需求，例如部分具有可压缩性特点的物料在传统过滤方式中很容易形成阻力较大的滤饼，然而在运动过程中过滤则可以明显减少阻力作用，从而明显提升过滤分离的效率。再次，动态过滤设备具有清洗便捷的特点，操作人员在过滤分离完成后，可以对动态过滤设备进行全面清洗，避免设备残留物料堆积物，从而能够保障设备的稳定运行，减少动态过滤设备运行中可能出现的困扰。最后，动态过滤设备可以有效避免物料装填过程中出现的问题，应用动态装填方式可以避免物料堆积的现象，从而最大程度保障机械设备的正常运行。

4 结束语

总的来说，因为高效节能的过滤分离技术对践行环境保护要求和推动生化生产领域发展具有重要意义，所以我国应加强对过滤分离技术的重视，借用创新型过滤分离技术提升我国核心竞争力。因此，专业技术人员应当结合前沿性技术创新过滤分离技术研究，同时我国应该提升对过滤分离技术人才培养的力度，结合市场发展机制，完善过滤分离体系，确保高效节能的过滤分离技术在我国各行各业得到广泛应用，为推动我国社会技术发展奠定重要基础。