機(jī)織過濾布在工業(yè)固液分離領(lǐng)域的應(yīng)用

關(guān) 偉

煙臺同興過濾科技有限公司,山東 煙臺 265500

隨著工業(yè)化與科技的不斷發(fā)展,固液分離技術(shù)在諸多領(lǐng)域的關(guān)鍵地位愈發(fā)顯現(xiàn)。固液分離設(shè)備在燃煤發(fā)電、冶金、煤炭、化工、環(huán)保等行業(yè)得以廣泛應(yīng)用。作為固液分離設(shè)備的核心部件,機(jī)織過濾布對過濾效果起著決定性作用。因此,深入研究過濾布的性能與應(yīng)用情況,對正確選擇和使用工業(yè)固液分離設(shè)備具有重要意義。

在國家對“經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)?！币笕找嫣嵘谋尘跋?機(jī)織過濾布產(chǎn)業(yè)受到極大的推動,未來發(fā)展前景更加廣闊。根據(jù)中國產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計(jì),2021年過濾與分離用紡織品纖維加工量達(dá)170.3萬t。隨著全球環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng),機(jī)織過濾布將具有更大的應(yīng)用潛力和市場前景。機(jī)織過濾布的發(fā)展將促進(jìn)其他行業(yè)的進(jìn)步,并對環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生積極影響,這不僅具有重要的社會價值,同時也帶來巨大的商業(yè)機(jī)遇。因機(jī)織過濾布的加工和制造成本相對較低,其已成為液體過濾領(lǐng)域理想的材料之一。本文將著重介紹機(jī)織過濾布的分類與制備技術(shù),以及工業(yè)領(lǐng)域采用機(jī)織過濾布的固液分離設(shè)備,并闡述機(jī)織過濾布的選型原則與維護(hù)保養(yǎng)措施,以期為該領(lǐng)域進(jìn)一步的研究和開發(fā)提供有價值的借鑒。

1 機(jī)織過濾布的分類與制備

1.1 機(jī)織過濾布的類型和特點(diǎn)

1.1.1 按原料材質(zhì)分類

在工業(yè)固液分離領(lǐng)域,由于工況條件復(fù)雜,產(chǎn)品要求具有一定的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性及耐酸堿等化學(xué)性能,因此機(jī)織過濾布采用的原料多為化學(xué)性能較好的合成纖維。其中,聚酯、聚丙烯和聚酰胺纖維的應(yīng)用最廣泛。機(jī)織過濾布常用原料的主要性能如表1所示。

表1 機(jī)織過濾布常用原料的主要性能

(1)聚酯過濾布。聚酯過濾布的特點(diǎn)是抗拉強(qiáng)度高,斷裂伸長率低,干濕強(qiáng)度基本相等。對聚酯過濾布進(jìn)行軋光、熱定型等表面處理,可賦予聚酯過濾布特殊的性能和用途。聚酯過濾布耐熱性和耐酸性好,但耐堿性較差。其因優(yōu)良的耐酸性和優(yōu)異的耐高溫性能(可達(dá)150 ℃)而被越來越多的固液分離設(shè)備制造商和用戶所接受[1],廣泛用于化工、化肥、制藥、制糖、油水分離、食品飲料等行業(yè)。

(2)聚丙烯過濾布。聚丙烯纖維是最輕質(zhì)的化學(xué)纖維之一,其密度僅為0.91 g/cm3。聚丙烯過濾布具有質(zhì)地輕、密度小等特點(diǎn),在同等質(zhì)量條件下,聚丙烯過濾布具有更大的覆蓋面積。聚丙烯過濾布還具有出色的耐腐蝕性,幾乎不會受到弱酸或強(qiáng)堿的侵蝕,但是它的耐熱性略差,最高使用溫度通常不超過80 ℃。因表面平整、易于清洗,聚丙烯過濾布已成為液體過濾領(lǐng)域普遍使用的過濾布。因優(yōu)異的濾餅釋放性和對大多數(shù)酸、堿的良好耐受性,聚丙烯過濾布被廣泛應(yīng)用于礦山、冶金和廢水處理等領(lǐng)域。

(3)聚酰胺過濾布。目前常用的過濾布中,聚酰胺過濾布的抗摩擦性最好,且具有高抗拉性強(qiáng)度和良好的彈性,非常適合連續(xù)彎曲的工況,因此廣泛應(yīng)用于皮帶機(jī)和立式壓濾機(jī)等設(shè)備中。聚酰胺過濾布的工作溫度穩(wěn)定在120 ℃。其濕強(qiáng)為干強(qiáng)的80%～90%,這會影響過濾布的尺寸穩(wěn)定性。聚酰胺的耐酸性較差,但耐堿性及其他化學(xué)性能良好[2]。聚酰胺過濾布表面光滑且具有吸濕性,因此便于進(jìn)行卸餅操作,常用于采礦、冶金、廢水處理等領(lǐng)域。

因化學(xué)性能良好的合成纖維的問世,工業(yè)用棉花過濾布已不多見。

1.1.2 按經(jīng)緯紗結(jié)構(gòu)分類

按經(jīng)緯紗結(jié)構(gòu)分,常見的機(jī)織過濾布可分為單絲過濾布、復(fù)絲過濾布、單復(fù)絲過濾布及復(fù)單絲過濾布。

(1)單絲過濾布。經(jīng)緯線都采用單絲編織而成的濾布稱為單絲過濾布。單絲過濾布的眼孔不容易堵塞,濾餅也容易剝離,適用于需要獲取濾餅的場合。這種濾布廣泛應(yīng)用于真空帶式過濾機(jī),具有過濾速度快、耐磨性好和使用壽命長的特點(diǎn)。

(2)復(fù)絲過濾布。經(jīng)緯線均采用復(fù)絲編織而成的濾布稱為復(fù)絲過濾布。復(fù)絲過濾布能夠捕捉細(xì)小粒子,適用于真空過濾機(jī)、立式壓濾機(jī)、圓盤過濾機(jī)、板框過濾機(jī)和離心機(jī)。復(fù)絲過濾布具有截留精度高、經(jīng)緯向抗拉強(qiáng)度好的特點(diǎn),但其眼孔容易堵塞,濾餅也不容易剝離。

(3)單復(fù)絲過濾布。經(jīng)紗采用單絲,緯紗采用復(fù)絲或混合使用單復(fù)絲編織而成的濾布稱為單復(fù)絲過濾布。單復(fù)絲過濾布適用于真空帶式過濾機(jī)、板框過濾機(jī),具有透氣性好、透水性較好和強(qiáng)力高的特點(diǎn)。用其過濾后所得濾液的澄清度介于單絲過濾布和復(fù)絲過濾布之間。

(4)復(fù)單絲過濾布。經(jīng)紗采用復(fù)絲,緯紗采用單絲或混合使用單復(fù)絲編織而成的濾布稱為復(fù)單絲過濾布。復(fù)單絲過濾布適用于真空帶式過濾機(jī)、立式壓濾機(jī)、板框過濾機(jī)和圓盤過濾機(jī)。用其過濾后所得濾液的澄清度介于單復(fù)絲過濾布和復(fù)絲過濾布之間。相對于復(fù)絲過濾布,復(fù)單絲過濾布的眼孔不容易堵塞,緯向硬挺性好,不易折皺,運(yùn)行穩(wěn)定。

1.2 機(jī)織過濾布制備工藝流程

單絲過濾布與單復(fù)絲過濾布的生產(chǎn)工藝流程基本相同。常見的機(jī)織過濾布制備工藝流程如表2所示。

表2 機(jī)織過濾布制備工藝流程

復(fù)絲過濾布和復(fù)單絲過濾布的生產(chǎn)工藝流程與單絲過濾布和單復(fù)絲過濾布的相似,需重點(diǎn)關(guān)注下述工序。

(1)捻線。捻線分為初捻和復(fù)捻,也有使用一步法工藝。所有復(fù)絲產(chǎn)品均需經(jīng)過捻線工序,以實(shí)現(xiàn)織物特殊的效果。

(2)熱定型。熱輥定型機(jī)通常用于單絲和單復(fù)絲產(chǎn)品的熱定型,而復(fù)絲和復(fù)單絲產(chǎn)品則更多的是采用烘箱定型機(jī)。也有少部分企業(yè)所有濾布產(chǎn)品均在熱輥定型機(jī)上加工。

(3)軋光。軋光工序?yàn)榉潜匾ば?可根據(jù)加工產(chǎn)品的類別選用。表面軋光處理對單絲過濾布的影響最顯著[3]。

(4)接頭制作。接頭形式一般以鋼扣連接為主,也有插接、軟連接和焊接等形式。

2 機(jī)織過濾布在常見固液分離設(shè)備中的應(yīng)用

在一定壓力下,液體穿過過濾布從濾液孔中分離出來的過程稱為固液分離。固液分離的原理如圖1所示。液體穿過機(jī)織過濾布表面孔隙,而固體顆粒被截留在過濾布表面或內(nèi)部,從而實(shí)現(xiàn)固液分離[4]。

1—過濾介質(zhì); 2—濾餅; 3—懸浮液; 4—濾液; 5—澄清液。

固液分離設(shè)備是過濾過程的基礎(chǔ)。目前,以機(jī)織過濾布為過濾介質(zhì)的常見固液分離設(shè)備主要有真空皮帶脫水機(jī)、板框式壓濾機(jī)、濾布圓盤過濾機(jī)等。

2.1 真空皮帶脫水機(jī)

真空皮帶脫水機(jī)是一種利用負(fù)壓作為過濾推動力的固液分離設(shè)備,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。布料器在過濾布上均勻布設(shè)物料,受真空作用,物料中的液體會穿過機(jī)織過濾布上表面,再通過膠帶上的橫溝槽,匯集到積液孔中并進(jìn)入真空盒內(nèi),而物料中的固體顆粒則被截留在機(jī)織過濾布表面,形成濾餅[5]。

圖2 真空皮帶脫水機(jī)

真空皮帶脫水機(jī)廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、化工、造紙、食品、制藥及環(huán)保等工業(yè)領(lǐng)域的固液分離,尤其在濕法煙氣脫硫(FGD)中的石膏脫水方面,有著很好的應(yīng)用。

真空皮帶脫水機(jī)設(shè)備的優(yōu)勢:

(1)過濾效率高,生產(chǎn)能力(每小時過濾的物料質(zhì)量)比其他真空過濾機(jī)高2～10倍[6],應(yīng)用范圍廣;

(2)設(shè)備反沖洗效果好,過濾布不易堵塞,使用壽命長[7];

(3)操作簡單、運(yùn)行平穩(wěn)。

真空皮帶脫水機(jī)對機(jī)織過濾布有下述要求。

(1)材料方面:過濾布通常采用聚酯纖維或聚丙烯纖維制成,必須符合相應(yīng)的材料標(biāo)準(zhǔn)。此外,這些材料還需經(jīng)過一系列的性能測試,常按照GB/T 6505—2017《化學(xué)纖維 長絲熱收縮率試驗(yàn)方法(處理后)》等進(jìn)行測試表征。

(2)纖維尺寸方面:為保證使用效果,過濾布必須符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),如達(dá)到FZ/T 64015—2009《機(jī)織過濾布》等標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

(3)空氣滲透度方面:過濾布的空氣滲透度用于表征規(guī)定時間內(nèi)空氣通過單位面積過濾布的能力。過濾布的空氣滲透度也必須符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),如達(dá)到GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》等標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

2.2 立式板框壓濾機(jī)

立式板框壓濾機(jī)是一種高效、環(huán)保、節(jié)能的固液分離設(shè)備,其結(jié)構(gòu)如圖3所示。立式板框壓濾機(jī)首先通過泵將待處理物料推送至每個過濾室中。然后,通過加壓設(shè)備對過濾室進(jìn)行壓縮,使得物料中的懸浮液通過機(jī)織過濾布快速濾出,實(shí)現(xiàn)高效的固液分離。該設(shè)備還具有優(yōu)異的濾餅洗滌功能。

圖3 立式板框壓濾機(jī)

立式板框壓濾機(jī)廣泛應(yīng)用于冶金、礦業(yè)、化學(xué)、造紙、食品、制藥和環(huán)境保護(hù)等各個領(lǐng)域。其中,一體式非金屬板層壓濾機(jī)近年來在鋰電行業(yè)的應(yīng)用非常廣泛。

立式板框壓濾機(jī)的優(yōu)勢:

(1)實(shí)現(xiàn)了自動進(jìn)料控制、快速卸料、在線洗布等功能,工作效率高,能耗低[8];

(2)在黏稠物質(zhì)、細(xì)小顆粒處理方面,以及濾餅含水率要求較低的工況下,效果顯著;

(3)結(jié)構(gòu)緊湊,占地面積小,使用壓力高,工作效率高[9]223-224。

立式板框壓濾機(jī)對機(jī)織過濾布的要求:為了滿足高強(qiáng)度、耐磨損、耐高溫的工況要求,過濾布必須具有良好的抗拉性能和抗傾斜能力,而且在長時間的擠壓過程中,還需具有良好的再生能力,即在被物料污染后,過濾布能夠通過清洗或其他方式恢復(fù)原有過濾性能的能力。在提高過濾布再生能力方面,可通過軋光或高溫定型等技術(shù),便于過濾布在使用過程中的卸料操作。

2.3 臥式板框壓濾機(jī)

臥式板框壓濾機(jī)如圖4所示,濾板與框交錯排列,濾板兩側(cè)覆蓋以機(jī)織過濾布。輸送泵將液體輸送到過濾布處,通過壓緊裝置壓緊板與框,形成壓濾室,由過濾布實(shí)現(xiàn)固液分離。

圖4 臥式板框壓濾機(jī)

臥式板框壓濾機(jī)的應(yīng)用范圍廣泛,包括礦物開采原漿脫水、尾礦物料凈化等各種不同的應(yīng)用。其中,針對超細(xì)煤的臥式板框壓濾機(jī)技術(shù),被廣泛應(yīng)用于選煤場對煤泥水進(jìn)行脫水和濾液回收,以達(dá)到商品煤低水分的要求。

臥式板框壓濾機(jī)的優(yōu)勢:

(1)濾液流速快、流程短,過濾速度快[10],固體回收率可達(dá)99%,濾餅中的水分可以被有效控制在15%～20%。

(2)結(jié)構(gòu)較簡單,操作容易,過濾面積選擇范圍靈活,單位過濾面積占地面積較小[11]。

(3)設(shè)備采購成本較低,運(yùn)行及維護(hù)成本相對較低,大型設(shè)備優(yōu)勢更明顯。

臥式板框壓濾機(jī)對機(jī)織過濾布的要求:耐酸、耐堿,強(qiáng)度高,斷裂伸長率高,透氣性和耐磨性好,易于卸料。總體而言,該設(shè)備對機(jī)織過濾布的要求很高,需要其滿足各種工況下的穩(wěn)定性、高效性,以滿足多元化的工業(yè)需求。

2.4 濾布圓盤過濾機(jī)

濾布圓盤過濾機(jī)(圖5)類似于篩網(wǎng)過濾機(jī),不同之處在于濾芯由像撲克牌一樣堆疊在一起的濾布圓盤組成。液體通過中間的小凹槽,濾餅被截留在其后。過濾質(zhì)量取決于通道的幾何形狀和大小,以及交叉點(diǎn)的數(shù)量。濾布圓盤過濾機(jī)的基本過濾元件是機(jī)織物過濾布。液體流入過濾段內(nèi)部空間,經(jīng)過過濾布時,細(xì)小的雜質(zhì)被截留在過濾布上。過濾段固定在圓盤軸上,12個盤片組成1個圓盤,每個圓盤提供一定的過濾面積,因此圓盤的數(shù)量決定了總過濾面積,直接影響過濾機(jī)的處理能力。

圖5 濾布圓盤過濾機(jī)

濾布圓盤過濾機(jī)專為過濾大量的廢水而設(shè)計(jì),其濾餅含水率低,適用于廢水處理廠、養(yǎng)魚場、食品和造紙工業(yè)的水過濾,以及發(fā)電廠冷卻水的循環(huán)利用。在某些情況下,濾布圓盤過濾機(jī)可用于從加工水中回收有價值的物質(zhì)。

濾布圓盤過濾機(jī)的優(yōu)勢:

(1)過濾流量大,可達(dá)500 L/s;

(2)占地面積小,處理能力強(qiáng),運(yùn)行成本低,可靠性強(qiáng)[12];

(3)操作方便、潔凈度高。

濾布圓盤過濾機(jī)對機(jī)織過濾布的要求:

(1)表面不宜過于粗糙,因?yàn)檫^于粗糙影響卸料,進(jìn)而影響生產(chǎn)效率;

(2)不能因高溫而硬化緊縮;

(3)不能與酸、堿或有機(jī)溶劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

3 機(jī)織過濾布選用原則和維護(hù)保養(yǎng)

3.1 機(jī)織過濾布選型原則

過濾布是否合適直接影響設(shè)備的過濾效果[13]。為選擇適合的機(jī)織過濾布,需詳細(xì)了解固液分離生產(chǎn)過程中的物料種類、分離目的、生產(chǎn)能力等參數(shù)指標(biāo)。然而,不同指標(biāo)之間存在顯著差異,因此選擇優(yōu)質(zhì)適用的機(jī)織過濾布相當(dāng)困難。在實(shí)踐中,通常需要在各種因素之間權(quán)衡取舍。

(1)為選擇合適的機(jī)織過濾布材料,需考慮物料的物理、化學(xué)特性,包括物料溫度、酸堿性、氧化性、物料固液比、黏度、粒徑分布等。

(2)機(jī)織過濾布還需要具有一定的柔軟性和耐磨性,良好的柔軟性可使過濾布在通過改向輥時更順利,過于硬挺容易造成布邊翹起,從而出現(xiàn)漏真空的現(xiàn)象。有些過濾機(jī)采用刮刀卸餅,當(dāng)物料黏度較大時,刮刀是緊貼過濾布表面進(jìn)行卸料的,因此過濾布也需具備優(yōu)良的耐磨性能。

(3)選擇機(jī)織過濾布時,需確保其能夠滿足生產(chǎn)工藝規(guī)定的過濾精度要求。由于物料顆粒度的分布通常是不均勻的,針對過濾精度要求不高的物料,選用的過濾布過濾精度應(yīng)與物料中含量占70%～80%的物料顆粒度相近,否則容易發(fā)生過濾布堵塞。對于過濾精度要求高的物料,所選過濾布的最大過濾精度應(yīng)不超過物料需截留的粒徑,以保證過濾精度。

(4)選擇機(jī)織過濾布時,需要考慮其組織結(jié)構(gòu),確保其具有較高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,以滿足不同工況的需求[14]?；镜臋C(jī)織過濾布組織結(jié)構(gòu)有平紋、斜紋和緞紋。除了這3種基本組織外,還有許多其他類型的機(jī)織物結(jié)構(gòu),如斜紋輪廓和鎖邊等。這些結(jié)構(gòu)不僅可以單獨(dú)使用,還可以混合使用以創(chuàng)造更多的紋理效果。組織結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)織過濾布的抗拉強(qiáng)度、伸長率、撕裂強(qiáng)度、耐磨性和折皺回復(fù)性等特性。

除此之外,良好的濾餅剝離性也很關(guān)鍵。另外,采用不同工藝、設(shè)備制作的過濾布產(chǎn)品的孔隙分布均勻程度也存在差異,在過濾布選型時必須優(yōu)先考慮。

3.2 機(jī)織過濾布的維護(hù)保養(yǎng)

機(jī)織過濾布在使用過程中需進(jìn)行適當(dāng)?shù)木S護(hù)保養(yǎng),以延長其使用壽命和保證過濾效果。具體維護(hù)保養(yǎng)措施如下。

(1)清洗。機(jī)織過濾布在使用過程中受沉積物和污垢的影響,需要定期清洗。其中,壓濾機(jī)的過濾布洗滌水壓約為5 MPa[9]37-38,清洗時應(yīng)避免過度拉伸和機(jī)械損傷,一般用軟毛刷、高壓水槍等進(jìn)行清洗。應(yīng)注意不能使用過熱的水或強(qiáng)酸堿溶液,否則會影響過濾布的性能。

(2)再生。機(jī)織過濾布使用一定時間后,孔隙會被固體顆粒堵塞,過濾布的再生與過濾同樣重要[15]。再生可以采用物理方法和化學(xué)方法進(jìn)行。物理方法利用水或空氣等清洗過濾布;化學(xué)方法利用酸、堿或氧化劑等化學(xué)劑清洗。選擇化學(xué)劑清洗時,應(yīng)注意選擇適當(dāng)?shù)那逑磩?避免對過濾布造成損傷。

(3)干燥。清洗過的機(jī)織過濾布應(yīng)進(jìn)行干燥處理,并避免存放在潮濕的環(huán)境中,以防過濾布發(fā)霉和受潮。

(4)存放。機(jī)織過濾布在存放時應(yīng)避免陽光直射和環(huán)境潮濕。存放時間過長時,應(yīng)注意防止鼠咬和蟲蛀等損壞。

(5)更換。當(dāng)機(jī)織過濾布的性能出現(xiàn)明顯下降或無法滿足生產(chǎn)需要時,應(yīng)及時更換。選擇合適的機(jī)織過濾布,并正確安裝,可保證過濾效果和使用壽命。

4 結(jié)語與展望

工業(yè)規(guī)模的穩(wěn)步擴(kuò)大促進(jìn)了固液分離需求的快速增長。受中國政府“減污降碳”政策的影響,固液分離設(shè)備市場容量急劇擴(kuò)大,發(fā)展態(tài)勢繁榮。在全球范圍內(nèi)對環(huán)保日益重視的今天,機(jī)織過濾布作為固液分離設(shè)備的核心部件,其應(yīng)用前景不容小覷。隨著工業(yè)水平的提高,機(jī)織過濾布產(chǎn)品的個性化和差異化程度將逐漸提高,消費(fèi)市場也將進(jìn)一步打開,并朝向國際化、品牌化方向發(fā)展。

本文探討了機(jī)織過濾布的分類及其特點(diǎn)。了解不同機(jī)織過濾布的特性,有助于正確選擇合適的機(jī)織過濾布,從而對合理使用固液分離設(shè)備具有積極意義。機(jī)織過濾布已成功應(yīng)用于真空皮帶脫水機(jī)、板框壓濾機(jī)以及濾布圓盤過濾機(jī)等多種不同類型的固液分離設(shè)備中。然而,目前機(jī)織過濾布行業(yè)存在自主研發(fā)能力不足,產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊等問題。隨著新材料的應(yīng)用,工業(yè)自動化程度的進(jìn)一步提升,精細(xì)過濾產(chǎn)品的發(fā)展,以及復(fù)合型產(chǎn)品的擴(kuò)大等趨勢的出現(xiàn),該行業(yè)前景光明。相信隨著固液分離技術(shù)的發(fā)展,以及新材料的研發(fā),機(jī)織過濾布的應(yīng)用將越來越廣泛。