疊片式微孔膜過濾器的研究

　　折疊式濾器一直是微濾產(chǎn)品的主要形式,正如其優(yōu)點已廣為人知一樣,折疊式濾器本身的一些缺陷也逐漸被人們所認識.首先,耐高溫性能受到熱塑性骨架材料(如PP)以及制作工藝的[1].其次,濾芯的耐壓強度較低,正向一般≤0.2 MPa,反向更低.耐壓強度了濾芯的使用壽命和反沖清洗.最后,在懸浮物含量較高的使用場合,往往需要頻繁地更換濾芯,這樣濾芯的骨架材料成為設(shè)備運行費用過高的一個重要因素.

　　疊片式過濾器正是為了彌補折疊式濾器的不足而開發(fā)出來的一種新型的膜濾器.

　　疊片式過濾器或稱分節(jié)式濾器的設(shè)計首先由Kemmelmeyer提出,并在CPM公司開發(fā)成系列化產(chǎn)品.CPM的疊片式過濾器采用不銹鋼骨架和機械密封,克服了折疊式的缺陷,同時也暴露了裝填密度較小以及機械加工精度要求過高的問題.為此我們提出了一種新的設(shè)計,很好地解決了這些問題,使疊片式過濾器成為一種可在工業(yè)過濾應(yīng)用中廣泛推廣的性能優(yōu)越的濾器形式.本文將介紹該疊片式過濾器的結(jié)構(gòu)及性能特點,并探討其推廣和應(yīng)用情況.

1、疊片式過濾器的結(jié)構(gòu)
　1.1、基本結(jié)構(gòu)和工作過程
　　疊片式過濾器以不銹鋼空心圓盤作骨架,將多片膜片堆疊安裝成過濾器.因此,作為骨架的不銹鋼空心圓盤是最為關(guān)鍵的部件,如圖1所示.　　

　　空心圓盤有內(nèi)開孔和外開孔兩種.在過濾器中,這兩種空心圓盤交替放置,如圖2所示.膜片夾在空心圓盤之間,形成機械密封.在進行過濾時,液體或氣體從空心圓盤外開孔進入濾芯透過膜,再經(jīng)空心圓盤內(nèi)開孔進入中心收集管.反沖清洗時,清洗液從中心收集管經(jīng)空心圓盤內(nèi)開孔進入過濾器,經(jīng)濾膜后再經(jīng)空心圓盤外開孔流出.

　1.2、疊片式過濾器的結(jié)構(gòu)特點
　　如圖3所示,新型設(shè)計的疊片式過濾器最明顯的特點是裝填面積增加了一倍.過濾面積的增加對過濾器技術(shù)性能促進作用是顯而易見的.新型設(shè)計的疊片式結(jié)構(gòu)另一個優(yōu)越之處在于改善了密封性能.疊片式過濾器的密封是通過骨架圓盤內(nèi)外圈壓緊復(fù)合膜片(由加強材料與濾膜復(fù)合而成的環(huán)形膜片內(nèi)外圈各有一個一體化的O型圈)形成機械密封,由于復(fù)合膜片的可壓縮性較小,對骨架圓盤的加工精度要求非常高.
　　而在新型設(shè)計中,我們加上了一層特殊設(shè)計的O型圈,使得加工工藝更容易實現(xiàn).新型設(shè)計另一個優(yōu)點是膜片直徑可達300~400 mm,可以制造出與板框式超濾機相類似的運用于較大規(guī)模工業(yè)過濾的通用設(shè)備.

2、疊片式過濾器的技術(shù)性能
　2.1、阻力增加
　　過濾器與單片膜的壓力與通量曲線對比的情況見圖4.由圖4表明,制做復(fù)合膜片以及裝配成過濾器的整個過程中,阻力增加很小.
　2.2、密封性能
　　進行氣泡點測試的液體介質(zhì)為異丙醇,測試結(jié)果列于表1.
　　通過氣泡點對比,說明過濾器的整體氣泡點比膜片略低,但高于0.2μm PTFE膜氣泡點.所用膜為Gore-Tex PTFE膜.

　2.3、耐壓性能
　　將過濾器在壓差Δp為0.4 MPa下進行運行考察,未發(fā)現(xiàn)膜片擊穿以及密封失效的情況.
　2.4、耐高溫性能
　　將過濾器進行0.35 MPa的飽和蒸汽加熱,加熱周期為1 h.加熱分兩種情況,一種為蒸汽過濾加熱,一種為靜態(tài)加熱,經(jīng)60次加熱周期,未發(fā)現(xiàn)密封失效的情況.
　2.5、運行費用低
　　與折疊式濾器相比,疊片式過濾器的運行費用大大降低了,這是因為:
　　(1)只更換膜片,省去了一次性消費的濾芯骨架;
　　(2)耐高溫高壓,使膜的性能得到了充分的發(fā)揮;
　　(3)卓越的反沖清洗功能,提高了膜片的使用壽命.
　　綜上所述,疊片式過濾器設(shè)計合理,具有低阻力、密封可靠、耐高溫、耐壓強度高,且具有正反等效的特點.

3、應(yīng)用
　　根據(jù)疊片式過濾器的性能特點,它的應(yīng)用領(lǐng)域首先在于高溫、高壓以及小規(guī)模易污染的過濾場所,隨著工作的進一步深入和完善,系列化的疊片式過濾器在一些場合會成為折疊式濾器強有力的競爭者,另外由于它本身的顯著特點,將為膜過濾的應(yīng)用開辟新的領(lǐng)域和市場.
　3.1、壓縮空氣過濾
　　在醫(yī)藥、釀造、電子工業(yè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的壓縮空氣除菌以及高清潔過濾是疊片式過濾器最佳的應(yīng)用場所[4],這是由它絕對可靠的密封性能、耐高溫高壓以及低運行費用所決定的.目前,我院空氣過濾器TYDKC系列已小批量投放市場.
　　蘭州啤酒廠酵母室安裝了3臺TYDKC系列疊片式微孔膜空氣除菌過濾器作為酵母擴培充氧以及料液氣壓輸送的無菌風(fēng)源.目前已運行近一年,廠方提供的部分細菌檢測數(shù)據(jù)見表2.由表2數(shù)據(jù)表明,除菌效果非常理想,其耐高溫性能也得到了驗證.

　　經(jīng)甘肅省衛(wèi)生防疫站檢測,濾氣浮游菌指標(biāo)在1 000級至100級之間.TYDKC系列空氣除菌過濾器已通過了省級新產(chǎn)品驗收.
　3.2、間歇式小規(guī)模液體過濾
　　傳統(tǒng)的單片平板膜濾器由于本身結(jié)構(gòu)的,不能夠在管道上固定安裝,更換膜片等操作很麻煩,現(xiàn)場操作也缺乏規(guī)范.
　　疊片式過濾器在一些使用單板濾器的場合可成為很理想的替代品,因為它同時滿足了規(guī)范工業(yè)安裝操作和小面積的要求.
　3.3、易污染液體過濾
　　在一些懸浮物較高的過濾中,比如啤酒、果汁的除菌過濾,濾膜的污染堵塞周期很短.疊片式過濾器卓越的反沖性能正是針對這樣情況而設(shè)計的,同時,它正向和反向等同的低阻力和高耐壓性能是折疊式濾器所不能比擬的,由于反沖性能以及換膜時所省去的骨架材料費用也使運行費用大大降低.
　3.4、其它
　　疊片式過濾器可以制成運用于任何用途的過濾設(shè)備.它的骨架圓盤可以用不銹鋼加工,也可注塑成形,過濾介質(zhì)可以選用任何適用的過濾片材.現(xiàn)正在開發(fā)的新型設(shè)計疊片式過濾器是一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新式過濾器,隨著工作的進一步深入和完善,有望形成性能優(yōu)異的新型疊片式系列過濾器.