陶瓷過濾器的結(jié)構(gòu)/工作原理/特點(diǎn)/應(yīng)用

一、陶瓷過濾器的工作原理

陶瓷過濾器由一個多孔體組成，其中有幾個需要凈化的流體的主要流路從一個端面滲透到另一個端面，濾膜安裝在主流路的內(nèi)壁表面上。（1）需要凈化的流體通過端面上的開口流入主流路徑，然后通過過濾膜和待凈化的多孔體內(nèi)部，從多孔體的外周表面作為純化流體取出。（2）需要凈化的流體通過多孔體的外周表面流入其中，然后通過多孔體內(nèi)部和待凈化的濾膜，從主流路徑端面的開口中取出作為凈化液。

二、陶瓷過濾器的主要特點(diǎn)

1、除氫氟酸和濃堿外，對所有腐蝕性液體均有優(yōu)良的耐腐蝕性;

2.耐熱性好，無熱變形，軟化或氧化。它仍然可以在更高的溫度下使用;

3、氣體分布均勻，可根據(jù)需要形成0.1~600mm孔徑;

4、剛性大，在流體壓力作用下不引起形狀變化和孔隙變形;

5.在精密過濾的情況下（作為特殊情況），為了防止污染液體，不允許微量的滲出物。使用陶瓷過濾器時，通常沒有滲出物，并且根據(jù)《食品衛(wèi)生法》也符合要求。因此，它可以在家禽業(yè)中采用。

6.陶瓷過濾器收集的固體積聚在過濾層外或過濾層內(nèi)部，堵塞過濾器的孔隙，從而過濾能力會下降。這種堵塞狀態(tài)可以采取多種形式，例如在表面上收集的固體;固體進(jìn)入過濾器的內(nèi)層;固體積聚在表面上形成粗糙的表面（如過濾層）。在這些情況下，雖然過濾能力逐漸減少，但下降的程度是不同的。

7.雖然陶瓷過濾器可用于其他多孔體無法到達(dá)的高溫區(qū)域，但最好用于1000°C以下的高溫區(qū)域;C時過濾燃燒廢氣，熔融金屬和吹氣進(jìn)入高溫爐的噴嘴。

8.對于清潔流體，流體通過陶瓷過濾層的滲透量與面積和壓差成正比，與板厚和粘度系數(shù)成反比。過濾器（過濾器）層被視為毛細(xì)管的集合，通過毛細(xì)管的流體流動可以用以下公式表示：

v=（π·d4·ΔP）/（128η·l）=（π·d4·ΔP）/（128α·η·L）

此外，空氣結(jié)合率與ε的關(guān)系;而每單位面積N的毛細(xì)管數(shù)和毛細(xì)管d的直徑可以用下式表示：

ε=（π/4）d2·N

因此，穿透量V可以用以下公式表示：

V=N·v=（d2·ε·ΔP）/（32α·η·L）

在公式中，

V—每單位時間每單位面積的滲透體積（cm3/cm2·sec）;Δ壓差（達(dá)因/厘米2）;

L——過濾器（過濾器）層的厚度（厘米）;

毛細(xì)管直徑（厘米）;

l—毛細(xì)管的長度（cm）;

α——曲率 （1~3）。

換句話說，通過陶瓷過濾層的流體滲透量與過濾器的孔隙率和毛細(xì)管直徑的平方成正比。增加粘結(jié)劑的用量，擴(kuò)大粒徑分布范圍等。將減少孔隙率和ε;和液體滲透量。因此，應(yīng)以粘合劑的用量和粒徑分布作為過濾器的制造條件。

三、陶瓷過濾器的結(jié)構(gòu)與材料

陶瓷過濾的研究主要集中在兩個方面：一是陶瓷過濾器的材料，包括其制造工藝和性能;另一個是陶瓷過濾器的結(jié)構(gòu)，包括其形狀，放置位置，過濾機(jī)制和過濾效果。

過濾材料的選擇應(yīng)根據(jù)過濾器要去除的夾雜物的類型，還應(yīng)考慮材料的抗蠕變性和抗熱振動性。大量實(shí)驗表明，陶瓷過濾器的材料、孔隙率和內(nèi)表面粗糙度會影響過濾效果。

陶瓷過濾器的結(jié)構(gòu)由其材料決定。根據(jù)材質(zhì)的不同，陶瓷過濾器可分為兩大類：陶瓷泡沫過濾器和顆粒陶瓷過濾器。

（1） 泡沫陶瓷過濾器

泡沫陶瓷過濾器的開孔體積為75%至90%，通常根據(jù)每英寸孔數(shù)（ppi）進(jìn)行分類。例如，10 ppi的陶瓷泡沫過濾器的孔徑為1778μm;30 ppi 的陶瓷泡沫過濾器的孔徑為 711 μm。泡沫陶瓷過濾器的厚度一般為25毫米。在澆注系統(tǒng)中，有垂直安裝和水平安裝。結(jié)構(gòu)根據(jù)具體用途設(shè)計。

用于陶瓷泡沫過濾器的材料有NCL-莫來石，ZrO2，Zr-SiO4，Al2O3等。采用Al2O3泡沫陶瓷，運(yùn)行過程中不易碎，具有良好的抗熱振動和開裂性。在1700°C的高溫熔融金屬流動下具有很強(qiáng)的抗蠕變變形能力。由于開孔的高孔隙率（75%至90%）和薄孔壁，泡沫陶瓷過濾器在與熔融金屬接觸之前不需要預(yù)熱。

（2） 陶瓷微粒過濾器

陶瓷微粒過濾器的結(jié)構(gòu)是上下孔的支撐板，中間有顆粒填料，顆粒填料上鍍一層活性吸附材料，如下圖所示。支撐板的厚度一般為12毫米，孔徑為4.5至13毫米。陶瓷微粒過濾器代替MgO或Al2O3作為填料，并根據(jù)要過濾的夾雜物類型使用活性吸附劑。

CaO耐火材料是一種用于陶瓷微粒過濾器的良好填料。它不僅可以利用物理吸附的原理，還可以通過化學(xué)反應(yīng)去除夾雜物。但是，有兩個原因限制了其廣泛使用。首先，它需要極高的燒結(jié)溫度（高于1800°C;C）獲得必要的密度和機(jī)械強(qiáng)度。其次，在常溫常大氣下容易補(bǔ)水。

CaO耐火材料的優(yōu)點(diǎn)是耐火度高，堿度高，鋼水過濾性好，資源極其豐富。提高鋼液過濾用CaO耐火材料耐水化性能的方法如下：

（1）大力提高CaO耐火材料的燒結(jié)度，較大的晶體尺寸，采用超高煅燒或熔融石灰;

（2）在CaO表面形成保護(hù)膜;

（3）在CaO燒焦產(chǎn)物上浸涂焦油或有機(jī)樹脂膜作為中間過渡措施;

（4）在CaO中添加少量化學(xué)添加劑，以降低CaO的燒結(jié)溫度。

四、陶瓷微粒過濾器的應(yīng)用

目前，陶瓷過濾器在催化貴金屬回收、流化床燃燒、煅燒、有機(jī)廢物氣化發(fā)電、建材、化工、各種工業(yè)窯爐等工業(yè)過程中高溫?zé)煔鈨艋仍S多工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。高溫?zé)煔鈨艋膽?yīng)用也會出現(xiàn)在冶煉、材料生產(chǎn)、玻璃制造等常在接近大氣壓的條件下進(jìn)行。

陶瓷過濾器最突出的應(yīng)用是燃煤發(fā)電領(lǐng)域煙塵的凈化。由于全球?qū)﹄娏Φ男枨蟛粩嘣黾?，煤炭是解決電力問題的主要來源。關(guān)于此類化石燃料的不可再生性，有必要最大限度地提高發(fā)電效率，減少世界各國的大氣污染，特別是中國這個燃煤大國。通過循環(huán)流化床（CFBC）發(fā)電和煤氣化（IGCC）發(fā)電，以及它們的組合發(fā)電，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電效率的提高。煤氣化的發(fā)電過程不同于傳統(tǒng)的蒸汽機(jī)。煤被加熱汽化后，煤氣在進(jìn)入燃?xì)獍l(fā)電機(jī)（燃?xì)獍l(fā)動機(jī)）之前需要凈化。也就是說，必須清除任何灰塵或其他雜質(zhì)。大多數(shù)發(fā)電廠將進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的允許粉塵濃度限制在 5 mg/m3 以下。

理論上，最好小于1 mg / m3。除塵系統(tǒng)的工作溫度往往為350~1000°C，壓力為1~2.5SPa。因此，要在如此高溫高壓下達(dá)到如此高的凈化效果，陶瓷過濾器必須成為首選。