专利名称:滤饼的形成和干燥工艺方法
本发明涉及一种多孔滤饼的形成和排除水份或干燥工艺方法，此滤饼是由过滤介质上各个固体粒子构成的，其方法是将一种流体作用于滤饼，和处于过滤介质后面的滤液相比具有压差。
形成滤饼进行过滤的方法可用于淤泥和泥浆分离以及类似过程中对诸如矿石、煤等原料的准备和处理。通常将过滤介质浸没在悬浮液中将其过滤，例如介质为一种单纤维结构或多纤维结构或一种滤布，并使固体粒子沉积在过滤介质上形成滤饼。现在一般所用滤布的孔径要比大部分悬浮液固体粒子大得多，以致在沉淀开始时固体粒子会穿过过滤介质，这是不合乎需要的，务必使穿过的粒子尽可能少。在固体粒子已贴附到过滤介质一定时间后，所生成滤饼的孔隙或毛细管比过滤介质的更为窄小，因此就阻止以后更小固体粒子穿过，这时滤饼本身就起着过滤作用。
过滤后将悬浮物形成的滤饼进行干燥。真空过滤时通过滤床抽吸某种流体，例如另一种液体或气体，最好是空气，使其通过滤床。在压滤情况下则采用压滤。滤饼的粗毛细管由于吸力较弱，故水份一开始先从滤饼的最大毛细管中排除，而后从滤饼的吸力较强的细毛细管中排去水份。这种干燥过程继续到滤饼达到必要的剩余水份含量为止。在干燥较窄小的毛细管时，干燥流体已流过空而较大的毛细管，并流过过滤介质，因此只能在部分压强单位保持其位压，同时能量消耗增加。干燥流体在干燥时间内通过滤饼的流量是衡量过滤过程中经济的度量。尤是超微细粉末多的滤饼或可压缩的滤饼在排出水份时容易破裂，裂纹从滤饼表面一直延伸到过滤介质，造成相当多的干燥流体流量，因此得到的压力差会消耗很大的功和流量，这是很不经济的。
为了减少滤饼破裂，可将过滤介质再分成许多过滤表面，在每个过滤表面之间放一较宽的隔板，这样就可使由于毛细管力在滤床中发生的拉力可靠地转移到特定的隔板上，滤饼在该处的收缩可使拉力分解或减低。但这种方法有缺点，因为隔板使过滤面积大为减少。故又试图用隔膜或隔板来干燥滤饼。隔板主要是用烧结玻璃或陶瓷过滤板构成。但也有缺点，由于其厚度和特性，其流动阻力可高到工业应用不可能。由于不可避免的高压力差，只能采用压滤，由于采用真空过滤，考虑到液体的蒸汽压只能达到0.8至0.9巴的压力。
另一种不利因素是悬浮液含有溶解的盐类。滤饼除去悬浮液后，一般是气体的干燥流体流过滤布。但因悬浮液已没有蒸发热焓，这种气体可使滤布干燥并冷却。由于气流在滤床上膨胀，按气体状态定律会发生进一步冷却。溶解的盐类就结晶析出，使滤布渐渐堵塞，不久就不再有过滤效果。
本发明提供的工艺方法和装置是用压差低的、没有或只有微量流过过滤介质，可经济地从滤饼中除去水份。
按上述的工艺过程，这一难题可以解决，其中采用一种过滤介质，其毛细管对流体的吸入力高于滤饼的吸入压力，并使流体的过滤压力至少要稍高于滤饼的毛细管的吸入压力，且等于或低于过滤介质的毛细管吸入压力。
作为详细的工艺过程条件的函数有例如孔隙直径、悬浮液对过滤介质的润湿性、过滤介质和液体表面之间的接触角、液体表面张力、温度等。过滤介质的毛细管吸入压力要大于滤饼的毛细管吸入压力。
应用于流体的过滤压力要大于滤饼的毛细管吸入压力，但小于过滤介质的毛细管吸入压力。悬浮液体通过过滤介质从滤饼排出。首先是最粗的毛细管，而后是较细的毛细管得以干燥。本方法的优点是在从最粗粒子中排除水份后，就不再有流体流过过滤介质，因为过滤介质的吸入压力对流体来说是太大了。因此要保持所采用的压力差，因为没有干燥流体流过，因而，与过滤介质背后的压力相比也没有减少。
在滤饼中形成的龟裂也不多，因为流体穿透龟裂处，只不过流到过滤介质表面，并不流经过滤介质，因此可保持流体的压力性能，因此滤饼可进一步干燥。
此外，溶解有盐类的悬浮液不再产生结晶析出，因为此时只有悬浮液流经过滤介质，干燥流体没有流过去，所以该流体不再干燥过滤介质或冷却过滤介质微孔，而是从会堵塞孔隙的溶解盐类中析出结晶。
为了完成本工艺过程，本发明使用了一种有过滤介质的装置，该过滤介质浸没于悬浮液中，而将固体粒子截留在过滤介质表面，在过滤介质从悬浮液中露出并干燥后，用一个卸料器将固体粒子从过滤介质上去除，也可用一个清理装置，使过滤介质上没有沉积的固体粒子。园盘式过滤器、鼓式过滤器或带式过滤器主要是用于滤饼成形过滤结构。
按照本发明，装置的过滤介质是由较薄的膜构成，膜的毛细管吸入压力大于滤饼的吸入压力，因此在适当的压力下，干燥流体流经滤饼，但不流经膜。此膜同样有其优点，结构是弹性的、具有约0.5毫米的有限的厚度，因此，例如在鼓式过滤器的情况下，它可用作环形过滤介质，由于有限的厚度，清除起来比烧结多孔玻璃或陶瓷过滤板容易得多，因为后者的厚度要厚十倍以上，且由于有杂质使滤饼堵塞。
另一性能是膜的最大孔径等于或小于滤饼的固体粒子的最小孔径。其优点是，在悬浮液中所生成滤饼的情况下，没有固体粒子穿透，因此，过滤质量大有改进。膜也能制成使大多数孔径小于滤饼的固体粒子的孔径，这就有利于减小流动阻力，因而只有微少的固体粒子穿透过去。
膜的厚度比滤饼的厚度要小二位小数次幂。由于膜的流体渗透性，尽管伴有滤饼龟裂，但这种滤饼的厚度可按要求随便取用。
为了使流体流经膜不受阻塞，可根据悬浮液的特性使这种膜具有一亲水的表面或疏水的表面，其优点是，可使悬浮液体的流动阻力减小，被过滤的固体粒子得以粘结，即防止发生滤饼堵塞。和具有实际布料的表面结构的滤布相比，膜更适于本工艺方法和产品的，膜的表面制成光滑的、粗糙的、有组织结构的、质量均匀的或类似的。此外，制成的膜表面在化学性质上是耐酸、耐碱的。例如，膜能用于特定的过滤表面，可将它制成任何需要的形状，即柔韧的或可膨胀的或扁平形的、弧形的、弯曲的等各种形状，且能进行任意包装。
本发明装置的基本特点是，如有必要，可以增加膜的必要机械稳定性，使能用于孔径较大的滤布，或将膜夹在二块或二块以上的孔径较大的滤布之间，或夹层结构。这些滤布可具有通常的性质，以便吸收机械应力和机械负载，如拉力、压力、剪力等，并保护膜。
过滤介质可制成经济的，其中膜专用于在过滤器过滤点的过滤织物或是安装在滤布之间。
膜的高负容量、柔韧性和耐磨性可用合成材料制得，例如，醋酸纤维，塑料，如聚酰胺、聚砜之类。
在卸去滤饼后，可对膜进行简单而有效的清理，这种过滤器清理装置是由一个超声波槽构成，也可以是一个集中的超声波束，一个蒸汽或压力水喷雾装置，一个吸力装置等。也可用一个溶解槽之类的装置，用于除去沉积的固体粒子及杂质。
下面就一个非限制性的实施例和附图对本发明作详细叙述，其中图1、普通过滤织物上形成滤饼的简图图2、在膜上的滤饼图示图3、毛细管相应于图2所示的吸入压力的结构简图图4、普通鼓形过滤器图5、过滤器清理装置图6、膜配置图图7、夹层形膜配置图图1表示处于悬浮液S中的具有孔隙2的普通滤布1和浮动在悬浮液中的固体粒子3。压力P1传递到悬浮液S，且大于遍及于滤布2后的压力P0，因此，悬浮液S，并和它一起固体粒子3流向滤布1。接着，一最初的固体粒子4穿透到处于普通滤布1后面的滤液F中，这是由于孔2的直径比固体粒子3大引起的，在滤布1的悬浮液一侧表面5上形成了一多孔滤饼6。
固体粒子形成毛细管7，这些毛细管都充满着悬浮液体。滤饼从悬浮液S中露出来后，在由孔隙干燥和生成的毛细管力引起的高张力的情况下，滤饼6能扯裂，伴随有龟裂9的形成，龟裂9从滤饼6的表面8延伸到悬浮液一侧的过滤介质表面5上。在过滤介质是大孔径情况时，干燥流体流入上述裂缝几乎是没有什么妨碍，因此，由压力P1和P0形成的压力差消失。
这种情况可用本发明的过滤介质结构来防止(见图2所示膜10)，其中膜10的孔隙孔径小于滤饼6的毛细管7的孔径，因此，由于过滤介质孔隙的孔径较小，对干燥流体，例如悬浮液一侧表面5上的气体或其它液体，毛细管就比滤饼6上有较大的吸入力。故由于压力P1和P0的压差，悬浮液可通过孔隙2逸出，但干燥流体则被阻止，因而保持了P1和P0之间的压力差。作为膜10的本发明的过滤介质的结构，在图3的纵座标上标有毛细管吸入力的大小，在横座标上标有膜10及滤饼6的厚度，以资比较。在11处可见到吸入力的显明升高，这是由于膜孔2较小的缘故。
图4举例说明具有排水滤布的普通鼓式过滤器12的结构。该结构有一滤鼓13在悬浮液S中旋转。在本发明的膜10上形成的过滤带16也同样转过该滤鼓和导向轮14，沿16所指的转动方向转动到滤鼓13之后，膜10经过一个卸料器17，例如经过一个刮刀，它除去干燥的滤饼6，然后用导向轮14转入清理装置18。按图5所示，清理装置18有一个清洗槽19和超声波发射器20，其任意聚焦的超声波束21，可使沉积在膜10上的固体粒子3脱落。最好在膜10的每侧至少装有一个超声波发射器。
为了增加机械稳定性，并减少张应力、压应力、剪应力及其它应力，膜10可贴于一块普通的大孔径滤布1上，例如用一种合适的粘结剂(图6)，或将膜10包埋在至少二块大孔径滤布之间，形成夹层形式，例如也可用一种合适的粘结剂(图7)。
权利要求
1.一种形成多孔滤饼及其干燥工艺方法，此滤饼是由过滤介质上各固体颗粒构成的，其方法是将一种流体作用于滤饼，和处于过滤介质后面的滤液相比具有压差，其中采用一种就流体来说具有高毛细管吸力的过滤介质，其吸力大于滤饼的吸力，其中过滤压力应用于流体，其压力至少略大于滤饼的毛细管吸力，并等于或少于过滤介质的毛细管吸力。
2.一种用于实现按权利要求
1所述工艺方法的装置，该装置有一种浸没在悬浮液中的过滤介质以吸取固体粒子，在过滤介质从悬浮液中露出并经清洗或干燥后，一个刮用部件可以从过滤介质上除去固体粒子，一种清理装置可将坚固沉淀的固体粒子从过滤介质上除去，其中过滤介质由一种膜构成。
3.按权利要求
2所述的装置，其中所述膜的最大孔径等于或小于滤饼的最小孔径。
4.按权利要求
2或3所述的设备，其中所述膜的大部分孔隙的孔径小于滤饼孔隙的孔径。
5.按权利要求
2和3之一所述的装置，其中所述膜的厚度比滤饼的厚度要小二位小数次幂。
6.按权利要求
2和3之一所述的装置，其中所述膜具有一亲水表面。
7.按权利要求
2和3之一所述的装置，其中所述膜具有一疏水表面。
8.按权利要求
2和3之一所述的装置，其中所述膜表面在化学性质上是耐酸和耐碱的。
9.按权利要求
2和3之一所述的装置，其中所述膜贴于具有大孔径的滤布上。
10.按权利要求
2和3之一所述的装置，其中所述膜配置在两块或两块以上滤布之间成夹心状，而滤布具有充分大的孔隙。
11.按权利要求
2和3之一所述的装置，其中所述膜仅贴于在过滤器过滤表面上的滤布上，或将膜放置在滤布之间。
12.按权利要求
2和3之一所述的装置，其中所述膜由合成材料制成，例如醋酸纤维，塑料，如聚酰胺、聚砜之类物质。
13.按权利要求
2和3之一所述的装置，由具有排水布的鼓式过滤器构成，其中排水布在其整个表面上配有膜。
14.按权利要求
13所述的装置，其中清洗装置是由超声波槽构成的，也可以有聚焦的超声波束，一个蒸汽或压力水喷雾装置及一个吸力装置等。
15.按权利要求
4所述的装置，其中所述膜的厚度比滤饼的厚度要小二位小数次幂。
16.按权利要求
4所述的装置，其中所述膜表面的化学性质是耐酸和耐碱的。
17.按权利要求
4所述的装置，其中所述膜装配在有充分大的孔隙的两块或两块以上的滤布中，成夹心状。
18.按权利要求
9所述的装置，其中所述膜仅贴过滤器过滤表面上的滤布上或装置在滤布之间。
19.按权利要求
4所述的装置，其中所述膜由合成材料制成，例如醋酸纤维，塑料，如聚酰胺、聚砜之类物质。
专利摘要
在多孔滤饼形成和干燥过程中，滤饼由过滤介质上各固体粒子生成，方法是将流体作用于滤饼，相对于过滤介质后面的滤液具有压差。通过没有或只有微量流体流过过滤介质产生的压差，可经济地从滤饼中排除悬浮液。过滤介质的毛细管吸力比滤饼吸力大。流体过滤压力大于滤饼毛细管吸入力，且等于或小于过滤介质毛细管吸入力。通过使过滤介质吸入力大于滤饼吸入力，阻止排出的流体穿入到过滤介质，从而保持过滤压力，因此便成为一种经济的过滤方法。
文档编号B01D33/00GK87106068SQ87106068
公开日1988年6月15日 申请日期1987年9月2日
发明者赖恩哈德·博特 申请人:博凯勒机械工程股份有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan