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

科技觀察員 ? 來(lái)源:circuitdigest ? 作者:circuitdigest ? 2023-03-08 15:29 ? 次閱讀
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一、陶瓷過(guò)濾器的工作原理

陶瓷過(guò)濾器由一個(gè)多孔體組成,其中有幾個(gè)需要凈化的流體的主要流路從一個(gè)端面滲透到另一個(gè)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(guò)端面上的開(kāi)口流入主流路徑,然后通過(guò)過(guò)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(guò)多孔體的外周表面流入其中,然后通過(guò)多孔體內(nèi)部和待凈化的濾膜,從主流路徑端面的開(kāi)口中取出作為凈化液。

二、陶瓷過(guò)濾器的主要特點(diǎn)

1、除氫氟酸和濃堿外,對(duì)所有腐蝕性液體均有優(yōu)良的耐腐蝕性;

2.耐熱性好,無(wú)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(guò)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(guò)濾器時(shí),通常沒(méi)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(guò)濾器收集的固體積聚在過(guò)濾層外或過(guò)濾層內(nèi)部,堵塞過(guò)濾器的孔隙,從而過(guò)濾能力會(huì)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(guò)濾器的內(nèi)層;固體積聚在表面上形成粗糙的表面(如過(guò)濾層)。在這些情況下,雖然過(guò)濾能力逐漸減少,但下降的程度是不同的。

7.雖然陶瓷過(guò)濾器可用于其他多孔體無(wú)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(shí)過(guò)濾燃燒廢氣,熔融金屬和吹氣進(jìn)入高溫爐的噴嘴。

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8.對(duì)于清潔流體,流體通過(guò)陶瓷過(guò)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(guò)濾器(過(guò)濾器)層被視為毛細(xì)管的集合,通過(guò)毛細(xì)管的流體流動(dòng)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(shí)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(guò)濾器(過(guò)濾器)層的厚度(厘米);

毛細(xì)管直徑(厘米);

l—毛細(xì)管的長(zhǎng)度(cm);

α——曲率 (1~3)。

換句話說(shuō),通過(guò)陶瓷過(guò)濾層的流體滲透量與過(guò)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(guò)濾器的制造條件。

三、陶瓷過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)與材料

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

過(guò)濾材料的選擇應(yīng)根據(jù)過(guò)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(dòng)性。大量實(shí)驗(yàn)表明,陶瓷過(guò)濾器的材料、孔隙率和內(nèi)表面粗糙度會(huì)影響過(guò)濾效果。

陶瓷過(guò)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(guò)濾器可分為兩大類:陶瓷泡沫過(guò)濾器和顆粒陶瓷過(guò)濾器。

(1) 泡沫陶瓷過(guò)濾器

泡沫陶瓷過(guò)濾器的開(kāi)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(guò)濾器的孔徑為1778μm;30 ppi 的陶瓷泡沫過(guò)濾器的孔徑為 711 μm。泡沫陶瓷過(guò)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(jì)。

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

(2) 陶瓷微粒過(guò)濾器

陶瓷微粒過(guò)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(guò)濾器代替MgO或Al2O3作為填料,并根據(jù)要過(guò)濾的夾雜物類型使用活性吸附劑。

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CaO耐火材料是一種用于陶瓷微粒過(guò)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(guò)化學(xué)反應(yīng)去除夾雜物。但是,有兩個(gè)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(guò)濾性好,資源極其豐富。提高鋼液過(guò)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(shù)脂膜作為中間過(guò)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(guò)濾器的應(yīng)用

目前,陶瓷過(guò)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(guò)程中高溫?zé)煔鈨艋仍S多工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛。高溫?zé)煔鈨艋膽?yīng)用也會(huì)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(guò)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(wèn)題的主要來(lái)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(guó)的大氣污染,特別是中國(guó)這個(gè)燃煤大國(guó)。通過(guò)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(guò)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(dòng)機(jī))之前需要凈化。也就是說(shuō),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(guò)濾器必須成為首選。

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