陶瓷过滤器的结构/工作原理/特点/应用

一、陶瓷过滤器的工作原理

陶瓷过滤器由一个多孔体组成，其中有几个需要净化的流体的主要流路从一个端面渗透到另一个端面，滤膜安装在主流路的内壁表面上。（1）需要净化的流体通过端面上的开口流入主流路径，然后通过过滤膜和待净化的多孔体内部，从多孔体的外周表面作为纯化流体取出。（2）需要净化的流体通过多孔体的外周表面流入其中，然后通过多孔体内部和待净化的滤膜，从主流路径端面的开口中取出作为净化液。

二、陶瓷过滤器的主要特点

1、除氢氟酸和浓碱外，对所有腐蚀性液体均有优良的耐腐蚀性;

2.耐热性好，无热变形，软化或氧化。它仍然可以在更高的温度下使用;

3、气体分布均匀，可根据需要形成0.1~600mm孔径;

4、刚性大，在流体压力作用下不引起形状变化和孔隙变形;

5.在精密过滤的情况下（作为特殊情况），为了防止污染液体，不允许微量的渗出物。使用陶瓷过滤器时，通常没有渗出物，并且根据《食品卫生法》也符合要求。因此，它可以在家禽业中采用。

6.陶瓷过滤器收集的固体积聚在过滤层外或过滤层内部，堵塞过滤器的孔隙，从而过滤能力会下降。这种堵塞状态可以采取多种形式，例如在表面上收集的固体;固体进入过滤器的内层;固体积聚在表面上形成粗糙的表面（如过滤层）。在这些情况下，虽然过滤能力逐渐减少，但下降的程度是不同的。

7.虽然陶瓷过滤器可用于其他多孔体无法到达的高温区域，但最好用于1000°C以下的高温区域;C时过滤燃烧废气，熔融金属和吹气进入高温炉的喷嘴。

8.对于清洁流体，流体通过陶瓷过滤层的渗透量与面积和压差成正比，与板厚和粘度系数成反比。过滤器（过滤器）层被视为毛细管的集合，通过毛细管的流体流动可以用以下公式表示：

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

此外，空气结合率与ε的关系;而每单位面积N的毛细管数和毛细管d的直径可以用下式表示：

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—每单位时间每单位面积的渗透体积（cm3/cm2·sec）;Δ压差（达因/厘米2）;

L——过滤器（过滤器）层的厚度（厘米）;

毛细管直径（厘米）;

l—毛细管的长度（cm）;

α——曲率 （1~3）。

换句话说，通过陶瓷过滤层的流体渗透量与过滤器的孔隙率和毛细管直径的平方成正比。增加粘结剂的用量，扩大粒径分布范围等。将减少孔隙率和ε;和液体渗透量。因此，应以粘合剂的用量和粒径分布作为过滤器的制造条件。

三、陶瓷过滤器的结构与材料

陶瓷过滤的研究主要集中在两个方面：一是陶瓷过滤器的材料，包括其制造工艺和性能;另一个是陶瓷过滤器的结构，包括其形状，放置位置，过滤机制和过滤效果。

过滤材料的选择应根据过滤器要去除的夹杂物的类型，还应考虑材料的抗蠕变性和抗热振动性。大量实验表明，陶瓷过滤器的材料、孔隙率和内表面粗糙度会影响过滤效果。

陶瓷过滤器的结构由其材料决定。根据材质的不同，陶瓷过滤器可分为两大类：陶瓷泡沫过滤器和颗粒陶瓷过滤器。

（1） 泡沫陶瓷过滤器

泡沫陶瓷过滤器的开孔体积为75%至90%，通常根据每英寸孔数（ppi）进行分类。例如，10 ppi的陶瓷泡沫过滤器的孔径为1778μm;30 ppi 的陶瓷泡沫过滤器的孔径为 711 μm。泡沫陶瓷过滤器的厚度一般为25毫米。在浇注系统中，有垂直安装和水平安装。结构根据具体用途设计。

用于陶瓷泡沫过滤器的材料有NCL-莫来石，ZrO2，Zr-SiO4，Al2O3等。采用Al2O3泡沫陶瓷，运行过程中不易碎，具有良好的抗热振动和开裂性。在1700°C的高温熔融金属流动下具有很强的抗蠕变变形能力。由于开孔的高孔隙率（75%至90%）和薄孔壁，泡沫陶瓷过滤器在与熔融金属接触之前不需要预热。

（2） 陶瓷微粒过滤器

陶瓷微粒过滤器的结构是上下孔的支撑板，中间有颗粒填料，颗粒填料上镀一层活性吸附材料，如下图所示。支撑板的厚度一般为12毫米，孔径为4.5至13毫米。陶瓷微粒过滤器代替MgO或Al2O3作为填料，并根据要过滤的夹杂物类型使用活性吸附剂。

CaO耐火材料是一种用于陶瓷微粒过滤器的良好填料。它不仅可以利用物理吸附的原理，还可以通过化学反应去除夹杂物。但是，有两个原因限制了其广泛使用。首先，它需要极高的烧结温度（高于1800°C;C）获得必要的密度和机械强度。其次，在常温常大气下容易补水。

CaO耐火材料的优点是耐火度高，碱度高，钢水过滤性好，资源极其丰富。提高钢液过滤用CaO耐火材料耐水化性能的方法如下：

（1）大力提高CaO耐火材料的烧结度，较大的晶体尺寸，采用超高煅烧或熔融石灰;

（2）在CaO表面形成保护膜;

（3）在CaO烧焦产物上浸涂焦油或有机树脂膜作为中间过渡措施;

（4）在CaO中添加少量化学添加剂，以降低CaO的烧结温度。

四、陶瓷微粒过滤器的应用

目前，陶瓷过滤器在催化贵金属回收、流化床燃烧、煅烧、有机废物气化发电、建材、化工、各种工业窑炉等工业过程中高温烟气净化等许多工业领域应用越来越广泛。高温烟气净化的应用也会出现在冶炼、材料生产、玻璃制造等常在接近大气压的条件下进行。

陶瓷过滤器最突出的应用是燃煤发电领域烟尘的净化。由于全球对电力的需求不断增加，煤炭是解决电力问题的主要来源。关于此类化石燃料的不可再生性，有必要最大限度地提高发电效率，减少世界各国的大气污染，特别是中国这个燃煤大国。通过循环流化床（CFBC）发电和煤气化（IGCC）发电，以及它们的组合发电，可以实现发电效率的提高。煤气化的发电过程不同于传统的蒸汽机。煤被加热汽化后，煤气在进入燃气发电机（燃气发动机）之前需要净化。也就是说，必须清除任何灰尘或其他杂质。大多数发电厂将进入燃气轮机的允许粉尘浓度限制在 5 mg/m3 以下。

理论上，最好小于1 mg / m3。除尘系统的工作温度往往为350~1000°C，压力为1~2.5SPa。因此，要在如此高温高压下达到如此高的净化效果，陶瓷过滤器必须成为首选。