中国几种过滤技术的重大研发进展
上海迅昌化工装备技术研究所 过志昌 美国匹兹堡大学机械工程学院 过常乐
本文介绍了近十年来中国几种过滤技术的重大研发进展，首先介绍了平板式过滤洗涤干燥多功能机的主要优点和存在的问题及针对存在的问题进行的重大改进；其次介绍了为了彻底解决平板式过滤洗涤干燥多功能机存在的问题而发明了筒锥式过滤洗涤干燥多功能机，并介绍了其主要结构、工作原理和主要优点；第三，重点介绍了重大发明专利卧式反应过滤干燥多功能机的主要结构、工作原理和主要优点；第四，介绍了旋叶式连续过滤压滤机的主要优缺点和对其进行的重大改进；第五，介绍了过滤机耐腐蚀结构方面近十年来取得的研发进展和在不同腐蚀介质中的应用。
关键字：平板式过滤洗涤干燥多功能机、筒锥式过滤洗涤干燥多功能机、卧式反应过滤干燥多功能机、旋叶式连续过滤压滤机及过滤机耐腐蚀结构
This article describes China's major R & D progress of several filtering technology over the past decade, first, introduced the main advantages and problems of a horizontal plate-type multi-functional machine of filtration, washing and drying and carrying out the major improvements according to the existing problems; second, introduce the invention patent of a cylinder-cone-type multi-functional machine of reaction, filtration and drying in order to completely solve the problems of a horizontal plate-type multi-functional machine of filtration, washing and drying and its main structure, working principle and main advantages; third, described the main structure, working principle and main advantages of a major invention patents- a horizontal cylinder-type multi-functional machine of reaction, filtration and drying; fourth, introduced the main advantages and disadvantages of a rotary vane continuous filter press and significant improvements in them; fifth, introduced a corrosion-resistant structure of the filter, achieve progress and development over the last decade and their applications in different corrosive conditions.
Keywords: a horizontal plate-type multi-functional machine of filtration, washing and drying, a cylinder-cone-type multi-functional machine of reaction, filtration and drying, a horizontal cylinder-type multi-functional machine of reaction, filtration and drying, a rotary vane continuous filter press and a corrosion-resistant structure of filters.
近二十年来，中国的过滤技术获得了较快的发展，从间隙分批操作的板框压滤机、快开袋式过滤器、密闭管式过滤机、密闭板片过滤机、叶片过滤机、快开高精密过滤机、微孔过滤机、液压平板式过滤机等到连续自动化操作的带式真空过滤机、圆盘连续真空过滤机、转鼓真空过滤机、、水平转台式连续真空过滤机等几乎都能在中国生产，目前很少再听到进口国外的过滤设备，而且中国的过滤设备也加工得越来越好，越来越精密，并且部分水处理过滤设备等还大量出口到东南亚和欧美等国家，在国际上获得了较好的声誉。
中国几种过滤技术的最新研发进展主要表现在以下几个方面：
一、平板式过滤洗涤干燥多功能机方面的进展
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众所周知，反应、萃取、蒸发、浓缩、结晶、过滤、洗涤、干燥是化工、医药、
食品等行业十分重要的单元操作，一般要有反应釜、蒸发器、结晶机、过滤机、干燥机等多个设备来完成。这些设备分别都有各自的配套装置，因而占地面积大、造价贵，单元与单元间物料的搬运或输送较困难，不但劳动强度大，还易造成物料的走失和浪费。而对易燃易爆、有毒或剧毒的物料或不允许有污染的生物制品、药品、食品等，要求密闭操作，这时反应、过滤、干燥各装置间物料的输送难度就更高，有时常常会由此而使整套装置处于不能完全正常操作或劳动强度大，生产周期长，能耗大，效率低及影响产品质量等。
正对上述情况，瑞士、日本和美国曾研发出了平板式过滤洗涤干燥机，其结构如图所示。
平板式过滤洗涤干燥机的主要优点
1、可在一台机内完成过滤、洗涤、干燥等多种操作，一机多用。
2、密闭操作，特别适合处理易燃、易爆、有毒或剧毒的危险产品以及不允许有污染的鲜美食品、生物制品和药品等。
3、从进料到产品排出，全部过程在一台机内完成，使工
艺流程大大缩短，设备数量大大减少，从而使厂房和设备及工艺管道、阀门等的投资大大节省。
4、特殊的搅拌结构，加上液压升降装置，既可使搅拌装置对物料进行充分高效搅拌，同时又可节省搅拌功率。
5、由于本机底部为平板式过滤，因而可彻底滤干物料，降低干燥成本和洗涤用水。 6、在洗涤阶段，由于本机能反复多次进行自动搅拌再浆洗涤，洗涤方便，洗涤效果好。
平板式过滤洗涤干燥机虽有上述诸多优点，但它仍存在如下缺点：
首先该机为平板式过滤结构，因而其单机的过滤面积不可能做得很大，这对于难过滤的物料，需要较大过滤面积完成较大过滤物料量的场合，就显得不是很适用，例如以直径为Φ3000的平板式过滤机为例，这已是很大的过滤机，但它的过滤面积也只有7M2。
其次，平板式过滤机在干燥时，只有过滤平板上部的圆筒体夹套对物料进行加热，其加热面积非常有限，因而干燥效率较低，像日本等公司虽研发出空心轴和空心搅拌桨结构对物料进行加热，提高加热面积，但空心轴和空心搅拌桨的加热面积仍是有限的，
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对干燥效率提高不是很多，而当设置底部加热时，由于底部有过滤网和滤液出口通道的隔开，也大大影响了传热效果。
第三是由于为平板式过滤结构，搅拌桨与平板式过滤的上表面不可能碰到，需留有一定的间隙以免刮坏滤布或滤网，这样在完成干燥后出料时，在过滤平板上方会残留一层料，出料不是很干净，这对药品等不能混批操作的场合也不是很合适。
针对上述平板式过滤机存在的缺点，上海迅昌化工装备技术研究所的技术人员对其进行了大的改进，主要是以下几个方面：
首先，为了解决平板式过滤洗涤干燥机过滤面积小的问题，除在过滤机底部设置平板过滤装置以外，在其圆筒体的整个圆周上设置圆周形过滤装置，这样一般可使平板式过滤机的过滤面积增加2-3倍，使平板式过滤洗涤机的过滤洗涤速度大大提高，从而提高整机的操作效率。以DN2000直径的平板式过滤洗涤机为例，其底部平板的过滤面积为3M2，如在侧面筒体上增加500mm高的过滤面，其过滤面积就增加了3.14 M2，其总的过滤面积就是原来的2倍多，如增加1000mm高的过滤面，则过滤面积就是原来的3倍多。
其次，为了提高平板式过滤洗涤干燥机的干燥效率，我们除了设置空心轴和空心搅拌桨对物料进行搅拌加热以外，用螺旋形盘管制成整体中间有间隙的圆平板，放置在平板式过滤装置的下方，在过滤时便于过滤滤液穿过，在对滤饼进行干燥时，可对整个过滤平板下部整体进行直接加热，大大提高该机的干燥效果，根据实际使用的情况，一般热效率可提高1-2倍。
二、筒锥式过滤洗涤干燥多功能机的成功研发
以上的改进措施是针对平板式过滤洗涤机进行的，但并没有彻底的解决问题，针对上述情况，我们经多年努力研发出了筒锥式螺旋搅拌过滤洗涤干燥机，并申请了国家专利，实现了化工装备技术的重大突破，该机的发明对中国乃至世界的化工装备领域都产生了重大影响。
其结构如图所示，其壳体由上部椭圆封头、中部圆筒体和下部锥体组成，在圆筒体和下部锥体上设有加热夹套，可对物
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料进行加热或冷却，内部有空心轴和空心螺带搅拌装置，特殊结构设计，可使进出热媒在空心轴和空心螺带中完全充分循环，传热效果极佳。在下部锥体内设置有结构较复杂的过滤装置。
筒锥式螺旋搅拌过滤洗涤干燥机的主要优点：
1、一机多用。可在一台机内完成反应、萃取、过滤、洗涤、反复多次过滤洗涤、干燥等多种操作，并直接得到成品。
2、密闭操作，特别适合处理易燃易爆、有毒或剧毒的危险产品及不允许有污染的鲜美食品、生物制品和药品等。由于轴封装置可采用成熟的双端面机械密封或磁力密封等结构，其密封性能比平板式过滤洗涤干燥机更好、更可靠。
3、与平板式过滤洗涤机相比，它把平板过滤变成了圆锥形的过滤装置，这样其过滤面积比平板过滤大大提高，一般过滤面积为平板过滤机的2.5-4倍以上，因而过滤洗涤的时间可缩短。
4、由于在圆锥形过滤装置外部和上部筒体外均能设置夹套加热，同时在设备内设置空心轴、空心螺带内加热，因而加热面积要比平板式过滤洗涤干燥三合一机大2.5-3倍以上，同时由于对物料进行内加热，一方面加热面积大，同时由于空心轴空心螺带内加热直接把热量传递给物料，因而热效率高，加热速度快，能耗低，从而使整机的工作效率很高。
5、筒锥式过滤洗涤干燥机的搅拌系统为螺带式搅拌系统，它可使物料在过滤、洗涤和干燥时产生轴向、轴向和径向的三向复合运动，特别是可使物料不断向上提升，使物料在机内得到充分的搅拌和混合，大大提高物料在本机内的混合、反应效率和过滤洗涤干燥效率，而在干料从机内排出时可使螺选搅拌装置反转，可直接把干料从机内排出。
6、筒锥式过滤洗涤干燥机在过滤时螺带可进行刮壁式搅拌，可使物料在薄层滤饼条件下进行过滤，过滤效率较高。
8、由于下部为圆锥形结构，因而与平板式过滤干燥机相比，排料方便，出料要干净，残留量少。
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三、卧式反应过滤干燥多功能机的成功研发和生产
平板式过滤洗涤干燥机和筒锥式过滤洗涤干燥机虽都有其各自的许多优点，但它们都有其共同的缺点：
1、物料在设备内进行反应不是很理想，因为这两个设备都有过滤网，在过滤网的下部或外部都有滤液排出的通道，要反应的物料被加入设备内后，部分液相物料会进入这些通道内，搅拌不到，也不能得到充分的反应，这样会影响反应物的产品质量，对于反应会产生固体的情况，更是不合适，因为固体物料会堵塞滤网和滤液出口通道，造成整机不能正常操作。
2、对于物料需在设备内进行结晶的场合也不是很合适，因为过滤网会浸在液体内，结晶时会堵塞过滤网。
3、对于需蒸发浓缩再结晶的场合，蒸发浓缩的效率也不高。
正是基于上述原因，我们组织科研人员研发，经多年努力，研发成功了卧式反应过滤干燥多功能机，实现了化工装备技术的重大突破，填补了国内空白，并申请了多项国家专利。
该机的结构如图所示，一个卧式圆筒安装在机架和轴承座上可通过翻转电机和减速机带动旋转180°，在卧式圆筒的上部设置有长方形的平板式过滤装置，卧式圆筒外部设置加热夹套，内部设置搅拌轴和搅拌桨，由于平板式过滤装置设
置在卧式圆筒的上部，因而过滤装置对物料的反应、萃取、蒸发、浓缩、结晶、过滤、洗涤、干燥等无影响，只是在过滤时把卧式圆筒旋转180°，当过滤装置在下部时对物料进行过滤、再桨和洗涤过滤，当物料完成过滤洗涤后再把过滤装置转回到上部，滤饼从过滤装置上向下落到下部卧式圆筒内，利用外部夹套进行加热，并在设备内抽真空对滤饼进行真空搅拌干燥。
卧式反应过滤干燥多功能机的主要优点是它除了具有平板式过滤洗涤干燥机和筒
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