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·1204· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 36 卷

制药等领域有着广泛的应用。机织滤布过水通量的 式中：K 0 为 Kozeny 常数，一般为 4.5~6.5；ε 为过
大小直接影响过滤设备的效率，而材质以及微观结 滤介质的孔隙率，%。
构的不同，如开孔大小、纤维直径、组织精密度、 实验表明，对于机织单丝滤布，孔隙半径 r 与
[2]
[7]
表面特性等因素 ，导致市面上各种机织滤布的过 泡点孔径 d bp 有如下转化关系 ：
滤性能千差万别。 d bp =3.16r （3）
[3]
关于微观结构的研究，谭蔚 等认为织物密度 将式（2）、（3）带入式（1）中，可得单丝滤布
越高，纤维直径越大，编织方式为平纹的机织滤布 过水通量与滤布微观结构中泡点孔径 d bp 、孔隙率 ε
的过滤速率最好，但截留粒子能力最差，她还提出 以及孔隙的当量长度 L 的关系式：
经过砑光处理等精整加工方式可以改善机织滤布的  d 2 Δp
bp
[4]
过滤速度和使用寿命。都丽红 等根据达西定理、 v  9.99K  L （4）
0
Kozeny-Carman 方程从理论分析出孔隙率对过水速
由于复丝滤布不能通过泡点孔径法得出过滤介
率影响最大，但研究孔隙率测定方法的学者很少，
[5]
目前仍受限于测试技术水平。Chen 等研究表明， 质的渗透性，故不存在上述关系。不少学者尝试将
[8]
科泽尼-卡曼方程 运用于分析复丝纤维透过度，假
经过热定性后处理过的单丝纤维滤布过滤性能有所 [9]
[6]
提升。Lu 等采用 Fluent 软件模拟编织方式对单丝 设流体经过滤布符合哈根-泊肃叶 假设，即流体在
圆形、直管内的流动为层流状态，将丝径看作直径
滤布流动阻力的影响，模拟结果表明，平纹织物具
为 d y 的光滑圆柱，比表面积 S 0 =4/d y，方程可简化为：
有最高的流动阻力，而缎纹织物具有最低的流动阻
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力。实践表明，不同材质的滤布具有不同的应用场合， v  Δpd  （5）
y
例如：聚丙烯具有良好的耐酸、碱性，适用场合广泛， 16K  L  1  2
 0
而聚酰胺耐酸性差，只能用于碱性溶液的过滤。尽管 对于滤布来说，孔隙的当量长度 L 往往不等于
学者们采用不同的方法来探究机织滤布材质及微观 滤布的厚度 L t ，引入系数 k 1 、k 2 分别表示单、复丝
结构对过水性能的影响，但选用的滤布变量颇多，研 滤布孔隙当量长度与厚度的比值。因此，流过弯曲
究结论具有很大的局限性，目前仍缺乏机织滤布材 通道的流体流速 v t =v/k。综上，单、复丝滤布的微观
质、微观结构与过水通量之间关系的系统性报道。 结构参数与过水通量的关系如下：
本文基于清洁机织滤布的透水性能及理论，采  d 2 Δp
bp
用表面能、接触角、红外光谱等分析方法挖掘材质 单丝滤布： v  9.99K  kL （6）
t
2
对过水通量影响的关键性指标，优选出过水性能最 0 1 23 t
y
优材质。进一步研究该材质的编织方式、厚度、孔 复丝滤布： v  Δpd  （7）
t
2
径及孔隙率等微观结构与过水通量之间的关系，建 16K  k L t  2  1  2
0
立了滤布微观结构与过水通量的半经验模型，对机 1.2 机织滤布的选择
织滤布的选型提供理论基础和实践参考意义。 机织滤布规格多样，难以筛选出控制变量的机
织滤布，本研究采用定制的机织滤布若干，其规格
1 实验部分
参数如表 1 所示。

1.1 过滤理论模型建立
表 1 机织滤布基本性质
根据达西定理，清洁机织滤布的过水通量与过 Table 1 Basic properties of woven filter cloths
滤的压力差、流体黏度和过滤介质孔隙的当量长度 编织
变量 编号 材质 厚度 丝径 重量 孔径
有关，可以表示为： 方式 /mm /mm /(g/m ) /μm
2
 1dV Δp 1 聚丙烯 斜纹 1.1 0.24 539 180

v
   B （1） 材质 2 聚碳酸酯 斜纹 1.1 0.20 708 180
 A  dt  L
3
2
式中：A 为滤布面积，m ；V 为滤液总体积，m ；t 3 聚酰胺 斜纹 1.1 0.20 685 180
4 聚丙烯 平纹 0.5 0.10 246 150
为过滤时间，s；v 为单位时间单位面积滤布的过水 编织 5 聚丙烯 斜纹 0.5 0.12 252 150
2
通量，m/s；B 为过滤介质渗透性，m ；Δp 为滤布 方式 6 聚丙烯 缎纹 0.5 0.20 261 150
两侧压差，Pa；μ 为室温下水的黏度，Pas；L 为孔 7 聚丙烯 斜纹 0.6 0.20 313 120
隙的当量长度，m。 厚度 8 聚丙烯 斜纹 0.7 0.10 288 120
孔隙的半径 r 与渗透性 B 之间关系为： 9 聚丙烯 斜纹 0.8 0.24 340 120
1 10 聚丙烯 斜纹 0.8 0.75 461 35
 K B 2  孔径 11 聚丙烯 斜纹 0.8 0.85 455 50
r   0  （2）
   12 聚丙烯 斜纹 0.8 0.75 449 75