在低温液体纯化中采用金属丝网过

在低温液体纯化中采用金属丝网过滤技术的可行性研究

文章出处:作者:李立

  超高纯低温液体在工业上以及航空航天领域中的应用相当广泛。例如半导体行业中利用高纯氮气作为活性反应组分的载气,其中水和二氧化碳的体积含量均不得超过10-6;利用液氮作为食品或药物的冷冻剂时,若每升液氮中含有300个以上的活性细菌,则会导致食物变质;在航空航天中,锅炉软水,液氦可用于火箭内液氢燃料系统的预冷和压缩,此时对液氦的纯度要求非常高,通常达到99999999%以上,因为所有杂质在液氦温度下均会凝固,造成管路堵塞。

  金属丝网过滤技术应用于低温液体纯化时有其独特的优越性。金属丝网是采用金属编织丝网为原料,通过多层层叠的合理搭配和真空高温烧结等复合工艺制备而成的一种新型多孔功能材料,具有理想均匀的孔径分布和优异的流体渗透性能。强度高、能较好地承受热应力及冲击、可进行机械加工、焊接、清洗再生,尤其适用于高洁净度、高安全性的净化系统,且可实现连续化与自动化操作|1.目前,以刚性烧结金属丝网材料为核心的净化分离技术与设备的开发应甩已被列入国家“九五”重点科技成果推广项目。

  本文以金属丝网过滤器为对象研究了低温液体纯化技术。通过介绍金属丝网的结构特点和作用机制,论证了采用该种过滤技术进行低温液体纯化的可行性。针对应用于太空中难度较高的液氦纯化,提出应用金属丝网获得超高纯液氦的过滤及再生方案,给出系统原理图。总结了各种过滤参数对过滤效率的影响,为试验论证提供。

  2金属丝网过滤器21金属丝网的结构特点金属丝网过滤器是以精密金属丝网为原料,根据要求的过滤精度选择相应的目数或型号,通常是3~6层平铺叠合后在真空中加压烧结(1 1h~2h),使金属丝网层与层之间以及丝与丝之间紧密地结合在一起成为牢固的整体121.选材包括不锈钢(304316316L)、高温合金、镍、蒙耐尔合金、铜合金等,软水,典型的编织方法有平纹编织和斜纹编织。

  该种过滤器主要结构包括保护层、过滤层和支撑层。过滤层采用的精密金属丝网是金属丝网烧结材料的关键工作层。过滤层两侧的细丝网对过滤层起保护作用,并在烧结过程中保持过滤网层微孔形状和尺寸的稳定。而丝径较粗、孔隙较大的支撑网则被用于提高烧结丝网的整体刚度和强度。其主要基本特性如表1所示|21.表1金属丝网过滤材料的基本特性名义精度/Mm孔隙率%能被低温流体介质中的颗粒杂质诉面滤厉趾此其当经过深谁里之后能能在蔌:低的温度下工作,bookmark2名义精度是指过滤器能够100%滤除的固体杂质颗粒的小粒径大小,其主要影响因素是过滤器的大孔径。孔隙率是指开口气孔体积占总体积的百分比。渗透性是指在固定压差下,流体透过单位面积多孔材料的流量,纯水,用以表示流体特性、试验压降、流速与多孔材料之间的关系。

  22金属丝网材料的过滤机理金属丝网过滤主要属于表面过滤,即依靠丝网表面大小均匀一致的微孔,将尺寸较大的颗粒截留在丝网上,而尺寸较小的颗粒则随流体流过丝网的一种过滤过程13.针对液氦过滤,由于各种杂质在液氦温度下均凝固为固态,因此对固液分离而言,其过滤机理主要为截留、惯性沉积和扩散。首先是粒径比较大的颗粒,通过直接截留、惯性、扩散效应形成架桥和沉积,被表面过滤层网孔所捕集,并附着在过滤丝网的表面形成完整颗粒层;其后,颗粒层进一步加强对颗粒的捕集作用,使粒径较小的颗粒得到阻留,捕集效果为二者之和。另外,低温下凝固的固体颗粒还会产生粘结效应,加强过滤效果。

  过滤器运行一定周期后,由于过滤器内部通道可厚,导致过滤阻力增大,流速降低,这时可通过高压气体反吹的形式对过滤器进行再生。液氦过滤时,由于金属丝网过滤器表面聚集的是低温固体颗粒,因此利用常温下的高压气体进行反吹即可。此时需要注意的是,为防止过滤器内部杂质增多,反吹时须使用高纯度的同种流体介质。

  为日本某公司生产的Y35mmX214mmL型金属丝网过滤器,用于过滤4 3K的液氦。材质为316L奥氏体不锈钢,名义精度为10Mm过滤面积640

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