开题报告——金属多孔滤芯TA母固过滤性能研究剖析.doc

金属多孔滤芯TA母固过滤性能研究 过程094黄谦 摘要：金属多孔材料在化工、环境、医药等领域都得到了广泛的应用，其优势与多功能性的运用受到了广泛的关注。本文首先介绍了金属多孔材料的发展与现状，并对其类型、特点及制备方法进行了简单地介绍，然后详细介绍了金属多孔材料的性能和运用。从过程装备的角度，对一根滤芯做性能进行评价，并根据所得结果，设计工业化过滤流程单元，并为毕业论文制定了进度表。 关键词：金属多孔材料，制备方法，性能，应用 1 研究背景 1.1 概述 金属多孔材料是指一种金属骨架里分布着大量孔洞的新型材料，主要是通过贯通或者封闭的孔洞组成的材料。金属多孔材料是低密度、高强度的特点，此外其渗透性较好、孔径和孔隙可控、形状稳定、耐高温、抗热震、能再生、可加工，是一种特殊性能的功能材料。其运用范围广泛，多用于航空、航天、原子能、石化、冶金、机械、医药、环保等行业中，进行过滤、分离、消音、布气、催化、热交换等工艺。近年来，随着制备方法与加工工艺的提高，大大促进了金属多孔材料的发展。 金属多孔（泡沫金属）材料是20世纪80年代后期国际上迅速发展起来的，是由刚性骨架和内部的孔洞组成，具有优异的物理特性和良好的机械性能的新型工程材料。它具备的优异物理性能，如密度小、刚度大、比表面积大、吸能减振性能好、消音降噪效果好、电磁屏蔽性能高，使其应用领域已扩展到航空、电子、医用材料及生物化学领域等。通孔的金属多孔材料还具有换热散热能力强、渗透性好、热导率高等优点；而闭孔金属多孔材料的物理特性则与通孔的相反[1,2]。 1.2 研究内容 某石化企业的PTA装置采用Amoco工艺，PTA氧化反应产生的母液直接进行加醋酸形成草酸盐，采用碟片离心机进行分离，残渣废弃。在此分离阶段，如果分离效率低，较多的固体TA料、Co、Mn催化剂视作为PTA废料而处理，增加了装置的PX单耗[3]。系统在实际运行过程中，由于需要分离的固体颗粒较细，导致分离效率低，溢流颗粒浓度偏高，致使系统不稳定，极易使下料管堵塞和离心机振动等问题。这些问题使得生产的稳定性不高，而且也可能衰减离心机的寿命。因此，有必要进一步研究分离技术，开发高效的TA母固颗粒回收技术，同时研究金属多孔滤芯的过滤性能。 2 文献综述 2.1 金属多孔材料的类型及特点相关文献综述[4,5] 多孔材料主要分天然和人工，按其材质可分为金属和非金属。下面就金属多孔材料的类型和特点做简单介绍。 2.1.1 粉末烧结型 粉末烧结型金属多孔材料是发展较早的一种，它是将一种或多种金属粉末根据相应的比例混合，在压力作用下形成粉末压胚。再将压制而成的压胚放入烧结炉中进行烧结，使压胚进一步结合起来，形成金属多孔材料。除上述方法以外，还有粉末松装烧结法，该方法可以不经过压制，直接将金属粉末装入预制的模具中，再用烧结炉对其进行烧结，获得金属多孔材料。如图1为不同压制压力下烧结坯金相图。 2.1.2 纤维烧结法 纤维烧结法与粉末烧结法的成形过程类似，不同的是该方法主要用金属纤维替代了金属粉末，再从中选择几何分布较为均匀的金属纤维，使之形成纤维毡，然后将纤维毡放入烧结炉中，在惰性气体的保护下进行烧结，获得金属多孔材料。通过纤维烧结法制成的金属多孔材料的性能优于粉末烧结形成的金属多孔材料，它的孔隙度可以进行最大范围的调整，其孔隙度可以达到90%以上，而且全部为贯通孔，其塑性和冲击韧性较好，容尘量较大，多用于过滤条件要求较高的行业。 图1 不同压制压力下烧结坯金相图 2.1.3 复合型 复合型金属多孔材料是金属多孔复合材料，是由不同金属或金属与非金属复合在一起形成的，它的强度高、滤速大，比较容易制成小直径长管元件。通过复合，使金属多孔材料获得不同材料的的各自优点。如用不锈钢纤维毡与丝网复合制作的复网毡，不同材料的复合满足了产品的使用要求。 2.1.4 沉积型 沉积型金属多孔材料是由原子态金属在有机多孔基体内表面沉积后，出去有机多孔基体并放在烧结炉中烧结而成。沉积型金属多孔材料具有孔隙连通的特点，孔隙率均在80%以上，同时还具有三维网络的结构。这类多孔材料是一种性能优异的新型功能结构材料，在多孔金属领域占据特别重要的地位。它结合了低密度、高孔隙率、高比表面积、高孔隙连通性和均匀性等诸多特点。但这样的特点也导致它在强度方面有一定的欠缺。 2.1.5 铸造型 铸造型多孔金属材料是由熔融金属或合金冷却凝固后形成的多孔材料，由铸造方式的不同，其孔隙率范围也不同，且范围较广，同时还具备不同形状的孔隙，其典型代表为泡沫铝。其中产品大多为闭孔隙和半通孔的多孔材料，但也可铸成三维连通孔隙的高孔率产品。 2.2 多孔材料中几个常用物理量 多孔材料由于孔隙的出现以及孔隙中流体的存在，使得它拥有其它密实固体材料没有的物理量，如孔隙率、比表面