
随着全球能源、环保行业的迅猛发展和国际形势的复杂化,国防、核工、化工、冶金、食品和药剂等行业高纯净、高品位的需求凸现和低碳经济全球化,过滤与分离机械工业越来越受到各国的重视,特别是铀分离受到多国首脑的关注,发达国度已形成了过滤与分离行业的企业联合化,资本公众化,市场贸易、技术和信息一体化的格局。过滤与分离机械进入了高速发展的轨道,高新技术产品不断问世,广泛通用于各行业对固体、液体、气体单相或多相混合物的分级、分离和纯化,如:能源领域三大化工(石油、天然气、煤)行业、核工业、湿法冶金、环保行业、生物精细化工、医药工业、农副产品深加工、水资源综合利用领域、汽车领域三滤(燃油滤清器、机油滤清器、空气滤清器)、造船工业油分离与废水处理等领域。因相关单位编制分离机械“十二五”发展规划的需要,在对世界过滤与分离机械工业发展进行全方位深度调研,对世界分离行业产品技术的创新特征、发展趋势等进行专题研究和科学预测的基础上,依据新的调研报告和研究成果将《国外过滤与分离机械发展概况》改编为《世界过滤与分离机械创新进展》。
1 国外过滤与分离机械行业概况
1964年由18个国度在英国创立国际过滤学会后,国际性行业交流日益增多。1974年至2019年共举办了12届世界过滤大会,这是全球过滤与分离行业高级别的会议,每四年一届。1990年在法国成立了世界过滤组织(IDERI),随后,很多国度自行成立了过滤与分离协会与学会,如美国过滤协会、美国过滤与分离学会、英国过滤学会等,各国学会均创办了专业性期刊,如英国、德国的《过滤与分离》,美国的《分离与净化技术》等,从而有力地促进了世界过滤与分离技术的进步。近年来,国外过滤与分离机械行业蓬勃发展,生产企业已超5000家,其中生产过滤机械的约占60%。2010年世界本行业的产值约2000亿美元,其中亚洲就达750多亿美元,膜类约占20%。
世界有下列著名的分离机械公司:美国道尔-奥利弗公司、夏普尔斯公司,德国克劳斯-马非公司、鲁瓦公司,英国威廉希尔顿公司,法国罗巴特尔公司,日本月岛机械株式会社、三机工业株式会社等等。
世界上特大的分离机械制造公司----瑞典阿法拉伐(Alfa-laval)公司,该公司总部设在瑞典斯德哥尔摩市西南20公里通姆巴城。自1883年创建以来,产品由分离机发展到各种离心机、过滤机等成套设备。现已成为一个庞大的跨国公司,包括80家分公司、50家制造厂。主要制造厂设在通姆巴城,负责大型零件制造和设备总装,大量和重要的零件由专业厂生产,如年产200万片的碟片厂。目前在30多个国度中有1.8万多名员工。全球有70多家代理行,产品行销110多个国度。
阿法拉伐公司十分重视老产品改进与新产品开发,技术投入不断加大,目前科技开发经费占销售收入的5%。总公司设有研究所(含实验时和化验室)、哈玛产品实验农场。1961年在瑞典朗德城建立了技术实验室,之后又在德国汉堡建立了工程实验室,在美国纽约建立了中间试验厂。科研人员应用现代化的设施与手段,不仅可以有效进行高新技术产品的研制,还能开展基础与应用研究,帮助用户改进与发展分离工艺。
2 国外过滤与分离机械发展现状
2.1 国外过滤与分离机械的主要产品类型
过滤与分离机械属化工过程用机械与设备。全球过滤与分离机械品种繁多,主要物质分离机械有精馏设备、吸收设备、萃取器、离心分离器、过滤器、吸附设备、离子交换设备、发汗设备、气溶胶分离设备、干燥设备、膜分离设备、筛、电磁选分设备等。对分离机械设备类型划分国外先后有多种提法,至今仍不尽一致。21世纪,多数发达国度趋向按推动力工作原理的共性分为“类”,按整机结构特征(特殊情况按功能)分为“型”,按关键特性分为“式”。
2.2 国外过滤与分离机械重要产品发展历程及创新特征
十二世纪,中国首创用布袋过滤豆浆,用离心力分离蜂蜜,之后几百年,各国过滤与分离技术均未得到多大发展,直到十九世纪才创造出板框压滤机,二十世纪发展较快,尤其是进入八十年代发展迅速,先后创造出机器人操作、全自动化作业、纳米过滤、超导分离等高新技术产品。
3 国外过滤与分离机械发展趋势
神奇的大自然赋予过滤与分离高深的意境:高山自动过滤,酿涓涓泉水永清澈;大海自动净化,容万物遗故而不腐;植物自动过滤,呈五彩缤纷的奇妙;动物自动过滤,展吸精排粕的神奇。过滤与分离无处不在、无行不及。世界高新技术的浪潮已将过滤与分离机械(技术)推进了高速发展的轨道,仿真自滤、纳米超滤、超声波过滤、激光分离、超导分离、超音速铀分离等高新课题层出不穷,其总体发展势必与相关产业的发展并进,突出表现在以下几个方面。
3.1 高参数发展趋势
3.1.1 大规格:由于能源、资源开发、环保、三废治理等工业的大型化,需求更大规格的过滤与分离设备,提高单机生产能力,如2000㎡压滤机、φ3000离心分离机等。
3.1.2 高速率:随着企业家高效意识的增强,为了提高设备工作效率和满足特殊物料的分离,需求更高过滤速度和运转速度的设备,如高速率旋叶压滤机、音速铀浓缩离心分离机等,并采用了磁力与针状轴承整机全速动平衡技术。
3.1.3 高精度:随着医药生物、精细化工等行业的发展,为了提高制品的纯净度,需求更高精度设备,如高精度十字流动态过滤机、精密膜分离器、千级铀扩散膜滤机组等。
3.1.4 高压力:由于节能的需要,为了进一步降低含液量,以减少后续干燥能耗,需求更高压力的设备,如加压叶滤机等。
3.2 多功能节能发展趋势
随着医药生物工程的发展,为了防止贵重制品的污染和节能,需求集反应、过滤、干燥功能和节能减排为一体的设备,如带压榨功能的水平带过滤机、多功能加压过滤机等。
3.3 全自动化智能发展趋势
为了提高生产率和适应特殊场合,需求全自动化连续作业的设备,向电脑控制、机器人操作方面发展,如数控水平带型过滤机,无人操作碟型分离机等。
3.4 新材料发展趋势
3.4.1 为了提高设备的机械性能,需求强度、刚度、耐磨、抗腐蚀性能优异的新材料,如新型工程塑料、陶瓷、硬质合金SiO2、橡胶、合成树脂构成的符合材料及粘结、镶嵌、衬包、喷涂新工艺和零件表面镀镍磷技术。
3.4.2 为了提高分离精度和效率,对过滤分离机械的心脏材料----过滤介质提出了更高的要求。如各种物料相适应的新型滤布、烧结网、滤纸板、纳米超滤膜等。
3.5 机型多样化发展趋势
为了对高压缩性、高分散性、高黏性、高精度的难分离物料、微粒子进行有效的分离和复杂物系的提纯,需研制新型专用设备(包括专用新技术的应用),即多样化机型。但产品零件仍趋于标准化,在产品结构和功能设计上趋于采用复合式或积木式组合,以提高应变能力,如自动翻袋型分离机、超导高梯度磁分离机、同位素激光分离机、超声波过滤机、耦合力场强化过滤等。
3.6 仿真自滤发展趋势
人是自动过滤与分离的典范;肺滤气、肝滤血、脑滤信息,肾排尿、肠排粪,皮排汗兮,一切都是自动过滤、一切都是自然分离,聚精排粕无限神奇。世界一流的医学家、生化学家等都在致力解密生物自滤的奥秘,研发生物过滤、仿真自滤智能设备,这将是世界重大的发明。
4 我国过滤与分离机械赶超世界水平的对策
公元前,我国首创真丝网过滤中药,并发明滤干造纸法,但由于历史的种种原因,致使我国目前过滤与分离机械大致处于21世纪初叶国外的水平,落后10年左右。为了尽快赶超世界先进水平,探索大自然净化的奥妙、寻求大工业纯化的真谛,现提出以下扬政界之策、联商界之谋、融学界之智的对策,供有关部门参考。
4.1 宏观方面:应加强指导与协调,并大力扶持
由于过滤与分离技术是现代各个工业领域不可缺少的多学科渗透的边缘学科与综合技术,所涉及的工业领域广、高新技术内容多,需要加强宏观指导与协调,如地区结构与企业结构的协调,目前地区结构失衡,有关企业华东约占45%,而西部企业却很少。企业结构失调,家族小厂多、公有大厂少,兼业多、专业少,这与国外的情况恰恰相反,我国已“入世”十年,应高瞻远瞩统筹规划,在体制改革方面加以指导,协调组建几家适当规模的企业集团,实现资本公众化,推动非经营领域的全球化,以利和国外企业竞争。
在过滤与分离基础研究和应用研究方面,应大力扶植,鼎力支持清华大学、浙江大学、天津大学、成都科大、核工业院、合肥通机院、上海化工院等高校院所对相关前沿技术的研究,积极促进分离机械和化工等相关行业的技术协作,提高专利水平。如果进展缓慢,就难免步入后尘。目前过滤与分离没有引起我国有关部门的高度重视,还没有建立一级的学会与协会,而英、美等国早就成立一级的过滤学会与协会,并事业性资助办有学术与技术月刊。
4.2 微观方面:企业应全方位发挥“后发优势”
由于经济全球化,产品技术落后势必失利。为了尽快缩小与国外的差距,在技术上宜瞄准世界先进水平,采取高起点引进战略,少走弯路,经过消化吸收与创新,创造具有中国特色的高新技术产品----高新技术与传统产复合,同时要提高设备配套率。为了自主创新的需要,企业应向国外学习,加大科技投入,加强与高校院所的横向联合,完善科学的设计、试验、检验和制造工艺规范,提高产品的系列化水平。
充分利用当代科技先进成果,重点研发对国民经济发展和国防所急需的新产品,如:开发石油化工行业使用的大型压力离心机、城市污水行业急需的大型带式压滤机、大型螺旋卸料离心机、大型淀粉分离机和船用油分离机、膜过滤系统特别是纳滤系统,大型隔膜压榨厢式过滤机,大型水平带式真空过滤机等高参数节能设备,形成新的增长点。
由于全球化贸易、市场、资本、技术和信息的一体化,我们必须顺应潮流,顺势而为,借鉴国外同行的经验,以非常手段开拓市场、占领市场。
4.3 在宏观与微观之间:行业协会应发挥桥梁和纽带作用
随着我国体制改革的深入,政企逐步分开,行政对企业的管理日益淡化。因此,必须强化行业协会职能,参照国外的经验,协会应统筹行业的发展。协会面向政府,应发挥金桥作用,积极争取扶植政策,尤其是对行业长远发展有重大影响的事业,如力争列入重点规划、专业委员会升级,解决会刊扩期经费等。
行业协会面向本行业和相关行业,应发挥纽带作用,将分离机械(技术)专业委员会、化学工程专业委员会、分离机械标准化委员会、过滤与分离期刊、期刊编委会、科技信息网等行业性组织高度凝聚在一起,形成合力,依托专业(技术)委员会,加强与世界过滤组织的联系,积极参加世界过滤大会,努力争取“十三五”在中国召开一次世界过滤大会。在标委会的基础上组建技术监督委员会,强化质量意识,协助企业多创名牌;通过期刊交流学术思想,传播基础与应用研究成果,促进成果转化,并向世界推广优新产品;在科技信息网的基础上,拓建科技、市场信息网,以便对世界相关科技与市场的现状和发展趋势作灵敏反应,使入网企业进退有据。
行业协会面向本行业国内外的主要用户协会,更要发挥桥梁作用,加强广泛联系与友好交流,树立中国过滤与分离行业的良好信誉,只有这样才能后来居上,走向世界。