摘 要 过滤器是电解铜箔生产中的关键设备,直接影响产品的质量。为节省外汇,只引进美国高质量的过滤袋,由国内配套设计、制造过滤器。实践证明,该过滤器能达到所要求的过滤精度。
关键词 电解铜箔 电解液 过滤 洁净 密封
1 概述
铜陵化学集团公司引进美国DAI公司的最新技术,于1997年建成年产1200t的电解铜箔厂,生产36μm和18μm两种规格的铜箔产品。在铜箔的生产过程中,对电解液的洁净度要求非常高,需采用多级连续的方式对溶液进行净化处理,最终要求过滤精度达到1μm,以保证产品的质量。对于溶液的过滤,美国DAI公司提供的电解液净化技术为选用美国印第安纳州FSI公司生产的过滤设备。FSI公司是专业的液体过滤器生产公司,具有先进的生产技术,但设备价格昂贵,全部引进生产所需的过滤设备需要可观的外汇,而我国目前尚没有生产如此高精度过滤器的能力。为了既保证产品质量,又节省工程投资,我公司决定仅从国外购买过滤器的内芯——过滤袋,由我院配套设计过滤器,在国内进行制造。
2 过滤袋简介
在本套铜箔生产装置中,过滤器不仅要有大的流量,承受较高的工作压力,而且必须具有极高的过滤精度。从美国FSI公司引进的聚乙烯焊接过滤袋具备上述要求,它杜绝了泄漏现象,具有很高的过滤效率。这种过滤袋由过滤段和固定段组成,不同于常规的缝接型过滤袋,其过滤段采用一步吹溶加工工艺制造,过滤段与固定段采用热焊工艺连接,是完全消除针孔的过滤袋。而常规使用的过滤袋的缝合缝处有宽达1200μm的针孔,正是这些大的孔洞使非洁净液体旁路通过,当过滤袋负荷加大时,增大的压差会加速缝合处的泄漏,这在生产中是不能允许的。另外,聚乙烯焊接过滤袋的边缘不同于普通滤袋,是无纤维的光洁表面,从而避免了纤维的脱落,保证了滤液的洁净。
引进的过滤袋的结构与尺寸如图1所示。
3 材料选取
过滤器盛装的介质为含10%稀硫酸和硫酸铜的混合溶液,具有极强的腐蚀性。因壳体在操作中承受一定的压力且滤液的洁净度要求很高,故不适用非金属材料及一些硬度较低、不耐冲刷的金属材料,如钛材。加工性能良好的金属材料在该种介质中耐腐蚀性能均欠佳。在常见材料中, 0Cr18Ni12Mo2(316L)较其它材料耐腐蚀性能好(在稀硫酸溶液中,当温度不高时),且价格适中,故在设计中选用了此种材料。为保证过滤器有较长的使用寿命,在壳壁及内件的设计中考虑了较大的腐蚀裕量。实践证明,该材料在应用中是适合的。
4 结构介绍
4.1 过滤器操作条件
工作压力: 0.7MPa
工作温度: 30~70℃
工作介质:稀H2SO4、CuSO4混合液
4.2 过滤器结构设计
过滤器结构如图2所示。
工作时,溶液由底部的进液口进入,经中心管至过滤器上封头均匀分配到各过滤袋内,洁净的滤液穿过滤袋进入过滤器中部,经下部出液口送出器外,杂质滞留在袋内,完成过滤过程。在这一过程中,溶液必须经滤袋流出以达到过滤效果,任何其它途径均视为旁路而会影响滤液的质量。故过滤袋的固定及密封是结构设计的关键。此处结构见图3。
在图3所示的结构中,件10支撑环是核心零件。它是根据过滤袋的实测尺寸设计而成的。
其上部锥形与过滤袋紧密配合,将其固定;中部平面支承于管板上,二者间设置一个厚2mm的聚四氟乙烯垫片;下部筒节与衬筒焊接。衬筒长度同过滤袋相当,可以防止由于液体冲击而引起的袋体大幅度摆动,从而减少袋体的损坏。在衬筒侧壁及底板上开满 5mm的小孔,可避免由此而增加的过滤阻力。在制造时,必须将支撑环与衬筒之间的焊缝及衬筒上小孔的尖角彻底磨平、修钝,以防止使用时划伤滤袋,造成泄漏。
在正常操作时,由于滤袋内外存在压差,过滤袋有一定的自紧能力,自紧力随着滤袋的使用时间而加大,当过滤袋报废时达到最大值。因该作用力为一变量,为确保过滤质量,必须另外对过滤袋施加外力进行压紧以确保密封。在过滤袋外侧,设置一个聚四氟乙烯楔形环。压紧件则由焊接固定于管板上的压紧件外圈和可旋转的压紧件内圈组成,二者间通过螺纹配合。
当旋转内圈时,螺纹将压紧力作用于楔形环,使其变形从而起到密封作用。因楔形环为倒三角形,压紧时变形能力很大,密封效果良好。支撑环与管板间的垫片起到二次密封作用,可以进一步防止不洁溶液穿过。常规的橡胶垫片虽具有良好的变形能力,但在含有硫酸的介质中均不耐腐蚀,聚四氟乙烯材料在稀硫酸溶液中耐腐蚀,使用性能很好;此外,当压紧件内圈旋转作用于楔形环时,聚四氟乙烯良好的自润滑性能可使其表面不受损坏。故在此结构中选用聚四氟乙烯垫片是适合的。
同液体从上封头直接进入相比,底部进液方式可以减轻液体对过滤袋口的冲击,减少旁路的可能性,同时可以避免过滤袋的损坏,延长过滤袋的使用寿命。当需要更换过滤袋时,溶液停止送入,积存于上封头处的溶液回流至中心管内,不会因腐蚀介质外溢伤害操作人员。过滤袋使用寿命约两个星期,需经常更换,操作方便也是设计应考虑的。在管板与封头法兰连接处,采用活节螺栓,需要时顶盖能快速开启。过滤袋在操作中是通过设置在封头和筒体段的压力表进行控制的,根据压力变化能及时掌握过滤袋的使用情况。
5 结论
在铜陵化学集团公司电解铜箔厂的生产中,由我院配套于引进国外的过滤袋而自行设计、国内制造的过滤器经三年的使用,完全能满足生产要求,证明是成功的。该过滤器同完全引进的国外产品相比,投资约减少50%,且为日常生产维修带来了便利。该过滤器在结构上有一定的独到之处,在铜箔生产行业有推广和借鉴的价值。
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