关键词] 戈尔膜过滤器; 效率; 选择性; 盐水精制
[摘 要] 戈尔膜过滤器的效率、选择性优于目前氯碱行业其它过滤设备,运行成本不高于原工艺,在中国氯碱行业有推广价值。
盐水质量的提高无论是对于离子膜电解槽还是隔膜电解槽都是极为有利的,但是随着盐水质量的提高,通常情况下会使精制工艺变得复杂,精制费用增多,因而降低了对盐水质量进一步提高的积极性。我厂曾反复论证是否采用PE 管过滤器对盐水进行二次过滤,但参观其它厂情况时发现,由于设备可靠性差、维修量大,使该种设备的实际在役时间短,对盐水质量提高没有较好的可靠性而未能决策。在深入了解戈尔膜液体过滤器的基础上,我们对采用戈尔膜过滤精盐水做了可行性分析,采取相应措施提高盐水的透明度,同时降低盐水中的SS。
1 戈尔膜的特点
戈尔膜的膜薄、孔多,其厚度一般在0. 22～0. 26μm ,孔数能达14 亿个/ cm2 ,号称90 亿目。因此过滤阻力很低。
戈尔膜的孔径小,一般在0. 5～1μm ,这样的孔径可以将盐水中绝大多数悬浮物阻于膜之外,使过滤形式为表面过滤。返冲压力大大降低,提高了设备运行的可靠性。
戈尔膜的材质为膨胀聚四氟乙烯,具有耐酸碱、耐高温、对滤饼有不粘性、本身摩擦系数低、易返冲等特点。
2 戈尔膜过滤器结构特性
戈尔膜过滤器与PE 管式过滤器相似,是一种静态管式过滤器,属死端式操作。
返冲靠管间液体突然下降形成的负压使滤饼抖落,并靠滤管内精制盐水反渗透洗涤滤饼沉降到罐底,定期排出。
配以挠性气动阀,过滤、返冲、澄清、排渣全部自动控制,挠性阀是戈尔公司专利,可靠性极高。
该设备在常压下运行,占地面积小、可靠性高。
3 戈尔膜过滤器的工艺特点
3. 1 过滤过程
过滤介质垂直流过液膜、膜支撑管,流入滤管内向上溢流出过滤器。而被截面物料沉积在膜上,形成的覆盖层使流通阻力不断加大,渗透能力下降。为不使渗透力下降,通常以提高压力来补偿。当压力达一定范围(或过滤时间达到一定值后) ,对组件进行冲洗,冲掉覆盖物,继续过滤。运行过程中反向自动返洗一般不能冲洗得很干净,要靠运行一段时间后配以酸洗或碱洗。
3. 2 工艺特点及优化方向
每次返冲洗都要消耗滤后液,使生产能力下降,因此应该减少返冲次数。
尽量减少化学清洗次数。
3. 3 工艺的优化目标
减少或杜绝使膜流量明显下降的悬浮物进过滤器,以提高膜的过滤效率。
使悬浮物结晶颗粒增大,提高滤液通量。
使悬浮物总量下降,使管间物料悬浮物浓缩趋势减小。
4 氯碱工业盐水过滤优化的措施
4. 1 中国氯碱工业盐的现状
4. 1. 1 原盐的质量
用于氯碱行业的中国原盐生产目前仍然是简单的生产工艺,没有专门用于氯碱工业生产的优质盐。当然,随着中国改革开放的进一步深入,各行各业会使各自的产品更适应用户的需求,使工业链运转效率更高,适应进入WTO 后的形势。从戈尔膜过滤器的需要出发,中国盐与外国洗盐相比有3 多:MgO 多、有机物多、水不溶物多。例如中国用原盐生产的粗盐水中ρ(MgO) 在90 ～ 1 100 mg/ L 、ρ(CaO) 在70 ～730 mg/ L ;而洗盐生产的粗盐水中ρ(MgO) 在11 ～400 mg/ L 、ρ(CaO) 在90 ～ 230 mg/ L 。
这3 类物质对戈尔膜过滤极为有害, 使通量下降,返冲次数增多。水不溶物还有可能造成膜机械破坏,因此要预先除去。
4. 1. 2 精制过程
原盐中的Ca2 + 、Mg2 + 、SO42 - 等必须通过化学反应除去, 由于SO42 - 是在回收盐水或在卤水中去除的,因此在粗盐水中应除Ca2 + 、Mg2 + ,同时要使生成的悬浮颗粒适应戈尔膜的过滤。
4. 2 氯碱工业戈尔膜过滤盐水精制工艺
4. 2. 1 原氯碱工业盐水精制工艺
4. 2. 1. 1 工艺流程
(1) 用回收盐水溶盐。由于其中有NaOH ,在溶盐过程中与其中的Mg2 + 反应生成Mg (OH) 2 絮状物。
(2) 加Na2CO3 沉淀。
(3) 完成反应,澄清精盐水。
(4) 澄清盐水进砂滤器过滤后进行电解。
4. 2. 1. 2 工艺特点
(1) 先生成Mg (OH) 2 后生成CaCO3 ;
(2)Mg (OH) 2 和CaCO3 共同沉淀。
4. 2. 2 适宜戈尔膜盐水精制过滤新工艺
4. 2. 2. 1 工艺过程
(1) 先加NaClO、NaOH 生成Mg (OH) 2 ,除去镁离子及有机物; (2) 采用汽浮法处理, 使盐水与Mg (OH) 2 分离,再加入Na2CO3 ,生成CaCO3 ,再进入戈尔过滤器进行过滤。
4. 2. 2. 2 工艺特点
(1) 用汽浮法除去Mg (OH) 2 、有机物及水不溶物; (2) 采用过滤器主要是滤去CaCO3 及其它悬浮物; (3) 适当改善结晶状况以提高流通量。
4. 2. 2. 3 工业化情况
戈尔公司在2000 年6 月份分别在滨化集团、江苏扬农化工集团有限公司上了2 套加压浮上澄清预处理工艺,并投入工业化运行,结果打通了流程,盐水质量有所提高(详见表1) ,过滤通量达到1. 1 ～ 1. 2m3/ h ,缩短了工艺流程。
盐水质量指标优于以α - 纤维素作助滤剂。
盐水质量指标表明,戈尔过滤器完全可以代替离子膜盐水中的澄清、一次砂滤、二次精滤设备,大大缩短了盐水精制流程,而隔膜碱的流程也相应缩短了,而且大大提高了盐水质量。
4. 2. 3 运行情况及分析
(1) 用加压浮上澄清工艺对粗盐水进行预处理,在戈尔膜使用过程中达到了预期的效果,因为浮上澄清装置主要是除掉盐水中的悬浮物,因此我们控制NaOH 过量就可以使溶液中Mg2 + 含量低于10 - 6 。
(2) 在对粗盐水的总钙量已知的情况下,可以控制加Na2CO3 量来预除部分Ca2 + ,以减少进戈尔膜的总悬浮物量。戈尔膜在过滤过程中的总量可以为2×10 - 5～1 ×10 - 1 。但由于该过滤器的形式是死端式过滤,在过滤过程中含固量在料液中富集,因此原料液中的含固量高,该富集的过程就短,易使过滤恶化。
4. 2. 4 过滤器的结构处理
(1) 返冲水量必须与过滤管的装填密度协调。
(2) 在工业化生产中,过滤与返冲是增加和降低过滤阻力的过程。如果二者平衡,过滤膜运行周期加长;如果二者不平衡,阻力不断增加,必须频繁地采用化学清洗。因此在沉渣形成相对稳定的情况下,要调正过滤周期,使二者平衡或接近平衡。并且加NaClO可以改善滤饼的状况,一般控制粗盐水中含游离氯1～3 mg/ L ,可以有效地降低有机物粘结性。
4. 3 运行的经济性
(1) 基本建设费大大降低。隔膜烧碱省掉庞大的澄清设备、砂滤设备以及庞大的贮槽投资,离子膜碱还省掉二次过滤设备的投资。
(2) 对于戈尔过滤器,没有增加任何精制剂。虽浮上澄清加压泵动力消耗增加,返冲设备所消耗的电量减少,如果是离子膜法,二次过滤进料泵及返冲泵的动力消耗也减少,因此总运行费用不会增加。
由于戈尔膜在氯碱行业上的应用刚刚起步,对于电解槽运行优化的各项指标还没有充分显示出来。然而优质的盐水必然会延长电槽寿命、降低电耗,时间会做出正确的结论。
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