凯膜及陶瓷膜技术应用的比较

胡艳刚，钟永铎，刘进波

（四平昊华化工有限公司，吉林四平136001）

凯膜及陶瓷膜技术应用的比较

胡艳刚，钟永铎，刘进波

（四平昊华化工有限公司，吉林四平136001）

介绍了凯膜技术、陶瓷膜技术在一次盐水精制中的应用情况及陶瓷膜的发展前景。关键词：盐水精制；预处理；膜分离；膜过滤技术；凯膜；陶瓷膜

盐水精制是氯碱生产的第一道工序,其主要任务是去除盐水中的Ca2+、Mg2+、SO2-4、有机物、水不溶物及其他悬浮物等杂质,制成精盐水供离子膜烧碱生产使用。通常采用化学和物理相结合的方法利用“预处理+膜分离”去除上述杂质。

陶瓷膜工艺处理一次盐水是一项新的盐水过滤工艺技术。该技术利用了无机陶瓷膜独有的物理化学特性，采用高效的“错流”过滤方式，使原盐经化盐溶解和加入精制剂纯碱、烧碱并充分反应后生成悬浮粒子，直接送入膜过滤器进行三段过滤分离，达到了盐水精制的效果。相比有机膜过滤,省去了预处理器去除Mg2+的工艺，具有工艺流程短、占地面积小和投资省等优势，是未来一次盐水处理技术的发展方向。但因目前氯碱企业所用原盐中Mg2+含量过高，影响其使用寿命，这又制约了陶瓷膜在氯碱行业中的发展。

1 凯膜及陶瓷膜的工艺流程比较

1.1 凯膜技术的工艺特点及流程

HVM膜盐水精制工艺是通过对粗盐水的预处理和一次膜分离后得到合格的精盐水。在精制工艺过程中，固液分离一次完成，无需砂滤器、精滤器，省去了纤维素预涂工序，也避免了硅的二次污染。同时，HVM膜过滤器过滤精度高、盐水质量稳定，处理能力大，是盐水精制膜过滤工艺的最大保障。

淡盐水加氯化钡与工艺水配水后进入化盐桶化盐，饱和食盐水进入折流槽，在槽中加入次氯酸钠和氢氧化钠后，粗盐水进入反应槽，打入加压溶气罐溶气后加入三氯化铁，再进入预处理器去除镁和有机物，预处理后，其粗盐水中加入碳酸钠，进入反应槽。反应后的盐水溢流进入HVM凯膜过滤器，精盐水通过凯膜自过滤器清液腔排出，加入适量亚硫酸钠除净游离氯即可进入螯合树脂塔。

1.2 陶瓷膜的工艺特点及流程

陶瓷膜工艺是在凯膜工艺的基础上省去了预处理器去除Mg2+这一环节，进行三段过滤分离，实现了凯膜技术的进一步优化。但对盐水质量和板框式压滤机面积的要求较高。

2 膜的结构

2.1 HVM凯膜过滤器的结构

凯膜技术源自于人造血管技术，凯膜是膨化聚四氟乙烯管式多孔膜，该过滤膜孔径小，只有0.22~ 0.5μm。过滤器为微孔膜筒式过滤器，膜上有分布均匀、开孔率极高的微孔，滤膜具有优良的耐腐蚀性和耐热性，具有较高的强度和伸缩性，本身摩擦系数低，对滤饼有不粘性，表面易清理，但凯膜过滤技术对粗盐水中Mg2+含量要求高，如果原盐中Mg2+含量高时，预处理器能力不足，会造成凯膜运行不正常。

凯膜完全以纯聚四氟乙烯为原材料，具备了聚四氟乙烯的化学及物理性质，是一种强度很高的材料，滤料寿命大大高于常规滤料。质密、多孔、光滑的膨化聚四氟乙烯膜使固体颗粒的穿透接近零，低摩擦系数，化学稳定性和表面光滑的特点使过滤压力极低，适用范围极广。膜的表面极易清理，可实现完全的表面过滤。凯膜具有独特的管式整体结构，长期使用，没有膜剥离、撕裂、腐蚀等现象，高效长寿，四平昊华化工有限公司已连续使用39个月。

2.2 陶瓷膜过滤器的结构

陶瓷膜是一种固态膜，由无机材料加工而成，强度高，陶瓷膜支撑体是采用高纯度进口材料在1600℃以上的高温下烧结而成，其使用温度一般可达400℃，最高可达800℃，其pH值适应范围为0~14，不受酸、碱、氧化剂影响。在氯碱行业，一般采用50mm孔径的陶瓷超滤膜，饱和氯化钠盐水通量大于800 L/m2·h。膜管上有1个或多个通道，每根膜管的通量很大。采用错流过滤方式操作，又称为切线流操作，与传统的过滤方式（包括凯膜）比较，克服了滤饼层过滤的缺陷。这种方法对悬浮粒子的大小、密度、浓度的变化不敏感，即对盐质中Ca2+、Mg2+含量要求较宽，系统运行时间长，无需频繁进行反冲洗及排出渣料。

2.3 2种膜结构的比较

2种膜外形类似，都具有管式结构，但二者存在本质区别。（1）材质不同。凯膜是一种有机膜，属于软性材料，滤膜具有优良的耐酸、碱腐蚀性和耐热性能，具有较高的强度和伸缩性，采用的是垂直过滤。陶瓷膜属于无机膜，是一种高强度膜，机械强度高，有良好的耐磨、耐冲刷性能及耐酸、碱、氧化、腐蚀性能。过滤方式采用错流过滤方式（又称为切线流过滤）。膜的材质不同，会使设备的耐腐蚀性及使用寿命有所区别，凯膜的使用寿命一般为3.5年，陶瓷膜的使用寿命为5年以上。

（2）孔径不同。微孔径的区别及过滤方式的不同，会对过滤物分子大小和物质黏度产生不同影响。过滤压力也不同，凯膜孔径为500～1 000 nm，过滤压力为0.05～0.10 MPa，陶瓷膜孔径≤50 nm（平均40 nm），采用低压过滤，过滤压力为0.15～0.30MPa，最大工作压力为1MPa，在1MPa的工作压力下长期工作，特别是不会有因膜孔径拉伸导致盐水质量下降等现象发生。

3 成本分析

由于陶瓷膜的处理工艺主要是以大部分盐水循环过滤的工艺技术，盐水循环泵的功率在陶瓷膜运行成本中占很大部分。目前，国内使用最广的凯膜的盐水强循泵功率配备与流量的比值大约为1/2∶1；而陶瓷膜的盐水循环泵功率配备与流量的比值为1∶1左右。

一般氯碱企业所用原盐中Mg2+含量都高出陶瓷膜工艺承受的最高限度。氢氧化镁是絮状物,当其含量高时,不管是有机膜还是无机膜都会被堵塞膜孔，影响膜的使用寿命，因此，离子膜烧碱装置的一次盐水陶瓷膜工艺需要配备预处理器，同时，生产中需加入次氯酸钠，以消除有机物对膜使用性能的影响。

基于以上分析，如果陶瓷膜工艺也要有预处理器和加次氯酸钠，则其投资费用就不会有优势。

4 在使用中存在的问题及处理方法

4.1 凯膜过滤器

4.1.1 凯膜过滤器不反冲

凯膜过滤器控制柜程序经过泄压后直接跳过反冲进入沉降，可能是液位开关被结晶盐卡住，不能灵活上下，液位开关一直处于低位，导致其不反冲。

解决方法是，将去配水桶的阀门打开，使液面降低，用手上下活动液位开关浮球，使其灵活，然后，关闭去配水桶的阀门。可以在PLC控制面板上按FUNC2，再上下拨动浮球，观察指示灯是否动作，浮球在高位时，灯灭；低位时，灯亮。

4.1.2 过滤压力过高

通常，凯膜压力升到0.06MPa，水量就很小了。（正常的过滤压力为0.01MPa），这种情况可能是采购的原盐出现问题，导致有机物含量高，直接把凯膜堵死，此时，会发现进液高位槽液位一直是满的，膜通量减少，导致气动阀内胆破损。

检查是氢氧化镁还是有机物堵膜，一般加少量的FeCI3或NaClO，则可以解决。

4.1.3 显示Er01

直接表现为面板上显示设定时间的地方显示Er01，此现象说明反冲时间超过设定值。

首先，检查液位开关浮球是否灵活、正常动作。正常情况下，当液面下降导致浮球在低位的信号传来后，反冲应停止。但在实际运行中，会发生意外现象，就是浮球到低位，但是指示灯没有亮，一直在反冲。

这种情况一般是气动阀的快速排气阀出现问题。

东汉末年，朝廷腐败，战乱频繁，贫苦农民纷纷揭竿而起，他们头扎黄巾，对朝廷军队发动了猛烈攻击，东汉政权因而分崩离析、名存实亡，这就是著名的“黄巾起义”。在镇压黄巾起义的过程中，各地州郡的官吏、地主豪强纷纷组织军队争夺地盘，形成大大小小的割据势力。这些势力彼此之间争权夺利、互相兼并，形成群雄并起的局面。连年征战中，袁绍、曹操两大势力逐步壮大起来。

4.1.4 显示Er02

出现此错误，是因为过滤压力高，设备会停机。直接表现，为进液高位槽液位迅速上升并装满，随后导致预处理器液位上涨，导致自动上排泥，以致渣池液位满。

一般而言，只要认真观察上述问题是不会发生的。很多时候过滤压力并不高，主要是线路出现问题。需要检查电接点压力表的接线是否灵活，现场人员要注意观察RUN和STOP指示灯是否正常。

4.1.5 膜管破损导致大量气泡

正常运行时，出现一些小气泡问题不大，当然最好是没有气泡，但出现大量气泡时，则需要更换膜管。更换膜管的难点在于确定破损的膜管，一般是把上面的孔盖拿下，进行进液观测，观察那个孔冒泡大。一般，酸洗后会有这种情况发生，因此，酸洗时，压缩空气不要开太大。

4.2 陶瓷膜过滤器

4.2.1 陶瓷膜工艺的安全性和可靠性问题

目前,陶瓷膜工艺还不完全成熟，有待完善,是否加预处理器和药剂,要看盐水的条件。在决定是否使用之前,要先慎重核实本企业盐水的条件及未来盐水的变化情况。

4.2.2 需要明确陶瓷膜的使用寿命

陶瓷膜过滤管中真正起过滤作用的部件是烧结在陶瓷管壁上的氧化锆，其使用寿命直接影响陶瓷膜管的寿命。氧化锆层会随着不断的酸洗、反冲以及盐水冲刷而逐渐变薄甚至脱落。有氯碱厂家反映膜使用不久就有被划破的现象，在这一点上，设备生产厂家保证膜的使用寿命为5年。

4.2.3 及时发现膜断裂并处理

在陶瓷膜使用过程中，均发生过膜断裂，甚至出现1台过滤管中只剩一两根膜管没有断裂的现象。目前，主要是通过在清液出口安装浊度仪监测来判断是否发生膜管断裂。对于出现大面积膜管断裂的现象，陶瓷膜厂家的解释是，膜管与过滤管中花板连接处使用2个密封圈密封，当有1根膜管断裂后，如果没有及时发现，继续大流量流入过滤器中，造成膜管在过滤管中晃动，将相邻的膜管敲断，这样1根敲断2根、2根敲断4根，膜管将全部损坏。因此，及时发现断膜和处理对膜管和系统的安全具有很重要的作用。

4.2.4 对盐泥液的处理

目前使用陶瓷膜的厂家中，对板框压滤机的要求很高，有的厂家将板框压滤机安装在主流程上，作为主要设备。因此，陶瓷膜工艺与板框压滤机的面积匹配，也是需要解决的问题。

4.2.5 膜管的运输问题

陶瓷膜厂家供应成套设备时，均是在该厂安装好后运输到使用厂家，在运输过程中，难免会造成膜管的损坏。因此，建议能做到现场安装过滤膜管。

造成膜断裂的原因主要是，由于阀门故障或操作不当产生气锤现象；因为先期装置的外壳主要采用钢衬PO为主，由于衬PO与外壳膨胀系数不一致，在50~60℃的运行温度下产生鼓泡，将附近的膜管涨裂。对于上述引起膜断裂的原因，陶瓷膜生产厂家已采取一定措施解决，如加入程控阀和连锁控制防止产生气锤现象。在山东恒通，已将1套装置外壳改为全钛。由于改装后的运行时间不长，具体的效果还不能下结论，不过改装过后的装置没有发生过膜断裂现象。

5 关于凯膜过滤器与预处理器的问题

凯膜工艺确实可以不使用预处理器，但其前提是在盐水中的镁含量相当低或近似为零的情况下。个别氯碱生产企业所使用的是真空制盐，盐的品质是没有问题，完全可以不使用预处理器而采用凯膜工艺，但是一旦用盐发生变化，就会出现问题。另外，真空制盐的成本相相当高，如果在真空制盐的价格上涨，迫于成本的压力而使用其他盐种时，这时没有预处理器的系统将无法运行。

6 结论

目前，HVM凯膜技术在越来越多的实际生产装置中投入运行,带来了显著的经济效益，而陶瓷膜过滤工艺新技术的出现，为氯碱行业提供了全新的盐水精制技术，从理论和测试结果看，陶瓷膜工艺确实具有一定的优势，建议结合原盐质量在大规模生产中应用，并注意不断完善工艺，使陶瓷膜技术为企业带来更为显著的经济效益。

Technology com parison of HVM and ceram icmembrane

HU Yan-gang,ZHONGYong-duo,LIU Jin-bo
(Siping Haohua ChemicalCo.,Ltd.,Siping136001,China)

The application and development prospect of HVM membrane and ceramicmembrane technology in primary brinewere introduced.

brine refining;pretreatment;membrane separation;membrane filtration technology;HVM membrane;ceramicmembrane

book=9,ebook=54

TQ114.26+1

B

1009－1785(2012)06-0009-03

2011-12-21

胡艳刚，1996年毕业于吉林化工学校，化工机械专业，助理工程师，现工作在四平昊华化工有限公司氯碱二厂，设备厂长。