过滤器压力高的原因和降低过滤压力的解决方案

周敬华,王勤俭

（新疆天业（集团）天辰化工有限公司，新疆石河子832000）

天辰化工是年产40 万t PVC 树脂的大型工业基地， 电氯分厂一次盐水车间作为氯碱工业的源头工段，承载着一次盐水精制的重任，盐水精制的质量直接影响树脂塔和离子膜的寿命、效率以及电耗。该车间采用预处理器+HVM 膜的生产工艺，实行2套设备双线运行。由于再生盐多、矿盐少的现状，在实际生产过程中，会遇到凯膜过滤器压力高，预处理盐水返浑，盐水流量低的现象，基于以上现状，该车间做了总结调查，并进行了改善措施。

1 一次盐水工艺流程

来自配水罐的化盐水由碱装置冷凝液、除硝系统回收盐水及阳极回收液组成，控制氯化钠浓度小于230 g/L。经化盐泵送入化盐板式换热器换热，温度控制在55～65 ℃，由菌帽流进化盐桶和原盐反向接触，加快原盐溶解速度，使粗盐水快速饱和。饱和粗盐水溢流进入1#折流槽，加入过量精制剂氢氧化钠溶液，完全混合后，在前反应罐内与粗盐水中的镁离子反应生成比表面积各异的白色絮状沉淀，通过加压泵将前反应罐内的粗盐水送至气水混合器中与空气混合后进入加压溶气罐再进入预处理器，通过文丘里混合器加入三氯化铁溶液，三氯化铁为强电解质，可以使氢氧化镁在预处理器中聚沉后形成沉泥，三氯化铁水解生成的氢氧化铁胶体可以捕捉气泡使氢氧化镁沾在气泡上形成上浮泥，经预处理器除去镁泥的盐水通过溢流管束流经集水槽后进入后反应罐，并通过碳酸钠加药泵加入15%～20%的碳酸钠溶液，经搅拌后完全反应生成碳酸钙沉淀，充分反应后的盐水进入进液高位槽，盐水自压进入过滤器。上清液流入3#折流槽再到过滤精盐水贮槽，为除去精盐水中残留游离氯，3#折流槽中加入亚硫酸钠溶液。各设备排渣排泥进入盐泥池，由板框压滤机压滤盐泥用车运出厂区外，滤液流入滤液池用滤液泵送回配水罐。一次盐水流程简图见图1。

图1 一次盐水精制工艺流程简图

2 凯膜过滤器

2.1 凯膜过滤器的组成

凯膜过滤器由罐体、反冲灌、管道、自动控制系统、气动控制系统、过渡元件和膜组成。

2.2 凯膜

凯膜过滤器单台过滤面积1 700 m2，过滤能力80 m3/h，HVM 膜孔径为0.22～0.50 μm，是以纯聚四氟乙烯为原料制成，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，使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，其低摩擦系数、化学稳定性和表面光滑等特点使过滤压力极低，膜的表面极容易清理，实现完全的表面过滤。

2.3 凯膜过滤器的工作原理

来自预处理器的粗盐水，其氯化钠含量≥300 g/L，其含有预处理器（预处理器受设计工作能力和原盐质量的影响）未能完全处理的氢氧化镁、氯化钙还有悬浮物颗粒，在后反应罐中加入碳酸钠溶液，控制加入量过量，并保持过碱量在0.5～1.0 g/L，在后反应罐搅拌的作用下充分反应，让盐水中的钙离子完全反应生成碳酸钙沉淀后流入缓冲盐水槽进液高位槽，盐水通过自身位能自流入凯膜过滤器。凯膜过滤器1#进液阀打开，进入进液程序，清液通过过滤袋表面进入通过管，盐水由通过管流入管板上部清液层，盐水中的碳酸钙、氢氧化镁、氢氧化铁以及一些固体颗粒被截留在过滤袋表面，当清液触碰到过滤器液位计浮子时，过滤器进入过滤状态，7#阀关闭，当过滤一段时间后，过滤器压力随之升高，过滤袋表面的滤渣积累到一定的厚度，过滤器根据设计程序，4#阀打开，过滤器进入自负压反冲清膜状态，过滤袋表面截留的固体物质，在管板上部清液和负压的作用下，从过滤袋表面被拉离，富含碳酸钙沉淀的滤渣和盐水一同流入中间槽。 当反冲一定时间时，4#阀关闭，过滤器进入沉降程序。部分滤渣脱离过滤袋后未流入中间槽， 滤渣在重力的作用下沉降到过滤器锥形底部。 沉降一定时间后（60 s），过滤器进入下一循环的进液、过滤。根据设计和生产实际需要，经过3 次循环反冲、沉降后，过滤器打开6#阀，将滤渣排至盐泥槽，通过排泥管流入盐泥池。

3 过滤器压力高的原因

由于再生盐氯化镁含量高，预处理的设计处理量不能完全除去。部分氢氧化镁在盐水中形成悬浊液，经过预处理器溢流管束，流至后端工序，进入凯膜过滤器，被过滤袋与碳酸钙同时截留在过滤袋表面，但是由于氢氧化镁具有粘度大、比重小、颗粒小、热稳定性高等特点，当进入过滤器盐水中氢氧化镁含量增多时，附着在过滤袋表面的滤渣中氢氧化镁的比重增大，过滤器在反冲清膜的状态，不能将滤渣全部从过滤袋表面拉离，部分氢氧化镁胶团沾在过滤袋表面，堵塞过滤袋孔径，导致过滤袋的通透性降低，凯膜过滤器压力持续增高。

4 改善方案的讨论与实施

4.1 将凯膜过滤器挠性阀更换为气动阀

当凯膜过滤器压力高时， 直接原因就是反冲时未能将滤渣全部拉离过滤袋表面， 有2 方面的原因：第一反冲时间太短，第二反冲水量太小，不能提供足够的动力和负压使滤渣脱离过滤袋表面。解决措施有以下3 点：

（1）如延长反冲程序时间，首先会造成大量时间的浪费，其次会造成精制盐水的浪费（因为反冲清膜的盐水都是经过过滤的上清液），增加盐水精制的能耗。反冲时间太长会使，过滤器中上清液排至管板以下，过滤器负压增大，容易拉断或者拉裂过滤膜，不利于膜过滤器操纵运行。

（2）增大反冲水量，因为该车间采用挠性阀，优点是耐腐蚀、耐老化、稳定性能好；缺点是易堵塞、需经常疏通、在运行期间噪声大、阀门动作速度慢、过滤器反冲程序水量小。

（3）根据以上结论，更换为气动阀。气动阀优点是阀门动作速度快、盐水流量大、反冲程序可以提供足够的水量。通过此法，使过滤器的平均工作压力降低5 kPa，很大程度改善了盐水精制操作。

4.2 增大粗盐水中钙镁比值

4.2.1 在后反应罐中加入氯化钙

在后反应罐中直接加入氯化钙，和加入的精制剂碳酸钠反应生成不溶性的碳酸钙沉淀和氯化钠，增大了送往凯膜过滤器盐水中的钙盐的比重，能够改善过滤袋卸渣不良的情况，达到过滤器压力降低的目标。但是加入量不好控制，容易导致精制剂加入不足引起精盐水钙超标，且由于离子膜对精制盐水要求高，而工业氯化钙中含有镁离子、铁离子、锰离子等金属阳离子，会增大树脂塔的负荷，这些金属阳离子会在电解时粘在离子膜上，对离子膜造成不可逆的损坏。所以此法不建议采用。

4.2.2 在后反应罐加入碳酸钙粉末

碳酸钙是一种不溶性的沉淀，在后反应罐中加入精制剂碳酸钠有白色碳酸钙晶体析出，说明碳酸钙在盐水中已经达到饱和。在后反应罐中加入碳酸钙粉末，随着搅拌散布在盐水中，随着碳酸钙的加入，在不影响盐水质量的情况下会增大盐水中结晶种的颗粒，此种盐水送往凯膜过滤器后，因滤渣中碳酸钙比重大，滤渣晶种也大，可以实现过滤器完全卸渣，提高了过滤器的过滤能力，降低了过滤器的过滤压力。但是碳酸钙粉末加入量不好控制，加入过多增加凯膜过滤器的负荷，且多余碳酸钙会沉积在后反应罐底部，随着排泥至盐泥池，会造成原料浪费。且碳酸钙需要购买，增加了生产成本。

4.2.3 将凯膜过滤器反冲送入化盐给料泵

凯膜过滤器压力高的根本原因是粗盐水中镁离子含量高，钙镁比值无限接近，送入过滤器盐水中的氢氧化镁含量高，导致滤渣粘度太大，造成排渣难的现象，引起过滤器压力高。综合分析可得，降低送往凯膜过滤器盐水中镁的含量，增大钙的含量才是解决问题的根源。

之前，将凯膜过滤器反冲的盐水集中到中间槽后，用回液泵将其输送到后反应罐，再经过反应罐流入凯膜过滤器，过滤器排渣程序排掉部分氢氧化镁，大部分氢氧化镁还在系统中循环未被除去。基于此种状况，增设管线将中间槽盐水直接输送到化盐桶化盐。

富含碳酸钙和少量氢氧化镁的盐水流入化盐桶后，和原盐逆向接触化盐，因原盐中含有泥沙等重组分杂质，部分氢氧化镁附着在泥沙上，沉积在化盐桶底部，系统中的镁被初步除去。因该车间双线运行，有2 个化盐桶，当化盐桶底部盐泥高后，倒换化盐桶进行清理底部盐泥，不影响正常生产。夹带着碳酸钙的盐水经过加压泵输送到气水混合器，在工艺允许的范围内，尽可能多地将压缩空气溶解在盐水中，进入加压溶气罐，经过预处理器流量调节阀减压后，压缩空气从盐水中释放出来，同时在预处理器进口通过文丘里混合器加入三氯化铁，三氯化铁是强电解质，且铁离子带电荷高，中和了氢氧化镁胶体所带电荷，使胶粒形成大颗粒而沉淀。因为预处理盐水中有碳酸钙的存在，大颗粒沉淀的胶粒与碳酸钙结合，共沉于预处理器底部，增加了氢氧化镁胶体的下沉量，通过预处理器排泥排至盐泥池。释放出来的压缩空气形成小气泡，氢氧化镁胶粒附着在气泡表面，向上做旋转运动，在预处理上部形成上浮泥排出。

该车间实行此法后，预处理器除去氢氧化镁能力提高，因下沉于预处理底部氢氧化镁增多，从预处理器送往凯膜过滤器盐水中氢氧化镁含量降低，过滤器压力原先最高可达60 kPa，现在过滤器最高压力为40 kPa，平均工作压力降11 kPa，优化了工艺，实现了凯膜过滤器低压运行。

5 结语

凯膜过滤器作为一次盐水精制的核心设备，只有高效，平稳，安全地运行，才能确保送往离子膜电解精制盐水的流量和质量。