基于两级旋流+超滤膜组合法净化工业气体中超微细雾滴的研究

解清杰，刘佩锦，孟庆曦，周君立，卜睿祥，彭鸿彬

(1.江苏大学 环境与安全工程学院，江苏 镇江 212013；2.镇江江南化工有限公司，江苏 镇江 212013)

1 引言

在医药、化工、炼钢、石化、发电等社会生产领域，如酸洗、电镀、电解、制酸等过程中均会使用到硫酸、盐酸、硝酸、有机溶剂等物质。生产后的气相中一般会夹带有一定数量、大小不一的液相雾滴，这对生产及环境都是有害的，需要设法将其除去[1]。雾滴主要是由于液体表面蒸发，与水凝结而形成，另外，在发生化学反应时，均有气泡产生，气泡上浮到液面后爆破，液滴也随之而出。雾滴中会含有许多有毒有害的物质，其性质也各不相同，如含有酸液、碱液和有机溶剂等，会影响其反应过程，会腐蚀或堵塞设备及仪器等；如果未祛除直接排放，还会形成"白烟"，影响人们的视野，污染环境并影响人们的身体健康。

例如，有机硅材料生产过程中氯化氢原料的除杂问题，经二甲基二氯硅烷水解，氯化氢气体中多含有粒径不一的硅氧烷超微细雾滴，在设备隐患、产品质量和员工健康生产等多方面均存在较多问题。此外，超微细雾滴作为诱发“雾霾”的重要因素之一，其粒径在0.1～100μm之间，肉眼难以看见。随着社会对“雾霾”问题的愈发重视，国内外就除雾技术的研究亦不断深入[2]。

2 方法介绍

结合图1 所示 ：该新型超微细雾滴净化工艺基于旋流分离结合气态超滤膜净化技术。选取了较大高径比的旋流器及可更换多种膜材料的气态超滤膜作为其中的主要处理单元，在基本保证不影响原始工业气体原料的前提下，对超微细雾滴进行去除净化。该工艺运作时，先将一定压力的含雾气流沿一级旋流器外筒体切线方向通入其中，旋流器底部以支架加紧固螺丝固定。所得气流由出口排出，离心分离的雾滴颗粒沿筒壁滑向底部，经排污管流至储罐收集。一级旋流器出口含雾气流沿导流孔仍按切线方向进入后续二级旋流器，旋流器底部亦以支架加紧固螺丝固定。开展二次捕集，雾滴颗粒靠重力沿排污管经底部流入储罐，气流经两级旋流器的下方出口排出。所排出的气流进一步流过气态超滤膜，持续过滤，排出净化后的气体，实现达标处理。当出现处理效率不佳时，则利用膜清洗装置对前期使用过的气态超滤膜进行清洗，排出清洗废液，风干后进行再次利用。所述的膜清洗装置与超滤膜顶部相接，实现整体流程的一体化。该工艺能高效去除工业企业生产过程中的超微细雾滴杂质，净化效率好，能耗低，实施面积小，处理稳定、安全、廉价且便于操作。该工艺包括两级旋流处理单元、气态超滤膜单元与辅助系统；主要结构包括两级旋流器、气态超滤膜、膜清洗装置和储罐。

(1)在两级旋流处理单元中，所选两级旋流器的径高比分别设置为1∶(5～7)和1∶(10～15)，超微细雾滴颗粒可在旋流离心力作用下有效地实现去除，且两级旋流器所用的雾滴储罐为同一储罐。

(2)在气态超滤膜单元中，气态超滤膜材料应结合超微细雾滴的性质进行选取，包括无机膜材料、有机膜材料和无机-有机复合膜材料。

(3)在辅助系统中，主要包含膜清洗装置和雾滴收集罐，所述的膜清洗装置与超滤膜顶部相接，提供清洗液进行反冲洗。需强调的是所用的清洗液应结合气流中超微细雾滴的性质进行选取：①选用(1%～2%)柠檬酸溶液或柠檬酸钠溶液或(0.4%～0.5%)HCl溶液，对铁盐或碳酸盐溶液雾滴进行清洗；②选用(0.1%～0.2%)NaClO+(0.1%～0.2%)NaOH溶液，清洗由有机物雾滴及活性生物溶液雾滴引起的超滤膜组件的污染；③选用(0.2%～0.3%)H2O2+(0.2%～0.3%)NaOH溶液，清洗由谷氨酸发酵液雾滴引起的超滤膜组件的污染；④选用(1%～1.5%)甲醛溶液，清洗由细菌溶液超微细雾滴导致的膜组件污染；⑤选用清洗液配方：(15%～20%)的Na2CO3、(5%～7%)的Na3PO4、(1%～3%)的NaOH、(0.3%～0.5%)的EDTA(乙二胺四乙酸)，清洗由胶体溶液雾滴造成的膜污染；⑥选用清洗液配方：(7%～10%)的十二烷基苯磺酸钠、(6%～9%)的表面活性剂、(0.3%～0.5%)的NaOH、(0.1%～0.2%)的无水碳酸钠、(9%～12%)的磷酸钠、(8%～10%)10%的硅酸钠，清洗时需注意控制pH值介于(5.5～8.5)，不宜过酸过碱，要慎重选择，主要清洗含油废水所造成的膜污染；⑦选用清洗液配方：(2%～4%)的H3PO4、(0.3%～0.6%)的乙二胺四乙酸二钠、(0.3%～0.5%)的LBOW专用清洗剂，清洗蛋白质类和油脂类超微细雾滴造成的污染；⑧通常情况下，选用蒸馏水作为膜清洗液，清洗排出清洗废液后风干即可。上述清洗过程完成后，排出清洗废液后风干即可。

图1 基于两级旋流+超滤膜组合法净化工业气体中超微细雾滴的处理流程框图

3 结语

本文介绍的超微细雾滴去除工艺基于一种旋流分离和气态超滤膜组合技术，针对目前化工企业生产或解吸所得工业气体中含有的超微细雾滴杂质的行业难题，该工艺可有效解决该行业因该技术短板而造成的产品质量下降、管线设备堵塞、开车时间短和运行装置腐蚀等问题。改善我国酸洗、电镀、电解、制酸等工业生产过程中超微细雾滴影响气体原料及气体产品质量等现状。提供一种能够吸附净化直径小至0.1μm的超微细雾滴的一体化气液分离工艺，使得经过净化后的工业气体能够达到较高要求的行业标准，由此满足国内有关的企业生产与消费需求。