重堿水平帶式真空過濾機工藝計算

包友興，夏文菊，楊 軍

（杭州龍山化工有限公司，浙江 杭州 311228）

世界上發(fā)達國家在純堿生產(chǎn)重堿過濾裝置中，基本上在本世紀初已采用水平帶式真空過濾機。目前，我國使用重堿轉(zhuǎn)鼓真空過濾機生產(chǎn)的純堿約占產(chǎn)能的90%；使用重堿水平帶式真空過濾機生產(chǎn)純堿約占產(chǎn)能的10%。在國內(nèi)，大連大化工程設計有限公司和大化集團大連化工股份有限公司在重堿水平帶式真空過濾機技術開發(fā)上走在全國純堿行業(yè)的前列。

我國純堿行業(yè)現(xiàn)有大型轉(zhuǎn)鼓真空過濾機20m2（φ2.6×2.5m），大型水平帶式真空過濾機過濾面積63m2（長×寬為21×3m）、81m2（長×寬為27×3m）及108m2（長×寬為27×4m）等三種規(guī)格定型機組。

1 水平帶式真空過濾機工作原理

水平帶式真空過濾機是一種水平放置固定帶式結(jié)構(gòu)真空過濾裝置。其工作原理是利用離心式真空機產(chǎn)生的真空度，在過濾介質(zhì)兩側(cè)產(chǎn)生推動力，以分離固液料漿。過濾介質(zhì)的托架是有足夠穿透空氣通道的橡膠皮帶，而且整個過濾過程是在水平運行軌跡上完成的。該過濾分離過程包括濾餅形成、濾餅洗滌、濾餅脫水、卸料和濾布洗滌5個過程周而復始地連續(xù)循環(huán)操作工序。固液分離的動力來自于由離心式真空機產(chǎn)生的負壓，物料傳輸來自于驅(qū)動裝置控制下過濾介質(zhì)傳送帶的移動。

水平帶式真空過濾機為恒壓過濾，過濾速率方程可表示為：

式中：ΔP為過濾壓強差，Pa；

r為單位重量濾餅的平均質(zhì)量比阻，m／kg；

m為濾餅的干濕重量比；

V為過濾體積，m3；

t為過濾時間，s；

μ為濾液黏度，Pa·s；

ρ為濾液密度，kg／m3；

A為過濾面積，m2；

c為濾液中固體物質(zhì)的質(zhì)量分率。

過濾壓強差ΔP為濾餅上表面大氣壓與真空盒壓強（俗稱負壓）之差。在選定離心式真空機和帶式真空過濾機之后，在過濾系統(tǒng)中過濾壓強差ΔP是基本不變的，呈恒壓過濾。

對于一定的氨堿法或聯(lián)堿法生產(chǎn)過程的碳化塔出堿液即過濾漿液，其中r、μ、c、ρ均為常數(shù)，物料過濾和洗滌階段均可用公式（2）進行分析，欲降低濾餅含水量就要加大過濾壓強或增長過濾時間。

帶濾機具有帶式結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，可以使干燥區(qū)隨皮帶的延長而增大，增加重堿在干燥段的停留時間，使之具有較大的過濾區(qū)域，濾餅能得到充分過濾，從而獲得低的含水量的重堿濾餅。

帶濾機的生產(chǎn)能力取決于過濾面積。它的有效過濾面積相對較大，其中吸收出堿液和排出濾液部分相對較短，且在瞬間完成吸收堿液，因此干燥區(qū)域可以相對增加；濾布沖洗再生過程是在非作業(yè)區(qū)域內(nèi)完成，因此不占用過濾面積。

相對于轉(zhuǎn)鼓過濾機，帶濾機在較大過濾面積和較長的過濾時間的有利條件下，正常生產(chǎn)中，可以做到重堿濾餅氯化鈉含量與洗水當量之間的相互調(diào)節(jié)。即：當需要重堿濾餅氯化鈉含量較低，用來加工低鹽純堿時，則可以加大洗水當量達到降低產(chǎn)品鹽分的要求；當聯(lián)堿生產(chǎn)需要系統(tǒng)母液收縮，又要確保產(chǎn)品質(zhì)量合格，則可以減少洗水用量來實現(xiàn)。

2 帶濾機物料計算

表1 RPA－81m2水平帶式真空過濾機技術參數(shù)（聯(lián)堿法）

1）重堿當量

1噸純堿×（1＋損失率）÷燒成率＝1 000×（1＋2%）÷53%＝1 924.53kg／t純堿

2）濾液當量（聯(lián)堿法）

碳化取出液當量×碳化取出液密度－重堿量

＝9.5m3／t×1 210kg／m3－1 924.53

＝9 570.47kg／t純堿

碳化取出液密度1 210kg／m3。

3）單位過濾面積能力（過濾性“F”值）

4）循環(huán)時間S

S＝濾餅形成時間＋沖洗時間＋脫水時間

3 濾餅洗滌過程計算

水平真空帶濾機最大優(yōu)點是可以將洗水分離并進行二次利用，這就可以降低洗滌水用量，即降低洗水當量，這對聯(lián)堿生產(chǎn)特別有意義。它將促進聯(lián)堿生產(chǎn)節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)。

在洗水分離罐中分離出的洗水液依靠其位差流入洗水回收桶，由一次洗水泵送入一次洗水桶，作一次洗水使用；用軟水沖洗濾布和橡皮膠帶后，把洗滌水收集到濾布洗水槽，用二次洗水泵送入二次洗水桶，作二次洗水使用；補充軟水或爐氣洗滌水或淡液蒸餾廢液到軟水洗水槽，作三次洗水使用。見圖1，圖中B1、B2、B3分別為一次、二次、三次洗水。

過濾和洗滌過程存在下列過濾母液、洗滌液、真空氣體等三個關系：

3.1 過濾母液

m2＝m1＋B2＋B3

B1、B2、B3分別為一次、二次、三次洗水量，kg／h或kg（m3）／t純堿；

m1為濾液流量，kg／h或kg／t純堿；

m2為過濾過程中進入濾液桶的稀濾液總流量，即包括濾液量和洗水加入量，kg／h或kg／t純堿；

m3為洗滌過程中洗滌液夾帶的母液量，kg／h或kg／t純堿。

為分析過濾和洗滌過程的各種物料中的濾液流量關系，我們把過濾和洗滌過程微小化，設第一個過濾＋洗滌過程中：

m1－1＝m2－1＋m3－1

第二個過濾＋洗滌過程中：

m2－2＝m2－1＋m3－1－m3－2

第三個過濾＋洗滌過程中：

m2－3＝m2－1＋m3－2－m3－3

第n個過濾＋洗滌過程中：

m2－n＝m2－1＋m3－n－1－m3－n

在穩(wěn)定過濾和洗滌過程中，B2、B3基本不變，m1也不變，則m3基本不會變化，則m3－1＝m3－2＝m3－3……＝m3－n，所以，m2－2＝m2－3＝……＝m2－n，即等于：m2－2＝m2－3＝……＝m2－n＝m1。說明濾液流量與洗滌次數(shù)無關，只與碳化出堿液流量及重堿量有關。

圖1 RPA－81m2水平帶式真空過濾工序流程

3.2 洗滌液

B1＝B2＋B3＋m3

從氨堿帶濾機查定數(shù)據(jù)、聯(lián)堿帶濾機運行數(shù)據(jù)及RPA聯(lián)堿帶濾機技術保證指標等資料綜合分析及計算，聯(lián)堿帶濾機過濾過程洗滌階段數(shù)據(jù)為：

B1＝0.729m3／t純堿，為100%；

B2＝0.365m3／t純堿，占B1的50.06%；

B3＝0.255m3／t純堿，占B1的34.98%；

m3＝0.109m3／t純堿，占B1的15.01%。

我們再分析第二道和第三道洗水用量，B2、B3之和為0.62m3／t純堿，比例為B2∶B3＝58.87%∶41.17%，B2＞B3。B3是軟水，用于濾餅側(cè)洗水、濾布逆流側(cè)洗水、橡膠皮帶沖洗水、真空盒耐磨帶潤滑水、皮帶支撐耐磨沖洗水、皮帶支撐耐磨潤滑水等，收集匯總后作第二道洗水B2。

第一道洗水是第二、第三道洗水及干燥區(qū)回收的洗水，此部分洗水經(jīng)一次洗水泵加壓后再回到帶濾機重復利用。此部分洗水含有鹽分多少與碳化出堿液全氯離子含量、生產(chǎn)負荷等工藝條件有關，經(jīng)測定洗水含有鹽分在10tt左右。盡管洗水含有一定的鹽分，但是對于降低濾餅鹽分，作用仍是非常明顯的。其主要作用是置換濾餅中的殘留母液，與殘留母液（即為碳化取出液）相比，這部分洗水含Cl－要低得很多。

第二道洗水是濾布再生的沖洗水。一方面對濾布實現(xiàn)再生，另一方面回收皮帶、濾布上殘留的重堿。這部分洗水鹽分很低，洗滌效果好，因洗水中含有一定濃度的重堿，洗滌重堿濾餅時降低溶解損失。沖洗濾布的洗水收到濾布水收集槽，由二次洗水泵送到帶濾機第二洗水槽。通常對濾布洗水量設定為恒定量，約為洗水補充量的60%左右，因此這部分洗水基本不予調(diào)節(jié)。

第三道洗水經(jīng)常采用煅燒爐氣洗滌水等含Cl－很低的淡液，盡可能減少軟水補充。第三道洗水是控制產(chǎn)品鹽分最終調(diào)節(jié)方法。

3.3 真空氣體

與帶濾機配套的抽真空系統(tǒng)是過濾過程的動力源。目前基本上都用離心式真空機產(chǎn)生真空度，推動整個過濾過程。過濾真空系統(tǒng)真空氣體流量存在下列關系：

Q＝Q1＋Q2

Q為離心式真空機抽氣量，m3／h或 m3／t純堿；

Q1為過濾段真空抽氣量，m3／h或 m3／t純堿；

Q2為洗滌和干燥段真空抽氣量，m3／h或m3／t純堿。

RPA－81m2帶濾機有25根DN150真空支管，真空支管再匯集到真空總管。真空總管上設置分段隔離盲板，以分隔過濾段真空管線與洗滌段真空管線，過濾段真空管線與濾液分離罐相連接，洗滌段真空管線與洗滌液分離罐相連接，達到分別回收過濾液與洗滌液的目的。

真空總管上，從過濾段開始第7根支管至第10根支管之間，設置多對法蘭。因過濾的對象工藝條件如：母液當量（氨堿與聯(lián)堿）、碳化出堿液流量（生產(chǎn)負荷）等發(fā)生較大變化時，利用真空管上設置多對法蘭，將分段隔離盲板在真空管上的位置進行調(diào)整移動，以適應變化的工藝條件。

RPA－81m2帶濾機配置真空抽氣量Q＝45 000m3／h，生產(chǎn)能力為43.75t純堿／h（1 050t純堿／d·臺），真空當量約1 030m3／t純堿。濾液密度1 130kg／m3。

1）真空支管濾液流速

濾液流量m1＝9 570.47÷1 130kg／m3＝8.47 m3／t純堿

稀濾液總流量m2＝m1＋B2＋B3＝8.47＋0.365＋0.255＝9.09m3／t純堿，即398m3／h。

RPA－81m2帶濾機真空總管的分段隔離盲板設置在第8根支管與第9支根之間。前置8根支管為過濾段真空管線。每根支管濾液平均流量為：398 m3／h÷8＝49.75m3／h。

真空支管平均濾液流速為V濾液＝Q／F＝49.75／（3 600×0.152×3.14／4）＝0.78m／s，實際過程是與抽真空氣相混合，濾液流速要增大。

2）真空支管空氣流速

每根真空支管平均空氣量為：45 000m3／h÷25＝1 800m3／h，空氣平均流速為：V空氣＝Q／F＝1 800／（3 600×0.152×3.14／4）＝28.3m／s

進入濾液分離罐真空氣量Q1為：1 800×8＝1 4400m3／h

進入洗滌液分離罐真空氣量Q2為：1 800×17＝30 600m3／h

3）洗滌真空管線洗滌液平均流速

一次洗滌液流量B1×43.75t／h＝0.729×43.75＝32m3／h

洗滌段共17根真空管線，每根真空管洗滌液平均流量：32／17＝1.88m3／h

洗滌真空管線洗滌液平均流速V洗滌液＝Q／F＝1.88／（3 600×0.152×3.14／4）＝0.03m／s

［1］ 丁超然.從真空帶濾機結(jié)構(gòu)特性分析其應用優(yōu)勢［J］.純堿工業(yè)，2010（3）

［2］ 王遠.真空水平帶式濾堿機的應用及技術分析［J］.純堿工業(yè)，2013（1）

［3］ 杜維剛.聯(lián)堿用帶濾機的研制和應用［C］／／中國化工學會無機酸堿鹽專業(yè)委員會.第十五屆純堿學術年會論文集.2012