PE微孔過濾器及在小蘇打生產(chǎn)中的應(yīng)用

牟灝文

（江蘇井神鹽化股份有限公司淮安堿廠，江蘇 淮安 223200）

PE微孔過濾器及在小蘇打生產(chǎn)中的應(yīng)用

牟灝文

（江蘇井神鹽化股份有限公司淮安堿廠，江蘇 淮安 223200）

本文介紹PE微孔過濾器的結(jié)構(gòu)、工作原理、性能及在小蘇打生產(chǎn)中過濾堿液的使用效果，并提出分析建議。

堿液；PE過濾器；原料精制；小蘇打

江蘇井神鹽化股份有限公司淮安堿廠于2011年1月底建成投產(chǎn)，采用了井下循環(huán)、鹽堿鈣聯(lián)合生產(chǎn)新工藝，得到同行和專家的首肯。在生產(chǎn)過程中，伴有富裕的熱堿液、CO2生成，為更好地豐富產(chǎn)品種類與實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，經(jīng)過報(bào)批立項(xiàng)后決定新建一套3萬噸/年小蘇打裝置，本系統(tǒng)工藝先進(jìn)，設(shè)備管線配置合理（其中在原料液處理中使用了PE微孔過濾器），具有生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)勢，并于2014年2月份通過了食品級驗(yàn)收。

隨著市場競爭的日益激烈，質(zhì)量已成為衡量一個(gè)企業(yè)是否具有市場競爭能力的前提條件。小蘇打作為一種重要的化工原料，其質(zhì)量指標(biāo)也越來越被人們重視，特別是用于食品行業(yè)的小蘇打，對質(zhì)量要求更高。小蘇打生產(chǎn)過程中堿液的過濾至關(guān)重要，濾液的質(zhì)量直接影響著成品質(zhì)量的優(yōu)劣，還影響設(shè)備的運(yùn)行情況。所以，始終要重視濾液過濾效果，并長期關(guān)注改進(jìn)其工藝的問題。

1985年之前，小蘇打原料液的凈化一般采用沉降、板框壓濾、剛玉過濾等方式，但因?yàn)檠b置體積大、強(qiáng)度差、設(shè)備易損壞、運(yùn)行維護(hù)困難等，難于長期穩(wěn)定使用，堿液過濾質(zhì)量得不到保證，造成產(chǎn)品質(zhì)量波動大，而不得不放棄。

PE微孔過濾器首先應(yīng)用于污水處理中，過濾污水中的不溶物及其它雜質(zhì)。隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，這種過濾器以其過濾后濾液清澈度高、不溶物含量低、無毒、無害等優(yōu)點(diǎn)而引進(jìn)到其它行業(yè)，被越來越廣泛地使用。

采用PE微孔過濾器過濾小蘇打原料液后，濾液質(zhì)量明顯提高，澄清度與水不溶物指標(biāo)進(jìn)一步優(yōu)化，濾液流量大幅度增長，為小蘇打規(guī)?；a(chǎn)提供了有力的保障。

1 PE微孔過濾器的結(jié)構(gòu)、過濾原理及特點(diǎn)

PE微孔過濾器是由濾管、集液管盒、出液管、本體等組成，過濾器外殼均是立式圓柱型，材質(zhì)為不銹鋼、碳鋼、搪玻璃等，殼體內(nèi)安裝微孔過濾管或微孔過濾板。PE燒結(jié)過濾管是采用低壓超高分子聚乙烯（PE）材料經(jīng)燒結(jié)而制成的微孔管，其管壁可視為像無數(shù)蜂窩一樣堆砌而成，這些微孔起到了對過濾對象中超精度顆粒的截濾作用。從燒結(jié)工藝上控制（例如調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度）可得到不同孔徑的燒結(jié)管，適用于不同過濾介質(zhì)的需要。

PE過濾器的過濾為表面和深層截濾。懸浮液進(jìn)入過濾器筒體后，在一定的壓力下從過濾管外表面滲過過濾管上的微孔，經(jīng)集液管盒流出，大于過濾精度要求的固體顆粒被截留在過濾管外表面，形成雜質(zhì)濾層。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，雜質(zhì)濾層會隨之增厚，流量降低、壓差增大，過濾工藝結(jié)束將轉(zhuǎn)入反洗再生工藝流程，過濾管可以反復(fù)再生，長期使用。為防止濾層過于密實(shí)，濾層阻力降升高，要求運(yùn)行時(shí)過濾器進(jìn)出口壓差不得超過0.2Mpa。PE過濾器的過濾方式為非恒流式過濾，流量在運(yùn)行過程中隨著時(shí)間的增加而逐漸減小。

PE微孔過濾器采用高分子材料制成過濾元件用于液固分離，其特點(diǎn)為：

（1）PE管由高分子材料（聚乙烯）燒結(jié)而成，屬三維過濾，過濾管無毒、無味、無異物溶出，耐化學(xué)腐蝕、耐壓高，不易損壞，廣泛應(yīng)用于電子、石油、化工、醫(yī)藥、食品等工業(yè)部門中水的預(yù)處理和后處理系統(tǒng)上。

（2）過濾精度高、過濾效果好，用于液固精密過濾，最小可過濾0.2μm的微細(xì)顆粒，過濾效率可大于99.9%。

（3）整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、過濾面積大，適用于工作場地狹小處。

（4）使用壽命長，用“氣—水混合流體”快速反吹法，可對微孔管進(jìn)行高效、簡單的物理再生，微孔管可長期使用。

（5）壓縮氣體反吹法排渣操作便捷，啟閉快速穩(wěn)定可靠，減輕操作人員的勞動強(qiáng)度，生產(chǎn)場地清潔。

（6）根據(jù)工藝要求可在機(jī)外設(shè)保溫夾套，機(jī)體內(nèi)襯防腐材料涂層。

2 小蘇打生產(chǎn)中應(yīng)用概況

2.1 設(shè)備簡介

淮安堿廠小蘇打車間現(xiàn)有PE微孔過濾器4臺，專門用于堿液過濾。過濾器型號：KK—1400；過濾面積：40m2；最高過濾溫度：90℃；工作壓力：0.2~0.6 Mpa；過濾能力：38 m3/h ；過濾精度：5μm ；設(shè)備材質(zhì)：SUS304+ PE。

2.2 純堿原料液過濾工藝流程

純堿中通常含有少量的Fe2O3、Al2O3、CaCO3、MgCO3等不溶雜質(zhì)，其含量≤100mg/kg，而制成堿液后，一部分微溶無機(jī)鹽被溶解，實(shí)際水不溶物遠(yuǎn)低于純堿中的雜質(zhì)含量。這些水不溶物的顆粒大小不一，較大的粒子可在澄清時(shí)沉降除去，較細(xì)的顆粒粒徑≤20μm，不易用通常澄清方法除去，應(yīng)采取微孔管過濾以確保產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。

由化堿崗位送來的堿液進(jìn)入堿液澄清桶進(jìn)行澄清，經(jīng)溢流送入清堿液桶，再用泵送至PE過濾器。堿液溫度80℃左右，濃度78~82tt（按Na2CO3計(jì)）。堿液由過濾器底部進(jìn)入筒體，依靠清堿液泵的壓力，滲入PE管內(nèi)。按初始低壓—形成雜質(zhì)濾層—逐步加壓—排渣的程序進(jìn)行操作，初始壓力應(yīng)控制在0.1MPa以下，待濾液中的雜質(zhì)在過濾管外壁上形成一層雜質(zhì)濾層時(shí)，在泵的壓力作用下，懸浮液中的微粒會在微孔道外迅速發(fā)生“架橋”現(xiàn)象，因而使部分直徑小于微孔道的細(xì)小顆粒也被截住，濾液穿過雜質(zhì)濾層進(jìn)入濾盒，從出液管流出。過濾后的精制堿液進(jìn)入精堿液桶，作為碳化用堿液儲備，供碳化塔使用。

2.3 PE管再生處理

PE過濾器使用過程中，堿液中的固體物（包括未溶解或解析出的結(jié)晶）經(jīng)常堵塞微孔，造成流量降低、壓差增大，需定期進(jìn)行PE管再生處理。PE管的再生方式有物理再生法（清水反洗、壓縮空氣反吹）和化學(xué)再生法。平時(shí)常采用前兩種方法，當(dāng)使用時(shí)間較長，用物理清洗方法效果不明顯時(shí)，可以采用化學(xué)清洗，將過濾器內(nèi)的PE管整組卸下，浸泡在濃度約10%的氫氧化鈉溶液中48小時(shí)，然后用自來水沖洗干凈，再浸泡在濃度約5%的稀鹽酸溶液中4小時(shí)。完成后將過濾器組裝好，用清水反洗一次，再用壓縮空氣反吹，即可轉(zhuǎn)入正常過濾操作。但是，不主張使用化學(xué)清洗方法，主要是化學(xué)清洗后的沖洗水的處置是環(huán)保排放難題。對于零排放企業(yè)，酸堿水排放無法解決。

2.4 PE過濾器操作注意事項(xiàng)

（1）自選泵配套使用時(shí)，要注意水泵的流量、壓力應(yīng)與過濾器的流量、壓力匹配。

（2）PE管過濾屬精密過濾，在使用過程中，堿液中的固體物經(jīng)常堵塞微孔、阻礙液體流量，需定期用冷凝水反洗和壓縮空氣沖堵，除去雜物，以保證過濾液質(zhì)量。如原料液過臟應(yīng)做預(yù)處理，以保證過濾工況，延長過濾作業(yè)周期。

（3）應(yīng)按照“初始低壓”的工藝操作規(guī)程操作，初濾時(shí)壓力一般控制在0.1MPa以下，由于濾液中含有小于介質(zhì)孔徑的渣質(zhì)，如果初始壓力較高，一方面會造成過濾初始，濾液精度不符合要求；另一方面微孔會堵塞，造成流量很快降低，過濾周期較短。

（4）生產(chǎn)實(shí)踐證明，用較低的壓差可長期保持衰減較小的操作速率。

（5）PE過濾器可分組，每組過濾器為一開一備。過濾器正常運(yùn)行、反洗或倒換操作，所有閥門操作必須緩慢，防止過濾器內(nèi)部突然升壓、破壞過濾器內(nèi)部結(jié)構(gòu)。過濾器停止使用必須將過濾器進(jìn)口閥關(guān)閉。過濾器停用時(shí)應(yīng)放光濾液，如果時(shí)間不長，可不必打開過濾器；若時(shí)間較長，或?yàn)V液不宜長時(shí)間存放，則要清洗過濾器。當(dāng)過濾器進(jìn)出口壓力差到1倍的時(shí)候說明微孔孔隙大多已被堵塞，過濾器就需要反洗。

（6）清水反洗是原出口變進(jìn)口，把反洗水反方向打進(jìn)，為保證反洗再生效果，一方面反洗水的溫度應(yīng)不低于過濾操作溫度，但不能超過PE管的耐溫極限；另一方面反洗水的壓力要略高于過濾壓力。要注意關(guān)閉原液過濾管道，打開排污口，關(guān)閉全部過濾管，逐個(gè)進(jìn)行反沖，清洗時(shí)間在15分鐘左右，以保證沖洗干凈。

2.5 應(yīng)用效果

表1 食品添加劑碳酸氫鈉分析報(bào)告單

（1）采用PE過濾器后，堿液過濾工況相當(dāng)穩(wěn)定，濾液無色透明、濾液的濁度≤30ppm。過濾器運(yùn)行時(shí)間可達(dá)一周才清洗再生，小蘇打生產(chǎn)穩(wěn)定。同時(shí)產(chǎn)品的質(zhì)量得到了保證，小蘇打成品的總堿量、澄清度、白度始終穩(wěn)定合格，鐵含量控制在0.002%以下，不溶物含量一直保持在0.02%以下，已經(jīng)達(dá)到食品級標(biāo)準(zhǔn)。食品添加劑碳酸氫鈉分析報(bào)告如表1所示。

（2）合理利用小蘇打生產(chǎn)中產(chǎn)生的一部分蒸汽冷凝水清洗過濾器，有利于小蘇打系統(tǒng)的水平衡。

3 分析建議

（1）PE過濾器僅對廢堿（次品堿、落地堿）制成的堿液進(jìn)行二次過濾，應(yīng)減少非過濾堿液走PE過濾流程，以降低PE過濾器的使用強(qiáng)度，提高過濾效果。用正品純堿制成的堿液無需進(jìn)行精密過濾（成品純堿已經(jīng)達(dá)到食品級標(biāo)準(zhǔn)）。

（2）要確定PE過濾器的規(guī)格型號，一般視待處理的堿液質(zhì)量情況（欲截留去除的最小顆粒尺寸）選擇合適的PE濾管目數(shù)。PE濾管不能選擇過大的目數(shù)，如選擇濾管目數(shù)過大，過濾精度過高，將使操作壓力即輸入過濾器的堿液壓力提高，較高的壓差容易造成PE管的微孔過快堵塞，或是將濾渣層壓實(shí)，造成過濾速率衰減，過濾器反吹再生頻繁，再生周期和再生效率均會下降。

（3）要選好PE過濾器的過濾面積，根據(jù)我廠使用經(jīng)驗(yàn)，清堿液流量在20~50 m3/h時(shí)，選用過濾面積為40m2的過濾器共四臺分為兩組，每組過濾器為一開一備，反洗再生周期可保證為一周。

（4）要達(dá)到精濾的目的，前期必須用預(yù)過濾設(shè)備（例如堿液工藝過濾處理第一步用澄清桶改善堿液質(zhì)量），再用PE過濾器。

（5）可以在每臺過濾器出液管線上安裝取樣口，每小時(shí)對濾液做水不溶物和鐵含量分析，確保濾液工藝指標(biāo)合格。同時(shí)能逐臺判斷過濾效果，如發(fā)現(xiàn)濾液指標(biāo)不合格可及時(shí)關(guān)閉該過濾器，使其停止運(yùn)行。

（6）小蘇打生產(chǎn)過程中，母液是循環(huán)使用的。由于產(chǎn)品帶水和蒸發(fā)等原因，母液量會逐漸減少，需要補(bǔ)充水來維持系統(tǒng)的水平衡。但是，生產(chǎn)中的補(bǔ)水量根據(jù)生產(chǎn)需要往往大大多于水的減少量，所以水平衡控制顯得格外重要。小蘇打生產(chǎn)過程中，系統(tǒng)的補(bǔ)充水主要來自兩個(gè)方面：塔處理系統(tǒng)和洗滌處理過程。因此，水平衡控制也主要從這兩個(gè)方面進(jìn)行。用清水及壓縮空氣清洗PE過濾器，對于沖洗水的控制及其循環(huán)利用必須與小蘇打系統(tǒng)補(bǔ)充水實(shí)現(xiàn)平衡。因此洗水罐的配置及沖洗水流程對于小蘇打工藝是非常重要的。

（7）PE微孔過濾器的定期清理會產(chǎn)生紅色（含鐵）堿性廢液，應(yīng)通過工藝流程的改進(jìn)安裝堿液回收裝置。

（8）PE微孔管使用一定時(shí)間后，微孔管會堵塞，由于堿液的溫度較高（80℃左右）和強(qiáng)酸強(qiáng)堿化學(xué)再生對PE管的老化有影響，使得PE管變硬發(fā)脆，在化學(xué)清洗再生過程中極易斷裂脫落，且再生一次需將設(shè)備內(nèi)的濾盒提出，比較麻煩。頻繁地化學(xué)清洗從其經(jīng)濟(jì)性和安全性考慮應(yīng)該盡量避免。PE管的使用壽命在一年半左右，每次更換濾管費(fèi)用較高。今后針對PE管的材質(zhì)問題還應(yīng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究及完善，以盡量減少PE管化學(xué)清洗次數(shù)，延長PE管使用壽命。

（9）鐵離子無法通過PE過濾器進(jìn)行過濾，而熱堿液在循環(huán)噴淋中對爐氣管道的沖刷腐蝕并被氧化成氧化鐵的微粒，PE過濾器是有效的。對于熱堿液應(yīng)配置單獨(dú)的送入小蘇打系統(tǒng)的熱堿液PE過濾器，僅對氧化鐵進(jìn)行過濾。精濾后的熱堿液可以直接送至成品精堿液桶使用。

（10）小蘇打化堿工序應(yīng)嚴(yán)格控制堿液濃度。按78tt堿液濃度下限控制，不僅有利于小蘇打結(jié)晶質(zhì)量控制，更可避免因堿液濃度過高而產(chǎn)生Na2CO3·H2O結(jié)晶，堵塞PE過濾器，影響過濾器的使用周期。

4 結(jié)語

本裝置投入生產(chǎn)后，運(yùn)行穩(wěn)定、過濾效果好，解決了堿液精制難的問題，使小蘇打產(chǎn)品的質(zhì)量上了一個(gè)新的臺階，具有很好的應(yīng)用推廣價(jià)值。希望廣大實(shí)際操作人員能夠在使用中積累更多的經(jīng)驗(yàn)以促進(jìn)這項(xiàng)工藝水平的不斷提高，過濾器生產(chǎn)廠家能夠根據(jù)設(shè)備使用上的不足進(jìn)行積極地改進(jìn)，降低PE管的生產(chǎn)成本，以利推廣。此外，PE微孔過濾器適用于醫(yī)藥、化工、食品、輕工、紡織、機(jī)電、船舶等工業(yè)生產(chǎn)及“三廢”處理的固液分離，可裝在其他過濾精度較低的傳統(tǒng)過濾機(jī)（如板框壓濾機(jī)、離心機(jī)、葉片過濾機(jī)、轉(zhuǎn)鼓式過濾機(jī)等以濾布為過濾介質(zhì)的過濾機(jī)）后進(jìn)行精密復(fù)濾，提高產(chǎn)品收率，也是取代傳統(tǒng)固液分離設(shè)備的一種理想選擇。

[1] 中昊（大連）化工研究設(shè)計(jì)院有限公司.純堿工學(xué)(第三版)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014(5).

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[4] 丁喜梅. PE微孔過濾器在天然堿加工工業(yè)中的應(yīng)用[J].純堿工業(yè)，1996(5):22-25.

PE Microporous Filter and Its Application in the Production of Baking Soda

MOU Haowen
(Jiangsu Jingshen Salt Limited by Share Ltd Huai'an soda plant, Huai'an 223200 , China)

In this paper by PE microporous filter structure, working principle, performance and in the production of baking soda and filtering effect of the use of lye, suggestion is proposed and analyzed.

Lye; PE Filter; Raw Material; Baking Soda

牟灝文（1982- ），助理工程師，畢業(yè)于北京化工大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè),淮安堿廠生產(chǎn)技術(shù)部。