頗爾膜過濾器在離子膜法制堿一次鹽水系統(tǒng)的應(yīng)用研究

張曉宇

摘 要：隨著時(shí)代的發(fā)展，我國的氯堿行業(yè)也在飛速發(fā)展，氯堿行業(yè)中的應(yīng)用技術(shù)有很多，其中以應(yīng)用離子膜法電解的事例越來越來越多，其越來越受重視。本文根據(jù)我國目前離子膜制堿生產(chǎn)中一次鹽水制備的現(xiàn)實(shí)情況，以及現(xiàn)在一些集團(tuán)生產(chǎn)的實(shí)際情況，對頗爾膜過濾器在一次鹽水中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了進(jìn)一步的探索，在經(jīng)過對原料引入的雜質(zhì)、頗爾膜過濾器在離子膜法電解一次鹽水系統(tǒng)中的應(yīng)用、對一次鹽水系統(tǒng)的物料平衡進(jìn)行計(jì)算以及主要設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)后，寫下本文，望對一次鹽水中重點(diǎn)控制的雜質(zhì)指標(biāo)、裝置的工業(yè)化設(shè)計(jì)以及簡化工藝流程方面有所貢獻(xiàn)，望對廣大同仁有所幫助。

關(guān)鍵詞：頗爾膜過濾器；離子膜制堿；一次鹽水系統(tǒng)

一、離子膜法制堿工藝中鹽水的質(zhì)量及達(dá)標(biāo)研究

首先，我們需要對一次鹽水精制技術(shù)的原理進(jìn)行大概了解。離子膜法電解需要的原料并不是一次鹽水，而是二次鹽水，二次鹽水是需要用一次鹽水并加以樹脂塔進(jìn)行離子交換后得到的，二次鹽水的質(zhì)量達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵因素是一次鹽水精制后的質(zhì)量是否達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)。一次鹽水精制主要是除去一些雜質(zhì)離子：鈣離子、鎂離子、硫酸根離子、以及天然有機(jī)物。如果需要使用離子膜法制堿工藝，那就需要質(zhì)量比較高的二次鹽水，從而保證離子膜裝置穩(wěn)定，進(jìn)而保證離子膜的高效運(yùn)行。在一次鹽水質(zhì)量合格的前提下，二次鹽水的制作過程基本決定了二次鹽水的質(zhì)量。在經(jīng)過對相關(guān)企業(yè)的二次鹽水精致工藝的研究之后，我認(rèn)為以下幾個(gè)方面對二次鹽水的質(zhì)量有較大影響。第一，樹脂類型的影響。在二次鹽水的精致工藝過程中，樹脂塔的作用是對進(jìn)入其中的鹽水進(jìn)行處理，將鹽水中的金屬離子螯合除去，這些離子主要是鈣離子、鎂離子等等。而用于離子交換的交換樹脂主要是氨基羧酸螯合樹脂和氨基膦酸螯合樹脂，對于這兩種樹脂的選用是需要根據(jù)生產(chǎn)中所用的原料進(jìn)行選擇的，在制備二次鹽水時(shí)，由于氨基膦酸螯合樹脂和特定的陽離子有更大的親和性，因此多用氨基膦酸螯合樹脂；而氨基羧酸螯合樹脂更善于除去鍶等重金屬，因此，氨基羧酸螯合樹脂多用于除去重金屬離子。第二，樹脂塔最大流量的影響。樹脂塔的最大流量在其樹脂的填充量確定的時(shí)候就已經(jīng)確定了，在后期并不能改變。要使樹脂可以充分吸收雜質(zhì)離子，就需要鹽水和樹脂有比較充分的接觸時(shí)間，如果進(jìn)入樹脂塔的鹽水的流速不平穩(wěn)，就會(huì)造成正二價(jià)金屬離子不能被樹脂塔送走，因此，樹脂塔不僅要控制流量合適，也要保證鹽水的流量平穩(wěn)。第三，鹽水pH值的影響。為了保證鹽水的質(zhì)量，鹽水的pH值既不能高于11也不能低于9，pH值過高會(huì)造成陽離子形成氫氧化物，使吸附量大大下降，如果pH值太小，會(huì)使已經(jīng)吸附的離子重新回到鹽水中，對鹽水造成很大的污染，大大降低了鹽水的質(zhì)量。除了以上三個(gè)影響因素之外，鹽水溫度的影響、樹脂塔壓差控制的影響都是影響二次鹽水精制過程的重要因素。

二、頗爾膜過濾器處理氯堿一次鹽水的實(shí)驗(yàn)研究

本次實(shí)驗(yàn)，主要是集中研究在過濾壓力對于通量的影響上，同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)的過程中，需要保證過濾任務(wù)順利完成，因此，在實(shí)驗(yàn)過程中，我們需要得到合適的過濾壓力以及適宜的過濾速度，另外，需要知道的是，新一代的膜表面過濾器的過濾速度是0.8～1.1m/h.在實(shí)驗(yàn)之前，我們需要先明確幾個(gè)過濾膜分離傳遞過程中的主要參數(shù)：過濾通量以及截留率。接下來，我將介紹我的實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)分為兩個(gè)部分進(jìn)行，預(yù)過濾、過濾過程以及清洗過程均是根據(jù)頗爾公司的過濾技術(shù)進(jìn)行確定的。首先是對粗鹽工藝的確定實(shí)驗(yàn)，此實(shí)驗(yàn)設(shè)置了三個(gè)方案，一次是對前面所做的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，力求有所發(fā)現(xiàn)，有所突破。在第一個(gè)方案是飽和桶出水加精制劑去除鈣離子、鎂離子以及硫酸根離子后不用任何操作直接過濾，經(jīng)過2分鐘的預(yù)過濾，30分鐘的過濾，并且保證實(shí)驗(yàn)溫度以及pH值等均合適，但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻不盡如人意，過濾流量下降比較快，并且性能的恢復(fù)情況在再生后并不能達(dá)到要求。方案二是飽和桶出水加精制劑除去鈣、鎂，在不處理硫酸根的情況下直接過濾，并且在吸取了方案一中流速下降快的教訓(xùn)，本方案對漿料配置原料也進(jìn)行了一些改進(jìn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，方案二的改進(jìn)方式還是比較成功的，方案一中的流速快、再生性能恢復(fù)能力弱的問題均得到了大幅度改善。方案三依然是針對流量下降很快的問題，采用了飽和桶出水加精制劑除鎂、硫酸根后，再沉淀鈣過濾的方法，是過濾的周期明顯增長，并且再生性能恢復(fù)狀況非常好。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)是過濾通量的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。這一實(shí)驗(yàn)是建立在第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上的，并且分為了兩個(gè)小實(shí)驗(yàn)，第一個(gè)小實(shí)驗(yàn)是研究在不同的壓力下過濾量隨時(shí)間的變化，這一實(shí)驗(yàn)的目的是找出過濾過程中的平衡通量，而第二個(gè)實(shí)驗(yàn)是研究不同壓力下過濾通量的變化情況，進(jìn)而找到過濾器的最佳工作壓力以及最佳過濾通量。在經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)之后，我們可以在上述方案中找到最佳方案，以此來確定相關(guān)參數(shù)，最終達(dá)到頗爾公司的設(shè)計(jì)參數(shù)。

三、頗爾膜過濾器的工業(yè)化設(shè)計(jì)及運(yùn)行

首先，我將簡單介紹頗爾膜過濾器的工業(yè)化設(shè)計(jì)。經(jīng)過一系列的實(shí)驗(yàn)以及參考了頗爾公司的過濾工藝，我認(rèn)為，針對過濾過程可以分為以下幾個(gè)操作：進(jìn)料、預(yù)過濾、過濾、脈沖清洗以及化學(xué)清洗，由于一次鹽水系統(tǒng)的穩(wěn)定性是我們需要考慮的重要因素，因此，我們設(shè)置了兩臺頗爾膜過濾器用于這次的工業(yè)設(shè)計(jì)。對頗爾膜過濾器的設(shè)計(jì)需要考慮多方面的因素，其中過濾面積的計(jì)算以及頗爾膜過濾器進(jìn)出口管徑的計(jì)算是非常重要的，根據(jù)多次試驗(yàn)，我們得到的最佳過濾通量以及過濾流量分別為1.225m/h、120m3/h，由上面兩個(gè)數(shù)據(jù)，我們可以算出過濾面積為97.9m2.進(jìn)出管徑D=（Q/A/u）1/2，代入數(shù)字得0.145m。接下來，我談一下頗爾膜過濾器的運(yùn)行。在運(yùn)行之前，需首先經(jīng)過調(diào)試，在經(jīng)過一次調(diào)試之后，頗爾膜過濾器可以實(shí)現(xiàn)過濾出水質(zhì)量良好，但是，在運(yùn)行過程中，頗爾膜過濾器存在了一些問題。在兩臺過濾器一臺運(yùn)行一臺備用的情況下，過濾器A出現(xiàn)了濾芯起泡的情況，過濾器B出現(xiàn)了濾芯斷裂的情況，濾芯斷裂直接導(dǎo)致鹽水中的鈣離子以及鎂離子的嚴(yán)重超標(biāo)，對離子膜的電流效率以及氯氣的純度造成了很大影響。

總結(jié)

本試驗(yàn)主要是對頗爾膜過濾器在離子膜法制堿一次鹽水系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)研究，確定了粗鹽水的凈化的工藝，同時(shí)也測得了最佳的過濾條件，并對工業(yè)化裝置進(jìn)行了探究，望對制堿工業(yè)有所貢獻(xiàn)。

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