連續(xù)膜系統(tǒng)在堿液回收中的應用

王婧

（唐山三友集團遠達纖維有限公司，河北 唐山 063305）

1 概 況

隨著國內(nèi)外市場漿粕價格的持續(xù)攀升，使得粘膠纖維的生產(chǎn)成本大幅度提高。為了降低生產(chǎn)成本，低質(zhì)、低價漿粕的使用比例得以提升。

在粘膠纖維的生產(chǎn)過程中，需用一定濃度的NaOH 溶液來浸漬漿粕以生成堿纖維素，并溶出半纖等雜質(zhì)，產(chǎn)生出的大量含半纖的廢堿液，需先去除廢堿液中的半纖等雜質(zhì)，使堿液得到回收利用。

由于紙漿等低質(zhì)、低價漿粕中的半纖含量較高，導致粘膠纖維生產(chǎn)系統(tǒng)堿液中的半纖含量更高，嚴重影響了壓榨效果、粘膠成型及成品纖維的質(zhì)量，給粘膠纖維生產(chǎn)造成了困難。

目前，國內(nèi)粘膠短纖維生產(chǎn)企業(yè)在堿液處理過程中，普遍采用透析工藝或多級稀釋納濾膜工藝過濾去除堿壓榨液中的半纖維素，以降低半纖維素的含量，使堿壓榨液再次回收利用到生產(chǎn)系統(tǒng)中。

透析工藝是利用半滲透膜兩側(cè)液體濃度差作為動力，不僅傳質(zhì)速率低，堿液回收率低（僅為20%），且水的消耗量大，設備占地面積大，故已逐漸被淘汰。多級稀釋納濾膜工藝采用納濾膜對堿液中的半纖維素進行多級稀釋，階梯式回收堿液，回收率高達90%，已逐漸代替透析工藝用于粘膠生產(chǎn)行業(yè)的堿液回收。

傳統(tǒng)的納濾系統(tǒng)運行方式為批量間歇運行，可以通過膜通量衰減情況來確定清洗納濾膜的時機，增加清洗頻率，有利于延長納濾膜的使用壽命，清洗劑選擇軟水或稀堿液均可。

清洗納濾膜時，先將納濾膜系統(tǒng)停機，由人工現(xiàn)場操作的方式進行清洗，該方法不僅影響過濾效率，且人工手動操作費時、費力。在實際生產(chǎn)中，每處理2 罐堿壓榨液就需停機清洗一次。由于此種運行模式在開始階段凈液通量較大，而隨著半纖的濃縮，凈液通量降低，且納濾膜較易污堵，造成衰減，從而影響了過濾的效果。

為了解決以上難題，針對在粘膠短纖維生產(chǎn)過程中傳統(tǒng)的批量間歇式處理堿壓榨液方法存在的缺點，在原有納濾操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合DCS 自動化控制系統(tǒng)，經(jīng)過車間多次實驗摸索，研究開發(fā)了一種操作簡單，可有效提高納濾膜利用率，減少納濾膜清洗次數(shù)，延長納濾膜使用壽命的堿壓榨液連續(xù)膜的處理方法。

2 連續(xù)膜系統(tǒng)在堿液回收中的工藝流程

堿壓榨液的連續(xù)膜處理系統(tǒng)是一套全自動運行、清洗的連續(xù)膜處理工藝，主要包括備料、進料、系統(tǒng)運行、清洗等過程。

連續(xù)膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 連續(xù)膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Continuous membrane system structure

3 備料過程

進料前，進料罐中應有一定量的堿壓榨液的料液儲備，系統(tǒng)設定自動加料。當料液溫度低于設定值時，進料閥會自動打開接收料液；當儲罐液位達到設定的高液位時，進料閥會自動關(guān)閉。

一般情況下，可以設定補料位為20%，停止補料位為60%。補料的流量可以通過自動或手動來控制。

4 進料過程

進料罐中的堿壓榨液進入納濾進料泵，當壓力達到0.4 MPa 時，進入一級循環(huán)泵，間隔30 s 啟動二級循環(huán)泵、三級循環(huán)泵、四級循環(huán)泵、五級循環(huán)泵、六級循環(huán)泵，三級循環(huán)泵啟動30 s 后，高壓泵啟動運行。

各級膜組件運行采用串聯(lián)模式運行：

（1） 料液首先進入一級膜組件，經(jīng)過一級膜內(nèi)循環(huán)處理后，過濾出的濃縮液輸送至二級膜組件，產(chǎn)生的凈液輸送至凈液緩沖罐中。

（2） 經(jīng)過二級膜內(nèi)循環(huán)處理后的濃縮液輸送至三級膜組件，產(chǎn)生的凈液輸送至凈液緩沖罐中。

（3） 經(jīng)過三級膜內(nèi)循環(huán)處理后的濃縮液輸送至四級膜組件，產(chǎn)生的凈液輸送至凈液緩沖罐。

（4） 經(jīng)過四級膜內(nèi)循環(huán)處理后的濃縮液輸送至五級膜組件，產(chǎn)生的凈液輸送至凈液緩沖罐。

（5） 經(jīng)過五級膜內(nèi)循環(huán)處理后的濃縮液輸送至六級膜組件，產(chǎn)生的凈液輸送至凈液緩沖罐。

（6） 經(jīng)過六級膜內(nèi)循環(huán)處理后的濃縮液輸送至濃縮液罐中，用于調(diào)配溶解堿，產(chǎn)生的凈液輸送至凈液緩沖罐中。

（7） 再將凈液經(jīng)凈液輸送泵輸送至凈液罐中，重新回到生產(chǎn)系統(tǒng)用于調(diào)配浸漬堿。

由于料液經(jīng)過各級納濾膜組件循環(huán)過濾濃縮后進入下一級膜系統(tǒng)時，濃縮液中的半纖含量逐漸提高，一至四級膜組件中安裝的是單只處理面積較大的MPS34 窄通道規(guī)格納濾膜（一級、二級膜組件分別配備12 支膜殼、每支膜殼裝有36 支窄通道納濾膜；三級膜組件配備10 支膜殼、每支膜殼裝有30 支窄通道納濾膜；四級膜組件配備8 支膜殼、每支膜殼裝有24 支窄通道納濾膜），膜總面積大，料液流量大，處理效率高，每一級膜組件內(nèi)產(chǎn)生的濃縮液比上一級膜組件產(chǎn)生的濃縮液的半纖含量提高1.2 倍。

由于五、六級膜組件內(nèi)運行的料液半纖含量較高，易污染堵塞納濾膜，所以，五至六級膜組件中安裝MPS74 寬通道納濾膜（五、六級膜組件分別配備6 支膜殼、每支膜殼裝有12 支寬通道納濾膜），可有效降低濃縮液對納濾膜的污堵，延長納濾膜的使用壽命，五至六級膜組件內(nèi)產(chǎn)生的濃縮液比上一級膜組件產(chǎn)生的濃縮液的半纖含量提高0.65倍。在系統(tǒng)啟動前，應確保整個系統(tǒng)充滿220 g 的應堿，溫度不低于進料溫度。

5 系統(tǒng)穩(wěn)定運行過程

所有泵啟動后，堿壓榨液進料調(diào)節(jié)閥根據(jù)設定的濃縮倍數(shù)進行流量調(diào)整，使納濾膜系統(tǒng)進料流量與濃縮液流量的比值達到設定的濃縮倍數(shù)（濃縮倍數(shù)=進料流量/濃縮液流量）。

同時，高壓泵會根據(jù)設定的壓力值自動調(diào)整運行頻率（開機啟動時設定0.6 MPa，待系統(tǒng)穩(wěn)定后根據(jù)處理量可設定范圍1.0 ～2.0 MPa），根據(jù)六級納濾膜的壓力調(diào)整6 個循環(huán)泵的運行頻率（30 ～45 Hz），控制單支膜的進出口壓差≤0.1 MPa。

系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，根據(jù)納濾系統(tǒng)的進液、濾液、濃縮液的堿含量及半纖含量，適當調(diào)整濃縮倍數(shù)。一般情況下，系統(tǒng)進料半纖濃度為35 ～45 g/L，在此基礎(chǔ)上的濃縮液半纖控制濃度為110 g/L，凈液半纖濃度＜5 g/L。

因此，系統(tǒng)處理時，會因為進料半纖濃度的變化導致濃縮液半纖濃度的變化。若進料半纖濃度呈上升趨勢，應適當降低濃縮倍數(shù)；若進料半纖濃度呈下降趨勢，可適當提高濃縮倍數(shù)。

經(jīng)過連續(xù)膜處理后產(chǎn)生的凈液回到生產(chǎn)系統(tǒng)中，用于調(diào)配浸漬堿液；產(chǎn)生的濃縮液回到生產(chǎn)系統(tǒng)中，用于調(diào)配溶解堿。

6 系統(tǒng)清洗

一級納濾膜組件從納濾膜系統(tǒng)中切換出來進行清洗，其他的納濾膜組件正常運行，堿壓榨液或上一級納濾膜組件產(chǎn)生的濃縮液跳過正在清洗的納濾膜組件通入下一級納濾膜組件或濃縮液罐中。清洗結(jié)束后，該納濾膜組件重新串聯(lián)到納濾膜系統(tǒng)中。以此類推，分別對各級納濾膜組件進行清洗。

6.1 清洗劑

一級納濾套膜系統(tǒng)清洗需要的清洗劑為軟水，每天清洗一次即可。清洗前，應將清洗罐中灌滿清洗液，設定清洗罐的收集液位為60%的液位值。

6.2 控 溫

系統(tǒng)的運行溫度為50 ℃，膜清洗溫度比進料溫度高5 ℃。在使用前，需用換熱器將溫度升高5℃。清洗液通過循環(huán)泵、換熱器循環(huán)，當溫度達到55 ℃時，換熱停止，蒸汽調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，延遲30 s關(guān)閉循環(huán)泵。

由于換熱器管道太長，保溫不好會導致管道里積存大量的冷凝水。所以，每天第一次使用時，應現(xiàn)場將疏水閥的旁通開啟，將冷凝水排放干凈后，再關(guān)閉旁通，使用疏水閥排水。

6.3 停 機

整個系統(tǒng)包括6 套納濾膜裝置，分別有運行管道和清洗管道連接各級膜組件，且運行管道和清洗管道進出口都安裝開關(guān)調(diào)節(jié)自控閥和旁通自控閥，用于控制各管道的開關(guān)狀態(tài)。清洗時，可通過電腦操控自控閥，單獨切出一套進行清洗，其他5 套處于運行狀態(tài)。當其中一套需要清洗時，該系統(tǒng)的循環(huán)泵停止，停止進料。

6.4 頂 料

裝置停機后，管路里殘留了母液。通過電腦自動控制系統(tǒng)操控濃縮液回流旁通自控閥，使用清洗液將該殘留母液頂洗到進料罐中，同時，濾液被頂回到清洗罐中，頂洗時間設置為5 min，可將物料全部頂出。

6.5 清 洗

將管道中的料液沖洗干凈后，啟動清洗程序。清洗泵開啟后，循環(huán)泵延遲30 s 開啟循環(huán)。循環(huán)時間設定為50 min。清洗結(jié)束，先停循環(huán)泵，之后，再停清洗泵，其余閥門關(guān)閉。

6.6 排 料

清洗結(jié)束后，清洗罐中的料液通過清洗泵輸送至凈液罐中。

7 連續(xù)膜的控制方式

為了提高工作效率，保證生產(chǎn)穩(wěn)定運行，降低用工成本和工人勞動強度，連續(xù)膜過濾技術(shù)采用了DCS（Distributed Control System） 控制系統(tǒng)，所有閥門均采用自控閥，反饋信號直接傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)的電腦中，從而實現(xiàn)了整個操作系統(tǒng)開停車、正常運行、清洗過程等一系列操作的全自動運行。

8 結(jié) 語

采用堿壓榨液的連續(xù)膜處理方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)間歇式過濾方法后，半纖處理效果穩(wěn)定。經(jīng)過反復實踐和改進，堿壓榨液的連續(xù)膜處理方法已投入穩(wěn)定運行。由于連續(xù)膜系統(tǒng)采用DCS 全自動控制系統(tǒng)，提高了工作效率，降低了工人勞動強度，車間每班組可減少1 名操作工，顯著節(jié)約了生產(chǎn)成本和人工費用。粘膠生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的半纖含量為30 ～40 g/L的堿壓榨液經(jīng)過六級膜組件處理后，產(chǎn)生的凈液半纖含量≤5 g/L，產(chǎn)生的濃縮液半纖含量為70 ～75 g/L，達到了最佳半纖控制范圍。

連續(xù)膜系統(tǒng)產(chǎn)生的凈液可回收到生產(chǎn)系統(tǒng)中用于調(diào)配浸漬堿，產(chǎn)生的濃縮液可回收到生產(chǎn)系統(tǒng)中用于調(diào)配溶解堿，實現(xiàn)了堿壓榨液的循環(huán)利用，避免了由于堿壓榨液外排而造成的環(huán)境污染。

對比傳統(tǒng)的間歇式運行方式，連續(xù)膜系統(tǒng)每天清洗次數(shù)可以減少2～3 次，單只納濾膜的處理量提升1.2 倍，有效提高了納濾膜的利用率，減少了納濾膜的清洗次數(shù)，延長了納濾膜的使用壽命，連續(xù)膜系統(tǒng)處理堿壓榨液具有良好的使用效果和應用前景。