浅谈陶瓷膜在一次盐水处理中的应用及改进.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流浅谈陶瓷膜在一次盐水处理中的应用及改进.精品文档.浅谈陶瓷膜在一次盐水处理中的应用及改进（宁波镇洋化工发展有限公司，浙江 宁波）宁波镇洋化工发展有限公司现有一期15万吨离子膜烧碱装置，一次盐水处理采用“浮上澄清+有机聚合物膜”过滤技术，过滤组件及设备由凯膜过滤技术（上海）有限公司提供，过滤元件采用膨体聚四氟乙烯材质。因扩产及稳定一次盐水供给需要，在08年4月与江苏久吾高科技股份有限公司签约一套3万吨/年烧碱能力的一次盐水处理装置，于08年11月投入使用至今。1 一次盐水过滤技术应用 1.1原有有机聚合物膜简况 现役盐水膜过滤装置为06年公司一期投产时的设备，成套设备为凯膜过滤技术（上海）有限公司提供，装置共三台，每台最大可组装180组过滤膜管，该膜材料为膨化聚四氟乙烯多孔膜，孔径0.51.0m，开孔分布均匀，开孔率高，材质耐酸碱，温度适应与盐水处理温度，膜管表面光滑，脉冲处理表面滤饼彻底，反冲效果好，周期酸洗时间可以在10天左右，对Mg(OH)2敏感，短时间内会造成处理量下降。单组过滤组件由9支过滤膜组成，采用盐水高位静压差过滤，压力设置小于0.1MPa。后期运行有密封装置脱开的风险及抗污能力下降等。 1.2 新增陶瓷膜过滤的应用流程 1.2.1 工艺流程如图1所示。 图1 陶瓷膜工艺流程图 1.2.2 工艺流程简介 自V1404来的粗盐水在加入次氯酸钠和氢氧化钠后，经加压泵P1404，经盐水粗过滤器N1450除去盐水中的粒径大于2.5mm的大颗粒机械杂物，送入反应槽R1451，在反应槽R1451进口按工艺要求加入精制剂碳酸钠。在反应槽R1451内，粗盐水中的钙离子与精制剂碳酸钠反应形成碳酸钙结晶沉淀物，粗盐水中的镁离子与精制剂氢氧化钠反应生成氢氧化镁胶体沉淀物，次氯酸钠则将盐水中的有机物和菌藻类氧化分解成小分子。充分反应后的粗盐水进入中间槽V1451，然后，用九思膜过滤进料泵P1451送往九思膜过滤器N1451进行过滤。九思陶瓷膜过滤单元采用外循环错流过滤方式，九思膜过滤器为三级组件串联过滤，一级组件出口的浓缩盐水进入二级组件，二级组件出口的浓缩盐水进入三级组件。过滤后的一次精制过滤盐水经九思陶瓷膜过滤器N1451渗透清液出口排出，进入精制盐水罐V1409，经由精制过滤盐水泵P1409送离子膜二次精制；从九思膜过滤器N1451浓缩液出口流出的浓缩盐水跟据控制浓缩盐水浓度的情况，按比例排出一部分进入盐泥槽；另一部分浓缩盐水回到中间槽V1451（用于调整九思膜过滤器进料液的固液比，实现控制浓缩液含固量的目的），经九思膜过滤进料泵P1451回到九思膜过滤器N1451内循环过滤。2 陶瓷膜的应用技术特点2.1九思膜过滤精度高、盐水质量稳定。在离子膜生产过程中，常采用重量法对一次过滤精盐水进行SS检测，用于的检测滤膜一般采用孔径为500nm的PTFE滤膜（也有采用200nm滤膜），而九思膜过滤采用的是50nm的九思膜元件，其平均过滤孔径为40nm，且孔径分布窄（3050nm），通过采用马尔文粒径分布仪对盐水中碳酸钙结晶分布检测结果表明，其结晶粒径主要分布在100200nm范围，因此采用孔径为50nm的九思膜元件过滤可将盐水中的悬浮粒子全部截留，而采用孔径为500nm的PTFE滤膜检测孔径为50nm的九思膜元件过滤后盐水中的SS其理论值应为0，但由于检测等方面的各种原因，实际上SS不可能为0。进行工业化实验及目前已运行半年的工业装置盐水分析检测结果表明，SS可达到0.5PPm以下，Ca2+和Mg2+总和指标在200PPb以下，相对于过滤孔径200500nm的有机聚合物膜，过滤盐水的质量更高更可靠。2.2九思膜盐水精制过滤工艺简单，既无传统盐水精制技术需道尔桶、砂滤器、纤维素预涂过滤器，省略了清理、预涂的工作量；也不同于有机聚合物膜盐水精制过滤技术，因过滤膜抗氢氧化镁及有机物污染的性能差，需要对过滤盐水采用浮上澄清桶进行预处理；由此九思膜过滤技术减少了加压溶气、浮上澄清的前处理工艺和设备，也无需加入三氯化铁、次氯酸钠等腐蚀性化学药剂，减少系统设备和管道的腐蚀危害，同时完全避免了盐水的二次污染，延长了离子膜的寿命；另外，由于工艺过程中没有类似道尔桶、浮上桶等关键性的大型、单一设备，所有设备都实现了小型化并且做到了一开一备，因此，盐水精制过程的可靠性及稳定性大大提高，解决了配水贮存桶及精盐水贮存桶大而多的矛盾。2.3九思膜的处理能力大，影响九思膜过滤能力有两个因素，一是料液的温度，二是过滤膜面的压差。在一般情况下，温度每提高10膜过滤通量可提高10%左右，而膜面压力提高每0.05MPa过滤通量大约可提高10%。因此，正常操作条件下（过滤盐水温度55、过滤压力0.25MPa），九思膜盐水过滤通量大于800L/m2.h，并且操作弹性大。这一技术特性指标远远优于PTFE聚合物膜盐水通量指标（400L/m2.h）。所以，在保证相同处理能力的情况下，九思膜过滤面积可减小50%以上； 2.4九思膜过滤方式与传统碳素管过滤工艺和聚合物膜过滤工艺的外压管式过滤器终端过滤方式不同，九思膜盐水精制过滤技术采用的是高效的“错流”过滤方式。膜法过滤处理流体的操作有两种方式如图2所示。并流操作 错流操作图2、膜过滤常见操作方式 膜过滤的操作方式分为并流操作和错流操作二种方式。 并流操作又称为终端过滤，其过滤器属外压式过滤器，为静态过滤，死端式操作，其特点为：原料液从管外压入，被过滤的原料液在过滤过程中不产生膜面流动，原料液在过滤不离开过滤器；在过滤周期内膜面上的滤饼层逐渐增厚，料液的含固量逐渐增高，过滤压力不断升高，通量迅速下降到零；为保持低的过滤压力和高的通量，必须采用频繁的脉冲反冲（数十分钟一次）的方式用渗透液冲除膜表面的滤饼，因此，这种过滤方式多应用于固体含量低的料液体系和小规模生产应用。 错流操作又称切线流操作，对悬浮粒子的大小、密度、浓度的变化不敏感，其过滤器属内压式过滤器，为动态过滤，其特点为：原料液从管内压入，为减少膜的污染，料液在膜表面以一定的速度流动经过膜面，并离开过滤器，渗透液依靠膜面的压差渗透，在过滤周期内膜表面不会形成滤饼，但原料中的含固量会增加，操作时采用连续或间断的方法将固体物排出，使含固量控制在一定的浓度范围之内，并无需频繁的脉冲反冲；由于膜表面不形成滤饼层，因此过滤过程中可以长时间保持低的过滤压力和高的过滤通量，特别适用大规模的工业化生产应用。 九思膜过滤采用的是错流过滤方式，因此，九思膜过滤具有出色的抗污染性能力，可适用在高镁及高有机物的原料，消除了有机聚合物膜不耐原盐或卤水中高镁及有机物的缺陷，降低了对原盐质量要求，拓宽了选盐的范围；3.陶瓷膜工业应用的优点及不足 3.1陶瓷膜应用于工业的优点 因九思膜一次盐水精制技术具有流程短，设备少，占地面积小的特点，特别易与传统工艺结合，可以保留传统工艺中的大部分设施与设备，如化盐、精制反应、药剂配制、盐水贮存、盐泥处理等，只需采用九思膜过滤器取代道尔澄清、砂滤器、纤维素预涂的碳素管过滤器等，特别适用于老厂装置改造、扩建和新增离子膜项目，也适合传统的隔膜电槽改造成改性隔膜、扩张阳极电槽，实施方便，工期短。 由于流程的改变，九思膜工艺比传统工艺、有机聚合物膜工艺节省30%-50%的一次盐水投资；由于膜寿命长、不添加两碱外的其它药剂、电耗低，使九思膜盐水精制的运行费用大幅降低。 3.2陶瓷膜应用于工业的不足本公司装置除膜反冲程序采用PLC控制外，其余采用手动控制，自动控制水平低。手动反冲机械过滤器拦截效果不佳，出现碳颗粒及棉絮等杂物进入主装置，导致膜端口通道堵塞，流量不足。装置运行过程中钛挡片与膜孔位置易发生偏移，杂质颗粒对膜管端口冲刷严重，尤其是第三段膜管。本公司装置硬件配置不足，过滤进料泵能力不足，一二段膜面流速不足，三段膜面流速过大。 设计的FRP/PVC管道强度不够，在反冲过程中，容易出现漏点。 气动隔膜阀膜片损坏严重，在反复开关中磨损厉害。 装置电耗高，通过大流量进行循环，错流得到精制盐水，动力电利用率低。 使用精制盐（细盐）时，粗盐水有随带颗粒，浓度较高，流程短，在逐步降低的温度时会析出盐颗粒堵住通道。 密封点多，拆检不方便。4 改进方向4.1 控制系统优化：由局部PLC系统转变为完全DCS系统或者PLC系统，但PLC需单独配置一台控制电脑于操作室，便于员工随时监控和操作；4.2 精制剂的添加引入自动化：Na2CO3流量由手动控制改为自动控制，使精制反应所需的精制剂流量大小更加合理；4.3 更换粗过滤器：手动反冲型粗过滤器更换为自动反冲型，并且过滤孔径由原先的1.5mm改为1mm，使粗过滤效果更加显著； 4.4 钛挡片固定加工：在钛挡片上点焊23个与陶瓷膜孔正好镶嵌的空心直通圆柱，使钛挡片固定，不会发生偏移； 4.5 将过滤泵更换为调频泵，规格参数由Q=95m3/h，改为Q=125m3/h，扬程仍为45m。泵出口管道由DN125改为DN150，回流管由DN10080改为DN150（若一、二、三段流量和盐泥排放量分别为12m3/h，10m3/h，3m3/h和1.5m3/h，则泵进口流速1.96m/s，一、二、三段进口膜面流速分别为1.45m/s，1.97m/s，3.59m/s，其中第三段已有分流管道，可打开分流降低第三段流速，回流流速为1.55m/s）；并在过滤进料泵的出口管道上安装流量计，量程为80m3/h150m3/h。 4.6 过滤盐水质量状况监控：过滤盐水出口在原先只有浊度和ORP监测的情况下，增加PH在线监测，以便及时阻断酸性盐水进入后系统； 4.7 反冲管更换：在接近0.5MPa的反冲压力下，FRP/PVC管道经常容易冲破，尤其是弯头和对接处，需逐步改为钢衬胶管；5 结束语 如今，江苏久吾公司已推出第三代陶瓷膜，相比之前的工艺主要增加了过滤循环泵，技术更加成熟。另外筒体组件也采用了钛材，三段组件数量比例相对更加合理。为了节省用地面积和投资成本，越来越多的氯碱企业采用陶瓷膜来进行一次盐水精制。